基于“雨課堂”和思維導(dǎo)圖的《電路》課堂教學(xué)研究

中國民航大學(xué)電子信息與自動化學(xué)院 薛 倩 馬 敏

《電路》作為電類專業(yè)學(xué)生接受工程教育的啟蒙課和主干專業(yè)基礎(chǔ)課，有必要也有責(zé)任在課程中激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的興趣，為相關(guān)領(lǐng)域工程人才的培養(yǎng)奠定堅實的專業(yè)知識基礎(chǔ)。針對當(dāng)前《電路》教學(xué)中普遍存在的問題，為提高課堂教學(xué)效果，本文通過構(gòu)建思維導(dǎo)圖優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，利用“雨課堂”工具豐富師生互動形式，多手段結(jié)合以增強課堂吸引力，切實提升課堂學(xué)習(xí)效果，為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量做出積極貢獻(xiàn)。

前言：2018年6月，教育部召開新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議，提出對大學(xué)生要合理“增負(fù)”，提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和專業(yè)志趣，真正把內(nèi)涵建設(shè)、質(zhì)量提升體現(xiàn)在每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)成果上?！峨娐贰氛n程作為電類專業(yè)學(xué)生接受工程教育的啟蒙課、有必要也有責(zé)任在課程中激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力，為卓越工程人才的培養(yǎng)奠定堅實的專業(yè)知識和工程意識的基礎(chǔ)。以我校電氣專業(yè)為例，《電路》作為專業(yè)培養(yǎng)方案中的主干基礎(chǔ)理論課，其教學(xué)效果直接影響后繼課程如模擬電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機拖動等專業(yè)課的學(xué)習(xí)。而近年來的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中，學(xué)生出勤率逐年下滑、試題難度持續(xù)偏低，直接影響了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

《電路》課程知識點繁多，理論知識本身的枯燥、教學(xué)方法的陳舊、考核方式的單一、教師管理的無力使學(xué)生對課堂失去興趣，課堂對學(xué)生失去約束力（朱姝姝,劉闖.民航電子電氣工程專業(yè)的電路教學(xué)方法研究[J].教育教學(xué)論壇,2018(37):160-161;劉榮科,楊昕欣,洪韜.面向新工科建設(shè)的電子電路系列課程教學(xué)的思考與實踐[J].高教論壇,2018(9):20-23）。在近些年的課程改革中，不斷有教師對新型教學(xué)模式進(jìn)行探索，然而案例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等好的教學(xué)模式（何丹.《電路分析基礎(chǔ)》“翻轉(zhuǎn)+合作”教學(xué)法教學(xué)成效之實驗研究[J].電子世界,2018(14):8-10）]具體怎么落地，還有很多路要走。

針對教學(xué)內(nèi)容多、理論枯燥等問題，本文用學(xué)科思維導(dǎo)圖（汪子君,任玉琢,梁偉.學(xué)科思維導(dǎo)圖在模擬電路基礎(chǔ)中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2018,16(1):51-56）優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，以點代章重組教學(xué)內(nèi)容，注重知識點的融會貫通。針對教學(xué)方法陳舊、考核方式單一等問題，利用“雨課堂”工具實現(xiàn)智能化教學(xué)（賈生堯,王燕杰,李弘洋.基于雨課堂的“電路分析基礎(chǔ)”課堂教學(xué)改革與實踐[J].教育現(xiàn)代化,2017,4(28):77-79），線上推送預(yù)習(xí)課件，課堂中繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，豐富教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在課上實現(xiàn)對知識點的內(nèi)化吸收。本文基于“雨課堂”和思維導(dǎo)圖進(jìn)行《電路》教學(xué)改革實踐，以切實提高課堂參與度和學(xué)生學(xué)習(xí)能力，進(jìn)一步為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量做出積極貢獻(xiàn)。

1 基于思維導(dǎo)圖的教學(xué)內(nèi)容重組

思維導(dǎo)圖是表現(xiàn)思維過程，發(fā)現(xiàn)不同知識間聯(lián)系和沖突的重要工具。思維導(dǎo)圖的繪制是學(xué)習(xí)材料內(nèi)容及其思維過程的反映和再現(xiàn)，是一個思維路徑層層展開、腦力被充分調(diào)動的過程，對所學(xué)習(xí)材料之內(nèi)涵進(jìn)行層層細(xì)化揭示和全面梳理把握的過程（汪子君,任玉琢,梁偉.學(xué)科思維導(dǎo)圖在模擬電路基礎(chǔ)中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2018,16(1):51-56;林瑩,袁雷,陳姝,馬麗梅.思維導(dǎo)圖在“電路與信號分析”課程中的應(yīng)用初探[J].工業(yè)和信息化教育,2018(8):38-41）。通過繪制思維導(dǎo)圖，實現(xiàn)知識點的整合串聯(lián)，以點代章組織教學(xué)內(nèi)容，注重知識點的融會貫通，幫助學(xué)生把握知識點的來龍去脈，從而更深刻理解其含義和用法。以戴維寧定理為例，與其作為一條新的定理來引入，不如歸入等效變換的框架內(nèi)，如圖1所示，無源一端口因其端口VCR形式為：u=±Ri，故可等效為一個輸入電阻（高等教育出版社《電路》第5版（后文簡稱教材）2-7節(jié)），而含源一端口因獨立源給端口VCR中引入了常數(shù)項，其形式為：

與實際電源模型（教材2-6節(jié)）中電壓源串聯(lián)電阻模型的VCR一致，故任意含源一端口可等效為一個電壓源串聯(lián)一個電阻，至于電壓源和電阻的參數(shù)值，完全可以由之前所學(xué)的替代定理（教材4-2節(jié)）和疊加定理（教材4-1節(jié)）推導(dǎo)得到：假定端口電流為一定值I，將一端口所接的外電路用電流值為I電流源替代，則根據(jù)疊加定理，端口電壓u為兩個電壓的代數(shù)和，一個是將電流源I置零（即一端口開路電壓），由一端口內(nèi)部電源作用產(chǎn)生的端口電壓u’(應(yīng)為常數(shù)),另一個是將一端口內(nèi)獨立源置零，由電流源I在一端口的輸入電阻R上產(chǎn)生的電壓u’’=RI,由此得到結(jié)論：

通過上述推導(dǎo)，學(xué)生可以明白為什么戴維寧等效電路中，電壓源的值為一端口開口開路電壓，而內(nèi)阻值為一端口的輸入電阻。同時，這一推導(dǎo)過程也展示了計算Uoc和Req的方法：在端口加電流源（或電壓源），用任意前學(xué)方法（常用教材第3-6節(jié)結(jié)點電壓法和3-5節(jié)回路電流法）求端口VCR，表達(dá)式中常數(shù)項即Uoc，i前面的系數(shù)即Req。

通過圖示思維導(dǎo)圖的繪制，在戴維寧定理這一當(dāng)前節(jié)點上，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系起6個前學(xué)知識點，同時對戴維寧定理有了深入的理解并掌握了其計算方法。教學(xué)實踐表明，思維導(dǎo)圖可縮短講授時間，從而把更多課堂時間用于學(xué)生實現(xiàn)知識的內(nèi)化和拓展，另外，學(xué)生在發(fā)現(xiàn)教師講授內(nèi)容結(jié)構(gòu)與課本安排不一致時，會投入更多精力來聽課。

圖1 “等效變換”思維導(dǎo)圖

此外，通過分析思維導(dǎo)圖，對與重點知識聯(lián)系不大、工程應(yīng)用不多的內(nèi)容進(jìn)行刪減，并通過聯(lián)系模擬電子技術(shù)、傳感器等后續(xù)課程中的相關(guān)知識點，拓展對實際器件、實際電路的認(rèn)知，使學(xué)生在入門時就明確整體專業(yè)知識構(gòu)架，既見樹木，也見森林。

2 基于“雨課堂”的課堂教學(xué)設(shè)計

利用思維導(dǎo)圖組織好教學(xué)內(nèi)容后，具體每個子主題的教學(xué)效果很大程度上還依賴于具體教學(xué)設(shè)計。一般實踐性較強的課程宜采用案例教學(xué)和小組合作，理論性較強的課程宜采用探究式和小組合作為主，同時，選部分難度適宜的教學(xué)內(nèi)容采用自學(xué)-輔導(dǎo)式。我校《電路》課程屬于理論性專業(yè)基礎(chǔ)課（實驗課程由工程訓(xùn)練中心集中開設(shè)），本身以方法、定理、分析、計算為主，而其方法和分析又是為實際工程設(shè)計服務(wù)，雖然現(xiàn)階段學(xué)生的知識儲備不足以完成工程實踐，但學(xué)習(xí)過程中應(yīng)注重工程意識和應(yīng)用能力的培養(yǎng)?；镜恼n堂環(huán)節(jié)應(yīng)是設(shè)計實際情境引出知識點—以探究、啟發(fā)式學(xué)習(xí)該知識點—對所學(xué)方法進(jìn)行練習(xí)鞏固—應(yīng)用于實際問題。具體到每節(jié)課的課堂設(shè)計，可根據(jù)課程的不同、教學(xué)內(nèi)容的不同、老師的不同和學(xué)生的不同而不同，甚至在一次課堂設(shè)計的不同環(huán)節(jié)吸收不同教學(xué)方式的特點。清華大學(xué)推出的智慧教學(xué)解決方案——“雨課堂”，為線上與線下相結(jié)合的“混合式”教學(xué)的實施提供了極好的手段（生堯,王燕杰,李弘洋.基于雨課堂的“電路分析基礎(chǔ)”課堂教學(xué)改革與實踐[J].教育現(xiàn)代化,2017,4（28）:77-79;李曉英,王曉蘭,曾賢強.雨課堂對《模擬電子技術(shù)》混合式教學(xué)的啟示[J].中國教育信息化,2017(12):82-84）。線上推送預(yù)習(xí)課件，課堂中繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，利用雨課堂實現(xiàn)智能化教學(xué)，加強師生互動?；凇坝暾n堂”提出混合式《電路》教學(xué)設(shè)計流程如圖4，主要包含以下環(huán)節(jié)：

預(yù)習(xí)：課前編寫3-5頁的預(yù)習(xí)課件推送至學(xué)生手機（如圖2所示），輕量級新知識介紹，輔以輕松幽默的設(shè)計風(fēng)格，適合學(xué)生在茶余飯后或臥談會時瀏覽；雨課堂可將學(xué)生預(yù)習(xí)情況和答題結(jié)果實時反饋到教師手機，為備課提供參考；

圖2 手機課件與預(yù)習(xí)情況反饋示例

導(dǎo)課：預(yù)設(shè)實際情境，導(dǎo)出本節(jié)問題，回顧前學(xué)方法嘗試解決新問題，并根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容提出解決新問題的思路或設(shè)想；

上新：用思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生推理新知識點，適當(dāng)應(yīng)用Multisim軟件進(jìn)行仿真驗證（王建華,劉勇,劉丹,黃惠嫻,楊意,徐海濤.Multisim仿真軟件對提高電路實驗教學(xué)質(zhì)量的影響探索[J].教育現(xiàn)代化,2018,5(27):170-172），對此方法的具體步驟進(jìn)行總結(jié)并要求學(xué)生做筆記，這一環(huán)節(jié)中可視學(xué)生聽課狀態(tài)插入2-3道客觀題，“雨課堂”將題目發(fā)送至學(xué)生微信，學(xué)生用手機限時作答，答題情況可進(jìn)行投屏展示，學(xué)生能看到正確答案和全班答案分布（如圖3所示），調(diào)節(jié)課堂氣氛同時加深對新知識的印象；將Multisim引入課堂輔助實驗教學(xué)，除通過仿真分析和仿真演示幫助學(xué)生理解電路理論中的各知識點外，還可利用Multisim元件庫學(xué)習(xí)更多實用元件特性，認(rèn)識電子測量中各種常用的儀器儀表，引入集成運放、電源電路中的應(yīng)用實例；

討論：針對前述內(nèi)容中的難點、易錯點設(shè)置題目進(jìn)行討論，若學(xué)生反應(yīng)熱烈則不予干涉，若學(xué)生配合度不高則手機推送2-3個選項，根據(jù)學(xué)生選擇劃分派別開展辯論，內(nèi)斂型學(xué)生可使用雨課堂的彈幕功能發(fā)表意見；

練習(xí)測試：PPT打出3道左右習(xí)題（主觀題），進(jìn)行課堂測驗，教師巡視學(xué)生做題情況，并對個別同學(xué)作單獨輔導(dǎo)；

總結(jié)提高：對測試情況進(jìn)行總結(jié)分析，結(jié)合思維導(dǎo)圖對新知識點及其與相關(guān)知識的聯(lián)系做小結(jié)；綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題，并在實際問題中獲取一定課外知識；

復(fù)習(xí)：設(shè)計2-5頁的復(fù)習(xí)課件推送至學(xué)生手機，引導(dǎo)學(xué)生及時復(fù)習(xí)；

圖3 學(xué)生答題情況實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)

圖4 教學(xué)設(shè)計流程圖

上述教學(xué)方式各環(huán)節(jié)用到的手機PPT、雨課堂課件、情景設(shè)計、應(yīng)用案例等資源可在課題組共享，因此易于向教師推廣，同時實踐表明學(xué)生的配合度較高。此外，利用雨課堂的統(tǒng)計數(shù)據(jù)評定平時成績，突出對學(xué)習(xí)過程的重視。

3 總結(jié)

如何提升教學(xué)質(zhì)量，增加課堂吸引力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和專業(yè)志趣，成為每一位高校教師關(guān)注的問題。思維導(dǎo)圖能有效幫助教師更合理地組織教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生建立清晰的知識架構(gòu)，而“雨課堂”以簡單易用的方式豐富了具體的教學(xué)環(huán)節(jié)，加強了師生互動。通過合理應(yīng)用好的教學(xué)工具，可明顯改進(jìn)課堂教學(xué)效果。而《電路》課堂教學(xué)是一項需要在長期教學(xué)實踐中不斷探索的課題，也需要根據(jù)教師的經(jīng)驗與反饋不斷修正，最終提高教學(xué)質(zhì)量。