基于五星教學原理“電路理論”教學改革與實踐

周軍妮，王燕妮，楊潤玲，盧 英

（西安建筑科技大學 信息與控制工程學院，陜西 西安 710055）

引言

“電路理論”是高等學校信息類學科重要的專業基礎課，是從“高等數學”“線性代數”“大學物理”“復變函數”等基礎課學習過渡到后續“模擬電子技術”“數字電子技術”等專業基礎課學習的一門承上啟下的課程，因此“電路理論”課程在信息類專業課程體系中占據著十分重要的地位。2020年初受新冠疫情的影響，一線教師開始開展在線教學。與傳統課堂教學相比，盡管在線教學使得知識的獲取方式和傳授方式發生了革命性變化，也改變了學生學習體驗方式，但教與學、教師與學生的關系并未發生本質變化，兩者都是以學生為中心，突出教師的課堂主導作用，圍繞課程教學目標達成度，開展知識傳播和能力培養的教學活動［1］。線上教學與線下教學是不同情境下的兩種教學形態，新形勢下結合西安建筑科技大學通信工程專業工程認證要求，繼續探索線上線下優質混合式教學是課堂教學改革的必經之路。

五星教學原理是美國著名的教育心理學家梅里爾教授在《首要教學原理》一書中提出的，該原理以任務為中心，更是以學習者，即“以學生為中心”，在聚焦解決問題的教學宗旨下，認為教學過程應該由聚焦解決問題、激活相關舊知、展示論證新知、嘗試應用新知、融會貫通掌握五部分組成。五星教學原理的實質是：具體的教學任務應被置于循序漸進的實際問題解決情境中完成，具體的教學任務包括事實的呈現、概念的講解、程序的流程或原理的說明等，通常先向學習者呈現問題，然后針對各項具體任務展開教學，接著再展示如何將學到的具體知識運用于解決問題或完成整體任務中去［2］。很多學者將該原理用于主講課程的教學設計和實踐中，不但提升了教學質量，同時也得到學生良好的反饋。謝彥紅［3］將該原理進行教育研究方法課程教學設計，閆雷兵等［4］將五星教學原理應用于電磁場與電磁波課堂教學中，嚴瑾等［5］應用五星教學原理進行C語言程序設計翻轉課堂教學設計，通過問卷調查顯示，學生滿意度很高。圖1為將五星教學理念應用于“電路理論”教學實踐，提出線上線下混合式教學、MATLAB實驗仿真和實操實驗環節相結合的三維一體混合式五星教學原理。圖中圓心位置的聚焦問題代表某次具體的教學任務，本文以基爾霍夫定律為例進行教學設計。

圖1 “電路理論”課程三維一體混合式五星教學原理

一、聚焦問題，尋求突破

“電路理論”課程概念多、內容繁雜，與前導課程及后續課程內容上有很多交叉點，為了配合工程認證要求，近幾年來不斷調整課程大綱，非常大的改變是授課學時的減少以及對課程過程考核的重視及思政元素的加入。如何進行符合工程認證要求的教學設計；如何結合線上線下教學的優勢，強強聯合，優勢互補；如何把握好“電路理論”承上啟下的銜接作用是聚焦的重點問題。

首先，在有限課時的基礎上，整合優化相關知識點，筆者在文獻［6］中進行了電類專業“三電”課程教學內容的整合和銜接嘗試，將“電路理論”“模擬電子技術”“數字電子技術”三門課作為一個整體進行內容整合和組織，使教學內容更加有條理，并且前后關聯度更強。

其次，2020年之前筆者一直采用傳統的線下教學，在進行教學設計時，從問題出發，先從舊的學生熟悉的知識點引入；然后提出新的應用與新的知識點；接著舉例學習新的理論、方法，解決問題；最后達到融會貫通，這就是圖1外圍部分所示的以聚焦問題為中心的五星教學原理。傳統線下五星教學方式最大的弊端在于“教”和“學”的脫節，教師很難從課堂得知學生的學情，學生也無法及時將問題反饋給教師。

最后，中國工程教育專業認證的核心是真正的以學生為中心。如何設計效果好、效率高、參與度強的線上線下混合式教學是值得一直研究的課題。

二、三維一體混合式五星教學原理

國內高校很多教師都經歷了傳統線下教學到線上直播授課，再到線上線下混合式教學的三種模式，結合專業認證的要求，筆者個人體驗還是混合式教學更容易達成工程認證的目標和要求。在文獻［7］中也詳述了基于工程認證的“電路理論”教學改革探索與實踐。本文提出的三維一體混合式五星教學原理（詳見圖1），以梅里爾教授提出的五星教學原理為基礎，同時強調混合式互動課堂、虛擬實驗仿真及實操實驗環節三維一體。西安建筑科技大學通信工程專業“電路理論”課程設置了四個實操實驗，包括基爾霍夫定律的驗證、戴維寧定理的驗證、RLC元件阻抗特性的測定及正弦穩態交流電路相量的研究。

下面以基爾霍夫定律為聚焦問題，應用三維一體混合式五星教學原理進行教學設計。圖2展示了教學內容為基爾霍夫定律的整個教學全過程。交互式課堂、實驗仿真環節和實操實驗環節三個環節穿插進行，時間安排上先由學生高中物理所積累的能量守恒和歐姆定律入手激活舊知，通常的教學活動都不是在零起點的狀態下進行的，因此激活舊知是實施五星教學原理的關鍵一步，也是教學活動的導入階段。緊接著在解釋電路節點、回路等名詞的基礎上，學習基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）。在整個學習流程中，非常重要的一點，是實驗前要先通過電路仿真軟件PSpice、MATLAB、Proteus等進行實驗電路搭建和仿真，并進行相關電壓、電流測量；然后應用所學電路分析的方法，進行支路電流的求解，由于實驗一實驗電路是典型的3個支路、2個節點的電路，因此該實驗通常安排到第三章電阻電路的一般分析學完之后，這樣學生在進行電路分析計算時可以同時應用列方程的方法進行。實驗前的預習環節高效進行之后，實驗室實操環節會進行得比較順利和有效，關于基爾霍夫的相關知識容易達到融會貫通，這對于在嘗試應用和提供反饋結束之后，學生能夠進一步熟練和遷移新知識，并根據情境的變化靈活運用新知識起著關鍵作用。在應用梅里爾教授提出的五星教學原理時，課前的檢測、課堂的互動以及課后的知識回顧與檢測通過學習通、雨課堂等課堂互動平臺協助完成。

圖2 應用三維一體混合式五星教學原理進行基爾霍夫定律教學設計

三、有設計的“互動”讓學習落到實處

有效互動是混合式課堂的最大特點。在2020年春天開始的線上教學中，筆者從剛開始的心里沒底、擔心云端的學生是否認真聽課，到開始琢磨如何用心設計互動題目、何時發送互動題目、如何抓住最佳時機。在傳統的教育教學中，多以“灌輸式”教學方法為主流，教師的互動大多是無效的，甚至是無互動的。經常用到的互動可能是這樣的：“大家聽懂了沒有，張三回答一下這個問題。”如果學生配合回答，則產生了一次雙向互動。然而大多數情況下效果并不理想。

2020年之后，全國高校的網絡基礎建設、智慧教室及信息化教育教學平臺的加速發展，也為有效課堂互動提供了可能。線下課不再是傳統的“教”和“學”分離的課堂，而是線上線下混合式互動課堂。應用超星學習通平臺的投屏功能，使課前簽到、課前預習和檢測、課中互動和提問成為課堂學習的重要環節，學習通平臺會自動統計課堂報告、學情統計和互動成績統計，這些都為過程考核提供了有依據的數據，為專業認證的有效開展、持續改進以及后續教學改革記錄了紅黑榜，提供了參考經驗。

四、有效的評價機制促進持續發展

有效的教學評價機制能夠促使學生獲得盡可能大的進步和發展，促進教師進行教學反思，增加有效教學的相關知識，增強教學的效能感，為進一步促進師生共同發展提供強有力的依據。傳統的教學評價往往重視結果而忽視過程，重視知識傳授而輕視思維過程，重視教師單向評價而輕視師生互動。隨著教育改革的深化，教師需要改進評價方式，以調動學生學習的積極性，促進師生的共同可持續發展。

筆者主講的“電路理論”課程在疫情之后經過了2個完整教學周期的線上線下混合式教學，同時結合10多年的傳統線下教學實踐經驗，深刻體會到有效的評價機制對于師生及學校發展的重要性。目前，西安建筑科技大學對線上線下混合式教學實行了專項的評價指標和獎勵機制，為更好地把握本學期已申報開展的線上線下混合式教學課程的實際授課情況，加強混合式教學課程質量監控和規范化管理，我校決定開展混合式教學課程專項檢查，具體包含以下幾個方面。

1.學院組織領導、同行專家進行隨堂聽課，原則上每位教師每門課不少于2人次。教學課堂情況如實記錄在《混合式教學課程專項檢查課堂教學質量評價表》（以下簡稱《評價表》）中，《評價表》主要從課程教學設計和教學效果兩方面進行評價。課程教學設計評價包括教學設計是否包含知識、能力、素質三部分，且三部分有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維；教學內容是否具有前沿性和時代性并持續更新；教學形式是否體現先進性、多樣性和互動性，能否充分利用線上課程資源合理設計線下授課和線上學習的各個環節，體現線上資源和線下課堂相結合的優勢；是否具有一定的難度，能否激發學生發揮潛能對所學知識進行融會貫通和拓展應用，培養創新性思維和批判性思維。教學效果主要關注學生課堂專注度、參與課堂互動活躍度是否有所提升。教學效果評價結果為較大提升、有所提升、無明顯提升三檔。為了促進教師的持續改進，《評價表》還應包含評語及改進意見。

2.學生從教學內容、教學方法及教學態度三方面對教師課堂教學進行定量評分。

3.評價不僅指對教師的評價，也包括教師對學生的評價?！半娐防碚摗闭n程對學生的考核評價分為過程性評價、實驗環節評價及期末考核評價三部分?；旌鲜浇虒W最核心、最特色的是過程性評價環節。過程性評價應該滲透在教學過程之中，應體現評價主客體間的相互關系，能夠使學生通過評價，為終身學習奠定基礎?！半娐防碚摗边^程性評價包含課前預習及測試、課中互動、課后總結與檢測、作業及重要知識點檢測5個環節，通過學習通平臺設置評分占比及批閱評價。

評價機制的目的在于發現教學中存在的問題，促進教與學的持續改進，實現教學效果好、學習效率高、參與度強的教學活動。

結語

針對“電路理論”課程特點，結合西安建筑科技大學的具體教學情況和實驗室條件，深厲淺揭地開展“電路理論”課堂教學設計、教學方式和方法的改革與實踐，應用梅里爾五星教學原理，結合超星學習通平臺的使用，有效組織互動課堂，結合虛實電路實驗及有效的評價機制，為信息類專業課程的課堂教學改革提供了有效參考。