“鋪路式”牽引模式的教學設計與實現

宋佳音 宋文龍 周宏威 趙 越 朱 莉

(東北林業大學 機電工程學院, 哈爾濱 150040)

在教育部大力加強一流本科課程建設的背景下,東北林業大學“電路”課程組全體教師積極投身于課程的教學內容的重構和教學方法改革工作中,力爭把課程建設成為適應新時代需求,符合高階性、創新性、挑戰度標準的一流課程[1-3]。深入貫徹以學生為中心、以產出為導向、持續改進的理念,推進“學習革命”向“質量革命”縱深發展[4-6]。

目前我國電氣信息類專業課程,主要通過引入工程案例提升課程內容的深度,通過增加國內外研究現狀或最新科研成果等,提升課程的廣度,然而在課程內容縱深發展目標下,教學內容的擴充與教學學時的不增反降,構成了新時期的教學矛盾[7-10]。為有效解決上述問題,在線課程MOOC和SPOC應運而生,并得到了廣泛的應用,構建出教學新形態。然而在多門課程同時改革的作用下,產生了學生們課下自主學習任務重、壓力大的問題,因此如何牽引學生們有效學習,提升學生自主學習效率是目前亟待解決的關鍵性問題。

東北林業大學“電路”課程組經過多年實踐,總結出“鋪路式”牽引教學法開展理論教學,落實課程的“兩性一度”要求,提升學生自主創新能力,該方法的實施以知識間邏輯關系為基礎,以在線課程建設為依托,以提升綜合能力為目標,緩解學生自主學習壓力,教學效果顯著。

1 “鋪路式”牽引教學法的構成

“鋪路式”牽引教學法是以“瓦根舍因范例教學”原理為依據[11],提出以基礎認知為“磚石”,采用“鋪路”方式形成系統學習的方法,通過知識的遷移和應用,完成知識內容的迭代與更新,在知識的傳遞過程中使學生獲得自主學習和解決問題的能力。

“鋪路式”牽引教學法包含四個基本要素分別為:邏輯清晰的知識體系、“兩性一度”的擴展內容、循序漸進的任務驅動以及引人入勝的思政環節。

1.1 邏輯清晰的知識體系

邏輯清晰的知識體系是“鋪路式”牽引教學模式的“骨架”。課程知識體系以章節為單位劃分層次,呈現出明確的邏輯關系。以電路理論中穩態部分的教學內容為例,邏輯關系如圖1所示。由于電路的元件約束和拓撲約束已知,因此能夠歸納直流電阻電路的分析方法,即第一章與第二章之間具有因果關系;運用電路的一般分析方法求解特定電路模型,總結出電路定理,豐富電路分析方法,因此第二章與第三章之間滿足遞進關系;通過運用數學手段確定復數與正弦量的對應關系,將直流電阻電路的分析方法和定理分析方法平移到分析正弦穩態電路中,從而總結出正弦交流電路的分析方法,進而探討功率問題,使得第四章與第二、三章在邏輯上構成虛實關系,其中“虛”指理論支撐,“實”指實際應用;靈活運用第四章的知識內容分析工程實際問題,并總結出特定問題的分析方法:分析變壓器的作用構成第五章、揭示收音機選頻特性構成第六章、分析電力系統的供電電路構成第七章,因此該三章內容與第四章構成遞進關系,同時確定出第四章在整個穩態電路分析中的核心地位。根據確定的邏輯關系,以掌握的知識點為“磚石”,在任務驅動和教師牽引下,讓學生“鋪路”完成課程知識體系的構建。

1.2 “兩性一度”的拓展內容

“兩性一度”的擴展內容是“鋪路式”牽引教學模式的“肌肉”,在完成知識體系構建的過程中,增加擴展內容,培養學生綜合運用課程知識解決工程問題的能力,在探究過程中深化對課堂知識的理解,并試圖結合應用領域改進設計方案,從而提升課程教學內容的高階性和創新性。

例如在電路理論穩態部分學習過程中,第二章在學習電橋平衡時增加傳感器的設計內容,包括基于電橋平衡原理測熱敏電阻電路、橋式測溫電路、橋式壓力傳感器等;在第五章空心變壓器部分增加無線充電裝置的設計及改進;第六章并聯諧振部分增加收音機選頻電路設計;在第七章三相電路部分增加33節點微電網無功優化方案設計等。學生結合課堂內容自主查閱資料,完成內容包括三個層次:原理闡述、未知分析、創新研究。原理闡述指能夠清晰地表述出課程內容在特定問題中的應用;未知分析指在分析特定問題的研究過程中,除課堂內容以外還需要的尚未學習的知識內容;創新研究指在現有問題基礎上提出改進方案或創新性設計方案。對于大二學生上述內容確實具有挑戰度,因此拓展內容的學習要求學生自由組隊選擇不同層次內容,對于具有創新研究的優秀隊伍,教師進一步指導推薦大學生創新實踐項目或申請專利,目前已成功申請國家級大學生創新項目12項、省級9項、校級2 項,申請實用新型專利27項,已授權19項。

1.3 循序漸進的任務驅動

循序漸進的任務驅動是“鋪路式”牽引教學模式實施的“心臟”,帶動教學過程的節奏提供知識傳遞的動力。任務的布置在滿足課程計劃需求的基礎上,兼顧學生能力及自主學習時間安排,力爭做到總體上課學時與學生自主學習時間的比例為1∶1.5,因此任務的布置要求由淺入深循序漸進,根據知識體系的邏輯關系做到任務環環相扣,內容有的放矢,過程有跡可循。

任務布置包括課前導學和課后任務兩部分,課前導學的主要作用是掌握預備知識,包含數學基礎知識回顧、理論的證明、模型的推導等;課后任務包括延展分析類和設計討論類。延展分析類是指理論知識的應用,包含課后習題、章節測驗等;設計討論類指綜合運用理論知識解決實際問題,包含“兩性一度”的拓展內容。任務布置起到驅動和引領作用,設計類任務為半開放性命題,僅在改進方案處答案不唯一,并用搭建實物或仿真的方式驗證方案的可行性,讓學生們充分感知到“學什么、怎么學和如何用”。

1.4 引人入勝的思政環節

引人入勝的思政環節是“鋪路式”牽引教學模式實施的“靈魂”,讓專業技術蘊含人文關懷,使得枯燥理論生動有趣,不僅是調動學生學習熱情的有效手段,更是在無形中讓學生感悟“做事先做人”道理的有效途徑。學生喜歡看到的是鮮活生動的案例,不是引經據典的說教,為此將生動的視頻帶入課堂,讓原本枯燥的理論生動化、單調內容多元化,讓學生全方位多角度地感受學習的必要性和學習的快樂。

例如在學習第三章電路定理時,不直接講述定理內容,而是從戴維南的工作背景出發,探究他為什么能夠發現戴維南定理,然后研究戴維南定理的內容、作用和意義;之后帶領學生們探索在戴維南去世當年,諾頓和漢斯又提出的諾頓定理,為什么能夠被稱為是戴維南定理的延伸。視頻補充諾頓所在的貝爾實驗室經歷的興衰歷程和科學家們的紛爭,讓學生們不僅了解電子元件發展的過程,更能體會到人的格局和胸懷的重要性。

電路課程中思政視頻主要來源于“嗶哩嗶哩”“CCTV10科教頻道”“微信視頻號”等。思政內容與知識內容緊密契合使得課堂不僅生動有趣更富有深意,深受學生喜愛,其中評價最好的是抗疫復工搬運“中國巨無霸-1000 kV變壓器”的壯觀場面,讓學生們激情澎湃,感受到祖國的強大;其次是何同學發明的無線充電辦工桌,撬動樂歌5.5億市值,讓學生們見識到同齡人的杰出表現,激發了學生們努力學習的熱情和對于前途命運的思考。

2 “鋪路式”牽引教學法的設計與實踐

教學設計的宗旨是實現培養目標,將培養目標具體對應到課堂90 min的基本單元,明確授課形式,設計反饋機制用以評估課程目標的達成情況,進而及時調整教學方式,實現持續改進。

2.1 教學內容的劃分與學時比例分配

教學內容的劃分,遵循“生態化”教學理念,強調整體邏輯性,根據 “鋪路”原則將六個知識單元劃分為三個層次,分別為:基礎層、中間層和延展層,如圖1所示,在電路的穩態部分中基礎層包括第一、二、三章;中間層是第四章,延展層包括第五、六、七章。每章內容再細分知識點,根據知識點的類型和所需時長,進行線上線下混合式教學學時分配,其中線下理論教學學時對應學校教學培養方案計劃學時,線上學時是課堂以外學生的自主學習時間。

對基礎層知識的講授以線下為主、線上為輔,學時比例分配約為7∶3,其中線上學習任務包括課程網站上布置的課前導學、課后作業、主題討論和章節測試。對于中間層知識單元線上線下學時比例分配約為5∶5,其中線上學習任務除課前導學、課后作業、主題討論、章節測試外,還需要完成分組任務,其中分組任務是超星平臺的特有模塊,例如第四章中分組任務的內容是正弦穩態電路分析方法的研究,基礎“磚石”和分析路徑都已明確,要求學生們分小組合作總結出正弦交流電路的分析方法和步驟。對于延展層知識單元的線上線下學時比例分配約為3∶7,其中線上學習任務不僅包括課前導學、課后作業、主題討論、章節測試,還要完成設計任務,設計任務主要對應“兩性一度”的擴展內容。

2.2 閉環反饋機制的構建

閉環反饋機制是教學實施的“指揮棒”,用以實現教與學相互促進?！半娐贰闭n程的閉環反饋做到多層次多角度的實時反饋,具體表現為固定式反饋和隨機式反饋。

固定式反饋中包括課前任務、課后作業、章節測試和兩次教務處備案的在線階段考試,上述任務均在課程網站完成,參考答案根據任務類型設定時間下發。例如課前任務、課后作業、章節測驗是在學生完成上傳后下發參考答案及詳解;在線階段考試是在考試結束時自動收卷,允許學生查看參考答案,客觀題直接給出分值,主觀題給出步驟詳解和評分標準。

隨機式反饋是包括隨機選人、隨堂測試和問卷調查,均為超星網站模塊。隨機選人在課堂使用,學生隨機參與課堂討論,實現以學生為主體的探究式教學;隨堂測試是課堂全員在線答題,實現對學生知識掌握情況的及時反饋,并立即解決問題;調查問卷是平均每學期調查四次,用于收集學生關于課堂內容、授課方式的意見和建議,供教師參考調整授課方案。

2.3 教學組織實施

線上線下混合模式教學實施過程如圖2所示,以學生為中心,發揮教師課堂的驅動能力,在完成知識目標的基礎上,強化能力目標和素質目標。圍繞培養目標不斷豐富教學資源,除課程視頻、課件、章節測驗等數字資源外,增加工程實例、科研動態和思政要素,做到學生學習有抓手,學習過程可追溯。讓學生能夠在自主學習過程中發現問題,在課堂討論時分析問題,教師集中精力解決共性問題,進而輔助學生挑戰高階問題,同時進行價值引領?！颁伮肥健睜恳虒W法開展教學實踐是讓學生完整地經歷“發現問題-分析問題-解決問題-總結問題”的科研過程,從而更好地落實能力目標和素質目標,通過全方位考核對教學過程進行評價,同時形成教學反思指導持續改進。

圖2 教學組織實施結構圖

3 結語

通過近兩年的學生成績對比分析發現,實施基于“鋪路式”牽引教學法的班級學生成績,優秀率和良好率明顯高于沒有實施該方法的平行班,同時在對比實施“鋪路式”牽引教學法的平行專業成績時發現,該教學模式能夠有效提高基礎薄弱學生的成績,總評成績的良好率顯著提升。此外,在能力和素質培養方面,實施“鋪路式”牽引教學法后課程孵化大學生創新項目數量明顯增加,學習自主創新能力增強。問卷調查中學生表示非常喜歡“鋪路式”牽引教學法、任務量適中、學習收獲大?！半娐贰闭n程在東北林業大學課程評估中獲得特優成績,在專業認證過程中得到校內外同行專家的充分肯定。