融合線上教學(xué)和線下實(shí)操的電氣專業(yè)課程研究

李飛　李振興　李咸善　趙平　李世春

[摘 要]隨著教育部大力支持和推動(dòng)教育教學(xué)改革，線上線下教學(xué)模式融合不斷深入。文章結(jié)合電氣工程專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，利用“學(xué)堂在線”云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電氣專業(yè)課程線上教學(xué)與線下導(dǎo)、督、助學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方案，并依托學(xué)院電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)—數(shù)字聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將理論與實(shí)操結(jié)合，形成一種線下實(shí)操和理論學(xué)習(xí)相互督進(jìn)的教學(xué)方法，同時(shí)開(kāi)展線下學(xué)生創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，最后將在線課堂自主學(xué)習(xí)、線上互動(dòng)、線下實(shí)驗(yàn)操作等的完成情況納入考核指標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]云平臺(tái);線上教學(xué);線下實(shí)操;實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;考核

[中圖分類號(hào)] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2022）05-0069-04

結(jié)合電氣專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求[1-2]，各高校正大力開(kāi)展課程教學(xué)模式創(chuàng)新和人才培養(yǎng)模式改革。傳統(tǒng)的電氣專業(yè)課程教學(xué)模式以講授為主，以習(xí)題和答疑為輔，對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)灌輸，學(xué)生的積極性沒(méi)有得到充分的調(diào)動(dòng)。傳統(tǒng)的課程考核內(nèi)容主要包括課堂考勤及課堂表現(xiàn)（30%）、課程作業(yè)（20%）、課程考試（50%）等[3]，這種單一的考核方式無(wú)法反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及對(duì)知識(shí)的掌握程度，且缺乏對(duì)于學(xué)習(xí)過(guò)程的考核及教學(xué)評(píng)價(jià)。

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不斷應(yīng)用到專業(yè)課程教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和教育的融合促進(jìn)了在線教學(xué)的發(fā)展，并推進(jìn)了在線教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)與共享。結(jié)合傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式，線上線下互動(dòng)的混合式教學(xué)更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性[5-6]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，混合式教學(xué)已經(jīng)逐步貫穿高校課程的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)[7-8]。但融合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的培養(yǎng)結(jié)構(gòu)還不能滿足電氣行業(yè)的人才需求[9]。

依托教育部大力支持和推動(dòng)深化教育教學(xué)改革的契機(jī)，項(xiàng)目式教學(xué)、行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)、理實(shí)一體化教學(xué)等新的教學(xué)模式在高校中得到推廣和應(yīng)用[10]。教學(xué)過(guò)程將對(duì)不同層次的學(xué)生采取不同方式的教學(xué)，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，這有利于學(xué)生更好地理解理論知識(shí)，了解專業(yè)發(fā)展?？梢?jiàn)，對(duì)電氣專業(yè)課程進(jìn)行在線課程教學(xué)設(shè)計(jì)與研究具有重要意義[11]。

在此背景下，本文首先結(jié)合學(xué)堂云平臺(tái)，設(shè)計(jì)了適應(yīng)電氣專業(yè)課程的課前、課中、課后“導(dǎo)、督、助”教學(xué)方案;然后立足于實(shí)際問(wèn)題或工程案例，依托電氣專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)以及豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的功能優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)融合線下實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新提升的電氣專業(yè)課程教學(xué)模式;最后基于培養(yǎng)新型工程人才的目的，研究構(gòu)建融合“導(dǎo)、督、助”全過(guò)程的多元指標(biāo)綜合考評(píng)體系。

一、結(jié)合云平臺(tái)的“導(dǎo)、督、助”教學(xué)方案的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)教學(xué)主要是靠教師口頭講解和板書(shū)來(lái)傳授知識(shí)，一方面板書(shū)往往會(huì)占用大量的課堂時(shí)間，影響教學(xué)的效果;另一方面由于教師與學(xué)生之間缺乏互動(dòng)，導(dǎo)致學(xué)生長(zhǎng)期處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，很容易束縛學(xué)生的思維，進(jìn)而影響學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。而電氣專業(yè)的課程一般是利用數(shù)學(xué)和物理方法對(duì)實(shí)際電氣工程問(wèn)題進(jìn)行建模和分析，從而獲得對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的解決方案，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，考慮結(jié)合在線云平臺(tái)資源，減少教師的板書(shū)時(shí)間，本文提出了以教師指導(dǎo)為主導(dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主體的“導(dǎo)、督、助”在線教學(xué)模式，其基本方案如圖1所示，其主要內(nèi)容包括以下幾方面。

1.課前預(yù)習(xí)案

（1）教師針對(duì)重難點(diǎn)制作自主學(xué)習(xí)任務(wù)單，并將知識(shí)點(diǎn)錄制成慕課視頻，幫助學(xué)生查找相關(guān)視頻及學(xué)習(xí)資料并發(fā)布到學(xué)堂在線云平臺(tái)。

（2）學(xué)生提前看教材、課件和慕課視頻完成自學(xué)，通過(guò)同學(xué)之間的交流、合作解決部分疑難問(wèn)題，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)完成自主學(xué)習(xí)任務(wù)及在線測(cè)試。

（3）教師即時(shí)了解和掌握學(xué)生在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，并記錄下來(lái)作為課程考核中平時(shí)成績(jī)的依據(jù)，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)主要包括學(xué)生登陸平臺(tái)時(shí)間、學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、在線測(cè)驗(yàn)完成情況、學(xué)生討論區(qū)的互動(dòng)情況等。

（4）根據(jù)在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)及自主學(xué)習(xí)任務(wù)單的完成情況，教師及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題與困惑，并持續(xù)改進(jìn)課堂教學(xué)方案。

2.課中探究案

（1）教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧慕課視頻中的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)及重難點(diǎn)，集中講解一份比較有代表性的自主學(xué)習(xí)任務(wù)單。

（2）進(jìn)入“深入探究”與“鞏固提高”環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分組合作完成任務(wù)、相互展示交流，針對(duì)學(xué)生在學(xué)堂云平臺(tái)上的留言和彈幕，結(jié)合教案重難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建互動(dòng)內(nèi)容，并針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行面對(duì)面交流，讓學(xué)生完成知識(shí)的內(nèi)化吸收。

（3）在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)部分時(shí)，利用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)案例內(nèi)容配合基本原理進(jìn)行講解，使理論與實(shí)驗(yàn)銜接得更加緊密。

（4）教師著眼于提高學(xué)生對(duì)實(shí)際電氣工程領(lǐng)域的認(rèn)知和實(shí)操能力，錄制并查找相關(guān)實(shí)操視頻。

（5）學(xué)生結(jié)合視頻與理論知識(shí)完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

（6）教師與學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)心得與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題。

3.課后鞏固拓展案

（1）學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到難點(diǎn)時(shí)可反復(fù)查看教學(xué)課件、案例和慕課教學(xué)視頻等參考資料，對(duì)于無(wú)法解決的問(wèn)題師生可通過(guò)云平臺(tái)互動(dòng)交流功能獲取解決方案。

（2）考慮到慕課視頻短小精悍的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，教師可制作與主題相關(guān)的微視頻，增加拓展延伸部分，開(kāi)拓專業(yè)領(lǐng)域視野，幫助學(xué)生形成專業(yè)課程知識(shí)體系。

（3）學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生可通過(guò)云平臺(tái)學(xué)習(xí)系統(tǒng)查看本次課程學(xué)習(xí)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)情況和教師的點(diǎn)評(píng)內(nèi)容。

二、線下實(shí)驗(yàn)+創(chuàng)新提升電氣專業(yè)課程教學(xué)模式開(kāi)發(fā)

根據(jù)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)認(rèn)證的要求，結(jié)合電氣專業(yè)課程教學(xué)的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中，教師要著重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展創(chuàng)新思維。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，需要結(jié)合學(xué)生自身特點(diǎn)，完成自我定位、自我評(píng)價(jià)、自我監(jiān)督、自我反思等工作。

在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的引導(dǎo)下，云平臺(tái)的引入實(shí)破了原有教學(xué)平臺(tái)的瓶頸，它要求教與學(xué)的活動(dòng)協(xié)同進(jìn)行，并貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程。融合云平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程可以用圖2所示的流程來(lái)說(shuō)明。從教師層面來(lái)說(shuō)，一是根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，編制導(dǎo)學(xué)課件，制作慕課視頻;二是針對(duì)云平臺(tái)中學(xué)生提出的問(wèn)題，完成指導(dǎo)和答疑;三是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)工作，做好學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)和報(bào)告評(píng)價(jià)反饋。從學(xué)生層面來(lái)說(shuō)，一是觀看慕課視頻，充分查閱資料，做好課前預(yù)習(xí)和在線學(xué)習(xí)筆記;二是按照知識(shí)技能水平、學(xué)業(yè)規(guī)劃等因素成立協(xié)同學(xué)習(xí)小組，并在云平臺(tái)中構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)討論組，開(kāi)展自主學(xué)習(xí)。

按照電氣工程專業(yè)工程教育質(zhì)量認(rèn)證的要求，研究融合云平臺(tái)的電氣專業(yè)課程驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變教育理念，從“以教師為中心”到“以學(xué)生為中心”。教師通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式、引導(dǎo)式、探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)，讓學(xué)生參與課程實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生從最基礎(chǔ)的課程驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)出發(fā)，結(jié)合本專業(yè)對(duì)卓越拔尖人才培養(yǎng)模式的需求，利用開(kāi)放式虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，逐步過(guò)渡到具有“實(shí)踐性、可行性和發(fā)展性”特點(diǎn)的研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)管理上，對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展真實(shí)實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的對(duì)比。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以避免因設(shè)備誤操作帶來(lái)的安全問(wèn)題，利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)放性特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)人員可通過(guò)調(diào)節(jié)某些系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，完成創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì);而真實(shí)實(shí)驗(yàn)可以對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)一步驗(yàn)證，并能反映設(shè)備的物理規(guī)律，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比與分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式如圖3所示。

三峽大學(xué)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)—數(shù)字聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造了條件[12]，平臺(tái)主要包括電力系統(tǒng)動(dòng)模平臺(tái)、電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)（RTDS）及電力電氣分析綜合軟件平臺(tái)（ETAP）三大系統(tǒng)，各實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中的側(cè)重點(diǎn)都不一樣。電力系統(tǒng)動(dòng)模平臺(tái)側(cè)重于電力系統(tǒng)的物理模擬，提供了最為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，但是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受到實(shí)際物理設(shè)備的限制;RTDS實(shí)驗(yàn)室作為電力系統(tǒng)的數(shù)字模擬，具有用戶自定義的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建功能，計(jì)算側(cè)重于電磁仿真，同時(shí)可以接收外部信號(hào)的開(kāi)入開(kāi)出以及信息交流;ETAP實(shí)驗(yàn)室側(cè)重于工程實(shí)際，模型和算法都與實(shí)際工程接軌，是一種近似的、離線的電力系統(tǒng)解決方案。針對(duì)某一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在形成完整實(shí)驗(yàn)理論（包括專題研究、建模、算法分析、結(jié)果分析、結(jié)論等）的基礎(chǔ)上，開(kāi)展模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并利用三大平臺(tái)的協(xié)調(diào)和配合，可實(shí)現(xiàn)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的要求，具體架構(gòu)如圖4所示。

三、融合在線課堂和線下互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)操作的多元指標(biāo)考核構(gòu)建

對(duì)于電氣專業(yè)課程，很多知識(shí)和技能都可以應(yīng)用在未來(lái)的實(shí)際工作中。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景促使學(xué)生將學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)和技能同工作實(shí)際聯(lián)系在一起，以激發(fā)他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，在對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核時(shí)，教師要關(guān)注學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中完成的工作量，考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟與運(yùn)用能力，對(duì)基本設(shè)備的操作是否熟練規(guī)范，學(xué)生能否提出延展性的問(wèn)題等。在課程結(jié)束后應(yīng)增加答辯環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的課程掌握情況進(jìn)行摸底，同時(shí)考查學(xué)生能否清晰地表達(dá)課程學(xué)習(xí)中各個(gè)環(huán)節(jié)的具體情況，包括出現(xiàn)的問(wèn)題、解決方案和思路等。

針對(duì)傳統(tǒng)課程考核方式的弊端，構(gòu)建融合在線課堂和線下互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)操作的多元指標(biāo)考核評(píng)價(jià)體系，體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。此考核評(píng)價(jià)體系建立的目標(biāo)主要是提高學(xué)生掌握專業(yè)技能的能力和技術(shù)應(yīng)用能力，提高學(xué)生的理論分析能力。

評(píng)價(jià)體系內(nèi)容主要包括云平臺(tái)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)、階段性考評(píng)及期末考評(píng)等，平時(shí)成績(jī)主要包含在線學(xué)習(xí)進(jìn)度、課堂測(cè)驗(yàn)及留言反饋情況、線下課堂表現(xiàn)（出勤、互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告完成情況、理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)答辯等）和實(shí)驗(yàn)過(guò)程（實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、結(jié)果及報(bào)告完成情況），考試成績(jī)主要體現(xiàn)為期末筆試成績(jī)。其中，云平臺(tái)記錄了學(xué)生在線學(xué)習(xí)的過(guò)程，通過(guò)匯總學(xué)生交流和互動(dòng)文檔、實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程文檔、實(shí)驗(yàn)報(bào)告文檔等，形成云平臺(tái)文檔資料庫(kù)，可以方便教師查閱教學(xué)資料，并作為教師進(jìn)行教學(xué)反思和持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)。

四、應(yīng)用及推廣價(jià)值

根據(jù)電氣專業(yè)課程教學(xué)目標(biāo)，在“學(xué)堂在線”云平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)融入教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)上，研究融合線上云平臺(tái)和線下實(shí)操的電氣專業(yè)課程在線教學(xué)模式設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，其應(yīng)用和推廣價(jià)值主要有以下幾方面。

1.激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，提升專業(yè)技能、語(yǔ)言表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等綜合能力。

2.以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性與創(chuàng)造性，同時(shí)教師可以通過(guò)這種全新的互動(dòng)教學(xué)機(jī)制反思教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)水平。

3.在提升學(xué)生的動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題能力的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，在專業(yè)認(rèn)證的背景下，可進(jìn)一步提升學(xué)生對(duì)融合跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題的分析和研究能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)成果的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)信息技術(shù)與教育的融合創(chuàng)新發(fā)展。

4.回應(yīng)了《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”戰(zhàn)略方案，研究融合在線云平臺(tái)和線下實(shí)操的課程在線教學(xué)模式，可應(yīng)用到國(guó)內(nèi)工程教育領(lǐng)域，也能為相關(guān)工科專業(yè)課程在線教學(xué)提供參考。

五、結(jié)論

文章結(jié)合學(xué)堂云平臺(tái)，首先設(shè)計(jì)了適應(yīng)電氣專業(yè)課程的課前、課中、課后“導(dǎo)、督、助”教學(xué)方案，豐富了電氣專業(yè)課程教學(xué)過(guò)程;其次，依托電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)—數(shù)字聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，根據(jù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，開(kāi)發(fā)了一種線下實(shí)操和理論學(xué)習(xí)相互督進(jìn)的教學(xué)模式，可激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣;最后針對(duì)傳統(tǒng)課程考核方式的弊端，構(gòu)建了融合在線課堂和線下互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)操作的多元指標(biāo)考核評(píng)價(jià)體系。接下來(lái)將進(jìn)一步研究各教學(xué)環(huán)節(jié)的組織優(yōu)化，并利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)完成教學(xué)模式的持續(xù)改進(jìn)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 熊怡.提高工程教育質(zhì)量推進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證：2013年電氣工程學(xué)院院（校）長(zhǎng)論壇會(huì)議觀點(diǎn)輯要[J].中國(guó)電力教育，2013（27）：22-27.

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[責(zé)任編輯：陳 明]