基于線上線下的《電路分析》混合式教學改革與實踐*

張 帝, 國 海, 周小杰, 權 悅, 汪 嬋, 孫 雯

(安徽科技學院電氣與電子工程學院,233100,安徽省蚌埠市)

0引 言

眾所周知,傳統的課程教學一直以來都是集中在固定教室固定時間以教員主動授課,學生被動接受的方式進行. 這種教學模式雖然一定程度上能夠滿足知識傳播的需要,但是教員單向輸出知識的特點容易忽視學生感受且無法感知和把握其學習動態,造成學生學習積極性下降,互動不足,從而使得學生往往成為課堂教學中的旁觀者,學習過程參與度以及學習獲得感日益降低,大大影響學生對于知識的理解和掌握,教學質量和效果均難以保證[1].

近年來隨著互聯網技術應用以及智能終端設備(智能手機、個人平板)的普及,教育行業通過與互聯網技術的融合,逐步朝著教育信息化方向發展[2]. 尤其在2020年新冠疫情肆虐背景下,基于互聯網+教育的需求涌現出了諸多的網絡在線教學平臺,短時間內線上教學模式得到了大規模實踐與應用[3-4]. 通過線上教學,可以克服時間和空間的約束,讓師生在居家條件下即可完成“停課不停教、停課不停學”. 該模式打破了傳統的單一課堂講授的教學模式,充分發揮了線上教學的優勢,但該種模式也存在受網絡條件制約、課堂缺乏生機與氛圍,過度依賴學生自主及自律等問題.

因此,為了既能發揮線下課堂面授的優勢又能利用線上教學的便利,本文結合電路分析課程進行了傳統教學模式改革實踐,搭建了全員參與、師生共享,教學相長的線上線下混合式智慧課堂. 在配合線下教學的基礎上具體探討了在線教學模式和線下課堂的搭建,對原來教學內容、教學設計以及教學考核方式進行改革. 最終通過線上線下混合式智慧課堂的實踐和不斷改進,電路分析課程教學取得了較好的教學效果,可為后續其他課程的混合式智慧課堂搭建和混合式教學提供參考.

1 課程概況

電路分析課程在我校是面向電氣工程與電子信息類專業的一門專業基礎課程. 該課程在大二上學期開設授課,在專業課中起到承前啟后的鋪墊作用,為后續學習模電以及其他電氣類專業課程提供電學基礎. 該課程通過系統介紹電路基本理論和基本分析方法旨在讓學生掌握電路分析規律和計算方法,從而具備獨立分析和解決電學工程問題的能力[5]. 在掌握基本理論同時,要求能夠將電路理論與實踐相結合完成電路分析和設計,從而鍛煉學生的思辨能力和動手實踐能力.

該課程涉及到的理論知識較多,實踐性較強,要求能夠重點掌握電路定理和基本定律在分析電路中的靈活運用. 其中戴維南定理、諾頓定理和基爾霍夫定律是課程教學重點,而運用電路理論和方法對各種電路模型進行分析則是教學的難點[6]. 該課程基本知識體系架構如圖1.由圖1可知根據課程知識點繁多且較為綜合,掌握基本知識點已屬不易,能夠運用知識分析實際工程問題則難度更大,如不進行教學改革,長此以往會打擊學生學習的積極性,導致學習效果下降.

圖1 電路分析課程知識架構

2《電路分析》教學現狀分析

《電路分析》作為我校面向強電和弱電類專業開設的專業基礎課程,涉及到電路定理、電路定律、電路元件以及各類電路模型的分析方法,內容豐富但高度集成,需要學生投入大量時間和精力去學習,方能掌握電路理論并能運用[7]. 因此是一門理論和實踐性強且對學生要求較高的課程. 在新大綱修訂后,目前該課程在教學過程中面臨主要問題如下.

2.1 教學內容與相應課時不匹配

《電路分析》在我校原來培養方案中為90學時,其中包含理論72學時,實驗18學時,尚且基本能夠同時滿足弱電和強電專業的教學任務. 但是在新大綱修訂后,總學時進一步壓縮為80學時,其中理論課為68學時,實驗學時為12. 若繼續按照傳統教學模式開展教學,即使能夠完成教學目標也會使得教學效果大打折扣. 因此如何在壓縮后的學時范圍內進行高效教學,則成為教學改革中主要考慮的問題.

2.2 師資力量不足

由于擔任該門課程的專任教師僅有4人,而每學年上課人次在500人左右,因缺乏足夠師資,每學期將相近專業合并為一個教學班,人數均在100人左右. 由于大班教學人數較多,傳統線下面授過程中很難對每位學員學習效果進行把控,不能做到基于整體的學習過程數據對教學計劃適時調整,學生與教師之間互動很難全面覆蓋. 另外由于班級人數較多,批改作業工作量大占用教師備課時間,課后答疑不及時影響學生學習效果都是亟待解決的問題.

2.3 實驗教學與實踐能力培養缺乏銜接

實驗作為教學的關鍵一環是對所學理論知識的進一步理解與運用. 目前的實驗教學主要是在線下實驗室進行,且實驗內容大都是對某一電路理論的綜合驗證,學生在此過程中僅能利用實驗儀器進行電壓、電流等參數的測量,教師僅從實驗結果上判斷其實驗過程是否正確合理,缺乏對實驗過程的總體把控. 而學生對于實驗設備的原理、出現故障原因及故障定位和排除等方面的能力較為缺乏. 此外實驗環節缺乏對實踐應用問題的結合,無法鍛煉學生的工程實踐能力,因此需要對實驗教學環節進行改革,進一步提高學生的知識運用能力顯得尤為必要.

2.4 傳統線下授課過程中面臨的普遍問題

傳統的課堂教學模式是一種基于線下面授的以老師為中心、書本為中心和課堂為中心的教學模式. 其基本教學流程如圖2所示. 該種教學模式雖然能夠完成對于電路分析課程的專業講授,并結合實驗鍛煉達到一定的教學效果,但從整個教學過程和最終考核結果來看,在歷屆學生學習過程中普遍存在以下問題[8].

圖2 傳統教學模式流程

(1)學生對于類似中學階段的學習模式和方法日益反感,傳統且單一的教學模式已無法滿足學生對于學習模式改變的期望.

(2)學生課前沒有形成有效預習的意識,普遍缺乏學習動力和學習熱情.

(3)傳統線下教學無法突破時空限制,學習的資源主要集中在老師的線下課堂. 課堂互動缺乏靈活性. 另外對學生答疑解惑的要求不能實時滿足.

(4)電路分析課程注重理論與實踐相結合,而學生對于理論和實踐的結合能力不足,存在重理論弱實踐的問題.

(5)整個教學過程缺乏科學有效的監控和反饋,教師對于學生的學習效果掌握不夠.

(6)課程考核形式單一,“一張試卷考學生”這種傳統的考核形式不能全面反映學生對于課程的掌握程度,無法考察和突出學生對于知識的運用能力以及綜合能力.

3 電路分析課程混合式教學實踐

針對電路分析課程教學現狀和目前傳統線下教學模式存在的問題,根據現有條件聯系實際進行了線上線下混合式教學模式探索與改革,主要做了如下教學實踐.

3.1 課程建設指導原則

(1)因材施教. 電路分析課程的理論學習范圍仍然以我校制定的最新教學大綱為標準,同時根據專業特點合理安排教學重點和學時,如電氣工程專業學生則對三相電路和變壓器章節要重點掌握,電子類專業學生則側重于一般電路定律和相量法的學習即可. 除此之外依據“教學大綱”和“教學目標”選擇與電路理論相關的最新研究成果和領域專家的精品課程作為擴展內容進行學習,進一步發掘優秀的教學資源對于保證電路課程建設內容先進性大有裨益.

(2)不拘一格. 在課程建設中要注重多種教學方法的結合應用,線下課堂不僅能通過板書及面授完成對電路理論重點內容的講授,也要積極借助線上教學平臺、利用數字化教學工具使得教學內容以更加形象化方式呈現,打破時空限制,拓展線下課堂以外的教學空間.

(3)宏觀把控. 課程內容的建設要以更加系統的角度梳理各章節內容的內在聯系,在教學設計過程中科學合理進行有意鋪墊和引導,培養學生的發散思維和系統看問題學知識的能力.

(4)重在實踐. 在實踐環節,除了要在實驗室動手實驗外,也要綜合運用仿真軟件,通過虛擬實驗室來完成基本實驗的預習,然后利用線下實驗室逐步進行實驗探究和深入理解. 例如，可以在線下實驗前鼓勵學生通過Multism軟件、Matlab等軟件進行電路仿真實驗,提高學生對實驗的分析和設計能力.

(5)思政導入. 適時加入課程思政元素,結合電路理論深刻挖掘蘊含在課程中的思想教育因素,不僅豐富學科教育內容,也能讓學科內容更加有深度,做到思政育人的教學目的[9].

3.2 混合式教學設計與實踐

在課程建設指導原則基礎上進行詳實合理的教學設計是混合式教學實踐的第一步,本文從線上到線下按照學習規律分階段地進行了課堂教學設計并實施于教學全過程. 線上線下混合式教學實踐方案如圖3所示.

圖3 混合式教學實踐方案

(1)線上課前預學. 課前準備階段主要以構建電路分析課程的教學資源為主,依托于線上教學平臺,首先在線搜集慕課(MOOC)精品資源,利用學習通對于將要學習的內容制定學習計劃并提前一周發布. 構建課前預習模塊,上傳線下課堂學習課件,并對課件中重點內容進行配音講解,布置學習任務并在討論區發布課前預習思考題,預習效果測驗,同時在線上發布電路分析仿真實驗用的軟件,并提供相應教程供其學習. 學生在上課前需要完成并提交線上預習測驗,測驗結果會由系統自動評審并記錄. 對未完成任務的學生系統會進行自動提醒. 另外學習通平臺可以全面記錄每個學生的課前預習參與度,包括對線上發布的教學資料的訪問觀看情況,如電子課件的瀏覽次數、教學資料包的下載情況、教學視頻觀看的進度[10]. 線下課堂開始前的課前預習作為課前導學環節中關鍵一環,對學生的學習情況起到監督促進的作用,從而培養學生養成課前預習的習慣,為線下課堂聽講做準備. 另一方面教師可以根據學生線上課前預習的結果對學情有更好的掌握,提前知曉他們在學習中存在的主要問題,從而在課堂中可以相應作出調整,提升教學質量和學習效果.

(2)線下課堂研學. 線下課堂研學環節是在線上課前預學的基礎之上進行的,針對預學環節暴露的問題進行具有針對性的輔導與講授. 課堂開始前,借助學習通中簽到功能可以代替教師點名,且同學們由于在上一環節中通過觀看視頻,電子課件和基礎測驗已掌握大部分基本知識內容. 因此對于簡單的教學內容可采用翻轉課堂教學模式完成,在節省課堂時間的同時增加師生互動. 教師可將更多時間對重難點內容進行講解,組織學生對線上預學環節提出的問題以及他們的線上答案進行研討. 比如在上“基爾霍夫定律”一節時,除了要求學生能夠掌握該定律的內容和適用條件外,還可以積極引導學生思考如何通過實驗驗證該定律. 在課堂研討環節中,帶著大家通過電路仿真軟件搭建電路來設計實驗驗證該定律. 仿真軟件的現場演示可以打破實驗室固有的空間、時間、實驗器材的限制,激發學生實驗自主性和積極性,對老師口頭講授的電路理論知識理解的更加透徹[11]. 在講到“電路基本元件特性時”,為了讓學生對電路元件有更加感性的認識,除了將實驗室里的電阻、電容、電感元件帶到課堂中進行展示,還可進一步拓展這些元件在實際應用中的場景和發展現狀,為此可以依托線上教學小視頻對大規模應用的貼片式元件進行展示,讓學生了解現如今工業生產中如何實現這些精密元件的生產、加工、焊接和使用. 這樣將線下課堂配合線上動態視頻展示將電路理論與工程實例有機結合,培養學生的理論聯系實踐的意識,大大增強課堂教學效果.

(3)課后答疑促學. 為形成一個閉環的教學過程,在課后基于學習通平臺在線發布課后作業檢驗學生學習效果. 線上作業發布可以讓學生利用碎片化時間就可以隨時隨地完成作業,另外教師還能設置當答題分數低于一定分數打回重做,這樣可以給予學生多次測驗機會并能認真完成作業. 此外還能建立章節測驗和設置任務點作為過程性考核,從而使得學生在課后時間通過線上監控促學鞏固知識. 而且線上可以自動記錄學生成績,實時統計出學生各項成績,持續跟蹤學生的學習過程并能準確記錄,后臺統計的數據利于教師更好把握班級的整體以及個體學習情況,從而及時調整教學策略. 此外,學生可以在學習通平臺討論區發布問題,老師和同學均可進行討論互動. 另外通過QQ群,騰訊課堂建立了直播交流通道,將線下課堂延展于線上,對學生答疑解惑,線上平臺的搭建彌補了線下課堂時間的不足,有力促進了教師與學生的多維交流與互動.

(4)課外拓展助學. 為激發學生學習電路分析課程的興趣和動力,筆者還依托學習通建立了課外知識拓展模塊. 在該模塊中主要以學生興趣自學為主,該模塊中發布的教學資源主要包括與電路理論相關的精品課程或是對于某一知識點較為精辟講解的短視頻、電路仿真實驗示范包、以及我國電子技術產業發展和集成電路技術發展相關紀錄片. 當然該模塊也會不斷吸收學生推薦的優秀網上資源補充其中實現師生共享論壇. 電路仿真實驗示范包則在線下實驗外提供了可供學生選做的仿真實驗,在該示范包資源指引下,學生可以自主搭建仿真電路設計實驗,并可將實驗相關數據和結果以小視頻、圖片等方式上傳到線上進行展示或者共享,教師和學生均可參與進行線上評價與討論,實現學習的多元共享. 在學習放松之余,學生通過觀看電路技術發展記錄片了解我國電子技術以及集成電路產業發展現狀,加深對電路專業的學科認識,同時引發對我國目前集成電路技術產業發展的思考,從而樹立學好專業知識為社會作貢獻的愛國主義情操[12].

4 教學考核與效果評價

4.1 混合式教學考核方式改革

混合式教學模式的探索與實踐不僅重構了傳統課堂教學,也為學生學習表現和評價提供了新的思路和方法. 基于線上平臺對于學生平時學習過程數據的記錄,教師可對傳統的教學評價體系進行改進,本著客觀公平可操作的原則,對電路分析課程的學習效果評價體系進行了調整. 課程考核方式，改革方案見圖4. 原來該課程考核標準為：期末考試(70%)+平時成績(10%)+實驗成績(20%),其中平時成績主要以考生出勤率為參考,期末考試則以期末試卷考試分數評定,該種考核偏重于結果導向評價,導致學生平時參與學習過程積極性不高,考試前進行突擊復習來應付考試,雖然最終成績也能及格但是知識掌握并不扎實,容易快速遺忘. 混合式教學模式啟動后考核的內容及權重比例為：期末考試(50%)+平時成績(10%)+實驗成績(20%)+過程性考核(20%). 該種方式增加的過程性考核比例可以降低考試在整體考核中所占權重,激發學生重視學習過程,考核內容趨于多元化,這樣更能反映出學生對于知識的綜合運用能力[13]. 其中平時成績的記錄主要由線上平臺學生學習的參與度和線下課堂表現來決定,過程性考核則包括學生線上預習及測驗答題情況、線上資源觀看進度、線上討論和知識拓展參與度以及實驗過程考核. 實驗性過程考核主要通過布置仿真實驗并撰寫設計報告的形式來考察學生動手能力和電路理論的分析和應用能力,這樣更能客觀準確反映學生的水平. 整個評價過程和數據還可在線上及時發布,每個人都可以查到自己各部分的學習數據. 了解自己的不足和需要改進的地方.

圖4 課程考核方式改革

4.2 教學效果評價

通過2020～2021(1)一學期的電路分析課程混合式教學模式實踐,可以明顯感受到教與學過程的變化,教師不再是課堂上的“獨舞者”,學生也不再是被動的“觀眾”. 通過充分運用線上教學資源和互聯網技術實現了傳統線下課堂的升級與創新. 學生積極參與課堂的程度和學習積極性大幅提高,取得了良好的教學效果. 這點在期末線下考試中可以側面反映出來. 2019級電氣專業參加考試人數共97人,最終考試成績在60分以上者有88人,及格率為90%,2018級電氣專業共100人,在2019～2020(1)學期采用傳統教學模式下進行期末考試,及格人數為73人,及格率為73%. 可見通過對比可知電路分析混合式教學的實踐可一定程度上提高學生的學習成績,對于學生更好地掌握電路分析理論具有重要意義. 此外,在學期末,向參與混合式教學的97名學生發放調查問卷統計學生對于參與混合式教學的評價. 評價反饋與調查表見表1. 在調查問卷中,共有80.7%的學生對混合式教學表示認同,他們普遍認為該模式能夠激發個人學習興趣,且學習手段靈活多樣,能夠讓他們隨時隨地利用碎片化時間充分自主的學習. 79%的學生對混合式教學的效果表示滿意. 同樣該模式還得到了領導與同行的積極評價,認為隨著互聯網+時代的到來,混合式教學模式是未來教學模式轉變的必經之路,我院通過開展混合式教學設計大賽逐漸在各專業逐步推廣該教育模式.

表1 基于混合式教學的電路分析課程教學效果評價與反饋調查表

5結 語

基于線上線下相結合的混合式教學模式的實施和開展較好的完成了電路分析課程的教學任務. 圍繞人才培養目標和教學內容,充分利用網絡教學資源好線上教學工具將線下課堂延展到網絡平臺,彌補了傳統線下課堂教學過程中的不足,有效激發了學生的學習興趣,提高了學生對于電路分析課程的知識運用能力. 后續將基于前期實踐基礎上不斷深入開展混合式教學,完善教學設計和教學深度,充分發揮學生的自主學習能力,將基于傳統課堂主陣地結合線上教學工具共建全方位智慧課堂,實現對傳統課堂教學的重塑,讓知識的傳播變得更加智能高效,從而更好促進學生的全面發展.