张 帝, 国 海, 周小杰, 权 悦, 汪 婵, 孙 雯
(安徽科技学院电气与电子工程学院,233100,安徽省蚌埠市)
0引 言
众所周知,传统的课程教学一直以来都是集中在固定教室固定时间以教员主动授课,学生被动接受的方式进行. 这种教学模式虽然一定程度上能够满足知识传播的需要,但是教员单向输出知识的特点容易忽视学生感受且无法感知和把握其学习动态,造成学生学习积极性下降,互动不足,从而使得学生往往成为课堂教学中的旁观者,学习过程参与度以及学习获得感日益降低,大大影响学生对于知识的理解和掌握,教学质量和效果均难以保证[1].
近年来随着互联网技术应用以及智能终端设备(智能手机、个人平板)的普及,教育行业通过与互联网技术的融合,逐步朝着教育信息化方向发展[2]. 尤其在2020年新冠疫情肆虐背景下,基于互联网+教育的需求涌现出了诸多的网络在线教学平台,短时间内线上教学模式得到了大规模实践与应用[3-4]. 通过线上教学,可以克服时间和空间的约束,让师生在居家条件下即可完成“停课不停教、停课不停学”. 该模式打破了传统的单一课堂讲授的教学模式,充分发挥了线上教学的优势,但该种模式也存在受网络条件制约、课堂缺乏生机与氛围,过度依赖学生自主及自律等问题.
因此,为了既能发挥线下课堂面授的优势又能利用线上教学的便利,本文结合电路分析课程进行了传统教学模式改革实践,搭建了全员参与、师生共享,教学相长的线上线下混合式智慧课堂. 在配合线下教学的基础上具体探讨了在线教学模式和线下课堂的搭建,对原来教学内容、教学设计以及教学考核方式进行改革. 最终通过线上线下混合式智慧课堂的实践和不断改进,电路分析课程教学取得了较好的教学效果,可为后续其他课程的混合式智慧课堂搭建和混合式教学提供参考.
电路分析课程在我校是面向电气工程与电子信息类专业的一门专业基础课程. 该课程在大二上学期开设授课,在专业课中起到承前启后的铺垫作用,为后续学习模电以及其他电气类专业课程提供电学基础. 该课程通过系统介绍电路基本理论和基本分析方法旨在让学生掌握电路分析规律和计算方法,从而具备独立分析和解决电学工程问题的能力[5]. 在掌握基本理论同时,要求能够将电路理论与实践相结合完成电路分析和设计,从而锻炼学生的思辨能力和动手实践能力.
该课程涉及到的理论知识较多,实践性较强,要求能够重点掌握电路定理和基本定律在分析电路中的灵活运用. 其中戴维南定理、诺顿定理和基尔霍夫定律是课程教学重点,而运用电路理论和方法对各种电路模型进行分析则是教学的难点[6]. 该课程基本知识体系架构如图1.由图1可知根据课程知识点繁多且较为综合,掌握基本知识点已属不易,能够运用知识分析实际工程问题则难度更大,如不进行教学改革,长此以往会打击学生学习的积极性,导致学习效果下降.
图1 电路分析课程知识架构
2《电路分析》教学现状分析
《电路分析》作为我校面向强电和弱电类专业开设的专业基础课程,涉及到电路定理、电路定律、电路元件以及各类电路模型的分析方法,内容丰富但高度集成,需要学生投入大量时间和精力去学习,方能掌握电路理论并能运用[7]. 因此是一门理论和实践性强且对学生要求较高的课程. 在新大纲修订后,目前该课程在教学过程中面临主要问题如下.
2.1 教学内容与相应课时不匹配
《电路分析》在我校原来培养方案中为90学时,其中包含理论72学时,实验18学时,尚且基本能够同时满足弱电和强电专业的教学任务. 但是在新大纲修订后,总学时进一步压缩为80学时,其中理论课为68学时,实验学时为12. 若继续按照传统教学模式开展教学,即使能够完成教学目标也会使得教学效果大打折扣. 因此如何在压缩后的学时范围内进行高效教学,则成为教学改革中主要考虑的问题.
2.2 师资力量不足
由于担任该门课程的专任教师仅有4人,而每学年上课人次在500人左右,因缺乏足够师资,每学期将相近专业合并为一个教学班,人数均在100人左右. 由于大班教学人数较多,传统线下面授过程中很难对每位学员学习效果进行把控,不能做到基于整体的学习过程数据对教学计划适时调整,学生与教师之间互动很难全面覆盖. 另外由于班级人数较多,批改作业工作量大占用教师备课时间,课后答疑不及时影响学生学习效果都是亟待解决的问题.
2.3 实验教学与实践能力培养缺乏衔接
实验作为教学的关键一环是对所学理论知识的进一步理解与运用. 目前的实验教学主要是在线下实验室进行,且实验内容大都是对某一电路理论的综合验证,学生在此过程中仅能利用实验仪器进行电压、电流等参数的测量,教师仅从实验结果上判断其实验过程是否正确合理,缺乏对实验过程的总体把控. 而学生对于实验设备的原理、出现故障原因及故障定位和排除等方面的能力较为缺乏. 此外实验环节缺乏对实践应用问题的结合,无法锻炼学生的工程实践能力,因此需要对实验教学环节进行改革,进一步提高学生的知识运用能力显得尤为必要.
2.4 传统线下授课过程中面临的普遍问题
传统的课堂教学模式是一种基于线下面授的以老师为中心、书本为中心和课堂为中心的教学模式. 其基本教学流程如图2所示. 该种教学模式虽然能够完成对于电路分析课程的专业讲授,并结合实验锻炼达到一定的教学效果,但从整个教学过程和最终考核结果来看,在历届学生学习过程中普遍存在以下问题[8].
图2 传统教学模式流程
(1)学生对于类似中学阶段的学习模式和方法日益反感,传统且单一的教学模式已无法满足学生对于学习模式改变的期望.
(2)学生课前没有形成有效预习的意识,普遍缺乏学习动力和学习热情.
(3)传统线下教学无法突破时空限制,学习的资源主要集中在老师的线下课堂. 课堂互动缺乏灵活性. 另外对学生答疑解惑的要求不能实时满足.
(4)电路分析课程注重理论与实践相结合,而学生对于理论和实践的结合能力不足,存在重理论弱实践的问题.
(5)整个教学过程缺乏科学有效的监控和反馈,教师对于学生的学习效果掌握不够.
(6)课程考核形式单一,“一张试卷考学生”这种传统的考核形式不能全面反映学生对于课程的掌握程度,无法考察和突出学生对于知识的运用能力以及综合能力.
针对电路分析课程教学现状和目前传统线下教学模式存在的问题,根据现有条件联系实际进行了线上线下混合式教学模式探索与改革,主要做了如下教学实践.
3.1 课程建设指导原则
(1)因材施教. 电路分析课程的理论学习范围仍然以我校制定的最新教学大纲为标准,同时根据专业特点合理安排教学重点和学时,如电气工程专业学生则对三相电路和变压器章节要重点掌握,电子类专业学生则侧重于一般电路定律和相量法的学习即可. 除此之外依据“教学大纲”和“教学目标”选择与电路理论相关的最新研究成果和领域专家的精品课程作为扩展内容进行学习,进一步发掘优秀的教学资源对于保证电路课程建设内容先进性大有裨益.
(2)不拘一格. 在课程建设中要注重多种教学方法的结合应用,线下课堂不仅能通过板书及面授完成对电路理论重点内容的讲授,也要积极借助线上教学平台、利用数字化教学工具使得教学内容以更加形象化方式呈现,打破时空限制,拓展线下课堂以外的教学空间.
(3)宏观把控. 课程内容的建设要以更加系统的角度梳理各章节内容的内在联系,在教学设计过程中科学合理进行有意铺垫和引导,培养学生的发散思维和系统看问题学知识的能力.
(4)重在实践. 在实践环节,除了要在实验室动手实验外,也要综合运用仿真软件,通过虚拟实验室来完成基本实验的预习,然后利用线下实验室逐步进行实验探究和深入理解. 例如，可以在线下实验前鼓励学生通过Multism软件、Matlab等软件进行电路仿真实验,提高学生对实验的分析和设计能力.
(5)思政导入. 适时加入课程思政元素,结合电路理论深刻挖掘蕴含在课程中的思想教育因素,不仅丰富学科教育内容,也能让学科内容更加有深度,做到思政育人的教学目的[9].
3.2 混合式教学设计与实践
在课程建设指导原则基础上进行详实合理的教学设计是混合式教学实践的第一步,本文从线上到线下按照学习规律分阶段地进行了课堂教学设计并实施于教学全过程. 线上线下混合式教学实践方案如图3所示.
图3 混合式教学实践方案
(1)线上课前预学. 课前准备阶段主要以构建电路分析课程的教学资源为主,依托于线上教学平台,首先在线搜集慕课(MOOC)精品资源,利用学习通对于将要学习的内容制定学习计划并提前一周发布. 构建课前预习模块,上传线下课堂学习课件,并对课件中重点内容进行配音讲解,布置学习任务并在讨论区发布课前预习思考题,预习效果测验,同时在线上发布电路分析仿真实验用的软件,并提供相应教程供其学习. 学生在上课前需要完成并提交线上预习测验,测验结果会由系统自动评审并记录. 对未完成任务的学生系统会进行自动提醒. 另外学习通平台可以全面记录每个学生的课前预习参与度,包括对线上发布的教学资料的访问观看情况,如电子课件的浏览次数、教学资料包的下载情况、教学视频观看的进度[10]. 线下课堂开始前的课前预习作为课前导学环节中关键一环,对学生的学习情况起到监督促进的作用,从而培养学生养成课前预习的习惯,为线下课堂听讲做准备. 另一方面教师可以根据学生线上课前预习的结果对学情有更好的掌握,提前知晓他们在学习中存在的主要问题,从而在课堂中可以相应作出调整,提升教学质量和学习效果.
(2)线下课堂研学. 线下课堂研学环节是在线上课前预学的基础之上进行的,针对预学环节暴露的问题进行具有针对性的辅导与讲授. 课堂开始前,借助学习通中签到功能可以代替教师点名,且同学们由于在上一环节中通过观看视频,电子课件和基础测验已掌握大部分基本知识内容. 因此对于简单的教学内容可采用翻转课堂教学模式完成,在节省课堂时间的同时增加师生互动. 教师可将更多时间对重难点内容进行讲解,组织学生对线上预学环节提出的问题以及他们的线上答案进行研讨. 比如在上“基尔霍夫定律”一节时,除了要求学生能够掌握该定律的内容和适用条件外,还可以积极引导学生思考如何通过实验验证该定律. 在课堂研讨环节中,带着大家通过电路仿真软件搭建电路来设计实验验证该定律. 仿真软件的现场演示可以打破实验室固有的空间、时间、实验器材的限制,激发学生实验自主性和积极性,对老师口头讲授的电路理论知识理解的更加透彻[11]. 在讲到“电路基本元件特性时”,为了让学生对电路元件有更加感性的认识,除了将实验室里的电阻、电容、电感元件带到课堂中进行展示,还可进一步拓展这些元件在实际应用中的场景和发展现状,为此可以依托线上教学小视频对大规模应用的贴片式元件进行展示,让学生了解现如今工业生产中如何实现这些精密元件的生产、加工、焊接和使用. 这样将线下课堂配合线上动态视频展示将电路理论与工程实例有机结合,培养学生的理论联系实践的意识,大大增强课堂教学效果.
(3)课后答疑促学. 为形成一个闭环的教学过程,在课后基于学习通平台在线发布课后作业检验学生学习效果. 线上作业发布可以让学生利用碎片化时间就可以随时随地完成作业,另外教师还能设置当答题分数低于一定分数打回重做,这样可以给予学生多次测验机会并能认真完成作业. 此外还能建立章节测验和设置任务点作为过程性考核,从而使得学生在课后时间通过线上监控促学巩固知识. 而且线上可以自动记录学生成绩,实时统计出学生各项成绩,持续跟踪学生的学习过程并能准确记录,后台统计的数据利于教师更好把握班级的整体以及个体学习情况,从而及时调整教学策略. 此外,学生可以在学习通平台讨论区发布问题,老师和同学均可进行讨论互动. 另外通过QQ群,腾讯课堂建立了直播交流通道,将线下课堂延展于线上,对学生答疑解惑,线上平台的搭建弥补了线下课堂时间的不足,有力促进了教师与学生的多维交流与互动.
(4)课外拓展助学. 为激发学生学习电路分析课程的兴趣和动力,笔者还依托学习通建立了课外知识拓展模块. 在该模块中主要以学生兴趣自学为主,该模块中发布的教学资源主要包括与电路理论相关的精品课程或是对于某一知识点较为精辟讲解的短视频、电路仿真实验示范包、以及我国电子技术产业发展和集成电路技术发展相关纪录片. 当然该模块也会不断吸收学生推荐的优秀网上资源补充其中实现师生共享论坛. 电路仿真实验示范包则在线下实验外提供了可供学生选做的仿真实验,在该示范包资源指引下,学生可以自主搭建仿真电路设计实验,并可将实验相关数据和结果以小视频、图片等方式上传到线上进行展示或者共享,教师和学生均可参与进行线上评价与讨论,实现学习的多元共享. 在学习放松之余,学生通过观看电路技术发展记录片了解我国电子技术以及集成电路产业发展现状,加深对电路专业的学科认识,同时引发对我国目前集成电路技术产业发展的思考,从而树立学好专业知识为社会作贡献的爱国主义情操[12].
4.1 混合式教学考核方式改革
混合式教学模式的探索与实践不仅重构了传统课堂教学,也为学生学习表现和评价提供了新的思路和方法. 基于线上平台对于学生平时学习过程数据的记录,教师可对传统的教学评价体系进行改进,本着客观公平可操作的原则,对电路分析课程的学习效果评价体系进行了调整. 课程考核方式，改革方案见图4. 原来该课程考核标准为：期末考试(70%)+平时成绩(10%)+实验成绩(20%),其中平时成绩主要以考生出勤率为参考,期末考试则以期末试卷考试分数评定,该种考核偏重于结果导向评价,导致学生平时参与学习过程积极性不高,考试前进行突击复习来应付考试,虽然最终成绩也能及格但是知识掌握并不扎实,容易快速遗忘. 混合式教学模式启动后考核的内容及权重比例为：期末考试(50%)+平时成绩(10%)+实验成绩(20%)+过程性考核(20%). 该种方式增加的过程性考核比例可以降低考试在整体考核中所占权重,激发学生重视学习过程,考核内容趋于多元化,这样更能反映出学生对于知识的综合运用能力[13]. 其中平时成绩的记录主要由线上平台学生学习的参与度和线下课堂表现来决定,过程性考核则包括学生线上预习及测验答题情况、线上资源观看进度、线上讨论和知识拓展参与度以及实验过程考核. 实验性过程考核主要通过布置仿真实验并撰写设计报告的形式来考察学生动手能力和电路理论的分析和应用能力,这样更能客观准确反映学生的水平. 整个评价过程和数据还可在线上及时发布,每个人都可以查到自己各部分的学习数据. 了解自己的不足和需要改进的地方.
图4 课程考核方式改革
4.2 教学效果评价
通过2020～2021(1)一学期的电路分析课程混合式教学模式实践,可以明显感受到教与学过程的变化,教师不再是课堂上的“独舞者”,学生也不再是被动的“观众”. 通过充分运用线上教学资源和互联网技术实现了传统线下课堂的升级与创新. 学生积极参与课堂的程度和学习积极性大幅提高,取得了良好的教学效果. 这点在期末线下考试中可以侧面反映出来. 2019级电气专业参加考试人数共97人,最终考试成绩在60分以上者有88人,及格率为90%,2018级电气专业共100人,在2019～2020(1)学期采用传统教学模式下进行期末考试,及格人数为73人,及格率为73%. 可见通过对比可知电路分析混合式教学的实践可一定程度上提高学生的学习成绩,对于学生更好地掌握电路分析理论具有重要意义. 此外,在学期末,向参与混合式教学的97名学生发放调查问卷统计学生对于参与混合式教学的评价. 评价反馈与调查表见表1. 在调查问卷中,共有80.7%的学生对混合式教学表示认同,他们普遍认为该模式能够激发个人学习兴趣,且学习手段灵活多样,能够让他们随时随地利用碎片化时间充分自主的学习. 79%的学生对混合式教学的效果表示满意. 同样该模式还得到了领导与同行的积极评价,认为随着互联网+时代的到来,混合式教学模式是未来教学模式转变的必经之路,我院通过开展混合式教学设计大赛逐渐在各专业逐步推广该教育模式.
表1 基于混合式教学的电路分析课程教学效果评价与反馈调查表
5结 语
基于线上线下相结合的混合式教学模式的实施和开展较好的完成了电路分析课程的教学任务. 围绕人才培养目标和教学内容,充分利用网络教学资源好线上教学工具将线下课堂延展到网络平台,弥补了传统线下课堂教学过程中的不足,有效激发了学生的学习兴趣,提高了学生对于电路分析课程的知识运用能力. 后续将基于前期实践基础上不断深入开展混合式教学,完善教学设计和教学深度,充分发挥学生的自主学习能力,将基于传统课堂主阵地结合线上教学工具共建全方位智慧课堂,实现对传统课堂教学的重塑,让知识的传播变得更加智能高效,从而更好促进学生的全面发展.
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