工程教育的電路理論課程混合式教學(xué)

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摘要：工程教育認(rèn)證是最近幾年高等教育界為提高教育質(zhì)量?jī)?nèi)涵和標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)展起來(lái)高質(zhì)量的評(píng)估體系。通過(guò)它可以提高學(xué)生的解決工程實(shí)踐能力、復(fù)雜工程能力和卓越創(chuàng)新能力。在工程教育認(rèn)證活動(dòng)中，混合式教學(xué)是其中的熱點(diǎn)話(huà)題。本文結(jié)合近年來(lái)在電路理論課程教學(xué)的工作實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)，對(duì)多種混合教學(xué)方法進(jìn)行初探，總結(jié)幾種教學(xué)關(guān)系，實(shí)踐證明了這些方案和舉措能夠有效地提高工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：工程認(rèn)證教育；電路理論；混合式教學(xué)；實(shí)踐能力

一、工程教育背景下的電路理論課程混合式教學(xué)

根據(jù)工程教育的理念，以及課程與畢業(yè)要求的支撐關(guān)系，需要制定完善的課程教學(xué)目標(biāo)。在課程目標(biāo)導(dǎo)向下，通過(guò)組織教學(xué)團(tuán)隊(duì)、研究教學(xué)方法、選擇教學(xué)內(nèi)容、建設(shè)教學(xué)資源（教材、課件、網(wǎng)站、視頻、案例、試題庫(kù)、實(shí)驗(yàn)等）、完善教學(xué)文件（課程介紹、課程大綱、課程日歷、混合式教學(xué)設(shè)備等）、教學(xué)立項(xiàng)等，積極開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。根據(jù)教學(xué)反饋情況，對(duì)上述內(nèi)容不斷加以改進(jìn)。反饋信息一方面來(lái)自正在上課學(xué)生的答疑、交流、作業(yè)，構(gòu)成課內(nèi)改進(jìn)循環(huán)；課后的線(xiàn)上學(xué)習(xí)信息和線(xiàn)下作業(yè)交流等，構(gòu)成課外改進(jìn)循環(huán)；課內(nèi)改進(jìn)循環(huán)和課外改進(jìn)循環(huán)，即構(gòu)成了改進(jìn)措施在當(dāng)年的后續(xù)教學(xué)中進(jìn)行改進(jìn)并進(jìn)行新的實(shí)施。另一方面包括課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)結(jié)果，構(gòu)成年級(jí)循環(huán)，即改進(jìn)措施需待下個(gè)年級(jí)的教學(xué)循環(huán)才能實(shí)施。在電路理論教學(xué)中，混合式教學(xué)深入到課程教學(xué)的方方面面。首先，在課堂上以雨課堂工具開(kāi)展的部分翻轉(zhuǎn)課堂，開(kāi)展一些基礎(chǔ)測(cè)試和簡(jiǎn)單答題；其次，在課后，同學(xué)利用慕課、微課等網(wǎng)上資源進(jìn)行線(xiàn)上線(xiàn)下的活動(dòng)，使電路理論課程的學(xué)習(xí)豐富多彩；第三，可以利用線(xiàn)下的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對(duì)實(shí)際物理現(xiàn)象、工程問(wèn)題的思考，和提出解決工程實(shí)際問(wèn)題的辦法。為此，本文混合式教學(xué)和工程教育相結(jié)合，介紹單和多、正和負(fù)、加和減的三種關(guān)系，并將工程實(shí)際電路結(jié)合到混合式教學(xué)中。

二、混合式教學(xué)的幾個(gè)關(guān)系

（一）單和多的關(guān)系

當(dāng)前，在理工類(lèi)大學(xué)的電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)中，電路理論教學(xué)仍然占有十分重要的地位?！半娐防碚摗弊鳛殡娮?、信息及電氣專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的基礎(chǔ)課，高校的一般學(xué)生在學(xué)習(xí)此課程時(shí)還是有些困難的。其主要原因：課程內(nèi)容概念多，內(nèi)容抽象，需要學(xué)生具備必要的、物理上的電磁學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；）課程內(nèi)容理論較多，課堂上講解的例題往往只注重解題過(guò)程，脫離工程實(shí)際，理論和實(shí)際脫節(jié)，不能達(dá)到“知行合一”；）課程考試往往只注重理論和方法考核，缺乏對(duì)實(shí)際物理現(xiàn)象、工程問(wèn)題的思考，和解決工程實(shí)際問(wèn)題的辦法；）授課方式比較單一，老師與學(xué)生互動(dòng)、學(xué)生與學(xué)生互動(dòng)較少。對(duì)于上述問(wèn)題，電路理論課程的專(zhuān)業(yè)教師需要掌握授課技巧，從而使得教師能夠在教室中把電路理論教材里的知識(shí)通俗易懂地講解出來(lái)，幫助學(xué)生理解和掌握，從而完成知識(shí)傳授的過(guò)程。傳統(tǒng)教授過(guò)程的基本出發(fā)點(diǎn)是：教師是學(xué)生單一來(lái)源的教育資源提供者。因此，本文的“單”就是指“單一來(lái)源”，“單一來(lái)源”是指在互聯(lián)網(wǎng)不發(fā)達(dá)時(shí)，學(xué)生除了來(lái)教室聽(tīng)講之外，再無(wú)其他渠道或者方式獲取教育資源。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，高等教育已經(jīng)或者即將進(jìn)入教育資源不再稀缺的時(shí)代。另外，當(dāng)今高等教育的主要學(xué)習(xí)者是“00”后學(xué)生，他們獲取知識(shí)的信息方式和方法都正在發(fā)生變化。主要表現(xiàn)在：手機(jī)已成為學(xué)生生活中的一部分，可以利用手機(jī)這個(gè)工具進(jìn)行信息獲取和作為學(xué)習(xí)的新工具；學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律是以有的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)與外界的相互作用構(gòu)建新的理解，即“建構(gòu)主義”為主要特征。學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣于從多個(gè)不同渠道獲取信息，對(duì)碎片化的信息非但不反感，反而會(huì)感到親切。例如學(xué)生群體非常喜歡抖音的APP，以及對(duì)嗶哩嗶哩的網(wǎng)站非常關(guān)注等；學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)和課程的預(yù)期呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)。針對(duì)上述特征，主講教師必須與時(shí)俱進(jìn)，因勢(shì)利導(dǎo)，充分利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等資源提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)教學(xué)方法和手段。因此，本文的“多”是指“多樣化”?，F(xiàn)在很多研究型大學(xué)非常注重多樣化教學(xué)，立體化教學(xué)，其人才培養(yǎng)目標(biāo)已經(jīng)從單一的知識(shí)傳授，逐漸過(guò)渡到價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)和知識(shí)傳授的“三位一體”。工程認(rèn)證教育的主要思想---“以學(xué)生為中心”，其實(shí)更準(zhǔn)確的含義是教師利用移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代所提供的工具，以學(xué)生為“客戶(hù)”，從“客戶(hù)”的需求和狀態(tài)出發(fā)，提供針對(duì)性更強(qiáng)的教學(xué)服務(wù)（比如做題交互和討論等）。在此模式下，學(xué)生上課比較活躍，老師比較興奮，師生都在思維活躍較高水平上進(jìn)行思想交流和碰撞。

（二）正和負(fù)的關(guān)系

為了能夠讓學(xué)生在課堂中的學(xué)習(xí)活躍起來(lái)，主講教師往往需要在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮“負(fù)向”反饋，又要善于“正向”激勵(lì)，這就是“正”和“負(fù)”的關(guān)系。負(fù)向反饋實(shí)際上是一種反饋教學(xué)方式。以雨課堂工具中的翻轉(zhuǎn)課堂為例，我們?cè)O(shè)計(jì)了負(fù)向反饋和正向激勵(lì)的教學(xué)過(guò)程，圖1給出該教學(xué)流程框圖。我們利用雨課堂工具的翻轉(zhuǎn)課堂為例，每次堂課中，在翻轉(zhuǎn)課堂中設(shè)計(jì)了三種題型，即概念題、判斷對(duì)錯(cuò)題、簡(jiǎn)單計(jì)算題等。表1給出三種題型的計(jì)算時(shí)間、數(shù)量和成績(jī)情況。這些題是根據(jù)此前約15-20分鐘聽(tīng)講所掌握的知識(shí)，用手機(jī)在限定時(shí)間內(nèi)（4-5分鐘）完成答題，而且每道題回答得正確與否，將對(duì)學(xué)生的最后總成績(jī)是有影響的。學(xué)生在一個(gè)學(xué)期里需要完成約100道的練習(xí)題，其完成情況占總成績(jī)的15%。每學(xué)期期末，我們都對(duì)學(xué)生進(jìn)行匿名問(wèn)卷調(diào)查反饋。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)的限時(shí)訓(xùn)練對(duì)同學(xué)們的學(xué)習(xí)很有意義和幫助。經(jīng)過(guò)總結(jié)，我們認(rèn)為有三方面的原因：約80.3%的同學(xué)認(rèn)為,通過(guò)課上的小訓(xùn)練，可以盡快發(fā)現(xiàn)自己在課堂上學(xué)習(xí)中哪些知識(shí)要點(diǎn)掌握不足，存在哪些缺陷，提示課后可以進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)習(xí)；答錯(cuò)一道題所造成的影響對(duì)同學(xué)們的成績(jī)影響不是很大，但促進(jìn)同學(xué)們積極思考；課程教學(xué)信息的及時(shí)反饋，能夠了解同學(xué)們的學(xué)習(xí)狀況。由于課上教師會(huì)及時(shí)給出每道題答題結(jié)果情況的分布柱狀圖，同學(xué)們能夠及時(shí)了解自己學(xué)習(xí)情況，以及其他同學(xué)對(duì)電路理論某一知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。同時(shí)，由于及時(shí)課堂學(xué)習(xí)信息，各位同學(xué)能夠?qū)崟r(shí)了解其他同學(xué)的學(xué)習(xí)成效。通過(guò)負(fù)向反饋可以增加學(xué)生欲望的同時(shí)，還可以通過(guò)正向激勵(lì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如雨課堂工具的“投稿”和“紅包”功能等。經(jīng)常采用的“投稿”過(guò)程是：布置一個(gè)電路理論某個(gè)章節(jié)練習(xí)題后，學(xué)生用紙、筆將解答過(guò)程詳細(xì)寫(xiě)出，率先做完的學(xué)生用手機(jī)拍照后，通過(guò)雨課堂中“投稿”工具進(jìn)行投稿；教師在手機(jī)上，可以看到所有學(xué)生的投稿情況，對(duì)于同學(xué)的較好解答結(jié)果，將以實(shí)名制投送到課堂屏幕上和傳送到學(xué)生手機(jī)上；對(duì)于錯(cuò)誤解答，教師將以匿名方式傳送到課堂屏幕并推送到學(xué)生手機(jī)上。典型采用的“紅包”激勵(lì)過(guò)程是：布置有限時(shí)的電路理論某個(gè)章節(jié)練習(xí)題后，教師在手機(jī)上發(fā)送“紅包”；率先提交正確解答的學(xué)生，可以參加紅包活動(dòng)，同時(shí)學(xué)生姓名將出現(xiàn)在課堂屏幕和學(xué)生手機(jī)上。對(duì)于大多數(shù)學(xué)生而言，由于對(duì)某個(gè)電路理論習(xí)題做得又快又好，其名字出現(xiàn)在正在上課同學(xué)的手機(jī)上，是一個(gè)較強(qiáng)的正向激勵(lì)，特別是對(duì)于基礎(chǔ)較好的學(xué)生來(lái)說(shuō)更是這樣。在混合式教學(xué)設(shè)計(jì)中，協(xié)調(diào)好負(fù)向反饋和正向激勵(lì)功能，能夠在課堂中同時(shí)提升不同類(lèi)型學(xué)生的注意力和積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）加和減的關(guān)系

在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，融進(jìn)一些混合式教學(xué)方式、方法，在課堂上進(jìn)行教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間開(kāi)展討論，則從知識(shí)傳授效率的角度來(lái)看，相對(duì)于教師的講授而言，這個(gè)討論的過(guò)程往往是低效率的。其主要原因是：1）學(xué)生的反饋和發(fā)言往往不能確保是正確的；2）教師需要用更多時(shí)間，組織學(xué)生完成對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的討論。因此，教師在課堂教學(xué)內(nèi)容中做有必要做適量的減法，量體裁衣。要想在高效率講授的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)成效，就得犧牲部分教學(xué)內(nèi)容，空出一些時(shí)間來(lái)加強(qiáng)交互。由于課堂授課時(shí)間是固定的，如何合理分配好傳統(tǒng)講授和混合教學(xué)互動(dòng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)是需要精心設(shè)計(jì)的。那些略講，那些不講，都是需要反復(fù)考慮斟酌，三思而行的。當(dāng)然，減掉的課堂教學(xué)內(nèi)容并非不再要求，而是放到課外，讓學(xué)生自己自覺(jué)學(xué)習(xí)相關(guān)的慕課或微課資源。在混合式教學(xué)模式下，需要主講教師精心的課程教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂交流、課后學(xué)習(xí)內(nèi)容是不同的，我們以電路理論節(jié)點(diǎn)電壓學(xué)習(xí)為例介紹一下混合式教學(xué)模式的課程設(shè)計(jì)。（1）課前預(yù)習(xí)。了解節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)電壓的概念；了解通過(guò)以節(jié)點(diǎn)電壓為變量建立的KCL方程的過(guò)程；通過(guò)電路理論微課資源進(jìn)行答題，包括概念、判斷對(duì)錯(cuò)、簡(jiǎn)單計(jì)算題等；（2）課堂交流。講解節(jié)點(diǎn)電壓法的概念，習(xí)題講解；翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行概念、判斷對(duì)錯(cuò)題的考核；若干習(xí)題講解；具體學(xué)生用紙筆計(jì)算習(xí)題，“投稿”和“發(fā)紅包”激勵(lì)環(huán)節(jié)；計(jì)算題的小討論和總結(jié)；（3）課后學(xué)習(xí)?？梢酝ㄟ^(guò)微課、慕課復(fù)習(xí)節(jié)點(diǎn)電壓法，搞通難點(diǎn)；完成作業(yè)；預(yù)習(xí)下一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容；課前預(yù)習(xí)、課堂交流、課后學(xué)習(xí)三個(gè)部分共同構(gòu)成了混合教學(xué)內(nèi)容，三者是互補(bǔ)關(guān)系，以期通過(guò)互補(bǔ)來(lái)提升學(xué)習(xí)效果。這樣做，一方面實(shí)現(xiàn)了前面提到的課堂教學(xué)內(nèi)容的減法，另一方面也并沒(méi)有給學(xué)生課外增加太多負(fù)擔(dān)，還可以使用網(wǎng)上的較好教學(xué)資源做為自己的學(xué)習(xí)工具。主講教師對(duì)于混合教學(xué)必須進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，上課內(nèi)容刪減得當(dāng)，對(duì)課堂中沒(méi)有講的教學(xué)內(nèi)容，可以讓學(xué)生利用網(wǎng)上的優(yōu)秀慕課或微課資源進(jìn)行補(bǔ)充。我們?cè)趪?guó)家級(jí)慕課的教學(xué)中，加入了與工程實(shí)踐結(jié)合的電路案例，例如煙霧報(bào)警器電路、汽車(chē)點(diǎn)火電路、揚(yáng)聲器音響電路等案例。通過(guò)這些工程電路例子，將日常工程實(shí)際電路案例融合到課程教學(xué)和考試考核中，增加電路理論學(xué)習(xí)的趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，有效提高課程教學(xué)效果，提高學(xué)生對(duì)電路理論分析問(wèn)題和解決工程問(wèn)題的能力。

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作者：王宏偉 謝麗蓉 單位：新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院