“電路與系統(tǒng)”課程混合式教學(xué)初探

高輝 童莉 舒君 孫艷敏

摘要“電路與系統(tǒng)”課程混合式教學(xué)改革旨在借助慕課資源、雨課堂工具，以翻轉(zhuǎn)課堂為載體，增設(shè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，從而實(shí)施以學(xué)生為中心的教與學(xué)模式。經(jīng)過兩個(gè)學(xué)期的教改實(shí)踐，混合式教學(xué)可以充分激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，使學(xué)生參與到課程學(xué)習(xí)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 電路與系統(tǒng) 慕課 雨課堂 混合式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.26.036

The Preliminary Study on B-learning Model of Circuit and System

GAO Hui， TONG Li， SHU Jun， SUN Yanmin

（PLA Strategic Support Force Information Engineering University， Zhengzhou， Henan 450001）

AbstractThe B-learning reform of "Circuit and System" course aims at taking flipped classroom as the carrier with the help of MOOC platform and rain classroom tools， additional the practical training. They may complement each other， and further realize the student-centered teaching. After two semesters of teaching practice， this B-learning model fully arouses students’enthusiasm， so that they need participate in every part of the course. Thus it will achieve good teaching effect.

KeywordsCircuit and System； MOOC； rain classroom； B-learning

0引言

“電路與系統(tǒng)”課程作為電類核心基礎(chǔ)課程，是將“電路分析基礎(chǔ)”和“信號(hào)與系統(tǒng)”整合的一門課程，是電子、通信、電氣工程學(xué)科各專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為“現(xiàn)代電子線路”“數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)”“自動(dòng)控制原理”“數(shù)字信號(hào)處理”和“通信原理”等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)后進(jìn)一步從事電子工程技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)工作奠定了必要的理論基礎(chǔ)?！半娐放c系統(tǒng)”包括“電路分析”和“信號(hào)與系統(tǒng)”兩部分內(nèi)容，通過課程學(xué)習(xí)使學(xué)生在充分理解理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，逐步形成理論聯(lián)系實(shí)際的工程觀點(diǎn)，旨在系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力。

混合式教學(xué)（B-learning）是將線上線下相結(jié)合的一種新型教學(xué)形式，發(fā)揮了在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生課前、課上和課后的有效學(xué)習(xí)行為，借助慕課資源（MOOC）、雨課堂（Rain Classroom）工具，以翻轉(zhuǎn)課堂為載體，實(shí)施以學(xué)生為中心的教與學(xué)模式，即教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方法的選擇和實(shí)施，是對(duì)教師施教層面的考慮；課前預(yù)習(xí)、課上討論、課后總結(jié)討論的閉環(huán)過程，是對(duì)學(xué)生層面的考慮，這些是圍繞學(xué)生發(fā)生有效學(xué)習(xí)行為而專門設(shè)計(jì)的。[1]

“電路與系統(tǒng)”課程的授課對(duì)象為大學(xué)二年級(jí)本科學(xué)生，教師在教學(xué)中需要結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，以建構(gòu)主義為主要特征，以價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)和知識(shí)傳授“三位一體”的方式進(jìn)行人才培養(yǎng)。通過2019年和2020年兩個(gè)學(xué)期教學(xué)實(shí)踐，嘗試針對(duì)學(xué)生數(shù)量在20人到40人之間的線上線下混合式教學(xué)模式改革，從而更為深入的理解和研究了混合式教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐過程。

1教學(xué)準(zhǔn)備

為保證混合式教學(xué)改革的順利實(shí)施，教學(xué)前的準(zhǔn)備工作必不可少，主要包括兩個(gè)方面。

1.1教師準(zhǔn)備

教師的學(xué)識(shí)水平和如何實(shí)施混合式教學(xué)是教學(xué)改革成功與否的前提條件，在開展混合式教學(xué)模式改革之前，教師應(yīng)在國(guó)內(nèi)知名的互聯(lián)網(wǎng)慕課教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行“電路”課程和“信號(hào)與系統(tǒng)”課程的慕課學(xué)習(xí)，不僅可以有效提升自己的教學(xué)水平，而且能夠進(jìn)一步提高自己的教學(xué)深度和知識(shí)廣度。授課教師通過在線學(xué)習(xí)已取得了清華大學(xué)“電路原理”、西安交通大學(xué)“電路”、東南大學(xué)“信號(hào)與系統(tǒng)”和西安電子科技大學(xué)“信號(hào)與系統(tǒng)”的慕課證書。同時(shí)還需要深入鉆研教學(xué)內(nèi)容，不斷更新教學(xué)理念，“電路與系統(tǒng)”課程不是電路、信號(hào)與系統(tǒng)課程的簡(jiǎn)單結(jié)合，不能割裂成兩個(gè)部分，要將知識(shí)體系化，融會(huì)貫通電路與信號(hào)的基本知識(shí)和分析方法。

1.2學(xué)生準(zhǔn)備

根據(jù)學(xué)校的教學(xué)大綱、開課時(shí)間和學(xué)生自身情況需要，2019年課程開設(shè)期間要求學(xué)生學(xué)習(xí)清華大學(xué)“電路原理”部分慕課資源；2020年要求學(xué)生參加學(xué)堂在線平臺(tái)上西安交通大學(xué)的“通過實(shí)驗(yàn)學(xué)電路”慕課和中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)西安電子科技大學(xué)“工程信號(hào)與系統(tǒng)”。學(xué)生可以在課前或課后自主進(jìn)行線上同步學(xué)習(xí)，參加每周測(cè)驗(yàn)并將分?jǐn)?shù)提交至雨課堂，計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

2教學(xué)環(huán)節(jié)

教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)中建立雨課堂授課班級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)“雙通道教學(xué)”和“全景式記錄”的多元化教學(xué)方式。具體從課前導(dǎo)學(xué)、課上教學(xué)和課后反思三個(gè)方面實(shí)施教學(xué)。2019年秋季學(xué)期和2020年秋季學(xué)期二次開展線上線下混合式教學(xué)，其中2019年主要采用慕課平臺(tái)和雨課堂教學(xué)，2020年采用慕課平臺(tái)和雨課堂工具的同時(shí)加入實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)施教學(xué)。

2.1課前導(dǎo)學(xué)

學(xué)生通過推薦的網(wǎng)絡(luò)慕課平臺(tái)預(yù)習(xí)“電路”“信號(hào)與系統(tǒng)”等課程所學(xué)章節(jié)。同步參閱教師在雨課堂平臺(tái)課前推送教學(xué)PPT和預(yù)習(xí)題。教師可以根據(jù)雨課堂統(tǒng)計(jì)的答題情況和學(xué)生課前反饋，實(shí)時(shí)了解學(xué)生對(duì)預(yù)習(xí)知識(shí)的理解，及時(shí)修訂課堂教學(xué)的實(shí)施計(jì)劃。

課前導(dǎo)學(xué)可以采用三種有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的方式：一是問題驅(qū)動(dòng)，學(xué)生通過MOOC平臺(tái)預(yù)習(xí)“電路”“信號(hào)與系統(tǒng)”等優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，根據(jù)預(yù)先所學(xué)知識(shí)提出問題，使學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)和思考，從而加深對(duì)新知識(shí)的理解和應(yīng)用；二是文獻(xiàn)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)奧本海姆原版“信號(hào)與系統(tǒng)”英文書中找出關(guān)鍵詞匯，搜索相關(guān)綜述性學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，從而歸納總結(jié)出新知識(shí)。引導(dǎo)學(xué)生探索解讀新技術(shù)，緊跟前沿科技發(fā)展；比如學(xué)習(xí)卷積積分時(shí)通過關(guān)鍵詞卷積（Convolution），引入深度學(xué)習(xí)和人工智能的知識(shí)體系，探究卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和課程中學(xué)習(xí)的卷積知識(shí)有什么關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的懷疑精神和實(shí)證精神，實(shí)現(xiàn)與課程思政的有機(jī)結(jié)合；三是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，根據(jù)生活中的現(xiàn)象理論聯(lián)系實(shí)際，引發(fā)學(xué)生深入思考，后續(xù)進(jìn)行相關(guān)課程實(shí)踐和撰寫科技小論文。

2.2課上教學(xué)

通過研究“電路與系統(tǒng)”課程重要概念和經(jīng)典理論，選擇有針對(duì)性的章節(jié)在課堂教學(xué)上用雨課堂進(jìn)行實(shí)時(shí)翻轉(zhuǎn)，在現(xiàn)實(shí)課堂中開展答疑互動(dòng)，彈幕交流，加深學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)的理解。同時(shí)以“立德樹人”為目標(biāo)，將思政理念融入課程教學(xué)中，全面提升學(xué)生的素質(zhì)，將馬克思主義科學(xué)觀融入教學(xué)過程中，發(fā)揮學(xué)生的主體性，以問題導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)觀，進(jìn)一步影響人生觀和價(jià)值觀。[2]要求學(xué)生分組討論，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，和傳統(tǒng)的教學(xué)模式不同，雨課堂有效營(yíng)造了生動(dòng)活潑的課堂氣氛，實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

課堂教學(xué)可以采用多種方法手段相結(jié)合的多元化教學(xué)模式，如案例法、探究法、推演法，借助MATLAB分析、Multisim仿真、Flash動(dòng)畫、圖形演示等工具，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的趣味性，豐富課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。仿真教學(xué)被廣泛地應(yīng)用于實(shí)踐與理論相結(jié)合的教學(xué)活動(dòng)中，針對(duì)具體案例，借助計(jì)算機(jī)仿真實(shí)踐，深化內(nèi)涵結(jié)合實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建從理論知識(shí)到實(shí)際應(yīng)用的橋梁，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的思維和學(xué)以致用的習(xí)慣養(yǎng)成。

在教學(xué)過程實(shí)施完成后，雨課堂可以自動(dòng)推送課后小結(jié)，包括學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)反饋等有效數(shù)據(jù)，結(jié)合學(xué)生的課上答題情況（彈幕和題目推送），初步掌握學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解情況和學(xué)習(xí)效果，為后續(xù)的課程總結(jié)和改進(jìn)做好數(shù)據(jù)支撐。

2.3課后反思

課后反思是在教學(xué)課堂實(shí)施過程后進(jìn)行答疑和實(shí)訓(xùn)，如圖1所示。

教師課后在雨課堂上進(jìn)行在線批改，學(xué)生能在第一時(shí)間內(nèi)得到教師評(píng)語和評(píng)分，學(xué)生提出問題，教師能夠做出及時(shí)有效的反饋。同時(shí)根據(jù)課程學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)生自身學(xué)習(xí)情況布置開放性習(xí)題，比如實(shí)踐課之前進(jìn)行Multisim仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。

同時(shí)將思維導(dǎo)圖引入到課程教學(xué)中，能有效幫助學(xué)生思考各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立起清晰準(zhǔn)確的知識(shí)架構(gòu)，使學(xué)生更快地掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用具有系統(tǒng)性和條理性，從而有效提高了學(xué)習(xí)效率。[3]

3教學(xué)示例

以動(dòng)態(tài)電路知識(shí)單元為例簡(jiǎn)述如何開展混合式教學(xué)改革實(shí)踐。動(dòng)態(tài)電路教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生理解動(dòng)態(tài)電路概念、重點(diǎn)掌握一階電路的分析方法即三要素法。動(dòng)態(tài)電路單元課上5個(gè)學(xué)時(shí)，線上慕課自主學(xué)習(xí)時(shí)間約1.5-2個(gè)學(xué)時(shí)，線下自主學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)時(shí)間約6-8個(gè)學(xué)時(shí)。

培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)構(gòu)建能力，將思政融入課程教學(xué)。三次課前導(dǎo)學(xué)，第一次為翻轉(zhuǎn)課堂做準(zhǔn)備，讓學(xué)生通過慕課學(xué)習(xí)對(duì)電容和電感的概念有初步的理解和認(rèn)識(shí)，為掌握一階電路的分析方法打下良好的基礎(chǔ)。第二次采用問題驅(qū)動(dòng)的方式，根據(jù)生活中的汽車點(diǎn)火現(xiàn)象得出一階電路模型，計(jì)算動(dòng)態(tài)電路的初值。第三次采用科技驅(qū)動(dòng)的方式，引用清華大學(xué)于歆杰教授“電路原理”慕課中現(xiàn)代軍事武器-電磁軌道炮作為背景，[4]軍事應(yīng)用可以使學(xué)生更為深入的理解動(dòng)態(tài)電路，同時(shí)通過查閱國(guó)內(nèi)外電磁軌道炮的發(fā)展情況，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情和科研創(chuàng)新能力，達(dá)到課程思政的效果。

培養(yǎng)學(xué)生的思辨創(chuàng)新能力，將多元化教學(xué)模式引入課堂教學(xué)。

第一次課上教學(xué)實(shí)施課堂翻轉(zhuǎn)，首先電容和電感知識(shí)由學(xué)生進(jìn)行講解，課上采用互動(dòng)的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。然后通過雨課堂推送習(xí)題鞏固電容和電感的特性，學(xué)生自己討論總結(jié)出電容和電感之間存在對(duì)偶關(guān)系，培養(yǎng)了學(xué)生的思辨創(chuàng)新能力。最后由學(xué)生觀察收音機(jī)散件，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)生活中的電容和電感，充分理論聯(lián)系實(shí)際。

第二次課上教學(xué)探究實(shí)踐采用Multisim仿真軟件等多元化教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。引導(dǎo)學(xué)生用思維導(dǎo)圖將所學(xué)的知識(shí)串聯(lián)起來，將理論知識(shí)體系化，通過自己的理解繪制思維導(dǎo)圖，將電容和電感的概念區(qū)分開，對(duì)容易混淆的問題進(jìn)行歸納總結(jié)，起到事半功倍的效果。

培養(yǎng)學(xué)生的工程認(rèn)知能力，將科學(xué)素養(yǎng)和專業(yè)精神貫穿到實(shí)踐教學(xué)。課后反思是在教學(xué)課堂實(shí)施過程后進(jìn)行答疑和實(shí)訓(xùn)。第二次課后由學(xué)生自主完成西安交通大學(xué)慕課動(dòng)態(tài)電路測(cè)驗(yàn)，檢驗(yàn)理論學(xué)習(xí)效果。第三節(jié)課后進(jìn)入收音機(jī)組裝的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過分組進(jìn)行收音機(jī)組裝和提交報(bào)告，切實(shí)提高了學(xué)生的工程認(rèn)知能力和動(dòng)手操作能力，提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和專業(yè)精神。

4教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)從兩方面入手，一方面是基于雨課堂設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，得到學(xué)生反饋和對(duì)教學(xué)的評(píng)價(jià)。從學(xué)生評(píng)價(jià)來看，學(xué)生反饋一：“上課方式新穎，一開始不太適應(yīng)，使用一段時(shí)間后感覺不錯(cuò)，課上沒聽懂的知識(shí)點(diǎn)課下通過慕課進(jìn)行補(bǔ)充，感覺知識(shí)點(diǎn)更清晰，更容易貫通。”學(xué)生反饋二：“跟傳統(tǒng)的教學(xué)方式有較大區(qū)別，是全新的授課方式，能提高自己的學(xué)習(xí)興趣，提升了課堂積極性。一是可以在課前做好預(yù)習(xí)，會(huì)主動(dòng)對(duì)自己不懂的地方查閱資料；二是翻轉(zhuǎn)課堂可以提升自己的學(xué)習(xí)能力，建議適當(dāng)增加其頻率次數(shù)?！睂W(xué)生反饋三：“經(jīng)過努力終于把收音機(jī)組裝好了，組裝過程讓我明白了實(shí)踐出真知，我逐漸找到了焊接的簡(jiǎn)單方法，完全掌握了焊接的技巧，感覺很有收獲。實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力很有幫助，讓學(xué)生在課堂之外享受到學(xué)習(xí)的樂趣，提高了動(dòng)手操作能力，享受到團(tuán)隊(duì)的協(xié)作努力，很有意義?！?/p>

另一方面是針對(duì)學(xué)生的多元化評(píng)價(jià)方式，課程考核方式包括階段性考核（作業(yè)、課堂表現(xiàn)、課后實(shí)踐、平時(shí)測(cè)試和期末考核）。2020年課程的階段性考核主要包括思考研討（翻轉(zhuǎn)課堂準(zhǔn)備和提問環(huán)節(jié)）、實(shí)訓(xùn)考核（收音機(jī)組裝等實(shí)踐項(xiàng)目），電路階段性測(cè)試和混合式教學(xué)中雨課堂記錄的學(xué)習(xí)效果反饋數(shù)據(jù)，過程性的考核方式對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性起到了很好的激勵(lì)作用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多元化的課程考核方式和學(xué)習(xí)評(píng)估過程。

從學(xué)生成績(jī)來看，2019年參加混合式教學(xué)改革的學(xué)生成績(jī)平均分與其他未參加學(xué)生的平均分持平，優(yōu)秀率高出9%，課程最高分97分的學(xué)生參加了混合式教學(xué)改革；2020年深入開展混合式教學(xué)改革并增設(shè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)后，綜合平時(shí)考核和期末考試成績(jī)，參加混合式教學(xué)模式改革的學(xué)生總體成績(jī)高于未參加的學(xué)生，參加混合式教學(xué)模式改革的學(xué)生成績(jī)都在60分以上，80分以上的學(xué)生比例達(dá)到80%，同時(shí)平均分高出總體學(xué)生平均分5分，課程教學(xué)效果顯著。

5結(jié)束語

2018年9月教育部發(fā)布的“關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育，全面提高人才培養(yǎng)能力的意見”（“新時(shí)代高教40條”）中，首次提出推動(dòng)課堂教學(xué)革命的說法，并指出重塑教育教學(xué)形態(tài)中要以現(xiàn)代信息技術(shù)推動(dòng)高等教育質(zhì)量提升的“變軌超車”，其中關(guān)于推動(dòng)課堂教學(xué)革命有“構(gòu)建線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式”的明確描述。[5]由此可見基于慕課與雨課堂翻轉(zhuǎn)相結(jié)合的這場(chǎng)智慧教學(xué)的變革，將成為混合式教學(xué)模式改革的重要手段。

混合式教學(xué)模式把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，采用慕課平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上學(xué)習(xí)，雨課堂工具實(shí)現(xiàn)線上線下學(xué)習(xí)與效果反饋，一方面發(fā)揮了教師引導(dǎo)教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，另一方面充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力和思辨創(chuàng)新能力，同時(shí)增加實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，深入理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，切實(shí)提高學(xué)生的工程認(rèn)知能力?！半娐放c系統(tǒng)”課程混合式教學(xué)模式改革秉承在培養(yǎng)學(xué)生核心競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，將愛國(guó)主義教育、文化自信、社會(huì)責(zé)任、創(chuàng)新精神融入課程的學(xué)習(xí)中，進(jìn)一步拓展混合式教學(xué)改革模式，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的教與學(xué)。

參考文獻(xiàn)

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