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)量內(nèi)涵和標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)展起來高質(zhì)量的評估體系。通過它可以提高學(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)話題。本文結(jié)合近年來在電路理論課程教學(xué)的工作實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)，對多種混合教學(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、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，積極開展教學(xué)活動(dòng)。根據(jù)教學(xué)反饋情況，對上述內(nèi)容不斷加以改進(jìn)。反饋信息一方面來自正在上課學(xué)生的答疑、交流、作業(yè)，構(gòu)成課內(nèi)改進(jìn)循環(huán)；課后的線上學(xué)習(xí)信息和線下作業(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)成度評價(jià)結(jié)果，構(gòu)成年級循環(huán)，即改進(jìn)措施需待下個(gè)年級的教學(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展的部分翻轉(zhuǎn)課堂，開展一些基礎(chǔ)測試和簡單答題；其次，在課后，同學(xué)利用慕課、微課等網(wǎng)上資源進(jìn)行線上線下的活動(dòng)，使電路理論課程的學(xué)習(xí)豐富多彩；第三，可以利用線下的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對實(shí)際物理現(xiàn)象、工程問題的思考，和提出解決工程實(shí)際問題的辦法。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，在理工類大學(xué)的電類專業(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?、信息及電氣專業(yè)一門重要的基礎(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)知識和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識；）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，缺乏對實(shí)際物理現(xiàn)象、工程問題的思考，和解決工程實(shí)際問題的辦法；）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。對于上述問題，電路理論課程的專業(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通俗易懂地講解出來，幫助學(xué)生理解和掌握，從而完成知識傳授的過程。傳統(tǒng)教授過程的基本出發(fā)點(diǎn)是：教師是學(xué)生單一來源的教育資源提供者。因此，本文的“單”就是指“單一來源”，“單一來源”是指在互聯(lián)網(wǎng)不發(fā)達(dá)時(shí)，學(xué)生除了來教室聽講之外，再無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，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，以及對嗶哩嗶哩的網(wǎng)站非常關(guān)注等；學(xué)生對學(xué)習(xí)和課程的預(yù)期呈現(xiàn)出多樣化的趨勢。針對上述特征，主講教師必須與時(shí)俱進(jìn)，因勢利導(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”。現(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)從單一的知識傳授，逐漸過渡到價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授的“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”，從“客戶”的需求和狀態(tài)出發(fā)，提供針對性更強(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，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，我們設(shè)計(jì)了負(fù)向反饋和正向激勵(lì)的教學(xué)過程，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、判斷對錯(cuò)題、簡單計(jì)算題等。表1給出三種題型的計(jì)算時(shí)間、數(shù)量和成績情況。這些題是根據(jù)此前約15-20分鐘聽講所掌握的知識，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，將對學(xué)生的最后總成績是有影響的。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的15%。每學(xué)期期末，我們都對學(xué)生進(jìn)行匿名問卷調(diào)查反饋。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)的限時(shí)訓(xùn)練對同學(xué)們的學(xué)習(xí)很有意義和幫助。經(jīng)過總結(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同學(xué)們的成績影響不是很大，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)對電路理論某一知識點(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。通過負(fù)向反饋可以增加學(xué)生欲望的同時(shí)，還可以通過正向激勵(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、筆將解答過程詳細(xì)寫出，率先做完的學(xué)生用手機(jī)拍照后，通過雨課堂中“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。對于大多數(shù)學(xué)生而言，由于對某個(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)，特別是對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生來說更是這樣。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)生之間開展討論，則從知識傳授效率的角度來看，相對于教師的講授而言，這個(gè)討論的過程往往是低效率的。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)生完成對某個(gè)知識點(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；了解通過以節(jié)點(diǎn)電壓為變量建立的KCL方程的過程；通過電路理論微課資源進(jìn)行答題，包括概念、判斷對錯(cuò)、簡單計(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^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，以期通過互補(bǔ)來提升學(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)，對課堂中沒有講的教學(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。我們在國家級慕課的教學(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、汽車點(diǎn)火電路、揚(yáng)聲器音響電路等案例。通過這些工程電路例子，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)生對電路理論分析問題和解決工程問題的能力。

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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