“電工技術”課程中的混合式教改探索

何志苠 范小蘭 蘇圣超

摘?要：本文闡述了“電工技術”課程以學生為中心，將BOPPPS模型融入線上線下混合式教學改革探索過程，以成果為導向的線上線下雙閉環評價機制，創新助推學科競賽。將OBE教育理念引入到教學實踐之中，保證學生深度參與教學全過程。通過項目式教學，結合智能車等競賽，實現課程的挑戰度，培養學生的工程觀念和解決復雜工程問題的能力。翻轉課堂和討論式教學配合項目式教學，通過現代信息手段在線上和線下教學中實現及時反饋，數據驅動教學，覆蓋課前-課上-課后的每個教學環節，調整個性化教學方案，實現全課程過程化考核。

關鍵詞：課程思政；電工與電子；項目式教學

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.10.085

1?課程描述

電工技術是一門本科非電類專業的公共基礎課，授課對象包括機械、化工、汽車、軌道、航空等各工科專業，屬于理論實踐課程，共3個學分、48學時。使用線上線下混合式教學方式，線上學時占總學時數的25%，2018年、2019年使用智慧樹，2020年開始使用超星泛雅平臺自建的SPOC（小規模私有課程）開展教學。

在電工技術之前，學生學習的是高等數學、大學物理等理論性非常強的課程，在電工技術之后，學生需要學習電氣工程在各專業的工程實踐應用類課程，如機電傳動控制、城市軌道交通車輛電力牽引等專業課。因此，電工技術承擔了從理論到工程實踐的橋梁作用，擔負培養學生的工程思維能力的任務。

電工技術的課程目標和定位，是構建以電能和控制為主要教學要素的課程內容，幫助非電類工程師及管理者學習對電能的有效利用和有效高質的工程技術手段實現控制，最終建立起一個比較完整的電氣工程知識體系架構，獲得與電氣工程師技術溝通的能力，協同解決復雜工程問題的能力，樹立嚴謹踏實的工程素養。

電工技術是實踐性很強的課程，但是在培養計劃調整的背景下，原有的20學時配套實驗課程被壓縮為4學時的課內實驗，沒有足夠的實踐環節，學生僅靠理論學習根本談不上工程能力的培養。在這個背景下，教學團隊進行了線上線下混合式的教學改革。

2?課程痛點和解決方法

傳統的電工技術課程以教師講授為主，學生實驗為輔。在授課過程中，學生的學習方式主要是被動接受知識，教師與學生的課堂交互有限，學生的學習參與度低。由于課程目標是要為學生建立比較完整的電氣工程知識體系架構，知識覆蓋面廣，但是課時有限，課程內容存在“一里寬，一寸深”的問題。教師對學生的反饋主要集中在課后作業的批閱，紙質版作業的交互時效性差，往往等到教師發現學生掌握情況不佳時，授課進程已經推進到后續章節。

針對傳統教學方式中的困境，本團隊在教學設計中總結課程痛點，采取了下列解決方法。

2.1?學生學習積極性不高，學習過程參與度低

2.1.1?以學生為中心的全程教學設計

教師從講授的主角轉變為教學的設計者和引導者，通過信息化工具全面調動學生參與線上學習、線上線下測試，課堂中電路分析、故障判斷、仿真驗證、分組討論和項目的設計、展示，教師設計導學問題清單，進行教學目標分解，在課堂中針對學生的共性問題和關鍵問題進行反饋性講解，在討論和項目過程中進行引導，教師評價和學生評價結合，促進學生的主體意識。

2.1.2?課程思政——潤物無聲，塑造情感價值導向

教師結合時事熱點和課程內容告訴學生，我們學的內容能夠科技興國。教學過程中，可以引申到哲學問題的點很多，引導他們思考人生。例如應用仿真軟件的時候，通過中國標準符號和美國標準符號不一樣的這個點切入，給他們講技術標準的重要性，講華為參與制定5G標準為什么會讓美國人忍無可忍，激發學生民族自豪感和科技興國的責任感。

2.1.3?任務驅動——定期發布學習任務，明確學習目標

在學生進行線上內容學習之前，教師發布導學內容，其中有明確的學習問題清單，讓學生可以帶著問題自學。以周為單位發學習計劃安排，告訴學生怎么學。課程一開始學生不習慣，有壓力，但是三四個星期養成習慣以后，就會自覺地進行了。有一次任課老師到了周六忘記發學習安排了，中午就有學生提醒，說老師怎么還沒發下個星期的計劃啊。這樣他們自己也有學習的驅動力。

2.1.4?數據驅動——信息化工具實現智慧教學

通過智慧樹、雨課堂（2018年使用）、學習通（2019—2023年使用）等信息化工具，對學生的學習行為精準畫像，實現個性化輔導。疫情期間線上教學，為了保證教學質量，進行了大量的學情調查，根據數據調整教學進度和手段。

2.2?學生上課聽得懂，下課不會做

2.2.1?翻轉課堂——以知識產出為導向的教學過程

從學習金字塔可以看到，被動式的學習，知識留存率比較低，留存了不一定能融會貫通。學生在翻轉課堂中，需要自己把知識講出來，在學習、加工、組織語言的過程中，主動學習的效果更好。安排學生檢索，例如超級電容有哪些應用領域的資料，學生找到的內容，教師都不知道，實現了教學相長。教師從學生的講述能夠判斷他們是否真正理解了相關原理，在現場給予反饋性評價和糾正。

在疫情期間，翻轉的效果非常好。教師讓學生自己做講解視頻，有知識點講解的，也有習題講解的。學生一方面對做視頻很感興趣，而且可以讓每個人都做，放到線上平臺，他們也會去看別人做的，也可能是待在家里無聊，所以他們在做視頻、看視頻的交流中，反而比線下翻轉的時候更多更好。

在做視頻講解的過程中，完成了老師的所知所行，轉化為學生的所知所行，同時還有同伴之間的良性循環。

2.2.2?小組學習——以學生為主體的合作探究式學習

在課堂教學中，使用小組討論的方式，進一步加強學生之間學習的促進作用。結合PBL問題學習的方法，學生分組討論、做題，在討論課上進行交流，提問題并相互解答。

在目標達成度調查中，使用PBL的教學方式，學生認為對“已經掌握相應內容”的描述選擇“非常同意”和“同意”的，分別為24.21%和50.53%，比未使用PBL時的21.05%和45.26%，有明顯增長。

2.2.3?思維導圖——自主知識脈絡的梳理和內化

教師在講授的時候，雖然是某一個知識點，但是關聯的是整個知識架構，教師前因后果清晰，講得通透，學生聽得順暢。但是只靠聽課，這些知識能融入學生知識架構里的內容有限。在前面學生主動學習的基礎上，要求學生課后畫出思維導圖，可以幫助學生自主實現知識脈絡的梳理和內化，完成知識體系的構建。

2.3?學生學完不會用，考完就忘

以前學生學完了不會用，考完就忘了，等到專業課要用的時候，學生經常會說，這個電工技術沒學過。究其原因是學生的知識沒有轉化為能力，所以會遺忘。

針對這個課程痛點，本課程采用與學科競賽相結合的工程實踐，安排項目式教學。教師使用項目式教學，結合智能車和電子設計大賽，安排一些相關的、簡化的工程實踐項目。讓學生通過項目技術要求，自己設計電路，用面包板連接電路，進行項目報告總結，把知識轉化為能力，強化記憶。

3?教學設計與創新點

為了解決上述課程痛點，課程團隊結合課程目標對課程教學進行了整體設計，采用如下創新點。

3.1?基于BOPPPS模型的線上線下混合式教學設計

為了解決上述問題，教學團隊將OBE教育理念引入教學實踐中，將課程內容按照教學目標重新規劃，全面更新教學大綱、教學方案、教學課件、線上課程等教學材料，設計了基于BOPPPS模型的線上線下混合式教學方式，將教學實施過程分為導入、目標、前測、參與式學習、后測、總結6個環節，線上資源使用SPOC和學習通為主，線下課堂采用問題驅動、理實一體、項目式教學的方法，保證學生深度參與教學全過程。基于BOPPPS模型的線上線下混合式教學實施流程見表1。

總結任務發布線上提交任務反饋思維導圖項目報告知識內化

下面以三相異步電動機的繼電接觸器控制內容為例，介紹混合式教學實施流程。

3.1.1?導入

線上活動在SPOC發布導學任務、問題清單，教師進行線上資源整合，發布知識點講解視頻，以學生喜聞樂見的微信推送、B站視頻等方式發送背景知識閱讀資料，進行問題采集。

線下活動使用問題牽引的方法，通過與專業相關的工程應用項目，導入相關學習內容。

對軌道專業的同學，以世界高鐵里程數第一的中國高鐵為例，導入三相異步電動機的控制電路問題。插入思政內容，通過中國高鐵人在進行“復興號”知識產權自主化的過程中，刻苦鉆研、不懈奮斗、克服電氣控制技術難題的奮斗過程，讓學生認識到技術標準在行業競爭中的重要性，看到實驗、實踐的重要性，引導學生形成設計電路完成后用仿真驗證和工程實踐的素養。

3.1.2?目標

線上活動在SPOC發布易于從學生角度衡量的學習目標，把學習目標分解為知識目標、能力目標、工程素養目標。

3.1.3?前測

通過學習通APP發送前測習題，針對控制電器符號、作用等事實性知識點的記憶情況和保護設備的功能等概念性知識點的理解情況進行檢測。根據答題情況針對學生摸底測試的概念性錯誤進行統一的簡單講解，進行概念修正。

3.1.4?參與式學習

對繼電接觸器控制電路的本質及常用控制電器進行概念性串講，對繼電接觸器控制電路的特性進行知識性串講，對正反轉控制電路進行復習性串講，對繼電接觸器控制電路的設計原理結合機場行李傳送帶的工程應用進行串講，對每一個教學內容布置分組作業、討論、項目式任務，教師根據相應任務中的學生反饋，再對教學內容進行反饋性總結講解，對學生的錯誤認知進行修正，確保在細節和重點上學生能理解到位，教師點評和學生互評結合，給定表現分數。

沉浸式深度學習。學生獨立完成前測和后測習題，分組完成控制電器符號繪制、直接啟動停止電路故障分析、正反轉控制電路故障分析、基于賽道識別電路的電動機控制項目式任務，達成對控制電器、控制電路原理等知識型目標的識記，電氣讀圖、故障分析等能力型目標的應用和分析能力，項目實踐和嚴謹踏實的工程素養型目標的評價和創新素質。

3.1.5?后測

常用控制電器應用和基本控制電路的考察，檢驗學生對知識能力目標的達成情況。

3.1.6?總結

針對本次課內容進行小結，直接啟動停止電路-正反轉控制電路-順序控制電路，通過歸納教學內容，幫助學生整理思路，安排學生課后完成思維導圖的繪制任務和項目報告的撰寫，實現體系遷移。

3.2?線上線下雙閉環的過程評價

針對基本電工概念和原理等知識型目標，采用學生線上SPOC學習為主，線下課堂教師使用學習通APP發送測試題，了解學生的識別、記憶情況，針對答題情況進行反饋性講解，實時修正學生的錯誤記憶。

針對定理應用、電路分析設計等能力型目標，采用問題驅動的方法，以線下討論式教學和翻轉課堂為主，教師主要完成討論和翻轉主題的設計，引導討論過程，結合現場討論和翻轉中出現的共性錯誤進行反饋性講解，強化學生能力培養。

針對工程素養型目標，以項目式教學為主，教師結合智能車等學科競賽，將項目類別劃分為元件級、單元級、系統級，以工程項目作為理論教學的擴展，讓學生成為教學的主體和中心。通過項目式教學，實現課程的挑戰度，培養學生的工程觀念和解決復雜工程問題的能力，為學科競賽輸送更多人才。

翻轉課堂和討論式教學配合項目式教學，通過SPOC、學習通等現代信息手段在線上和線下教學中實現及時反饋，數據驅動教學，覆蓋課前-課上-課后的每個教學環節，調整個性化教學方案，實現全課程過程化考核。

線上內容主要針對理論學習，電路符號、基本原理和分析方法，結合線上測驗，檢查學生的理解記憶情況，閉環實現過程評價。線下內容安排參與式討論，通過對電路的仿真優化、故障分析實現知識體系遷移，通過線下項目輸出，學生自己動手設計和制作電路，把知識轉化為能力。線上線下活動實現雙閉環進行混合式過程評價。

課程成績組成：線上成績25%，線下成績75%。線上課程成績25%，按照SPOC視頻完成度、線上習題測驗、討論反芻比等情況綜合評定；線下75%，平時成績25%，按照課堂翻轉表現、課內實驗、課后作業、項目制作完成度等情況綜合評定，期末考試50%，與非混合式教學班級一起參加課程統一考試。

4?教學效果

經過6年的課程迭代和教學設計完善，課程基本實現：通過內涵思政內容的導學，解決“為什么學”和“為誰而學”的問題，通過線上SPOC課程解決“學什么”的問題，滿足個性化學習要求，在參與式學習中，通過信息化智慧教學解決“學得怎么樣”的問題，在項目式教學中，解決“學了怎么用”的問題，進行高階工程思維訓練。

4.1?學生成果

近5年開展混合式教學的班級，在考試卷面平均成績上都高于普通班。授課學生近3年參加全國大學生電工技術基礎知識與創新競賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰賽、“恩智浦”杯智能汽車競賽等學科競賽，獲國家級獎項28項、省市級獎項50項。

4.2?學生評價

在混合式教學之初教學團隊很擔心，因為很折騰學生，但是結果比想象的要好。學生的評價基本都是正面的，有的同學說“覺得老師教得挺好的，也見識到了‘花里胡哨的威力，希望老師發明更多的教學方法”，有的同學說“我的收獲其實還是蠻多的，收獲了更多的學習伙伴，從線上課上收獲了好多新的知識，有些地方也吸引了我，讓我不知不覺地去百度汲取更多與之相關的知識”。

4.3?專家評價

本課程教學方法和實施效果得到校內外專家認可，主講教師和教學團隊獲得2019年全國高校電工學課程教學競賽一等獎，首屆上海市高校教學創新競賽三等獎、教學學術創新獎。教學團隊受邀在2020年上海市電工學年會作大會報告，電工技術2019年被列入第一批校級“金課”培育計劃，第一期考核結果被專家組評為“優秀”，2019年立項為上海市重點課程建設項目，同年被學校推薦申報國家級線上線下混合式一流課程，2022年被認定為校級“金課”。教學方法應用到電子技術課程，2019年上海市重點課程建設項目結題優秀成果，2020年被認定為上海市線上線下混合式一流課程。

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