《高電壓技術(shù)》線上線下混合式教學(xué)改革探索

張鵬寧，蔣小平，加越乾，王達

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京；2.商飛信息科技(上海)有限公司，上海）

一 引言

《高電壓技術(shù)》屬于電氣工程及其自動化專業(yè)的核心必修課，該課程旨在培養(yǎng)學(xué)生正確處理電力系統(tǒng)中過電壓與絕緣這一對矛盾，掌握各種電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的電氣特性、電力系統(tǒng)過電壓及其防護措施、絕緣與高電壓試驗方面的知識，在教學(xué)中著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用本課程的理論知識來設(shè)計電力系統(tǒng)過電壓保護方案[1-3]。

《高電壓技術(shù)》這門課程在講授的過程中，具有以下挑戰(zhàn)：（1）本門課程屬于交叉學(xué)科，涉及到物理、電路、電磁場、電力系統(tǒng)和繼電保護等多門課程的相關(guān)知識，很多關(guān)鍵的知識點非常抽象，學(xué)生理解起來比較困難；（2）《高電壓技術(shù)》屬于實驗性的課程，書中的很多結(jié)論是由工程實驗測試結(jié)果得到的，因此，需要較高的動手實踐能力；（3）大部分高校在《高電壓技術(shù)》這門課程投入32 個學(xué)時，學(xué)時短，需掌握的知識內(nèi)容多，教師難以詳細講解其各部分知識內(nèi)容，學(xué)生在較短的時間內(nèi)也難以掌握關(guān)鍵的知識點；（4）師生互動較少，課堂氣氛不夠活躍，導(dǎo)致教學(xué)反饋較差，對教學(xué)的持續(xù)性改進不利[4-6]。

針對《高電壓技術(shù)》這門課程存在的挑戰(zhàn)和困難，本文引入了線上線下混合式教學(xué)改革，重點解決學(xué)生理解困難、加強師生互動、解決學(xué)時緊張等問題，得到有效的線上線下混合式教學(xué)模式，最終提升《高電壓技術(shù)》這門課程的教學(xué)質(zhì)量[7-8]。

二 雨課堂

近年來，教育信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，使得我們有條件利用網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源來應(yīng)用基于互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)模式。學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的雨課堂就是一款線上智慧教學(xué)工具，它作為插件與Office 軟件中的PPT 相結(jié)合，利用微信公眾號綁定老師和學(xué)生的信息進行教與學(xué)。雨課堂將復(fù)雜的信息技術(shù)手段融入到PowerPoint 和微信，使得學(xué)生在課下預(yù)習(xí)和課上聽講之間建立聯(lián)系，講課的內(nèi)容能夠保存，使得課堂不受地域和時間限制。教師可以利用雨課堂，提前將MOOC 精品課視頻、作業(yè)和課件及時推送到學(xué)生手機上，學(xué)生也可以將自己的疑問留言給教師，師生之間可以及時溝通反饋，提高了學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容的效率；課堂上教師可通過實時答題掌握學(xué)生理解情況，學(xué)生可以通過彈幕與老師進行互動，為教師和學(xué)生互動交流提供了很好的解決方案。雨課堂科學(xué)地覆蓋了課前- 課上- 課后的每一個教學(xué)環(huán)節(jié)，為教師和學(xué)生提供具有指導(dǎo)性意義的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中，個性化報表、自動任務(wù)提醒，讓教師與學(xué)生的任務(wù)更簡潔明了。

雨課堂自帶的大量優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源給教師的教學(xué)提供了參考和借鑒，同時，課上的教學(xué)視頻回放沒有時間和地點的限制，學(xué)生可以直接利用手機微信觀看回放，讓課堂上未能掌握知識的學(xué)生有重新學(xué)習(xí)、查漏補缺的機會，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力在一定程度上有了提高。雨課堂的會員合班功能，學(xué)生上限是500 人。教師無需手動輸入學(xué)生的姓名、學(xué)號，便可以把學(xué)生名單一鍵導(dǎo)入。雨課堂的承載工具可以是手機，也可以是電腦。利用手機微信掃碼就能上課，無需下載APP，這不僅為教師的教學(xué)提供了便利，也給學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了極大的便利。雨課堂具有強大的數(shù)據(jù)分析功能，可統(tǒng)計分析在線人數(shù)、學(xué)生學(xué)習(xí)情況及完成作業(yè)情況。雨課堂的上述功能為《高電壓技術(shù)》的線上與線下混合式教學(xué)改革探索提供了基礎(chǔ)。

三 線上線下混合教學(xué)模式

針對上述已存在的問題，設(shè)計了線上線下混合式教學(xué)方案，包括課前預(yù)習(xí)、課上互動和課后答疑三部分。其中，重點突出課前資料推送、學(xué)生預(yù)習(xí)、課堂互動和課后反饋環(huán)節(jié)，針對與學(xué)生的互動和反饋，能夠及時地調(diào)整接下來的教學(xué)內(nèi)容，并重點講解難以理解的知識點，進行習(xí)題分析，持續(xù)改進教學(xué)效果，高質(zhì)量地完成短學(xué)時內(nèi)的《高電壓技術(shù)》課程教學(xué)[9]。

（一） 課前預(yù)習(xí)

對于之前學(xué)過的課程知識點和課中易掌握的內(nèi)容，提前準備好PPT 和慕課中的精品課視頻，通過“雨課堂”提前一段時間發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生提前自主復(fù)習(xí)和掌握相關(guān)內(nèi)容，并使用“雨課堂”的習(xí)題考核功能，檢查學(xué)生的知識點掌握程度，以便教師接下來的課上授課內(nèi)容的確定。如果學(xué)生掌握效果較好，那教師在課上對相應(yīng)知識點正常快速講解，如果學(xué)生掌握效果較差，則對課前布置的知識內(nèi)容有針對性地詳細講解。

“導(dǎo)師制”是中國礦業(yè)大學(xué)（北京）實施的一項創(chuàng)新性教學(xué)方法，為全體新入校本科生配備導(dǎo)師，一般每位老師全程指導(dǎo)4～6 名本科生，根據(jù)不同學(xué)習(xí)階段分別制定導(dǎo)師指導(dǎo)計劃。在學(xué)業(yè)規(guī)劃、專業(yè)輔導(dǎo)、科研探索以及品德培育等方面，實現(xiàn)本科生培養(yǎng)各階段、各環(huán)節(jié)的導(dǎo)師全程指導(dǎo)。對學(xué)生以“導(dǎo)師制”為單位進行分組，每組有一位組長，每組同學(xué)在組長的帶領(lǐng)下進行交流討論，大家團隊協(xié)作，更易掌握本門課程的重點內(nèi)容。

（二） 課上專題化教學(xué)

由于《高電壓技術(shù)》是一門包含交叉學(xué)科的課程，在學(xué)習(xí)此門課程之前需要掌握《大學(xué)物理》《電路原理》《電力系統(tǒng)分析》和《電力系統(tǒng)繼電保護》等基礎(chǔ)課程，因此在《高電壓技術(shù)》開課之前，要以“導(dǎo)師制”為單位，讓每位導(dǎo)師對所帶學(xué)生的基礎(chǔ)知識進行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果適當(dāng)調(diào)整課堂授課學(xué)時，僅將課程中大部分學(xué)生之前沒有接觸過的、至關(guān)重要的內(nèi)容放在課堂上進行講授，例如氣體放電的基本物理過程、絕緣電阻與吸收比、泄漏電流和介質(zhì)損耗角正切的測量、工頻高壓試驗基本內(nèi)容等，注意理論聯(lián)系實際、突出關(guān)鍵內(nèi)容，并在講課過程中引入所講內(nèi)容的科技前沿，使學(xué)生了解所學(xué)內(nèi)容的實際用途，擴展視野。講課過程中，結(jié)合板書、課件和動畫等多種形式的教學(xué)方法，將抽象問題生動化、復(fù)雜問題簡單化，通過上述各種形式的教學(xué)方法啟發(fā)學(xué)生，使學(xué)生加深對基礎(chǔ)知識、微觀機理和實驗方法的理解和掌握。

同時，在線上教學(xué)過程中，學(xué)生可以利用“雨課堂”APP 進行簽到或請假功能，替代了之前課上教師點名，整個網(wǎng)上簽到過程用時不超過一分鐘，同時還能掌握學(xué)生在課堂上的聽課時間，隨時可在APP中查看學(xué)生每節(jié)課的出勤與上課時間，簡便快捷。

本次教學(xué)改革將《高電壓技術(shù)》課程共分為四個專題，專題分別為：氣、液、固體放電機理，破壞與非破壞性實驗，波在導(dǎo)線和設(shè)備中的傳播過程，雷擊過電壓與防雷措施。每講完一個專題的章節(jié)的知識后，均會布置適量的作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容包含基礎(chǔ)知識和前沿?zé)狳c，目的是為了加深學(xué)生對所講內(nèi)容的理解，提高分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。比如，在講到介質(zhì)損耗這一部分內(nèi)容時，可讓學(xué)生利用Ansys 或Comsol 多物理場仿真軟件對多層介質(zhì)中的電場分布和損耗進行分析，并與利用公式簡化模型后的計算結(jié)果相對比，驗證仿真和計算的正確性，在這個閉環(huán)的學(xué)習(xí)過程中，不僅掌握了課本的知識內(nèi)容，也達到了科研訓(xùn)練的目的。

最后，為了提高實驗室的利用效率，如果實驗室無課的情況下，學(xué)生可申請進入實驗室自主學(xué)習(xí)，使得實驗室中的各類資源得到充分的利用。鼓勵以“導(dǎo)師制”項目組為單位參加省級或全國電子競賽，如果某隊獲獎，則按照獲獎等級對其期末考試進行獎勵性加分，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)微機原理的積極性。同時，在除了實驗箱等基本的實驗設(shè)備之外，對實驗裝置實現(xiàn)多樣化，在保證安全的前提下，可以讓學(xué)生對各類實驗設(shè)備進行任意組合以實現(xiàn)某些功能，給予學(xué)生充分的自主學(xué)習(xí)與實踐探索的機會，更能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（三） 課后答疑與持續(xù)性改進

在教師上課結(jié)束后，教師會在當(dāng)天將作業(yè)通過“雨課堂”APP 發(fā)布，學(xué)生會在手機上收到作業(yè)提醒，隨時能夠看到具體作業(yè)內(nèi)容，防止遺忘作業(yè)內(nèi)容，提高課后作業(yè)效率。在統(tǒng)一上收作業(yè)的過程中，學(xué)生可通過“雨課堂”上交作業(yè)電子版或掃描件，實現(xiàn)作業(yè)的無紙化，既為學(xué)生保留了作業(yè)的紙質(zhì)版以供考試復(fù)習(xí)所用，也節(jié)省了紙張。教師可通過APP隨時下載學(xué)生的作業(yè)，并在系統(tǒng)中直接輸入作業(yè)分數(shù)和批注。學(xué)生可以通過“雨課堂”隨時查看自己的作業(yè)分數(shù)和存在的問題，與傳統(tǒng)的布置作業(yè)和交作業(yè)相比，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，也使得教師隨時批改作業(yè)，并保留和隨時查看作業(yè)批改記錄。

每節(jié)課都分為線上和線下同步進行，線上的課程不僅可供因為各種特殊原因不能到校的同學(xué)學(xué)習(xí)，同時也能保持回放功能，能夠使在課上未理解的學(xué)生在課下反復(fù)觀看講課視頻，使得學(xué)生更易掌握重點內(nèi)容。同時在課后每周設(shè)定具體時間地點的線下答疑，也提供學(xué)生在雨課堂上留言，教師隨時回復(fù)答疑，這使得學(xué)生無論何時何地都能學(xué)習(xí)《高電壓技術(shù)》課程內(nèi)容，也能在復(fù)習(xí)過程中隨時遇到問題、隨時向教師咨詢答疑，顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

在每個專題授課結(jié)束之后，都會在“雨課堂”上給學(xué)生發(fā)布調(diào)查問卷，主要問卷內(nèi)容為：各知識點的掌握情況、教師的授課方式是否合理、授課的進度能否跟上、所發(fā)教學(xué)資料是否齊全、哪個知識內(nèi)容最難掌握、習(xí)題課上希望講解的習(xí)題等，根據(jù)學(xué)生的反饋情況，及時對接下來講授的內(nèi)容進行調(diào)整，從而達到促進學(xué)生理解和掌握本門課程的目的。

合理的考核方式是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的最直接有效的途徑，通過考核能使得學(xué)生更好地理解所學(xué)知識，優(yōu)化學(xué)習(xí)方法，并提高學(xué)習(xí)效率?！陡唠妷杭夹g(shù)》這門課程的考核方式如下：第一部分是理論掌握考核，考核方式主要是閉卷考試，但閉卷考試的分數(shù)只占80%，平時的出勤和作業(yè)各占10%，此種考核方法不僅能夠考查學(xué)生對所講內(nèi)容的掌握情況，同時也對學(xué)生的出勤以及對課程內(nèi)容復(fù)習(xí)情況起到督促作用。

另一部分是實驗考核與參賽獎勵，實驗考核中，實驗操作成績占70%，實驗報告成績占10%，另有多物理場仿真報告成績占20%。實驗操作以“導(dǎo)師制”項目組為單位，實驗操作有多題，每組抽簽獲得需操作的實驗題目，大家共同在規(guī)定的時間測量出相應(yīng)的實驗結(jié)果，完成實驗后，老師會問各個組員一個實驗環(huán)節(jié)中的問題，避免項目組成員中有不參與實驗的學(xué)生得到相同分數(shù)的情況。如果有同學(xué)參加競賽，利用了平時課程中所講的內(nèi)容并獲獎，根據(jù)獲獎等級不同會有相應(yīng)的加分，以此促進學(xué)生將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用的積極性。最終學(xué)生所得成績就為理論考核和實驗考核成績相加再乘上50%。

四 結(jié)語

《高電壓技術(shù)》作為一門電氣工程專業(yè)的必修課，探索其線上線下混合式教學(xué)改革具有重要意義。本文針對《高電壓技術(shù)》在實際教學(xué)中的挑戰(zhàn)和困難，結(jié)合線上線下混合式教學(xué)方案，探索了解決：（1）關(guān)鍵的知識點非常抽象，學(xué)生理解起來比較困難；（2）實驗測量難以實現(xiàn)；（3）學(xué)時很短，學(xué)生難以掌握關(guān)鍵知識點；（4）師生互動較少，持續(xù)性改進教學(xué)緩慢。一方面，通過線上線下混合式教學(xué)的課前、課上和課后教學(xué)方案的改革后，促進了學(xué)生短時間內(nèi)對關(guān)鍵知識點的理解和掌握，也使得教師能快速了解學(xué)生的掌握情況，能及時在后續(xù)教學(xué)內(nèi)容里做持續(xù)性改進，全面提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)效果；另一方面，通過改進實驗教學(xué)方法和考核方式，令學(xué)生更易理解課本知識的前提下，也促進了學(xué)生的動手實踐能力。因此，《高電壓技術(shù)》線上線下混合式教學(xué)改革方法是一次有益探索。