基于实验项目的翻转课堂在电路实验教学中的应用

刘景艳，李玉东

(河南理工大学 电气工程与自动化学院,河南 焦作 454000)

电路实验是一门独立开设的实验课,是与电子信息类专业基础课程电路理论配套的实践环节,是实践教学不可缺少的组成部分。该课程与实际器件和具体电路联系紧密,对学生的动手能力和实践创新能力要求较高[1-2]。但现在该课程设置的实验内容基本是对电路理论课堂已经讲授的基本定律和定理进行验证,综合性和创新性实验项目较少,并且教学模式单一,缺乏学生独立思考和自行解决问题的环节,学生的自主学习能力和实践创新能力无法得到很好的锻炼。因此,如何激发学生的学习主动性,使学生的实践创新能力得到有效的提高是亟待解决的问题。

“翻转课堂”(flipping classroom)的核心就是以学生作为学习的主体和中心,构建个性化学习环境,将知识传授放在课堂外,将知识内化的过程放在课堂内[3-4]。电路实验课程中的实验项目主要包括实验目的、实验原理、实验所用仪器和数据处理与分析等固定模块,其知识点多且逻辑性不强,这些特点使得电路实验非常适合翻转课堂的教学模式。本文将分析目前电路实验教学中存在的问题,探讨基于项目的翻转课堂模式在电路实验教学中的应用,并以实验项目 “叠加原理”为例,具体阐述该教学模式的实施过程。

1 电路实验教学中存在的问题

近几年,随着实验教学改革的深入,实验效果有一定的提高,但仍存在不少问题和不足。经分析,导致电路实验课程教学效果不理想的原因主要有以下3个方面。

1)学生对电路实验课程不够重视。

学生在进行实验前,没有深入思考实验项目的目的及相关内容,在实验过程中只是按照电路图进行连线,记录数据,没有对实验原理进行分析,缺乏创新意识和探索精神,分析问题、解决问题的能力得不到锻炼[5]。

2)教学内容固定,教学模式单一。

实验教学忽略了学生的个体差异,很难调动学生的学习积极性和主动性。比如,对于电子信息类专业,河南理工大学电路实验课程主要开设的实验项目包括基尔霍夫定律、叠加定理、一阶电路过渡过程和日光灯电路等,无法体现电气、自动化、电信和电仪等不同专业的教学侧重点[6]。

3)电路实验课程的考核和评定方式不完善。

目前,学校大部分实验仍采用 “电路操作过程＋运行结果＋实验报告”的评价方式。由于实验过程中教师无法掌握每位学生的实验情况,存在学生之间帮忙操作和接线的现象,并且提交的实验报告也存在着数据抄袭现象。因此,教师评定的实验成绩就很难客观地对学生的实践能力做出评价。电路实验效果鱼骨图如图1所示。

图1 电路实验效果鱼骨图

2 翻转课堂实验教学模式构建

翻转课堂教学模式是让学生成为学习的主体,使学生通过教学视频、实验项目案例、微课和QQ群等在线平台进行知识的学习,教师则通过对学生学习活动的组织和引导,使学生完成知识的内化[7-9]。

如图2所示,基于实验项目的翻转课堂实验教学模式主要由课前学习模块、课堂实验模块和评价反思模块三部分组成。

1)课前学习模块。

教师进行实验项目的设计与实验任务的发布,准备相关教学资源；学生进行课前预习并进行实验预习情况测验。

图2 基于实验项目的翻转课堂实验教学模式

2)课堂实验模块。

教师对学生的实验过程进行个性化的指导和答疑解惑,保证学生在交流与合作中完成知识的内化。

3)评价反思模块。

学生根据实验情况进行实验总结与实验效果的评价；教师则对学生的实验过程进行总结,结合学生的实验情况和课堂表现给出本次实验的评测结果,及时对实验项目和实验方案做出相应的调整和优化。

3 电路实验翻转课堂教学案例设计

以电路实验课程中 “叠加定理”实验为例,说明电路实验翻转课堂的教学设计过程。叠加定理是线性电路中的重要定理,用来计算线性电路中的电流和电压。通过该实验项目的学习,深化学生对叠加定理的理解。教学设计过程依照电路实验翻转课堂的过程进行。

3.1 课前学习模块设计

教师首先根据教学内容与目标设计实验项目,制作实验项目教学案例,根据需要录制微课并制作教学课件,然后在网站上发布实验任务。学校的电路实验学习网站如图3所示。

图3 电路实验学习网站

学生登录电路实验学习网站,学习相关教学资源,进行实验项目的预习,并对预习情况进行预习测试。课前学习模块如表1所示。

表1 课前学习模块表

3.2 课堂实验模块设计

课堂实验模块分为个人实验、小组讨论和总结提高三个阶段。1)在个人实验阶段,教师首先简单介绍实验安排和实验方案,并给出实验中所需器件的参数,学生可与自己的实验方案进行对比,自由交流讨论,也可以针对有疑惑的地方向教师提问,教师引导学生思考解决遇到的各类问题[10]。2)在小组讨论阶段,根据课前分组的3人学习小组,针对叠加定理的适用条件、验证电路设计等相关问题开展小组讨论,每位同学扮演不同的角色,其中负责人1名(负责总结此次实验)、记录人1名(负责记录此次实验的讨论情况)和操作人1名(负责本次实验的再次操作)。3)在总结提高阶段,教师根据对学生个人实验情况和小组讨论的观察,组织各学习小组进行总结。这种实验模式极大地提高了学生的动手能力,使学生更加关注实验操作过程和实验结果的讨论[11]。

3.3 评价反思模块设计

评价反思模块从学生和教师两方面进行。

学生完成实验后,根据实验情况,进行实验小结,将自己遇到的问题和注意事项与他人分享,并且对该次实验的教学效果进行评价[12-13]。

教师根据实验情况,对实验中的重点和难点进行梳理和总结,并对该次实验的效果进行调查,采取发放问卷、访谈、在线平台数据统计等方式,就学生对知识的理解程度、实验的兴趣与积极性、参与讨论和交流程度等方面进行问卷调查,从而优化实验方案。问卷调查结果统计如表2所示。

表2 2015级翻转课堂问卷调查统计表

1)学生对知识的理解程度情况如图4所示。从图中可知,60名学生中,有超过90%的学生表示 “满意”,不超过4%的学生表示 “不满意”。大部分学生认为对知识的理解达到了很好的效果。

图4 对知识的理解程度调查情况分析图

2)对实验的兴趣性与积极性的评价,大多数学生认为实验的兴趣性与积极性得到了提高,仅有3%的学生认为效果不好。

3)对参与讨论和交流程度的调查,如图5所示,在60名学生中,满意率超过了95%,仅有1%的学生表示不满意。这说明多数学生都参与了讨论与交流。

图5 对参与讨论和交流程度调查情况分析图

4)对课前学习内容的调查显示,多数学生对教师所准备的内容表示满意,但在2015级自动化1班中,还有7.1%的学生表示不满意,不满意率在所有调查项目中是最高的,说明教师应对课前学习内容进行改进。

5)对实验效果的整体评价表明,多数人对实验效果表示满意,只有不超过3%的学生对实验效果不满意。

通过对上述问卷调查表的分析可知,基于项目的翻转课堂在电路实验教学中的应用效果良好。

4 结束语

翻转课堂作为一种新兴的教学模式,它 “翻转”的不仅仅是教学结构,更重要的是通过对知识传授和知识内化的颠倒安排,改变了传统教学中的师生角色。将基于项目的翻转课堂应用于电路实验课教学中,能够提高学生学习的积极性和主动性。多样化的学习方式使得学生的科学素养、创新意识、动手能力和团队合作精神得到大幅度提升。