基于4C/ID的智能電器課程教學(xué)設(shè)計(jì)*

王永華　　萬(wàn)頻　　邢延（廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006）

基于4C/ID的智能電器課程教學(xué)設(shè)計(jì)*

王永華萬(wàn)頻邢延
（廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006）

由于《智能電器》課程是一門(mén)多學(xué)科知識(shí)交叉融合、理論和實(shí)踐結(jié)合的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以使得學(xué)生將分散的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效的整合并加以應(yīng)用，因此文章嘗試將面向復(fù)雜學(xué)習(xí)的4C/ID教學(xué)模式引入到《智能電器》教學(xué)中。對(duì)《智能電器》課程內(nèi)容進(jìn)行了任務(wù)分解，并分析了每個(gè)任務(wù)所需的程序性信息、支持性信息以及對(duì)應(yīng)的任務(wù)練習(xí)。基于4C/ID的《智能電器》教學(xué)模式有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力、知識(shí)遷移能力以及運(yùn)用整體性思維處理復(fù)雜問(wèn)題的能力。

4C/ID；智能電器；教學(xué)設(shè)計(jì)

一、概述

電器智能化是傳統(tǒng)電器學(xué)科、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、數(shù)字通信及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門(mén)類學(xué)科交叉和融合的結(jié)果?！吨悄茈娖鳌氛n程主要講解智能電器和電器智能化的基本概念、智能電器的基本結(jié)構(gòu)、軟硬件設(shè)計(jì)原理、電磁兼容設(shè)計(jì)與電器智能化網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)等內(nèi)容［1］。該課程是一門(mén)涉及多學(xué)科、理論和實(shí)際結(jié)合的課程，其課時(shí)較少但課程知識(shí)多。

在智能電器課程教學(xué)中，由于其跨領(lǐng)域多學(xué)科交叉，知識(shí)體系零散復(fù)雜，如果采用傳統(tǒng)的單獨(dú)依靠老師填鴨式講解的單一教學(xué)模式，只是簡(jiǎn)單的將各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容通過(guò)講解傳授給學(xué)生，學(xué)生處于被動(dòng)接納狀態(tài)，會(huì)使得學(xué)生感覺(jué)單調(diào)枯燥，并且學(xué)生往往只是撐握了講授的各部分單獨(dú)的內(nèi)容，難以深入理解課程知識(shí)和體系，難以消化吸收和創(chuàng)新，更難以將所學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能有效地遷移到復(fù)雜現(xiàn)實(shí)生活中。因此需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，將復(fù)雜學(xué)習(xí)和整體性教學(xué)設(shè)計(jì)思想融入智能電器課程教學(xué)中，基于4C/ID教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)的改革，需要針對(duì)智能電器課程教的復(fù)雜學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)合適的教學(xué)策略，遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從局部到總體系統(tǒng)的規(guī)律，盡量避免脫離情境的知識(shí)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)的復(fù)雜性，并且要有運(yùn)用整體性思維處理復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的能力。

二、4C/ID簡(jiǎn)介

4C/ID模式（Four Component Instructional Design Model）即四要素教學(xué)設(shè)計(jì)模式［2］，是由荷蘭的Jeroen J.G.van Merri?nboer教授提出的，目前最具代表性的、最具競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)雜學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)模式。復(fù)雜學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者將知識(shí)、技能、態(tài)度等融合成一個(gè)有意義的整體，并協(xié)調(diào)運(yùn)用各種復(fù)雜認(rèn)知技能，針對(duì)面向工作實(shí)際的學(xué)習(xí)任務(wù)所進(jìn)行的一種學(xué)習(xí)方式［3］。其優(yōu)勢(shì)在于能促使學(xué)生有能力將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。4C/ID模型利用四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的總體性組成部分（學(xué)習(xí)任務(wù)、支持性信息、程序性信息、部分任務(wù)練習(xí)）來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜的學(xué)習(xí)環(huán)境，專門(mén)用于培養(yǎng)復(fù)雜認(rèn)知技能［4-6］。

其中學(xué)習(xí)任務(wù)以整體任務(wù)的形式依照整體性、復(fù)雜性、真實(shí)性的要求從易到難的任務(wù)層級(jí)呈現(xiàn)給學(xué)生，分為非重復(fù)性任務(wù)和重復(fù)性任務(wù)［6-8］。重復(fù)性技能是不隨整體任務(wù)難易情況而變化的技能，指在學(xué)習(xí)任務(wù)和遷移任務(wù)之間相同的技能。非重復(fù)性技能是隨整體任務(wù)難易情形而變化的技能，指在學(xué)習(xí)任務(wù)和遷移任務(wù)之間不同的技能［6，7］，是“整體大于部分之和”的那部分能力，是4C/ID模型區(qū)別與傳統(tǒng)教學(xué)模式的地方。程序性信息是為了支持重復(fù)性技能而提供的一些操作規(guī)則和方式，一般不需要理解、只需要記憶［8］。支持性信息是為了使學(xué)生學(xué)習(xí)和完成非重復(fù)性技能而提供幫助的信息，可看作是為學(xué)生已有知識(shí)和將學(xué)知識(shí)搭起的一座橋梁［9］。部分任務(wù)練習(xí)是為了使那些重復(fù)性技能的學(xué)習(xí)任務(wù)能夠達(dá)到自動(dòng)化的程度而設(shè)計(jì)的附加練習(xí)［9］。4C/ID模式目的是訓(xùn)練學(xué)生掌握必要的預(yù)備知識(shí)和技能，以完成實(shí)際的完整任務(wù)，以此來(lái)提高和改進(jìn)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的業(yè)績(jī)表現(xiàn)。

*基金項(xiàng)目：廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：GDJG20142179）；廣東省本科高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程立項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目；廣東工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：王永華（1979-），博士，講師，主要從事自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)科研工作。

圖1學(xué)習(xí)任務(wù)

三、基于4C/ID的《智能電器》課程教學(xué)設(shè)計(jì)

由于篇幅限制，在文章中依據(jù)4C/ID教學(xué)模式，進(jìn)行了《智能電器》課程中《被測(cè)模擬量的信號(hào)分析與處理》一章的教學(xué)設(shè)計(jì)。在該課程教學(xué)中，堅(jiān)持基于4C/ID的教學(xué)模式，對(duì)每個(gè)任務(wù)都進(jìn)行四要素的教學(xué)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮其作用。

（一）設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)

《被測(cè)模擬量的信號(hào)分析與處理》一章任務(wù)組由5項(xiàng)任務(wù)構(gòu)成，又細(xì)分成10項(xiàng)子任務(wù)，如圖1所示。這些內(nèi)容為本章內(nèi)容中學(xué)生應(yīng)該掌握的知識(shí)技能。按照復(fù)雜學(xué)習(xí)任務(wù)的劃分，這些任務(wù)中，任務(wù)1.1、2.1、3.1、4.1和5.1屬于重復(fù)性技能，即應(yīng)該知道和掌握的理論，1.2、2.2、3.2、4.2和5.2屬于非重復(fù)性技能，屬于依據(jù)整體任務(wù)難易情況變化而變化的技能，也是讓學(xué)生建立起整體的思維能力，訓(xùn)練解決復(fù)雜問(wèn)題能力，提高其知識(shí)遷移能力、知識(shí)綜合能力、創(chuàng)造思維能力、綜合實(shí)踐應(yīng)用能力、工程思維模式［8］。

（二）設(shè)計(jì)程序性信息（程序性知識(shí)是針對(duì)重復(fù)性技能的學(xué)習(xí)而設(shè)計(jì)）

任務(wù)1.1程序性信息：從信號(hào)角度對(duì)被測(cè)模擬量進(jìn)行分類。

任務(wù)2.1程序性信息：數(shù)字濾波的原因和基本原理。

任務(wù)3.1程序性信息：非線性測(cè)量結(jié)果數(shù)字化處理的原因、存在的問(wèn)題及主要解決方法。

任務(wù)4.1程序性信息：電壓和電流的采樣方法，電壓、電流有效值、有功和無(wú)功功率及功率因數(shù)等的計(jì)算。

任務(wù)5.1程序性信息：了解硬件誤差的原因，了解軟件誤差的4個(gè)方面：方法誤差、采樣不同步誤差、數(shù)據(jù)誤差和舍入誤差。

（三）設(shè)計(jì)支持性信息

任務(wù)1.2支持性信息：采樣速率對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響分析；采樣頻率的選擇；實(shí)例分析。

任務(wù)2.2支持性信息：常用數(shù)字濾波算法：一階滯后濾波法、程序判斷濾波法、平均濾波算法、中值濾波法；提供實(shí)例分析。

任務(wù)3.2支持性信息：掌握非線性測(cè)量結(jié)果的常見(jiàn)軟件處理方法：直接計(jì)算法、查表法、插值法等；提供實(shí)例分析。

任務(wù)4.2支持性信息：熟悉短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、瞬動(dòng)保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)等基本保護(hù)算法；提供實(shí)例分析。

任務(wù)5.2支持性信息：熟悉常見(jiàn)提高計(jì)算結(jié)果精度的措施：減少截?cái)嗾`差的措施、減少采樣不同步誤差、減少短路電流非周期分量引起的保護(hù)誤差。

（四）設(shè)計(jì)部分任務(wù)練習(xí)

在教師講授完基礎(chǔ)的知識(shí)之后，采取布置練習(xí)作業(yè)的方式，讓學(xué)生進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的實(shí)踐，以達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1.給出情景和參數(shù)，求解采樣頻率。

2.給出不同的模擬量信號(hào)，選用合適的數(shù)字濾波方法，畫(huà)出算法流程圖，上機(jī)實(shí)驗(yàn)。

3.設(shè)計(jì)具體案例，練習(xí)非線性測(cè)量結(jié)果的數(shù)字化處理方法。

4.設(shè)計(jì)具體案例，練習(xí)保護(hù)算法的實(shí)現(xiàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

《智能電器》課程旨在引導(dǎo)學(xué)生接近現(xiàn)代電氣工程硬件的前沿，熟悉已有的智能電器產(chǎn)品，掌握電器智能化的基本理論和技術(shù)，涉及到電器學(xué)基本知識(shí)、信號(hào)處理技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與通信、可靠性與電磁兼容等知識(shí)，是一門(mén)跨學(xué)科、理論結(jié)合實(shí)際的課程。在該課程教學(xué)過(guò)程中采用了4C/ID教學(xué)模式，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，有助于學(xué)生以整體的思維模式把獨(dú)立的知識(shí)整合起來(lái)，提高了知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和知識(shí)遷移能力，并能將理論知識(shí)用于實(shí)踐，能夠解決智能電器相關(guān)的實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題。

［1］宋政湘，張國(guó)鋼.電器智能化原理及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013，5.

［2］Jeroen J.G.van Merri?nboer，Richard E.Clark，Marcel B. M.de Croock.Blueprints for complex learning：The 4C/ID-mode l［C］//Educational Technology，Research and Development，2002：39-61.

［3］吳向文.面向復(fù)雜學(xué)習(xí)的整體性教學(xué)設(shè)計(jì)模式探析［D］.湖南大學(xué)，2010.

［4］禹柳飛.CDIO模式下的《自動(dòng)控制原理》教學(xué)改革實(shí)踐［J］.教育教學(xué)論壇，2014（9）：37-38.

［5］陸冰.基于4C/ID模型的《數(shù)字電子技術(shù)》課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究［J］.課程教育研究，2013（4）：243-245.

［6］李新房，李靜，邱婧玲.4C/ID模式在教育技術(shù)學(xué)專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究——以《Photoshop CS4》課程為例［J］.福建電腦，2015（1）：46-47.

［7］鐘志榮.關(guān)于專業(yè)課程復(fù)雜學(xué)習(xí)的整體性教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施——以《現(xiàn)代教學(xué)媒體》課程為例［J］.廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2011，32（5）：129-132.

［8］曲延華，程立英，張玉梅.基于4C/ID模式的《模擬電子技術(shù)》課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究［J］.沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，32 （2）：296-299.

［9］任愛(ài)珍.面向復(fù)雜學(xué)習(xí)的整體性教學(xué)設(shè)計(jì)研究［D］.西北大學(xué)，2014.

The course of"Intelligent Electrical Apparatus"has the characteristics of the combination of multi subject knowledge，theory and practice.It is difficult for the students to integrate and apply the scattered knowledge effectively by using the traditional learning methods.Therefore，this paper attempts to introduce the 4C/ID teaching model for complex learning into the teaching of"Intelligent Electrical Apparatus."The learning tasks of" Intelligent Electrical Apparatus"was decomposed，and the procedural information，support information and corresponding task practices were analyzed.The teaching mode of"Intelligent Electrical Apparatus"based on 4C/ID is conducive to the improvement of students'practical ability，knowledge transfer ability and the ability to deal with complex problems by using holistic thinking.

4C/ID；intelligent electrical apparatus；instructional design

2096-000X（2016）16-0107-02

G642

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