“電工技術(shù)”課程中的混合式教改探索

何志苠 范小蘭 蘇圣超

摘?要：本文闡述了“電工技術(shù)”課程以學(xué)生為中心，將BOPPPS模型融入線上線下混合式教學(xué)改革探索過程，以成果為導(dǎo)向的線上線下雙閉環(huán)評價機制，創(chuàng)新助推學(xué)科競賽。將OBE教育理念引入到教學(xué)實踐之中，保證學(xué)生深度參與教學(xué)全過程。通過項目式教學(xué)，結(jié)合智能車等競賽，實現(xiàn)課程的挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和解決復(fù)雜工程問題的能力。翻轉(zhuǎn)課堂和討論式教學(xué)配合項目式教學(xué)，通過現(xiàn)代信息手段在線上和線下教學(xué)中實現(xiàn)及時反饋，數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)，覆蓋課前-課上-課后的每個教學(xué)環(huán)節(jié)，調(diào)整個性化教學(xué)方案，實現(xiàn)全課程過程化考核。

關(guān)鍵詞：課程思政；電工與電子；項目式教學(xué)

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.10.085

1?課程描述

電工技術(shù)是一門本科非電類專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，授課對象包括機械、化工、汽車、軌道、航空等各工科專業(yè)，屬于理論實踐課程，共3個學(xué)分、48學(xué)時。使用線上線下混合式教學(xué)方式，線上學(xué)時占總學(xué)時數(shù)的25%，2018年、2019年使用智慧樹，2020年開始使用超星泛雅平臺自建的SPOC（小規(guī)模私有課程）開展教學(xué)。

在電工技術(shù)之前，學(xué)生學(xué)習(xí)的是高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等理論性非常強的課程，在電工技術(shù)之后，學(xué)生需要學(xué)習(xí)電氣工程在各專業(yè)的工程實踐應(yīng)用類課程，如機電傳動控制、城市軌道交通車輛電力牽引等專業(yè)課。因此，電工技術(shù)承擔了從理論到工程實踐的橋梁作用，擔負培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力的任務(wù)。

電工技術(shù)的課程目標和定位，是構(gòu)建以電能和控制為主要教學(xué)要素的課程內(nèi)容，幫助非電類工程師及管理者學(xué)習(xí)對電能的有效利用和有效高質(zhì)的工程技術(shù)手段實現(xiàn)控制，最終建立起一個比較完整的電氣工程知識體系架構(gòu)，獲得與電氣工程師技術(shù)溝通的能力，協(xié)同解決復(fù)雜工程問題的能力，樹立嚴謹踏實的工程素養(yǎng)。

電工技術(shù)是實踐性很強的課程，但是在培養(yǎng)計劃調(diào)整的背景下，原有的20學(xué)時配套實驗課程被壓縮為4學(xué)時的課內(nèi)實驗，沒有足夠的實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生僅靠理論學(xué)習(xí)根本談不上工程能力的培養(yǎng)。在這個背景下，教學(xué)團隊進行了線上線下混合式的教學(xué)改革。

2?課程痛點和解決方法

傳統(tǒng)的電工技術(shù)課程以教師講授為主，學(xué)生實驗為輔。在授課過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式主要是被動接受知識，教師與學(xué)生的課堂交互有限，學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度低。由于課程目標是要為學(xué)生建立比較完整的電氣工程知識體系架構(gòu)，知識覆蓋面廣，但是課時有限，課程內(nèi)容存在“一里寬，一寸深”的問題。教師對學(xué)生的反饋主要集中在課后作業(yè)的批閱，紙質(zhì)版作業(yè)的交互時效性差，往往等到教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生掌握情況不佳時，授課進程已經(jīng)推進到后續(xù)章節(jié)。

針對傳統(tǒng)教學(xué)方式中的困境，本團隊在教學(xué)設(shè)計中總結(jié)課程痛點，采取了下列解決方法。

2.1?學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)過程參與度低

2.1.1?以學(xué)生為中心的全程教學(xué)設(shè)計

教師從講授的主角轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)的設(shè)計者和引導(dǎo)者，通過信息化工具全面調(diào)動學(xué)生參與線上學(xué)習(xí)、線上線下測試，課堂中電路分析、故障判斷、仿真驗證、分組討論和項目的設(shè)計、展示，教師設(shè)計導(dǎo)學(xué)問題清單，進行教學(xué)目標分解，在課堂中針對學(xué)生的共性問題和關(guān)鍵問題進行反饋性講解，在討論和項目過程中進行引導(dǎo)，教師評價和學(xué)生評價結(jié)合，促進學(xué)生的主體意識。

2.1.2?課程思政——潤物無聲，塑造情感價值導(dǎo)向

教師結(jié)合時事熱點和課程內(nèi)容告訴學(xué)生，我們學(xué)的內(nèi)容能夠科技興國。教學(xué)過程中，可以引申到哲學(xué)問題的點很多，引導(dǎo)他們思考人生。例如應(yīng)用仿真軟件的時候，通過中國標準符號和美國標準符號不一樣的這個點切入，給他們講技術(shù)標準的重要性，講華為參與制定5G標準為什么會讓美國人忍無可忍，激發(fā)學(xué)生民族自豪感和科技興國的責任感。

2.1.3?任務(wù)驅(qū)動——定期發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，明確學(xué)習(xí)目標

在學(xué)生進行線上內(nèi)容學(xué)習(xí)之前，教師發(fā)布導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，其中有明確的學(xué)習(xí)問題清單，讓學(xué)生可以帶著問題自學(xué)。以周為單位發(fā)學(xué)習(xí)計劃安排，告訴學(xué)生怎么學(xué)。課程一開始學(xué)生不習(xí)慣，有壓力，但是三四個星期養(yǎng)成習(xí)慣以后，就會自覺地進行了。有一次任課老師到了周六忘記發(fā)學(xué)習(xí)安排了，中午就有學(xué)生提醒，說老師怎么還沒發(fā)下個星期的計劃啊。這樣他們自己也有學(xué)習(xí)的驅(qū)動力。

2.1.4?數(shù)據(jù)驅(qū)動——信息化工具實現(xiàn)智慧教學(xué)

通過智慧樹、雨課堂（2018年使用）、學(xué)習(xí)通（2019—2023年使用）等信息化工具，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為精準畫像，實現(xiàn)個性化輔導(dǎo)。疫情期間線上教學(xué)，為了保證教學(xué)質(zhì)量，進行了大量的學(xué)情調(diào)查，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整教學(xué)進度和手段。

2.2?學(xué)生上課聽得懂，下課不會做

2.2.1?翻轉(zhuǎn)課堂——以知識產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)過程

從學(xué)習(xí)金字塔可以看到，被動式的學(xué)習(xí)，知識留存率比較低，留存了不一定能融會貫通。學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂中，需要自己把知識講出來，在學(xué)習(xí)、加工、組織語言的過程中，主動學(xué)習(xí)的效果更好。安排學(xué)生檢索，例如超級電容有哪些應(yīng)用領(lǐng)域的資料，學(xué)生找到的內(nèi)容，教師都不知道，實現(xiàn)了教學(xué)相長。教師從學(xué)生的講述能夠判斷他們是否真正理解了相關(guān)原理，在現(xiàn)場給予反饋性評價和糾正。

在疫情期間，翻轉(zhuǎn)的效果非常好。教師讓學(xué)生自己做講解視頻，有知識點講解的，也有習(xí)題講解的。學(xué)生一方面對做視頻很感興趣，而且可以讓每個人都做，放到線上平臺，他們也會去看別人做的，也可能是待在家里無聊，所以他們在做視頻、看視頻的交流中，反而比線下翻轉(zhuǎn)的時候更多更好。

在做視頻講解的過程中，完成了老師的所知所行，轉(zhuǎn)化為學(xué)生的所知所行，同時還有同伴之間的良性循環(huán)。

2.2.2?小組學(xué)習(xí)——以學(xué)生為主體的合作探究式學(xué)習(xí)

在課堂教學(xué)中，使用小組討論的方式，進一步加強學(xué)生之間學(xué)習(xí)的促進作用。結(jié)合PBL問題學(xué)習(xí)的方法，學(xué)生分組討論、做題，在討論課上進行交流，提問題并相互解答。

在目標達成度調(diào)查中，使用PBL的教學(xué)方式，學(xué)生認為對“已經(jīng)掌握相應(yīng)內(nèi)容”的描述選擇“非常同意”和“同意”的，分別為24.21%和50.53%，比未使用PBL時的21.05%和45.26%，有明顯增長。

2.2.3?思維導(dǎo)圖——自主知識脈絡(luò)的梳理和內(nèi)化

教師在講授的時候，雖然是某一個知識點，但是關(guān)聯(lián)的是整個知識架構(gòu)，教師前因后果清晰，講得通透，學(xué)生聽得順暢。但是只靠聽課，這些知識能融入學(xué)生知識架構(gòu)里的內(nèi)容有限。在前面學(xué)生主動學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生課后畫出思維導(dǎo)圖，可以幫助學(xué)生自主實現(xiàn)知識脈絡(luò)的梳理和內(nèi)化，完成知識體系的構(gòu)建。

2.3?學(xué)生學(xué)完不會用，考完就忘

以前學(xué)生學(xué)完了不會用，考完就忘了，等到專業(yè)課要用的時候，學(xué)生經(jīng)常會說，這個電工技術(shù)沒學(xué)過。究其原因是學(xué)生的知識沒有轉(zhuǎn)化為能力，所以會遺忘。

針對這個課程痛點，本課程采用與學(xué)科競賽相結(jié)合的工程實踐，安排項目式教學(xué)。教師使用項目式教學(xué)，結(jié)合智能車和電子設(shè)計大賽，安排一些相關(guān)的、簡化的工程實踐項目。讓學(xué)生通過項目技術(shù)要求，自己設(shè)計電路，用面包板連接電路，進行項目報告總結(jié)，把知識轉(zhuǎn)化為能力，強化記憶。

3?教學(xué)設(shè)計與創(chuàng)新點

為了解決上述課程痛點，課程團隊結(jié)合課程目標對課程教學(xué)進行了整體設(shè)計，采用如下創(chuàng)新點。

3.1?基于BOPPPS模型的線上線下混合式教學(xué)設(shè)計

為了解決上述問題，教學(xué)團隊將OBE教育理念引入教學(xué)實踐中，將課程內(nèi)容按照教學(xué)目標重新規(guī)劃，全面更新教學(xué)大綱、教學(xué)方案、教學(xué)課件、線上課程等教學(xué)材料，設(shè)計了基于BOPPPS模型的線上線下混合式教學(xué)方式，將教學(xué)實施過程分為導(dǎo)入、目標、前測、參與式學(xué)習(xí)、后測、總結(jié)6個環(huán)節(jié)，線上資源使用SPOC和學(xué)習(xí)通為主，線下課堂采用問題驅(qū)動、理實一體、項目式教學(xué)的方法，保證學(xué)生深度參與教學(xué)全過程?；贐OPPPS模型的線上線下混合式教學(xué)實施流程見表1。

總結(jié)任務(wù)發(fā)布線上提交任務(wù)反饋思維導(dǎo)圖項目報告知識內(nèi)化

下面以三相異步電動機的繼電接觸器控制內(nèi)容為例，介紹混合式教學(xué)實施流程。

3.1.1?導(dǎo)入

線上活動在SPOC發(fā)布導(dǎo)學(xué)任務(wù)、問題清單，教師進行線上資源整合，發(fā)布知識點講解視頻，以學(xué)生喜聞樂見的微信推送、B站視頻等方式發(fā)送背景知識閱讀資料，進行問題采集。

線下活動使用問題牽引的方法，通過與專業(yè)相關(guān)的工程應(yīng)用項目，導(dǎo)入相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容。

對軌道專業(yè)的同學(xué)，以世界高鐵里程數(shù)第一的中國高鐵為例，導(dǎo)入三相異步電動機的控制電路問題。插入思政內(nèi)容，通過中國高鐵人在進行“復(fù)興號”知識產(chǎn)權(quán)自主化的過程中，刻苦鉆研、不懈奮斗、克服電氣控制技術(shù)難題的奮斗過程，讓學(xué)生認識到技術(shù)標準在行業(yè)競爭中的重要性，看到實驗、實踐的重要性，引導(dǎo)學(xué)生形成設(shè)計電路完成后用仿真驗證和工程實踐的素養(yǎng)。

3.1.2?目標

線上活動在SPOC發(fā)布易于從學(xué)生角度衡量的學(xué)習(xí)目標，把學(xué)習(xí)目標分解為知識目標、能力目標、工程素養(yǎng)目標。

3.1.3?前測

通過學(xué)習(xí)通APP發(fā)送前測習(xí)題，針對控制電器符號、作用等事實性知識點的記憶情況和保護設(shè)備的功能等概念性知識點的理解情況進行檢測。根據(jù)答題情況針對學(xué)生摸底測試的概念性錯誤進行統(tǒng)一的簡單講解，進行概念修正。

3.1.4?參與式學(xué)習(xí)

對繼電接觸器控制電路的本質(zhì)及常用控制電器進行概念性串講，對繼電接觸器控制電路的特性進行知識性串講，對正反轉(zhuǎn)控制電路進行復(fù)習(xí)性串講，對繼電接觸器控制電路的設(shè)計原理結(jié)合機場行李傳送帶的工程應(yīng)用進行串講，對每一個教學(xué)內(nèi)容布置分組作業(yè)、討論、項目式任務(wù)，教師根據(jù)相應(yīng)任務(wù)中的學(xué)生反饋，再對教學(xué)內(nèi)容進行反饋性總結(jié)講解，對學(xué)生的錯誤認知進行修正，確保在細節(jié)和重點上學(xué)生能理解到位，教師點評和學(xué)生互評結(jié)合，給定表現(xiàn)分數(shù)。

沉浸式深度學(xué)習(xí)。學(xué)生獨立完成前測和后測習(xí)題，分組完成控制電器符號繪制、直接啟動停止電路故障分析、正反轉(zhuǎn)控制電路故障分析、基于賽道識別電路的電動機控制項目式任務(wù)，達成對控制電器、控制電路原理等知識型目標的識記，電氣讀圖、故障分析等能力型目標的應(yīng)用和分析能力，項目實踐和嚴謹踏實的工程素養(yǎng)型目標的評價和創(chuàng)新素質(zhì)。

3.1.5?后測

常用控制電器應(yīng)用和基本控制電路的考察，檢驗學(xué)生對知識能力目標的達成情況。

3.1.6?總結(jié)

針對本次課內(nèi)容進行小結(jié)，直接啟動停止電路-正反轉(zhuǎn)控制電路-順序控制電路，通過歸納教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生整理思路，安排學(xué)生課后完成思維導(dǎo)圖的繪制任務(wù)和項目報告的撰寫，實現(xiàn)體系遷移。

3.2?線上線下雙閉環(huán)的過程評價

針對基本電工概念和原理等知識型目標，采用學(xué)生線上SPOC學(xué)習(xí)為主，線下課堂教師使用學(xué)習(xí)通APP發(fā)送測試題，了解學(xué)生的識別、記憶情況，針對答題情況進行反饋性講解，實時修正學(xué)生的錯誤記憶。

針對定理應(yīng)用、電路分析設(shè)計等能力型目標，采用問題驅(qū)動的方法，以線下討論式教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂為主，教師主要完成討論和翻轉(zhuǎn)主題的設(shè)計，引導(dǎo)討論過程，結(jié)合現(xiàn)場討論和翻轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的共性錯誤進行反饋性講解，強化學(xué)生能力培養(yǎng)。

針對工程素養(yǎng)型目標，以項目式教學(xué)為主，教師結(jié)合智能車等學(xué)科競賽，將項目類別劃分為元件級、單元級、系統(tǒng)級，以工程項目作為理論教學(xué)的擴展，讓學(xué)生成為教學(xué)的主體和中心。通過項目式教學(xué)，實現(xiàn)課程的挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念和解決復(fù)雜工程問題的能力，為學(xué)科競賽輸送更多人才。

翻轉(zhuǎn)課堂和討論式教學(xué)配合項目式教學(xué)，通過SPOC、學(xué)習(xí)通等現(xiàn)代信息手段在線上和線下教學(xué)中實現(xiàn)及時反饋，數(shù)據(jù)驅(qū)動教學(xué)，覆蓋課前-課上-課后的每個教學(xué)環(huán)節(jié)，調(diào)整個性化教學(xué)方案，實現(xiàn)全課程過程化考核。

線上內(nèi)容主要針對理論學(xué)習(xí)，電路符號、基本原理和分析方法，結(jié)合線上測驗，檢查學(xué)生的理解記憶情況，閉環(huán)實現(xiàn)過程評價。線下內(nèi)容安排參與式討論，通過對電路的仿真優(yōu)化、故障分析實現(xiàn)知識體系遷移，通過線下項目輸出，學(xué)生自己動手設(shè)計和制作電路，把知識轉(zhuǎn)化為能力。線上線下活動實現(xiàn)雙閉環(huán)進行混合式過程評價。

課程成績組成：線上成績25%，線下成績75%。線上課程成績25%，按照SPOC視頻完成度、線上習(xí)題測驗、討論反芻比等情況綜合評定；線下75%，平時成績25%，按照課堂翻轉(zhuǎn)表現(xiàn)、課內(nèi)實驗、課后作業(yè)、項目制作完成度等情況綜合評定，期末考試50%，與非混合式教學(xué)班級一起參加課程統(tǒng)一考試。

4?教學(xué)效果

經(jīng)過6年的課程迭代和教學(xué)設(shè)計完善，課程基本實現(xiàn)：通過內(nèi)涵思政內(nèi)容的導(dǎo)學(xué)，解決“為什么學(xué)”和“為誰而學(xué)”的問題，通過線上SPOC課程解決“學(xué)什么”的問題，滿足個性化學(xué)習(xí)要求，在參與式學(xué)習(xí)中，通過信息化智慧教學(xué)解決“學(xué)得怎么樣”的問題，在項目式教學(xué)中，解決“學(xué)了怎么用”的問題，進行高階工程思維訓(xùn)練。

4.1?學(xué)生成果

近5年開展混合式教學(xué)的班級，在考試卷面平均成績上都高于普通班。授課學(xué)生近3年參加全國大學(xué)生電工技術(shù)基礎(chǔ)知識與創(chuàng)新競賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽、“恩智浦”杯智能汽車競賽等學(xué)科競賽，獲國家級獎項28項、省市級獎項50項。

4.2?學(xué)生評價

在混合式教學(xué)之初教學(xué)團隊很擔心，因為很折騰學(xué)生，但是結(jié)果比想象的要好。學(xué)生的評價基本都是正面的，有的同學(xué)說“覺得老師教得挺好的，也見識到了‘花里胡哨的威力，希望老師發(fā)明更多的教學(xué)方法”，有的同學(xué)說“我的收獲其實還是蠻多的，收獲了更多的學(xué)習(xí)伙伴，從線上課上收獲了好多新的知識，有些地方也吸引了我，讓我不知不覺地去百度汲取更多與之相關(guān)的知識”。

4.3?專家評價

本課程教學(xué)方法和實施效果得到校內(nèi)外專家認可，主講教師和教學(xué)團隊獲得2019年全國高校電工學(xué)課程教學(xué)競賽一等獎，首屆上海市高校教學(xué)創(chuàng)新競賽三等獎、教學(xué)學(xué)術(shù)創(chuàng)新獎。教學(xué)團隊受邀在2020年上海市電工學(xué)年會作大會報告，電工技術(shù)2019年被列入第一批校級“金課”培育計劃，第一期考核結(jié)果被專家組評為“優(yōu)秀”，2019年立項為上海市重點課程建設(shè)項目，同年被學(xué)校推薦申報國家級線上線下混合式一流課程，2022年被認定為校級“金課”。教學(xué)方法應(yīng)用到電子技術(shù)課程，2019年上海市重點課程建設(shè)項目結(jié)題優(yōu)秀成果，2020年被認定為上海市線上線下混合式一流課程。

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