“模擬電子技術(shù)”混合式教學(xué)改革與實(shí)踐

盧文娟， 趙洪亮， 劉春暉， 陳 宇

(山東科技大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院， 山東 青島 266590)

0 引言

為提高本科教育質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，我校正大力開展本科教學(xué)工程，結(jié)合“以學(xué)生為中心、基于產(chǎn)出、持續(xù)改進(jìn)”的工程認(rèn)證教育理念，積極探索教育教學(xué)改革，努力打造具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的“金課”[1]。

“模擬電子技術(shù)”課程是電氣信息類各專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，是重點(diǎn)、難點(diǎn)課程，是學(xué)生進(jìn)入電氣信息行業(yè)的敲門磚。

以往的教學(xué)方式多以灌輸式為主，學(xué)生處于被動(dòng)接受的地位，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動(dòng)，相對(duì)抑制了學(xué)生的思維活力和求知興趣。學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解往往概念化，在電路分析與設(shè)計(jì)方法的掌握上也僅局限于理論層面，很少考慮電子技術(shù)應(yīng)用層面的問題。結(jié)果是授課學(xué)時(shí)用了不少，學(xué)生卻仍然抓不住單元電路的關(guān)鍵特性和應(yīng)用要點(diǎn)，課程所要求的工程觀、系統(tǒng)觀的培養(yǎng)更是基本缺失。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，國內(nèi)高等教育MOOC資源不斷豐富與發(fā)展[2]，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不受空間和時(shí)間的限制，給以課堂為主戰(zhàn)場的傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。然而，慕課的興起并不意味著課堂教學(xué)將會(huì)被完全取代?！澳M電子技術(shù)”課程的理論性及工程實(shí)踐性決定了面對(duì)面教學(xué)仍然是必須且主要的教學(xué)形式。

結(jié)合“基于產(chǎn)出(outcome based)、能力導(dǎo)向”的工程教育理念，課程組成員圍繞著“模擬電子技術(shù)”理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分利用在線課程優(yōu)勢，將“線上+線下”有機(jī)融合，針對(duì)不同專業(yè)培養(yǎng)方案要求，探討最優(yōu)的混合式教學(xué)模式。

1 混合式教學(xué)模式改革實(shí)施

混合式教學(xué)(Blending Learning)模式能夠充分融合傳統(tǒng)課堂教學(xué)和線上學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性[3～4]。

“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)在小班授課制下教學(xué)效果改善明顯[5]，但針對(duì)大班授課，就存在諸多問題：一方面，由于缺乏高效便捷的師生互動(dòng)工具，線上學(xué)習(xí)與課程教學(xué)仍處于割裂狀態(tài)；另一方面，教師所設(shè)計(jì)和組織的混合式教學(xué)活動(dòng)，其靈活性和可操作性受到了很大限制[6]。

根據(jù)本校學(xué)生、團(tuán)隊(duì)情況和教改成果進(jìn)行再創(chuàng)作，從課程運(yùn)行管理模式與學(xué)生學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)力探討兩個(gè)方面制定相應(yīng)的教學(xué)改革實(shí)施方案，形成基礎(chǔ)穩(wěn)定、與時(shí)俱進(jìn)的課程體系。

1.1 重塑“SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式

根據(jù)專業(yè)認(rèn)證培養(yǎng)方案的新要求，課程組成員對(duì)授課專業(yè)知識(shí)體系、畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)及學(xué)生學(xué)情進(jìn)行了深入分析，挖掘提煉“模擬電子技術(shù)”課程中蘊(yùn)含的思政元素，重新梳理了課程教學(xué)目標(biāo)，修訂了新版教學(xué)大綱。

結(jié)合本校教學(xué)實(shí)際情況，充分發(fā)揮混合式教學(xué)的優(yōu)勢，課題組探索基于“SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學(xué)模式，選取教材一部分內(nèi)容(約占總學(xué)時(shí)的30%)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，課堂上先進(jìn)行線上學(xué)習(xí)內(nèi)容的“翻轉(zhuǎn)”，再講授新知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容。為提高大班授課的課程參與度，在授課過程中引入一種開放式智慧教學(xué)工具——“雨課堂”(實(shí)驗(yàn)工具“雷實(shí)驗(yàn)”)[7]，將“課前教學(xué)要素組織”、“課上教學(xué)交互實(shí)施”、“課后考核與評(píng)價(jià)”每一個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，既發(fā)揮出充分發(fā)揮混合式教學(xué)的優(yōu)勢，又能滿足每一個(gè)學(xué)生的個(gè)性需求，讓學(xué)生獲得更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。具體的混合式教學(xué)模式改革實(shí)施方案設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 混合式教學(xué)模式改革實(shí)施方案設(shè)計(jì)框圖

此外，課程組成員精簡了教材內(nèi)容，將Multisim仿真實(shí)驗(yàn)案例融入課程理論教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生注重理論與實(shí)際緊密結(jié)合的重要性；還將電子設(shè)計(jì)競賽的模塊電路設(shè)計(jì)等應(yīng)用型題目設(shè)置為研究專題[8～9]，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。

1.2 豐富網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源

課程組優(yōu)化了“模擬電子技術(shù)”課程內(nèi)容，搭建了合理的在線開放課程的框架體系。結(jié)合課程工程性強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了17項(xiàng)Multisim仿真實(shí)例，并錄制視頻上線，還不斷豐富作業(yè)庫、試題庫、科技文獻(xiàn)資料等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。

針對(duì)四種典型教學(xué)對(duì)象(本校正常班級(jí)學(xué)生、優(yōu)秀學(xué)生、重修學(xué)生及校外學(xué)生)，課題組計(jì)劃建設(shè)3個(gè)版本(標(biāo)準(zhǔn)版、加強(qiáng)版、MOOC版)的混合式教學(xué)架構(gòu)，各版本簡要說明以及線上與線下授課學(xué)時(shí)比例如表1所示。

表1 3個(gè)版本說明、線上與線下授課學(xué)時(shí)比例

本學(xué)院的自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)2017級(jí)、2018級(jí)學(xué)生已開展了基于超星、愛課程平臺(tái)SPOC課程的混合式授課。結(jié)合不同在線平臺(tái)的特點(diǎn)，筆者編寫了相應(yīng)的在線學(xué)習(xí)指導(dǎo)書，便于學(xué)生了解在線學(xué)習(xí)的流程；利用SPOC課程討論區(qū)、微信、QQ等公共信息平臺(tái)保證師生及時(shí)交流、輔導(dǎo)、發(fā)布通知。該教學(xué)方式將學(xué)生學(xué)習(xí)過程從“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)學(xué)習(xí)”，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

1.3 智慧教學(xué)工具助力教學(xué)實(shí)施

根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生學(xué)情分析，確立多種教學(xué)要素的呈現(xiàn)順序，并從認(rèn)知邏輯關(guān)系出發(fā)，協(xié)調(diào)講授、討論、問答互動(dòng)等教學(xué)活動(dòng)。

課前以周為節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)自主學(xué)習(xí)任務(wù)單，包括教學(xué)視頻清單、課件資料、作業(yè)、時(shí)間進(jìn)度安排表等內(nèi)容，通過“雨課堂”進(jìn)行推送。根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單的要求，學(xué)生會(huì)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成在線內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠很好地做到與課堂授課內(nèi)容的銜接。

課堂教學(xué)過程中，對(duì)于線上授課內(nèi)容采取“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方法，采取生講生評(píng)、以練代講、邊講邊練、案例點(diǎn)評(píng)等多種方式對(duì)相應(yīng)內(nèi)容組織檢查、討論。配合“雨課堂”的“實(shí)時(shí)答題、彈幕答疑”等功能，促進(jìn)師生間的互動(dòng)與反饋。

課后將發(fā)布復(fù)習(xí)任務(wù)單，包括學(xué)習(xí)目的要求、習(xí)題作業(yè)，便于學(xué)生對(duì)本次課內(nèi)容的理解與掌握；再通過在線平臺(tái)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、“雨課堂”課堂互動(dòng)數(shù)據(jù)，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

利用“雨課堂”的交互功能將教師的“導(dǎo)”和學(xué)生的“學(xué)”相融合，實(shí)現(xiàn)了“課前+課堂+課下”三位一體的貫穿式教學(xué)，增進(jìn)師生間的互動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

1.4 實(shí)現(xiàn)“理論與實(shí)踐”教學(xué)一體化

針對(duì)教材中的難點(diǎn)內(nèi)容，借助Multisim軟件采用“虛實(shí)結(jié)合”的方式進(jìn)行講解，便于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。比如“單管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定問題”，利用Multisim的溫度掃描分析模塊動(dòng)態(tài)演示溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，讓學(xué)生能夠獲得更直觀地認(rèn)識(shí)；再通過智慧實(shí)驗(yàn)平臺(tái)“雷實(shí)驗(yàn)”在課堂上進(jìn)行演示，將硬件電路與模擬仿真有機(jī)結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)教材重難點(diǎn)知識(shí)的理解，便于掌握，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化。

此外，還會(huì)以全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽為抓手，結(jié)合教材中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，設(shè)置與現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用密切相關(guān)的專題項(xiàng)目。研究專題設(shè)計(jì)電路可以在課后通過“雷實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)進(jìn)行仿真和硬件搭建，既給學(xué)生提供時(shí)間和空間上更大的自主性，也便于教師對(duì)研究設(shè)計(jì)過程的監(jiān)督和管理。通過問題式、啟發(fā)式、研究式等多種手段相結(jié)合的教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生開展自主性學(xué)習(xí)，貫徹“學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生研究創(chuàng)新能力。

1.5 多元化評(píng)價(jià)考核標(biāo)準(zhǔn)制定

課程考核注重考查學(xué)生全方面表現(xiàn)，從過程考核與期末考試兩方面來進(jìn)行評(píng)定。過程考核借助智慧教學(xué)平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)和學(xué)情分析數(shù)據(jù)，開展多元教學(xué)評(píng)價(jià)和實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)監(jiān)測；期末考試閉卷完成，分線上和線下兩部分，均覆蓋線上線下所有教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)不同專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)與課程教學(xué)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，適當(dāng)調(diào)整課程考核內(nèi)容的分值及比例。最終成績加大過程考核的比例，全方位評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果?！坝暾n堂”的學(xué)生數(shù)據(jù)分析功能為課程成績的評(píng)定提供可靠的依據(jù)。

在評(píng)價(jià)過程中，師生共為評(píng)價(jià)主體，對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，將學(xué)生個(gè)體的成果提高到理性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。

2 教學(xué)改革實(shí)施成效

“模擬電子技術(shù)”課程自2018年獲批“第一批校級(jí)在線課程建設(shè)項(xiàng)目”以來，課程組成員已在自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化兩個(gè)專業(yè)的2017級(jí)和2018級(jí)授課班級(jí)中開展了兩輪混合式教學(xué)改革實(shí)施過程，取了一些成效：

2.1 構(gòu)建“以學(xué)生為中心”的混合式教學(xué)模式，提

高教學(xué)質(zhì)量

結(jié)合本校學(xué)生實(shí)際情況，“模擬電子技術(shù)”課程采用基于“SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學(xué)模式進(jìn)行授課，通過“雨課堂”和“雷實(shí)驗(yàn)”平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“課內(nèi)與課外”、“理論與實(shí)踐”相結(jié)合的貫穿式教學(xué)，既充分發(fā)揮線上教學(xué)、課堂教學(xué)的優(yōu)勢，又貫徹“學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，將知識(shí)傳授、思維訓(xùn)練和研究能力的培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量。

自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化兩個(gè)專業(yè)2017級(jí)和2018級(jí)學(xué)生的“模擬電子技術(shù)”期末成平均成績逐年上升、整體課程目標(biāo)達(dá)成度也有所提高。圖2為筆者所帶2017、2018級(jí)部分班級(jí)的學(xué)生成績分布圖。

圖2 2017、2018級(jí)部分班級(jí)學(xué)生成績分布圖

根據(jù)工程教育認(rèn)證要求的達(dá)成度計(jì)算方法，教改后(2017、2018級(jí))的學(xué)生課程目標(biāo)達(dá)成度比教改前(2016級(jí))有較大地提高，見表2。

表2 部分班級(jí)學(xué)生整體課程目標(biāo)達(dá)成情況

2.2 注重學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，人才培養(yǎng)效果顯著

課程組秉承“以賽促教，教學(xué)相長”的理念，以電子設(shè)計(jì)競賽等學(xué)科競賽為牽引，讓學(xué)生通過參與競賽，將理論和實(shí)踐融會(huì)貫通，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作和拼搏精神以及解決復(fù)雜工程問題的能力。團(tuán)隊(duì)成員組織學(xué)生參與了多項(xiàng)科技創(chuàng)新競賽與技能培訓(xùn)，并取得了可喜的成績。自2018年起團(tuán)隊(duì)成員指導(dǎo)學(xué)生在科技創(chuàng)新競賽活動(dòng)中獲得省級(jí)及以上獎(jiǎng)勵(lì)80余項(xiàng)，其中全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，世界機(jī)器人大賽冠軍賽機(jī)器人工業(yè)設(shè)計(jì)(本科組)亞軍，“挑戰(zhàn)杯”全國二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

2.3 思政元素與課程體系的有機(jī)融合，可推廣性強(qiáng)

課程組教師不斷提升自身業(yè)務(wù)水平，注重課程思政元素的融入，編寫思政版的教學(xué)大綱，制作配套的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，實(shí)現(xiàn)課程思政與專業(yè)課程的“鹽水融合”，于潤物無聲中立德樹人。

該成果以“互聯(lián)網(wǎng)+教育”為背景，通過改革課程教學(xué)模式、教學(xué)方法與教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)用性，可推廣應(yīng)用于電氣信息類專業(yè)其它主干課程，或其他特色專業(yè)課程建設(shè)。

3 需要進(jìn)一步解決的問題及改進(jìn)方向

課程教學(xué)改革雖取得了一些成效，但仍存在一些問題需要持續(xù)改進(jìn)。

1. 三個(gè)版本的課程資源建設(shè)已完成了基礎(chǔ)版、MOOC版，加強(qiáng)版正在建設(shè)中。而教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式都應(yīng)該是與時(shí)俱進(jìn)的，在線資源必須不斷更新。為此，有必要研究一種可持續(xù)的、動(dòng)態(tài)演進(jìn)的在線資源建設(shè)模式。

2. 關(guān)于MOOC版的實(shí)驗(yàn)手段問題，對(duì)于其他高校學(xué)生和社會(huì)人員，有必要建設(shè)模擬電子在線實(shí)驗(yàn)室。

3. 如何讓學(xué)生有效地利用網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)開展學(xué)習(xí)的問題。需要不斷探索新的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生逐步養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

以智慧教學(xué)工具“雨課堂”和“雷實(shí)驗(yàn)”為載體的“模擬電子技術(shù)”混合式教學(xué)模式改革，注重知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值引領(lǐng)有機(jī)結(jié)合，借助國家級(jí)電工電子中心實(shí)驗(yàn)室開放式教學(xué)的優(yōu)勢，配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新性改革思路，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和研究能力，提高學(xué)生實(shí)踐能力，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型專門人才具有重要作用。