“電路基礎”課程實時交互式教學模式研究

汪 源 黃麗萍 王良成 王喜鴻

(1.三亞學院 理工學院,三亞 572022)(2.三亞市第一中學,三亞 572000)(3.三亞理工職業學院,三亞 572022)

傳統“講授式”課堂教學模式最大特點是教師和學生之間在同一空間和時間中面對面開展教學[1]。這種教學模式對教師而言有很強的儀式感,教師能夠通過自己的眼睛、耳朵等直接、實時地感受到學生的學習狀態,但是教師對于學生的感觀是定性的、不精準的,教師并不能及時了解全體學生對于知識點的掌握程度[2]。另外從學生角度而言,傳統課堂是其十幾年學習過程中最為熟悉的模式,學生在課堂中有很強的環境效應性,但班級規模決定了教師是否能很好地照顧到每個學生,同學之間的朋輩作用效果也不大[2]。再加之某些地方高校的學生在數理基礎、學習方法和學習習慣等方面與重點高校學生有一定的差距,如何有效的開展課堂教學、提升學生的學習成效是地方高校教師急需解決的教學難題[3]。

自2013年“慕課”在中國快速發展后,以“國家級線上一流課程”為代表的一大批共享開發優質教育資源不斷涌現,同時在教學過程中配以雨課堂、微助教等信息化技術手段開展答題、討論等互動環節,能夠幫助教師實時掌握學生整體的學習效果和教學質量[4-7]。

1 實時交互式教學新要求

實時交互式教學相對于傳統課堂教學,最大的差別在于學習全過程中教師和學生之間、學生和學生之間發生的“線上”和“線下”各種形式教學互動和教學反饋。通過優質教學資源給學生布置學習任務,通過合理教學設計實時開展教學互動,通過智能信息技術及時掌握反饋的教學數據。通過反饋的數據,教師可實時掌握全體學生的學習情況,以此為依據及時調整教學,學生也可以實時掌握自己的學習狀態和朋輩的學習情況以便及時調整。因此基于“以學生為中心”的“線上+線下”結合的實時交互式教學模式,應對“豐富的資源、明確的任務、有效的互動、及時的反饋”等四個方面提出新要求,如圖1所示。

圖1 實時交互式教學模式的新要求

1.1 豐富的資源

作為智慧教學的基礎,形式多樣、內容豐富的教學資源是必不可少的前提,因此教師需要將慕課、配合慕課使用的課前引導性學習資料(簡稱“導學”)、習題庫、課件、虛擬仿真程序等內容有機地組合起來,在不降低課程難度的前提下,讓學生更好地開展學習[7]。

1.2 明確的任務

要給學生提出明確的學習任務,包括課前預習任務、課堂學習任務和課后練習任務;同時需要將明確的任務與課程考核體系結合起來,使學習興趣濃厚的學生有明確的學習方向,使學習興趣欠佳的學生也能夠增加學習動力,使各層次學生的學習積極性得到提高。

1.3 有效的互動

為了督促學生加強學習、增強學習動力,需要在教學的各個環節實施有效的互動,包括課堂內和課堂外兩個維度。課堂內,通過教學平臺的信息化技術手段,開展全員統一性的互動和單體個性化的互動,且開展互動的內容一定要緊緊圍繞教學主題,互動的形式要為“及時的反饋”服務;課堂外的互動,通過“一班一課一群”的QQ群、學生在線學習平臺等形式開展,內容以任務發布、難題討論、作業串講、輔導答疑等為主,解決課堂上未解決的問題、學生學習過程中的困難、討論課堂未涉及的前沿知識等,以進一步提高教學效果,同時增進師生之間的情感和友誼。

1.4 及時的反饋

針對教師布置的學習任務,要能夠及時給予學生準確的反饋,增強師生教與學的真實感,包括課前預習測試結果、課堂學習測試結果、課后練習作業結果。課前預習的結果反饋可以指導學生課上更有側重地聽課,幫助教師提前掌握學生預習的困難,調整課堂教學內容的重點;課堂學習的結果可幫助學生了解自己的學習成效,提升學習成就感或督促學生提高學習動力,同時也幫助教師及時掌握學生整體學習成效,或調整教學進度,針對學生學習難點進行更深入的講解;課后練習的結果可以及時幫助學生掌握自己的學習成效、提升學習成就感或增強學習動力,也幫助其了解自己解決復雜問題的能力,教師也可掌握教學設計和教學改革的成效,為后續教學內容的設計和下一輪教學的改革提供有力支撐。

2 實時交互式教學的目標及模式

實時交互式教學目標:通過線上線下教學模式的再設計,實現學生學習能力的養成和學習成效的提升。

實時交互式教學模式如圖2所示,其中包括課前、課堂、課后及輔導等四個教學環節。部分教學內容(課程引入部分、課程拓展部分)移至課前,通過“慕課”短視頻、電子教材等形式呈現,配以基于雨課堂的預習課件進行學習檢測,開展課前預習;課堂進行講授重點主干內容,以教學課件、課堂上的即時測驗、討論問答等形式呈現;課堂未完成的內容、課后練習作業,通過雨課堂中的課后檢測課件以課后自主學習形式開展;同時配以輔導答疑環節,開展難題討論、作業串講、輔導答疑,幫助學生跨越知識的鴻溝。

圖2 實時交互式教學模式

3 課前準備階段

3.1 教學目標確立

通過工程教育認證中對學生的12項畢業要求的分解,“電路基礎”課程在知識、能力和素養三個方面提出如下的教學目標[8-9]:

1) 知識目標

理解電路的基本概念、基本理論,能夠應用電路方法分析和計算各類電路的響應和性質,能夠正確使用各類電路測量工具,初步達成解決復雜工程問題的知識掌握度,為后續課程打好基礎。

2) 能力目標

(1)專業能力目標:具有電路元件識別、電路模型抽象和分析、電路信號測量和分析等專業能力。

(2)通用能力目標:具備利用慕課進行自主學習的能力;通過查閱資料初步解決復雜工程問題能力;團隊協作、溝通交流等其他能力。

3) 素養目標

培養家國情懷、敬業精神和科學思維,增強工程意識、法律意識和安全意識。提升課程對專業人才培養目標的支撐。

知識是學習的載體,能力是學習的延伸,素養是學習的拓展。通過課程的學習,不僅授學生以“魚”,還要授學生以“漁”,為今后各種學習需要奠定扎實的專業能力和通用能力。素養目標通過課程教學的過程潛移默化地滲透,潤物細無聲地開展課程思政教育。

3.2 在線教學平臺選擇

經過前期網絡測試和實際開課試驗后,綜合考慮各種信息化技術在課程教學過程中的優缺點,采用“慕課資源+雨課堂”相結合的形式開展教學。課前在線學習、課前學習成效測試、課堂教學互動、課后作業等內容在雨課堂中完成[10]。雨課堂在教學開展過程中,具有語音直播、限時答題、彈幕、投稿、點名等功能優勢,能夠幫助教師實時掌握學生整體學習效果,同時課后能進行課堂數據分析,幫助教師分析每個學生的學習成效,真正做到“以學生為中心”。

3.3 教學資源的準備

為了保證“豐富的資源”目標的實現,針對課程的理論教學部分,對標“一流課程”建設要求,圍繞課程大綱,準備教學資源,包括:教學課件、教學案例、課堂提問、作業習題、階段性測試、選擇優質的在線視頻資源等。根據課程需要,綜合考慮學習成果導向的授課目標如何達成,提前合理布置有助于學生“自主建構知識”的學習內容及自主訓練素材等,針對難度較大的基礎課使用的慕課資源,開發配合慕課資源配套使用的導學資料,幫助學生挖掘視頻中的重、難知識點、引導學生利用基礎知識進行實際應用[11]。教學課件部分,包括課前預習課件、課堂講授課件、課后練習課件三部分,將全部教學環節包含其中,培養學生良好的學習習慣和學習自主性。

4 課程的實施

為了更好地說明課程如何實施,以“電路元件”章節為例進行說明。

4.1 課前預習環節

針對課前“明確的任務”目標,將學堂在線中貴州理工學院陳燕秀教授講授的“電路原理”慕課,“電阻元件”“理想電源元件”“受控源元件”視頻以慕課資源形式插入雨課堂的預習課件,同時在每個視頻后配有針對知識點挖掘及知識點簡單應用的導學資料和測試題,明確課前學習任務,考察學生學習成效。同時考慮到學生個性化學習的需求,將學堂在線中清華大學于歆杰教授講授的“電路原理”慕課,“端口”視頻和教師自己錄制的“電路元件特性仿真”視頻作為選學內容提供給學生進行自學。學生學習后,雨課堂將學生的學習和答題情況進行統計,教師可知每個知識點學生答題的宏觀數據,同時也可得到每個學生預習情況及每道題答題情況。通過宏觀數據可知“不同參考方向的歐姆定律”“理想電流源伏安特性”“受控源的受控表達式”等知識點學生整體學習成效不佳,進而指導線上課堂向這些內容側重,提升課堂學習的效率;通過微觀數據可以得到哪些學生學習習慣和學習成果不佳,進而幫助教師精準地開展學業幫扶,提高后進學生學習的成效,實現課前師生之間的“及時的反饋”“有效的互動”。將引入部分和基本概念等部分移至課前預習,也為課堂教學的各種互動節省時間。

4.2 課堂教學環節

依照課上“有效的互動”目標,針對性地講解學生理解難度大的知識和知識的應用,突出教學重點,并配以限時答題、彈幕討論和實時投稿開展課堂上的“有效的互動”“及時的反饋”,有效地突破教學難點。針對學生容易出錯的基本概念開展討論,引導學生正確理解。如從“電壓uAB大小等于單位正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所做的功”的定義對“非關聯參考方向下歐姆定律表達式”進行彈幕討論,引導學生積極思考、大膽發言,并結合“彈幕詞云”的功能,“眾籌”學生的思想,最終引出兩種關聯參考方向下歐姆定律的表達式;針對重點考核的知識及應用部分,如“理想電源伏安特性”“歐姆定律在各種情況下的應用”等,進行限時答題并拍照提交,有效地督促學生認真聽課,并定量掌握學生的學習成效;同時針對學生的答題結果進行匿名投屏,教師可以有效地掌握學生錯誤所在,并針對學生的錯誤進行討論分析,有效地幫助學生破除思維的障礙、解決共性問題。而且針對學生錯誤較多的內容和學生點擊“不懂”的內容,如“含受控源電路的分析”問題,教師在課后可以針對性地找到課堂課件設計的“軟肋”所在,進而進一步優化調整課堂課件內容,便于學生理解;同時在課后作業中加強該部分內容的練習,幫助學生有針對性地鞏固所學知識。

4.3 課后練習環節

針對課后“及時的反饋”目標,將課堂學生學習錯誤率高的教學重點內容,如“含理想電源電路分析題”“含受控源電路分析題”等,以課后作業課件的形式在雨課堂中布置給學生,并要求限時完成。學生在手機端可及時查看得分情況和答案解析,及時改正錯誤,彌補漏洞;教師也可有效地掌握學生的學習效果,從而搭建師生之間這種無形而有效的互動方式。為幫助學生更好地掌握所學知識之間的邏輯關系,可要求學生自己總結課堂筆記,進而提升學生總結歸納知識的能力。

4.4 輔導答疑與階段性測試環節

針對課后作業中錯誤較多的作業,利用輔導答疑環節進行集中講解錯誤作業,幫助學生突破難點,解決學習上的困難;通過輔導答疑開展階段性的測驗,幫助學生檢驗自己階段性的學習成效,形成朋輩效應。

4.5 實驗教學

課程實踐教學采用“虛實結合”的教學模式。課前讓學生在“虛擬仿真實踐教學平臺”上自主學習教師準備的課程實驗視頻、課程實驗指導書等教學資源,進行實驗原理分析[12]。隨后在平臺中開展虛擬仿真實驗進行實驗原理的仿真驗證。完成線上學習任務后再進實驗室開展實物實驗進行實驗原理驗證,確保學生掌握實驗原理、提升動手能力,培養學生仿真電路和分析電路的能力,同時提高實驗設備使用效率、提升實驗效果、降低設備損壞率。

4.6 課程思政

遵循“課程思政與思政課程同向同行”的理念,在課程教學過程中從“家國情懷”“敬業精神”“科學思維”“工程意識”“法律意識”“安全意識”六個方面潛移默化地開展課程思政教育[13-14]。課程思政的教學內容設置如圖3所示。

圖3 課程思政教學內容

4.7 課程考核

改變原有的評價體系,利用雨課堂工具的數據采集和分析優勢,突出過程性的學習全鏈條評價,將傳統課程不能得到的學習過程化數據進行采集,并進行精細化的數據處理和分析,基本可以得到每個學生每個知識點的學習情況。線上成績、線下成績、期中成績和期末成績的有機結合,精準而又真實地反映學生的學習成績。按照課程大綱的計劃,為檢測學生線上學習的總體成效,本課程開設的三個班級在雨課堂平臺中開展了線上的課程考核?；诰€上考試的特殊性,在考試前與學生約定“線上考試倫理準則”,并要求學生按照約定進行考試[15]。試卷內容全部采用主觀題形式的大題共8個,要求學生先在草稿紙上進行答題并寫出詳細的解題過程,然后進行拍照上傳系統并提交答案;每題后有詳細的評分標準,考試全部結束后學生可以查看評分標準,掌握自己的學習成效;教師在雨課堂平臺中進行線上閱卷。

對考核結果進行分析,平均分為71.3分,說明線上教學整體效果較好,其中“三相電路分析”知識點本身難度為“中”,但學生整體得分率僅為45%,說明本部分內容授課效果不好;“電阻電路一般分析方法”“正弦穩態電路分析”難度大,學生得分率在60%～70%之間,基本符合預期;其他知識點的得分率與難易程度基本符合考核預期。同時將學生“預習得分率”“預習參與率”“課堂得分率”“課堂參與率”“測試得分率”“測試參與率”“作業得分率”“期中得分率”等過程性的數據和階段性的數據進行比較。分析發現,絕大部分學生過程性的學習成效與考核結果吻合,但也存在極個別學生過程性的學習成效與考核結果不吻合,總體來說期中考試成績是真實可信的。改革前和改革后電路基礎成績分布比較如圖4所示,學生期末成績平均分提高8分,不及格率下降11%,優良率提升6%。同時,學生的學習習慣和學習方法得到較好的培養,學期初預習和作業完成率只有80%左右,學期中期完成率基本達到98%,學生自主學習能力和查找資料解決問題能力得到較大提升。

圖4 改革前后電路基礎課程成績分布比較圖

4.8 持續改進

通過實時交互式教學設計的實施和對智能化信息技術得到的教學過程數據分析,可以進行各教學環節之間的正向調整、逆向改進和自我優化,課程教學的持續改進如圖5所示。通過“課前預習”環節得到的預習數據,可以知道學生預習的困難所在,從而調整下一個教學環節“課堂教學”的側重點,進行針對性教學;同時反思“課前預習”過程中教學設計和教學資源可能存在的不合理之處,進行“課前預習”環節的自我優化。同理,課堂數據、作業數據和答疑數據都能幫助下一個教學環節進行正向調整,同時也能為本教學環節的自我優化提供依據。另外,根據課堂數據、作業數據和答疑數據,還能逆向為之前教學環節的教學設計和教學資源的改進提供真實數據,從而迭代優化下一輪的教學設計和教學資源,實現不斷地“迭代資源、優化設計、提升效果”的目的。

圖5 教學持續改進流程圖

5 結語

針對地方高校學生的學情,以“電路基礎”課程為例,通過開展線上線下結合的實時交互式教學模式的改革,落實課程教學目標的要求。利用“慕課資源+雨課堂”的形式,通過對課程教學內容和教學模式調整,設計各個教學環節的課程資源,開展課前預習、課堂教學、課后作業和輔導答疑四個教學環節,加強各教學環節的實時性,增加師生和生生教學互動,及時掌握全體學生的學習數據并對教學過程進行優化調整,以培養學生良好的學習習慣,優化學習方法,使學習成效得到不斷提升。