電工學(xué)在線開(kāi)放課程的研究與實(shí)踐

劉曼玲 劉麗敏 劉子建

（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075）

電工學(xué)在線開(kāi)放課程的研究與實(shí)踐

劉曼玲 劉麗敏 劉子建

（中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075）

在線開(kāi)放課程是對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的改革，為知識(shí)傳播提供了更加靈活與自由的方法與途徑，必將帶來(lái)教學(xué)方式與教育技術(shù)的革命。為了探索出一條適合本國(guó)的在線教學(xué)模式，對(duì)國(guó)外成功的大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行了分析與研究，從我國(guó)高等教育的實(shí)際情況出發(fā)，并結(jié)合公共基礎(chǔ)課—電工學(xué)，在資源共享、教學(xué)方法、師生交互、協(xié)助學(xué)習(xí)、在線實(shí)驗(yàn)等方面提出了一些具體的改革實(shí)施方法，由此可以輻射到其他基礎(chǔ)與專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

高等教育；電工學(xué)；在線開(kāi)放課程；互動(dòng)

1 引言

大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程（massive open online courses，MOOC）是由美國(guó)猶他州州立大學(xué)大衛(wèi)懷利于2007年8月開(kāi)始實(shí)行的[1，2]，從剛開(kāi)始的5個(gè)研究生選修課，發(fā)展成開(kāi)放式的、來(lái)自8個(gè)國(guó)家的50個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)[3]。2011年秋天，由美國(guó)Udacity（知識(shí)實(shí)驗(yàn)室）所開(kāi)設(shè)的大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程“人工智能”，吸引了160 000多人參加。2012年3月，Coursera網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)由美國(guó)斯坦福大學(xué)教授Daphne Koller和Andrew Ng創(chuàng)立，至今已有包括多所美國(guó)常青藤大學(xué)的三十多所高校加盟，覆蓋20個(gè)科目和200多門(mén)課程[4，5]。edX則是由美國(guó)哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院創(chuàng)辦的免費(fèi)MOOC教育平臺(tái)，成千上萬(wàn)的中國(guó)學(xué)生參與其中并從中受益。清華大學(xué)與美國(guó)在線教育平臺(tái)edX聯(lián)合，成為edX的首批亞洲高校成員之一?？傊?，美國(guó)Udacity、Coursera與edX三大網(wǎng)絡(luò)教育品牌的誕生，給教育理論和人才培養(yǎng)注入了新的活力，為全球優(yōu)秀資源共享提供了更為廣闊的平臺(tái)，也為先進(jìn)知識(shí)的傳播提供了更加方便與自由的途徑。

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和高考入學(xué)率的提高，人們終生學(xué)習(xí)的需求日益加大，學(xué)生多、教師少的矛盾也逐漸凸顯，很多高校的師生比例已低于國(guó)家規(guī)定的1：14的標(biāo)準(zhǔn)。因此，延伸高等教學(xué)課堂的時(shí)間和空間變得十分重要，而大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施將會(huì)給我國(guó)的高等教育帶來(lái)更大的活力：課程沒(méi)有時(shí)間和人數(shù)的限制，人們能自由獲取資源，不需要學(xué)校的學(xué)籍等。大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程為有志者提供了一種免費(fèi)接受高等教育的方式，提供了一條汲取新知識(shí)更為便捷的通道。將學(xué)習(xí)作為一種終身習(xí)慣和精神養(yǎng)分，是人類社會(huì)的理想境界。

2 研究目標(biāo)

Udacity、Coursera與edX三大網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)已成功應(yīng)用在美國(guó)的大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程中，其經(jīng)驗(yàn)值得學(xué)習(xí)[6-8]。中國(guó)在大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程方面還剛剛起步，沒(méi)有創(chuàng)建自己的品牌。由于我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，受教育者眾多，因此，在高校建立大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程會(huì)使更多渴望學(xué)習(xí)的人受益，高校可以充分利用現(xiàn)有的優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)與網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，架起師生之間的交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享，將常規(guī)的有限課堂延伸到無(wú)限的網(wǎng)絡(luò)空間。

電工學(xué)是一門(mén)許多高校非電專業(yè)開(kāi)設(shè)的電類技術(shù)基礎(chǔ)課。它集電工電子和其它學(xué)科理論技術(shù)于一體，覆蓋面廣、實(shí)踐性強(qiáng)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可使大學(xué)生獲得電工、電子技術(shù)必要的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，了解電工、電子技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展概況，為拓寬知識(shí)面以及從事與本專業(yè)有關(guān)的工程技術(shù)打下一定的基礎(chǔ)。由于電工學(xué)涉及到電路、電機(jī)控制、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)等諸多內(nèi)容，概念多、跨度大使這門(mén)課的教學(xué)難度系數(shù)也相對(duì)較高，學(xué)生感到課程難學(xué)，實(shí)驗(yàn)難做，而在線開(kāi)放課程的開(kāi)發(fā)可以打破時(shí)間與有限課堂的限制，讓學(xué)生有更多學(xué)習(xí)的自由與空間。

針對(duì)目前單一的多媒體課件教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，我們通過(guò)理論和實(shí)踐的緊密結(jié)合，研究電工學(xué)在線開(kāi)放課程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。通過(guò)深入探討現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和通信理論，結(jié)合本課程教學(xué)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)平臺(tái)與網(wǎng)站，采用網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)和無(wú)線數(shù)字媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)支持學(xué)生學(xué)習(xí)、師生交互、協(xié)同學(xué)習(xí)、信息共享和易用性高的網(wǎng)上學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

3 研究?jī)?nèi)容

電工學(xué)是一門(mén)在高校授課率高、學(xué)生受益面廣的課程，在其內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少和實(shí)踐性強(qiáng)的背景下，進(jìn)一步拓寬教與學(xué)的空間，改進(jìn)教學(xué)模式與手段，提高學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)水平和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，為建立開(kāi)放式電工學(xué)開(kāi)放課程所要解決的問(wèn)題。研究的主要內(nèi)容有：建立電工學(xué)教學(xué)網(wǎng)站，開(kāi)放交流平臺(tái)，拓展課堂空間，優(yōu)化教學(xué)方法，出版特色教材，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

3.1 建設(shè)教學(xué)平臺(tái)

建設(shè)和共享大規(guī)模在線高等學(xué)校電工學(xué)開(kāi)放課程的重點(diǎn)首先是開(kāi)放，根據(jù)聯(lián)結(jié)主義式的MOOC的原理，可以將學(xué)生需要的各種資料通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、網(wǎng)站鏈接、網(wǎng)頁(yè)、通信等，實(shí)現(xiàn)信息的快速傳播。

在網(wǎng)站上完善電工學(xué)的教學(xué)大綱、教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、電子教案、電子課件、試卷庫(kù)、實(shí)驗(yàn)錄像與PPT；連接課程內(nèi)的教材或其他內(nèi)容；建立在線交流系統(tǒng)（文字+語(yǔ)音+視頻），利用QQ、微信、公共郵箱等各種形式，實(shí)現(xiàn)資源共享和師生間、學(xué)生間的無(wú)障礙交流。

3.2 優(yōu)化教學(xué)方法

3.2.1 教學(xué)內(nèi)容模塊化

為了使教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生所學(xué)專業(yè)結(jié)合更加緊密，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，將教學(xué)內(nèi)容模塊化。模塊分基本模塊和拓展模塊，基本模塊為基本理論和基本分析方法，為各專業(yè)必修部分；拓展模塊為不同專業(yè)根據(jù)需求，選修的不同模塊。

根據(jù)內(nèi)容-模塊-單元-知識(shí)-練習(xí)的關(guān)系鏈條，形成完整的學(xué)習(xí)體系，將每個(gè)單元的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的練習(xí)作為基礎(chǔ)，再擴(kuò)展到多個(gè)單元直至整個(gè)模塊與內(nèi)容的掌握。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)有詳細(xì)的課堂筆記、習(xí)題與答案，學(xué)生可以隨時(shí)瀏覽和打印。

3.2.2 教學(xué)內(nèi)容多樣化

改變純粹的理論課堂教學(xué)，在網(wǎng)絡(luò)課堂上利用電子仿真軟件如Multisim、Proteus或視頻錄像等增加一些實(shí)物、實(shí)例和實(shí)驗(yàn)的演示，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在一些知識(shí)的介紹時(shí)，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，取代傳統(tǒng)的先講知識(shí)點(diǎn)，后講例子對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證的教學(xué)模式。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法采用啟發(fā)—交流—?jiǎng)?chuàng)新的模式，即先從實(shí)際應(yīng)用提出一個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)生思考如何用現(xiàn)有知識(shí)解決，通過(guò)探討后如何應(yīng)用新的知識(shí)解決。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)在于：一是調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；二是學(xué)以致用；三是啟發(fā)科學(xué)思維。

3.2.3 充分利用網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，將基本概念和容易混淆的問(wèn)題用軟件編制成隨機(jī)抽取自測(cè)題，學(xué)生可以上網(wǎng)反復(fù)測(cè)試并取最高分，還可以采用協(xié)助學(xué)習(xí)的形式，學(xué)生之間互評(píng)網(wǎng)上作業(yè)并打分。

3.3 出版特色教材

由于電工學(xué)內(nèi)容多，學(xué)時(shí)少，所使用的教材也使學(xué)生覺(jué)得知識(shí)抽象、計(jì)算量大，有些望而生畏。因此，電工學(xué)課程的教學(xué)重點(diǎn)需放在重基礎(chǔ)、重應(yīng)用、重技能等方面，使學(xué)生對(duì)與生產(chǎn)過(guò)程緊密聯(lián)系在一起的電氣、電子工程技術(shù)有清晰的概念和明確的了解，激發(fā)起他們的學(xué)習(xí)熱情。為了解決電工學(xué)內(nèi)容多與學(xué)時(shí)少的矛盾，根據(jù)電子技術(shù)發(fā)展快和不同專業(yè)對(duì)電學(xué)的要求，出版與之配套的有特色的、模塊化的教學(xué)與輔導(dǎo)教材，將最新的科技成果引入到教學(xué)內(nèi)容中，并將相應(yīng)的電子教學(xué)課件和學(xué)生學(xué)習(xí)課件上傳到網(wǎng)上，學(xué)生可以根據(jù)需要而選擇性地學(xué)習(xí)。

3.4 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

根據(jù)電工學(xué)實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在教學(xué)網(wǎng)站上開(kāi)設(shè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與仿真（Multisim、Proteus），使學(xué)生能理論聯(lián)系實(shí)際，更好地理解和運(yùn)用基本知識(shí)。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，增加一些與實(shí)際聯(lián)系緊密的內(nèi)容和學(xué)生可能感興趣的電子小器件（如電子門(mén)鈴），培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。在拓展實(shí)驗(yàn)中，介紹常用的電路設(shè)計(jì)軟件Protel DXP 2004，讓學(xué)生熟悉以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)，包含SCH（原理圖）設(shè)計(jì)、SCH（原理圖）仿真、PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、Auto Router（自動(dòng)布線器）和FPGA、VHDL設(shè)計(jì)等。通過(guò)拓展實(shí)驗(yàn)和實(shí)例介紹使學(xué)生能全面熟悉設(shè)計(jì)、仿真與制作電子產(chǎn)品的全過(guò)程。將基本實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)儀表拍成視頻和做成PPT上傳到網(wǎng)上，讓學(xué)生對(duì)常用的儀器儀表的使用有感性的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生分析實(shí)際電路和排除故障的能力，便于學(xué)生預(yù)習(xí)或沒(méi)有條件進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)者自學(xué)。

4 創(chuàng)新

Udacity、Coursera和edX品牌的大體形式已基本確定，目前很多網(wǎng)站也在提供MOOC了，MOOC的三大關(guān)鍵為教學(xué)、學(xué)習(xí)和評(píng)估。研究在線學(xué)習(xí)的美國(guó)專家曾把教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量、教師在教學(xué)中的投入以及師生之間的互動(dòng)作為在線學(xué)習(xí)的三要素。由于Udacity、Coursera和edX均是由美國(guó)頂級(jí)大學(xué)創(chuàng)辦和實(shí)施的，前兩個(gè)要素一般都能得到保證，但要在一個(gè)有成千上萬(wàn)人的班級(jí)里，學(xué)生能夠與老師及時(shí)的進(jìn)行交流與互動(dòng)就成了難題，這也是目前MOOC課程中存在的棘手問(wèn)題。國(guó)外現(xiàn)在常用的互動(dòng)模式是在線論壇、學(xué)習(xí)小組和線下見(jiàn)面會(huì)。如哈佛大學(xué)目前的互動(dòng)模式還相當(dāng)簡(jiǎn)陋，公共衛(wèi)生院教的一門(mén)關(guān)于定量方法的課程，會(huì)有區(qū)域性聚會(huì)。針對(duì)互動(dòng)模式比較薄弱這個(gè)問(wèn)題，在采納國(guó)外的在線論壇、學(xué)習(xí)小組的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，采取一些創(chuàng)新性的方法。

4.1 設(shè)定站內(nèi)信箱。信箱具有收件、發(fā)件和寫(xiě)信功能，學(xué)生發(fā)給其他人的信息都顯示在發(fā)件箱，老師和學(xué)生都可以看到并回復(fù)學(xué)生的信件。

4.2 建立問(wèn)題中心。問(wèn)題中心設(shè)搜索問(wèn)題、我要提問(wèn)、我要回答。搜索待解決問(wèn)題、已解決問(wèn)題和常見(jiàn)問(wèn)題；我要提問(wèn)：提出在學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，由其他學(xué)生回答協(xié)同學(xué)習(xí)，老師把關(guān)和點(diǎn)贊。

4.3 知識(shí)庫(kù)。知識(shí)庫(kù)分搜索資料、上傳資料和下載資料，搜索資料可查找有用的學(xué)習(xí)資源，老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間可以上傳資料、下載或收藏資料。

4.4 建立多維的在線交流系統(tǒng)（文字+語(yǔ)音+視頻），利用QQ、微信，實(shí)現(xiàn)師生之間的互動(dòng)。

4.5 反饋。與其他學(xué)習(xí)者分享依不同學(xué)習(xí)目標(biāo)編排的教學(xué)內(nèi)容和想法。重新制定目標(biāo)和編排教學(xué)內(nèi)容，以配合不同學(xué)習(xí)者的需求。

綜上所述，在線開(kāi)放課程提供了一種靈活的教學(xué)模式與自由的學(xué)習(xí)方式，適合于我國(guó)人口大國(guó)和受教育者眾多的國(guó)情。為了更好地與國(guó)際教育接軌，在高校推廣MOOC的課程是十分必要的，它可以促進(jìn)先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與教育的融合，拓展課堂教學(xué)空間。通過(guò)進(jìn)一步的研究教與學(xué)的規(guī)律，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率，為培養(yǎng)我國(guó)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)人才服務(wù)。

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TM1-4

A

1671-0037（2014）11-118-2

劉曼玲（1960-），女，副教授，研究方向：電工電子技術(shù)。

通迅作者簡(jiǎn)介：劉麗敏（1976-），女，講師，博士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。