精準教學在電路原理實驗課程中的應用

［摘 要］針對傳統電路實驗教學的特點和不足，文章對電路實驗教學方法進行探究。為了激發學生勇于創新的精神，使實驗課程具有啟發性、科學性，可將精準教學融入電路原理實驗課程中，采用“分段+分組+分塊”的精準教學模式，引入云計算、大數據和人工智能等信息技術，提高分析數據能力，探索多維度、多元化的精準評價，在傳統教學的基礎上提供個性化支持，為學生實現“因材施教”。實踐表明，這種基于信息技術的精準教學模式充分發揮了線上線下深度融合優勢，以學生為本，收獲了良好的教學效果，有利于培養新工科創新型復合型人才。

［關鍵詞］精準教學；因材施教；信息技術；電路原理實驗課程

［中圖分類號］G624.4 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）19-0049-05

國家發展靠人才，民族振興靠人才。要建設教育強國，高等教育是龍頭，高校應堅持立德樹人這一根本任務，自主培養創新人才。因此，全力培養大學生的創新能力是時代的挑戰。實驗室是創新人才培養的重要基地，實驗教學是培養創新人才的重要手段，學生通過參與實驗項目研究，獲得更多的動手和動腦機會，理論聯系實際，學會分析問題、解決問題的基本方法，不斷增進對知識的理解和應用，提高創新意識和工程思維[1]。

電路原理實驗作為電學專業的基礎核心課程，對啟蒙學生學習基礎電學知識、建立電路理論、銜接后續多門專業課程都起著至關重要的作用，也是培養學生實踐能力和創新意識的重要課程。由于在有限的課堂教學時間內，教師往往難以將理論與實踐相結合，長期以來，電路原理實驗課程多以理論驗證為主，沒有體現設計性和創新性。傳統實驗教學通常采用“預習+講解+操作驗證+實驗報告”的形式，且預習流于形式，實驗過程機械，考核標準單一，這種“填鴨式”的教學無法及時讓學生完成知識點的驗證實驗，不利于開展目前新工科建設所倡導的創新性、設計性實驗項目。

因此，如何將實驗教學與學生創新意識相結合以激發學生勇于創新的精神，如何將實驗教學與教育現代化有機融合，是亟須解決的問題。本文探索精準教學在電路實驗教學中的應用，對教學目標、教學模式、評價體系和教學效果進行分析，開展以學生為本的精準教學，以有效提升實驗課堂教學質量。

一、精準教學培養模式探索

20世紀60年代，奧格登·林斯利（Ogden Lindsley）基于斯金納行為主義學習理論首次提出了精準教學（Precision Instruction，PI） [2]。精準教學是指在信息技術支持下，運用智慧終端記錄學習軌跡，對學習的過程進行測量、評估、干預和補救及改進，形成閉環反饋的教學形式[3]。隨著信息技術的高速發展，各種各樣的智能教學設備走進校園，通過對智能設備記錄的學習軌跡數據進行量化分析，教師能更精準地設置教學目標、優化教學流程以及有針對性地補救和改進學習，在傳統教學的基礎上為學生提供個性化支持，“精準教學”有了新的應用場景，最終實現“因材施教”。

從本質上講，創新實踐能力培養就是“以學生為本”，力爭做到“因材施教”，根據學生的知識結構和能力各不相同，正視學生的個體差異，選用合適的教學內容以及不同的補救教學方式，針對性地提高學生的知識水平、思維方法和實踐能力，從而達到全面提高創新能力的目的，這些特點都與精準教學相吻合[4]。

二、精準教學模式實施的過程和方法

（一）教學模式

人才的培養是個系統性的工程，需要認真對待，并全面考慮。有些學生基礎知識相對薄弱，有些學生缺乏動手能力，每個學生的學習興趣、認知水平和知識結構都不盡相同。為提高教學效率和提升教學效果，可以根據學生的實際情況進行“分組”，對不同的學習過程進行“分段”，對學習內容進行模塊化，實施“分段+分組+分塊”的教學模式，實現傳統的授課和精準教學有機融合，如圖1所示。

（二）教學目標精準化

教學目標不僅要明確，而且要量化，這就要求對傳統的教學目標進行分解并重新描述，由此，建立基礎型、驗證型、綜合型、設計型、研究創新型等多層次實驗項目，能讓不同層次的學生都能精準定位，找到適合自己的實驗項目。要根據每個實驗項目的達成度，對教學目標進行分解和量化，做到每個實驗目標精準化。教師針對不同班級分析學生需求和能力水平，設置精確教學目標，匹配合適的教學內容和學習模塊。比如，實驗項目“戴維寧定理”，教學目標是“驗證戴維寧定理，加深對定理的理解和運用，掌握負載獲得最大傳輸功率的條件”[5]。其驗證電路如圖2所示，可以轉化為電路搭建、數據測試、數據分析和驗證、電路改進、定理應用、小組討論、實驗報告等。經過分解再進行量化，比如搭建電路占20%，數據測試占20%，數據分析和驗證占25%，電路改進占10%，定理應用占10%，小組討論占5%，實驗報告占10%，讓學生了解量化目標后，能更明確實驗需要準確掌握知識的程度，以及運用知識的速度，強調行為目標和及時反饋，輔助教師和學生判定學習是否有效，檢驗是否符合精準教學的“流暢度”標準。

（三）教學過程精準化

通過多個平臺如學習通、雷實驗、口袋實驗等，從課前到課后，從線上到線下，整個教學過程都對學生的學情進行記錄和分析。尤其是信息技術的快速發展、智能手機的大量使用，教學管理由“粗放式”向“精準化”轉變，學習進展情況和學習效果通過數據呈現，教師可快速基于最近發展區確定課堂教學問題，及時了解學生的困難和瓶頸，進行相應干預和精準補償。以多種方式獲得更多、更全面的學習信息，及時有效反饋教學效果和狀態，為最終的精準決策提供依據。教師作為主導，可以從更多的視角來審查教學的每一步進展情況，學生作為主體，能更充分地參與到整個教學過程中，這在一定程度上發揮了學生自主探索、自我提升的主體性。

例如，對于“戴維寧定理”的實驗教學，教師先在學習通上發布預習題，學生運用Multisim軟件先進行驗證。根據學生的每一步仿真圖形和結果來了解學生的掌握情況。實驗預習要求分三步仿真，先測輸出電阻RO，再測開路電壓UOC，然后改變負載電阻RL的阻值，測量有源二端網絡的外特性曲線。教師依據線上數據對學生掌握知識點的情況進行了解和評價，對學生進行分組并實行分模塊教學，使線下實驗的指導和引導更具有針對性。對于線上只能畫出仿真圖形的學生，線下分到1～2組，學習的模塊主要有理解定理內容，搭建電路并嘗試進行數據測試；對于預習時就能畫好仿真圖形，并能經過摸索能測量出數據的學生，線下分到3～6組，側重學習的模塊是數據測量和分析；對于能快速畫好仿真圖形并對測量數據進行分析的學生，線下分到7～8組，引導其對電路改進和定理應用模塊的學習，訓練其創新意識和綜合能力。

（四）教學評價精準化

傳統實驗教學通常直接以實驗結果來評價學生的學習成績，評價形式比較單一且模糊。采用精準教學模式，每一個學生的學習方法、學習效率、學習習慣以及學習進度等都生成個性化數據資源，教師通過對教學平臺的數據進行科學分析，全過程、實時、動態地精準評價學生的學習過程；教師通過分析翔實的學情反饋數據進行實時評價，及時引領學生調整學習狀態，提供針對性的建議和輔導；學生通過平臺能看到自己的學習情況，教師將課堂評價嵌入學習過程中，為學生做好學習導向，使他們端正學習態度；教師運用智慧教學工具進行引導和互動，學生積極參與到線下小組討論和線上專題討論的教學活動中，同步做好互評和自我評價。

教師通過評價結果，及時了解學生的學習情況并進行評估，對未達到教學預期目標的學生，教師及時采取措施進行干預和補救，或者對教學內容等進行改進，快速精準地補償教學，以使教學內容處在學生的最近發展區[6]。因此，通過教學評價的精準化，教師和學生都可以及時了解學習進度，多方位多角度看到教學目標是否達成、知識或技能是否真正掌握。

三、模式應用與效果分析

（一）探索應用

電路原理實驗課程組為了探索實施基于精準教學的電路原理實驗教學模式的有效性和可行性，在2022—2023學年第二學期，對長沙學院電子信息與電氣工程學院2022級電氣工程專業4個行政班共136名學生，設計并實施精準教學改革模式。對本院另外8個行政班仍然采用傳統教學模式，通過一一對比，進一步分析精準教學模式的教學效果。

（二）教學過程

1.課前預習階段

教師提前兩個星期開始了解學生對電路原理實驗課程和其他課程的學習情況，以及學生的學習習慣等，并提前一個星期在教學平臺上發布實驗項目任務書和學習資料。學生根據發布的任務書，先自主進行在線視頻學習，根據要求進行自測以及自我評價，并進行自我查漏補缺，可以隨時向教師提問，與教師和同學共同探討。教師根據預習情況和班級人數對學生進行分組，通常一個行政班分6～8個小組，3～4人為一組。

2.課堂實驗階段

教師根據課前學生的預習數據和收集的問題，因學施教，適時調整教學方法和課堂組織方式。如果課前預習有高于80%的學生能達到設定的教學目標，教師則主要針對未能達到要求的學生進行個別輔導，鼓勵達到要求的大部分學生自己動手實驗，對實驗過程進行拓展和評估，對實驗結果進行分析，遇到問題時小組內部可以先進行專題討論，這樣可以著重培養學生應用知識解決問題的能力。如果課前預習只有半數左右的學生能達到教學目標，教師則針對重點問題進行分析，安排學生進行小組內討論后教師再進行點評。這能使學生通過討論與協作拓寬思路，提出新的想法或找到解決問題的方案，從而培養學生解決問題和持續成長等高階能力。如果課前預習只有三分之一左右的學生能達到教學目標，說明課程標準較高，教師要先對實驗內容進行講授，再對實驗內容進行分解，然后重新推送實驗內容，讓學生分組進行實驗，讓做得好的學生展示實驗成果，教師再進行點評總結，幫助學生攻克理論知識難點，最后讓學生獨立完成實驗，培養他們獨立思考的學習習慣。

fHZYfwfKwkANQuPqVkoqKOPrYoSIb5A0T51jC7u0gvw=3.課后線上討論階段

教師根據教學內容和實驗完成情況設置小組討論主題，根據課堂實驗實時情況重新建立6～8個討論小組，實驗完成后推送至教學平臺論壇，小組通過“競標”的方式獲取實驗高階題目。每個小組設有組長，組長負責引導討論方向并整理小組討論要點，撰寫討論報告。每個組員可自由發言，如針對主題進行提問、討論方案、根據主題進行擴展設計等，教師則根據討論情況參與回帖和點評。討論時學生的參與度和討論深度，以及討論報告的深度都將是教師給每個小組及組員打分的依據。學生在線上討論發言時思維活躍，能在討論過程中發現問題并思考解決問題的方法。線上討論有利于啟發學生運用工程思維方法，精準解決實際中遇到的問題，真正做到學以致用，實現創新能力培養[7]。

4.課堂研討與展示階段

針對綜合性實驗和設計性實驗，開展主題研討。典型電路討論，包括仿真電路搭建、數據分析和工程案例分析等內容，可以進一步強化與鞏固知識。學生對課堂和線上所學習的實驗內容，尤其是在實驗過程中遇到的問題進行分析和討論，有利于進一步理解并掌握課程內容。進階式的分組選題討論，包括競賽題目、大作業類、設計制作類和課外科技活動等，學生可以自由選擇報告內容，如調查報告、自編程序、設計制作等，并分組進行討論，以更好地提升學習自主性和協作能力。研討時各小組邊學習、邊研究、邊實驗、邊改進，最后通過圖片、視頻、實物等多種形式自行展示報告，教師和學生可以針對展示內容和形式提出疑問，答疑的過程有助于學生解決實驗項目中潛在的問題，有利于改進和優化實驗環節。指導教師根據展示報告和答疑情況進行總結、點評和拓展，對于優秀報告給予獎勵。

5.提高階段

在“創意、創新、創造、創業、創未來”的理念下，為激發學生創新精神，學生可以申請到大學生創新創業基地或課外競賽基地參加創新創業活動、學科競賽活動或者產學研項目，以競賽或項目驅動實驗教學環節的整合、貫通與優化，激發學生的學習興趣，拓寬專業學習視野，進而培養他們的綜合素質與創新能力[8]。

（三）成績評定

為更好地評估學習效果，全面促進教與學，指導教學改進，強調精準化、過程化、多維度、科學化的考核方式，課程最終成績包括課前線上學習、線下實驗過程、課后討論和項目完成等多個部分，具體如表1所示。

四、教學效果分析

（一）精準教學效果

在最后一個實驗項目完成后，課程組向學生發放調查問卷136份，回收有效問卷118份，就教學目標明確、提前學習效果、實驗效果、在線討論效果、主題討論效果、實驗能力提高效果等方面調查實施精準教學模式的實踐效果。

采用精準教學模式后，90.8%的學生認為教學目標更明確，課前發布的自測題目有助于他們自我查找知識盲區，尤其是通過細化的學習任務，減少他們的畏難情緒，有利于調整學習進度，提高學習興趣和自主學習的效率。72.3%的學生通過課前在線學習能夠掌握實驗原理、實驗步驟等內容，說明在線視頻設計合理，難度適中，能達到預期的效果，為實驗做好較充分的準備。87.3%的學生認為課前預習形式好，能很好地與實驗內容銜接，分組分模塊進行實驗的形式，能讓學生掌握知識點的同時找到自己的定位，分組+分塊的教學方式能促進自我完成實驗，實驗效果比傳統課堂有明顯提升。60.7%的學生認為線上討論需要準備充分，對課外知識的涉及面更廣泛，提高了自我思考的能力和思維的活躍性。但是，也有個別學生參與討論的積極性不高，有的發言過于散漫，在下一輪實驗教學改革中教師將加強對他們的引導管理。課堂氛圍方面，80.2%的學生表示喜歡改革后的方式，教師的引導更具有針對性，不同組之間的質疑和提問讓課堂更具有挑戰性和競爭性，同組成員互評使得課堂參與感更強。

實驗能力包含思維、科學觀察、實踐操作和團隊協作等方面的能力。超過78.5%的學生認為通過精準教學新模式，自己的工程思維能力、語言表達能力、自主學ee3328c5104dc34ea55c7220281d4a38習能力和團隊協作能力都有了明顯提升；但在實驗過程中分析問題的能力仍然有待提升，說明精準教學對提升學生的“知識”“理解”等思維能力有成效，而對“分析”“操作”等能力的提升有待加強 ，調查問卷數據如圖3所示。

（二）學習成效對比分析

為了進一步分析基于精準教學模式的效果，課程組選擇我院精準教學的2022級電氣4個班和采用傳統教學的2022級電子4個班作為對照，對比分析學生每個實驗項目的綜合成績，結果如圖4所示。

根據學生完成每個實驗項目教學目標的知識點得分率對比，精準教學模式下，班級整體實驗成績平均分提高了5.2分，班級學生的優秀率提升了7.0%，成績兩極分化的情況有所改善，低分成績相對減少。學生在概念理解、實驗操作、實驗結果的計算和分析、知識點的應用等方面的成績都有不同程度的提升，尤其是對綜合性實驗和設計性實驗，精準教學模式效果更明顯。

五、結語

智慧教育視域下，將精準教學理念融入教學的每一個環節，從電路原理實驗課程的應用來看，教學效果提升明顯，值得繼續探索與推廣應用。堅持信息技術與教育教學深度融合的核心理念，傳承教育本質，創新教育未來，引入大數據、云計算等信息技術，積極研究線上與線下融合的精準教學模式，提高數據分析能力，進一步開發配套教材與測試題庫，將教學目標進行分解和量化，采用多種形式的討論和點對點個別輔導，采用教師評價、自我評價和小組內互評相結合的多元評價方式，量化分析和質性研究相結合，實施精準干預和補償教學，促進精準教學在高校課堂的有效實施，讓精準教學模式在教育中最大效益地發揮作用。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 教育部.關于一流本科課程建設的實施[EB/OL].（2019-10-30）[2024-03-10].http：//www.moe.gov. cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.

[2] 安富海.精準教學：歷史演進、現實審視與價值澄明[J]. 課程.教材.教法，2021（8）：56-62.

[3］ 趙萍，田俊.面向精準教學的逆向教學設計模式構建與實證研究：以高中數學學科為例[J].中國電化教育，2022（2）：98-105.

[4］ 王永雄，丁德瑞，宋燕，等.基于創新實踐能力培養的精準分層教學[J].中國電化教育，2017（12）：109-114.

[5] 劉亮，尹進田，楊民生.電路分析基礎[M].西安：西安電子科技大學出版社，2023.

[6］ 湯勃，孔建益，曾良才，等.“互聯網+”混合式教學研究[J].高教發展與評估，2018（5）：90-99.

[7］ 張健平，蔡勇.“新工科”背景下工科類專業性實驗虛擬仿真教學模式的構建與實施 [J].大學物理實驗，2022（8）：140-149.

[8] 陳磊，朱瑋，金玲.新工科背景下電路原理課堂實驗教學探索[J].中國現代教育裝備，2022（1）：91-92.

［責任編輯：劉鳳華］