線上線下混合式教學(xué)模式的探索與實(shí)踐
——以電力電子技術(shù)課程為例

欽小平，魏曉慧，賀 婷

（惠州學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院，廣東 惠州 516007）

2018年8月，文件《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實(shí)的通知（教高函〔2018〕8號）》中明確指出，全國各大高校要全方位梳理各課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”［1］．當(dāng)前，“金課”和“水課”成為高等教育領(lǐng)域的兩大熱門詞匯，深受高教戰(zhàn)線和社會媒體所關(guān)注．

本科教育是大學(xué)教育的重中之重，為全面振興本科教育，實(shí)現(xiàn)管理更加嚴(yán)格起來、課程優(yōu)化起來、教師強(qiáng)大起來、學(xué)生忙碌起來、效果結(jié)實(shí)起來，教育部印發(fā)《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》，要求全面開展一流本科課程建設(shè)，立起教授上課、消滅“水課”、取消“清考”等硬規(guī)矩［2］，圍繞課程目標(biāo)導(dǎo)向、提升教師能力、改革教學(xué)方法、科學(xué)評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)、強(qiáng)化激勵機(jī)制等提出了多項(xiàng)改革舉措．

當(dāng)前我國的大學(xué)教育普遍采用傳統(tǒng)的線下“以上課老師為中心”的“填鴨式”教學(xué)模式，往往不能達(dá)到較好的教學(xué)效果，而若僅依靠單一的如MOOC和SPOC等在線教育模式，同樣也存在著教學(xué)模式單一、教學(xué)質(zhì)量難以掌控等問題［3］．所以充分結(jié)合傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)和線上教學(xué)的混合式教學(xué)模式，近些年成為大學(xué)教育教學(xué)模式改革的重點(diǎn)．開展線上線下混合式教學(xué)模式研究，其目的在于探索傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)和線上教學(xué)優(yōu)勢的充分結(jié)合，全面調(diào)動學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的積極主動性以及創(chuàng)造力，教師在教學(xué)過程中的引導(dǎo)、監(jiān)督、啟發(fā)等主導(dǎo)作用，從根本上解決線上線下教學(xué)簡單疊加的問題［4］，提高大學(xué)教育的教學(xué)效果和質(zhì)量，從而進(jìn)一步將課程打磨成為“金課”．

1 線上線下混合式教學(xué)的目的和特色

1.1 電力電子技術(shù)課程的特點(diǎn)與線下教學(xué)的不足

1.1.1 電力電子技術(shù)課程的特點(diǎn)

電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，包括電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)兩大分支［5］．電力電子技術(shù)中的四大變流技術(shù)分別為交流變直流（AC-DC，整流）、直流變交流（DC-AC，逆變）、直流變直流（DC-DC，直流斬波）以及交流變交流（AC-AC，交交變流）［6］．電力電子技術(shù)課程作為電氣工程及其自動化等本科專業(yè)的重要專業(yè)核心課程，與電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、自動控制原理等前序課程高度相關(guān)聯(lián)，該課程具有以下特點(diǎn)：

（1）電力電子技術(shù)作為專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的理論性；

（2）電力電子技術(shù)主要研究的是電力電子器件與變流技術(shù)，兩者之間交互作用錯綜復(fù)雜.

（3）四種變流技術(shù)包括整流、逆變、直流斬波以及交交變流，電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)種類多、多時(shí)間尺度相互作用、具有時(shí)變拓?fù)涞奶匦?

（4）電力電子技術(shù)的電路具有很強(qiáng)的非線性特征、抗干擾性能力很弱.

（5）課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，但是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室管理的掣肘和限制．

1.1.2 線下教學(xué)的不足

傳統(tǒng)線下教學(xué)方式主要采用由老師主導(dǎo)的傳統(tǒng)授課模式，教學(xué)采用單向傳輸形式，教學(xué)方式比較單一．由于電力電子技術(shù)課程專業(yè)性強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容難免會比較抽象枯燥，也就導(dǎo)致了部分同學(xué)缺乏學(xué)習(xí)主動性，學(xué)生上課前不預(yù)習(xí)、課后不會復(fù)習(xí)，也基本不參與教師的課堂教學(xué)活動，課堂氣氛比較沉悶．此外，現(xiàn)階段一般采用考試來檢驗(yàn)教學(xué)效果，教學(xué)評價(jià)方式同樣單一.因此，傳統(tǒng)的線下教學(xué)方式對培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用專業(yè)知識、解決問題的能力效果有限．

傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式主要是采用“三部曲”：首先，實(shí)驗(yàn)前學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告；其次，在實(shí)驗(yàn)時(shí)老師課堂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)講解，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)收；最后，學(xué)生課后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式．傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)條件存在以下問題：

（1）教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺數(shù)量有限，實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排不充足，導(dǎo)致無法保證每一位學(xué)生得到充分的學(xué)習(xí)．

（2）教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺過度封裝，實(shí)驗(yàn)裝置拓?fù)涔潭ā⒖刂撇呗怨潭?，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)以“動手”為主，缺少“動腦”訓(xùn)練，學(xué)生無法直觀感受，理論與實(shí)踐脫節(jié)，無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果．“千人一面”的實(shí)驗(yàn)平臺，無法支撐多元化的人才培養(yǎng)目標(biāo)．

（3）目前的實(shí)驗(yàn)大部分是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺少自主研究思維的培養(yǎng)，無法直接服務(wù)于科研工作.

（4）現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)沒有從電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制規(guī)程上訓(xùn)練學(xué)生，即缺少“電路及控制建模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制仿真、電路實(shí)驗(yàn)”完整過程的訓(xùn)練．

1.2 混合式教學(xué)的必要性和迫切性

新冠肺炎疫情給傳統(tǒng)教學(xué)帶來了一些影響，為了保障“停課不停教”“停課不停學(xué)”，實(shí)現(xiàn)疫情防控下的平穩(wěn)有序教育，我國各大高校紛紛開始探索、實(shí)踐和進(jìn)一步加緊推進(jìn)線上線下教育教學(xué)緊密融合的方式．

1.3 混合式教學(xué)的目的

線上線下混合式教學(xué)，需要能夠激發(fā)學(xué)生對理論性強(qiáng)的專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)形式豐富，內(nèi)容飽滿，能夠啟發(fā)學(xué)生積極思考，從而激起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，建立起學(xué)生的專業(yè)意識．線上線下混合式教學(xué)具備鮮明的特色．傳統(tǒng)的線下教學(xué)方式與混合式教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)統(tǒng)計(jì)如下表1所示.

表1 傳統(tǒng)的線下教學(xué)方式與混合式教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

2 電力電子技術(shù)課程混合式教學(xué)的探索實(shí)踐

2.1 電力電子技術(shù)課程混合式教學(xué)流程設(shè)計(jì)

電力電子技術(shù)課程混合式教學(xué)的教學(xué)流程設(shè)計(jì)分為5個(gè)部分：

（1）教師備課，學(xué)生完成課前預(yù)習(xí).由教師提前布置預(yù)習(xí)內(nèi)容、目標(biāo)及任務(wù)，學(xué)生完成預(yù)習(xí)任務(wù)并在線上進(jìn)行疑難點(diǎn)反饋．

（2）線上線下課堂學(xué)習(xí)討論.教師在線上對線下課堂內(nèi)容進(jìn)一步補(bǔ)充，融入電力電子技術(shù)前沿問題，鼓勵同學(xué)之間、師生之間進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并拓展學(xué)生的知識面．與此同時(shí)，教師在線下課堂上可根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)反饋布置教學(xué)內(nèi)容，對學(xué)生反饋問題進(jìn)行補(bǔ)充解答．

（3）學(xué)生線下完成課后作業(yè)．對學(xué)生遇到的疑難問題，教師不僅可以在線下進(jìn)行統(tǒng)一解答，還能在線上進(jìn)行一對一的輔導(dǎo)答疑．

（4）學(xué)生線上實(shí)驗(yàn)仿真．依托固緯電子公司研發(fā)的PSIM仿真平臺，學(xué)生進(jìn)入PSIM仿真界面，對課堂上教師所講的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并作延伸性分析；在線上學(xué)生提交仿真過程及仿真報(bào)告；教師線上驗(yàn)收仿真報(bào)告，并作單獨(dú)指導(dǎo)．

（5）學(xué)生進(jìn)行線下實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn).在PSIM仿真合格的前提下，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證；教師進(jìn)行面對面地指導(dǎo)，以加深學(xué)生的理解；并且可以對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展延伸，啟迪學(xué)生深層次的思考，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性．

2.2 課程思政貫穿教學(xué)全過程

習(xí)總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)，要充分利用好課堂教學(xué)這一主渠道，各個(gè)課程都需要和思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)［7］．通過課堂滲透的方式，不斷挖掘課程體系中的思政元素，以期達(dá)到立德樹人、綜合全面地培育新時(shí)代人才的目標(biāo)．“電力電子技術(shù)”作為電氣工程及其自動化專業(yè)核心課程，在人才培養(yǎng)中占據(jù)重要地位．課程團(tuán)隊(duì)教師在教學(xué)過程中，認(rèn)真踐行教書育人的初心，將思政元素有機(jī)融入課程內(nèi)容，在知識傳授中注重主流價(jià)值觀引領(lǐng)．從“書本知識”到“理論實(shí)踐有機(jī)結(jié)合”的教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新性轉(zhuǎn)變，教學(xué)內(nèi)容及時(shí)反映專業(yè)研究領(lǐng)域的最新研究成果，并緊密聯(lián)系當(dāng)前工程實(shí)際；引入電力電子變換器在智能電網(wǎng)、電動汽車、新能源等方面的研究內(nèi)容，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣．

2.3 電力電子技術(shù)課程線上線下混合式教學(xué)案例分享

在電力電子技術(shù)四種變流技術(shù)中，直流斬波電路（DC-DC）是生活和工業(yè)產(chǎn)品中最常見的電力電子裝置，適合地方型應(yīng)用高校的本科生作為電力電子學(xué)入門的切入點(diǎn)，本文以直流斬波電路中的降壓電路BUCK電路為例展開對電力電子技術(shù)課程線上線下混合式教學(xué)的應(yīng)用．授課對象為地方型應(yīng)用高?；葜輰W(xué)院2018級電氣工程及其自動化專業(yè)4個(gè)班的學(xué)生共計(jì)162人．

BUCK電路線上線下混合式教學(xué)過程：

1.課前預(yù)習(xí)：通過MOOC、學(xué)習(xí)通等線上教學(xué)資源讓學(xué)生預(yù)習(xí)了解直流降壓電路的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生思考電路的工作原理，并提出自己的問題，在線上提交預(yù)習(xí)報(bào)告．

2.線下課堂教學(xué)：教師在線下課堂上基于“分段線性”的思想對BUCK電路進(jìn)行詳細(xì)的解析，包括其工作原理及過程，BUCK電路原理圖及波形如圖1所示．

圖1 BUCK電路原理圖及波形圖

讓學(xué)生理解在電流斷續(xù)時(shí)，輸出電壓波形為什么會被抬高，為什么盡量避免此種情況的發(fā)生；進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考BUCK電路中電感所起到先存儲能量再釋放能量的“能量搬運(yùn)工”的作用；逐一詳細(xì)解答學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中存在的問題并更深入地提出BUCK電路的參數(shù)設(shè)計(jì)等相關(guān)問題．

3.線上課堂疑難解答：如若學(xué)生在課后的復(fù)習(xí)過程中仍然存在問題，教師可以進(jìn)行線上解答，引導(dǎo)學(xué)生思考BUCK電路降壓范圍，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生思考BUCK降壓電路的工程應(yīng)用場景．

4.課后作業(yè)：學(xué)生線下對BUCK降壓電路原理進(jìn)行整理，完成課后作業(yè)并在線上進(jìn)行提交，并對BUCK降壓電路的疑難點(diǎn)、要求進(jìn)行總結(jié)．

5.線上仿真教學(xué)：學(xué)生登錄固緯電子公司的PSIM系統(tǒng)仿真平臺進(jìn)行PSIM仿真學(xué)習(xí)，通過教師指定的BUCK電路相關(guān)參數(shù)，要求學(xué)生按參數(shù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證．此外，還可通過PSIM仿真驗(yàn)證電路中電感和電容對BUCK電路工作狀態(tài)影響，通過仿真驗(yàn)證BUCK電路的降壓范圍．PSIM系統(tǒng)仿真平臺如圖2所示．

圖2 PSIM系統(tǒng)仿真平臺

6.學(xué)生線下實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)：在PSIM上仿真充分了解BUCK降壓電路工作原理后，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.BUCK降壓電路所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖3所示．

圖3 BUCK降壓電路所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖

DC-DC直流斬波電路的后續(xù)課程包括有開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，為了增加學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情，可以額外補(bǔ)充開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制造過程的相關(guān)實(shí)例，引發(fā)學(xué)生對專業(yè)課的深入思考．

2.4 電力電子技術(shù)課程線上線下混合式教學(xué)效果及評價(jià)

2019-2020第二學(xué)期，針對2018級電氣工程及其自動化專業(yè)4個(gè)班的學(xué)生共計(jì)162人，學(xué)校開展了《電力電子技術(shù)》課程線上線下混合式教學(xué)．為了解掌握采用線上線下混合式教學(xué)的學(xué)習(xí)效果，特制作并發(fā)放了“《電力電子技術(shù)》課程混合式教學(xué)效果問卷調(diào)查”．

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：89.13%的同學(xué)喜歡線上線下混合式教學(xué)模式；97.83%的同學(xué)會參與到課堂互動；80.43%的同學(xué)認(rèn)為學(xué)習(xí)形式新穎，67.39%的同學(xué)認(rèn)為能夠提升課堂時(shí)效性；63.04%的學(xué)生認(rèn)為可以為有限的課堂爭取更多的有效互動時(shí)間，突破傳統(tǒng)課堂的局限性；54.35%的同學(xué)認(rèn)為通過線上課堂預(yù)習(xí)，增強(qiáng)了知識掌握程度；對采用混合式教學(xué)效果滿意度達(dá)到93.48%；95.65%的同學(xué)表示愿意繼續(xù)采用混合式教學(xué)模式進(jìn)行學(xué)習(xí)．當(dāng)然也有37.39%的同學(xué)認(rèn)為線上線下混合式教學(xué)過程中存在自制力不夠強(qiáng)的因素．

為了更加全面了解學(xué)生對《電力電子技術(shù)》課程的掌握情況，引入過程性的考核方式．綜合考核由期末卷面成績（閉卷考試60%）+過程考核（40%）構(gòu)成，其中過程考核由考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)成績以及課堂參與情況構(gòu)成．圖4是電氣工程及其自動化專業(yè)2017級3班和4班，2018級3班和4班的《電力電子技術(shù)》課程末考卷面成績和綜合考核成績分布.這4個(gè)班由同一個(gè)任課老師授課，其中2017級兩個(gè)班級采用傳統(tǒng)的線下授課模式，2018級兩個(gè)班級采用線上線下混合式教學(xué)授課模式．從圖4中可以明顯看出，采用線上線下混合式教學(xué)授課模式的2018級兩個(gè)班的末考卷面成績和綜合考核成績均比采用傳統(tǒng)線下授課模式的2017級兩個(gè)班的成績提升很多，表明采用線上線下混合式教學(xué)授課模式能夠使學(xué)生達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果．

圖4 電力電子技術(shù)課程近兩年學(xué)生學(xué)習(xí)效果對比

通過發(fā)放問卷調(diào)查以及對學(xué)生過程性和綜合性考核發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的線下課程教學(xué)相比較，采用線上線下混合式教學(xué)能更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；學(xué)生能積極參與到課堂互動；能夠提升課堂時(shí)效性；同時(shí)學(xué)生對采用混合式教學(xué)效果滿意度較高并愿意繼續(xù)采用混合式教學(xué)模式進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果．

采用線上線下混合式教學(xué)，《電力電子技術(shù)》課程能更好地對電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)的支撐，并促進(jìn)學(xué)生達(dá)到以下4點(diǎn)畢業(yè)要求：實(shí)驗(yàn)分析能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和持續(xù)學(xué)習(xí)能力．這也表明線上線下混合式教學(xué)的探索實(shí)踐在對后續(xù)的建設(shè)《電力電子技術(shù)》“金課”中可以起到促進(jìn)作用．

3 總結(jié)

電力電子技術(shù)課程依托虛擬仿真和半實(shí)物仿真的應(yīng)用以及現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)方法從傳統(tǒng)的“課堂教學(xué)”向“線上+線下”、“課內(nèi)+課外”轉(zhuǎn)變，可以有效解決理論學(xué)習(xí)的“時(shí)+空”限制，又為理論知識的工程應(yīng)用提供了可行性的驗(yàn)證條件．通過線上線下混合式教學(xué)的改革，設(shè)置必要的討論辯論、案例剖析、課程綜合作業(yè)等內(nèi)容，鍛煉學(xué)生操作和實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、批判性思維能力；考核評價(jià)方式從以往的單一化評價(jià)向“多元評價(jià)、注重過程、個(gè)人與團(tuán)隊(duì)相結(jié)合”的評價(jià)體系轉(zhuǎn)變．