学科思维导图结合微课的模拟电路实验SPOC教学探索

赵 瑞, 宗晓萍, 丁帮福, 张 欣

(1. 河北大学 电子信息工程学院, 河北 保定 071002；2. 河北大学 教务处, 河北 保定 071002)

小规模限制性在线课程(small private online course,SPOC)是继2012年大规模开放式课程(massive open online courses,MOOC)之后出现的一种“线上+线下”的混合式教学模式。相对MOOC的Massive与Open,SPOC的特点是Small与Private,是在MOOC基础上的延展与创新。SPOC继承了MOOC线上教学的优势,克服了MOOC制作成本高、学习管理不足、学习体验不佳等缺点,针对教学对象设计线上资源和线下教学活动,非常有利于教师因材施教,培养学生自主学习能力和开展启发教学实践[1]。本文探索在模拟电路实验教学中进行SPOC教学改革。

1 模拟电路实验教学中存在的问题

模拟电路是电子信息类专业的三大支柱课程之一,高校普遍采用“理论+实验”的模式开展教学[2-3]。模拟电路实验是巩固学生所学理论、探索科学规律、启迪学生培养自主学习能力和树立工程实践观念的重要载体,在人才培养中期起着重要的作用[4-5]。

传统的实验教学中,教师需讲解实验原理、演示实验方法,学生按照实验指导书进行实验。这种教学模式存在的问题是：(1)教学内容孤立、零散,不利于学生理解、记忆和应用探究；(2)以“教”为主,不利于调动学生积极性和培养学生的实验能力；(3)实验考核形式单一,实验报告较少涉及知识点间关联、实验方法探究。我校曾实施“实验独立设课[6-7]”“分层次实验教学[8]”等实验教学改革,但对于学生摆脱机械式学习方法、构建知识体系、提高解决实际问题的能力方面仍不尽如人意。

2 学科思维导图和微课

2.1 学科思维导图

思维导图(mind map)[9]又叫心智图,是借助“图”的形式直观呈现人类大脑的放射性思维过程。通过将大脑思维可视化,激发人的想象力和创造性思维。2002年,华东师范大学教学团队提出“学科思维导图(subject mind map)”的概念,继承了思维导图的主要元素和表现形式,结合学科的内在规律,强调概念间的逻辑关系,被称为“转基因”的思维导图,是提升教师的教学效能和学生学习能力的高效学习工具[10],恰到好处地体现了以学生为中心,倡导系统思维、发散思维和知识迁移、创新能力的培养。

英国心理学家奥苏贝尔指出：知识结构的存在有助于理解和记忆以及问题解决[11]；美国心理学家布鲁纳认为,联系已有知识来学习新知识有助于理解记忆和形成知识迁移能力[12]。模拟电路实验安排在理论教学后,学生已具备“旧知识”,实验教学目标则可视为“新知识”。理论上,借助学科思维导图可建立新、旧知识的关联[13],启发学生探索深层次知识链、问题链,培养科研创新的敏感性。

2.2 微课

微课(Microlecture)[14],是指以短视频(一般时长5～10 min)为主要载体,包含课件、测验、反思、点评等相关学习资源,是针对某一教学难点或重点精心设计的、主题突出、短小精悍、形式多样的碎片化、情境化、数字化的教学资源。微课不受时间和空间限制、易于在线开放共享,满足学生个性化学习需求,还便于开展自主学习和探究性学习,是课堂教学的有效延伸。

因此,在模拟电路实验教学中合理运用学科思维导图与微课开展SPOC教学,结合“线上+线下”教学活动,提高学生的自主学习能力、科研探究能力和实践能力。

3 模拟电路实验SPOC教学的可行性分析

3.1 教学目标与思维导图结合微课的一致性分析

对比模拟电路实验教学的目标、内容和教学过程与学科思维导图结合微课的特征、设计和表达方式,可得表1所示一致性特征。因此,学科思维导图结合微课应用于模拟电路实验教学,可得到更好的教学效果。

表1 模拟电路实验与学科思维导图结合微课的SPOC模式的一致性对比

3.2 开展混合式教学的软硬件条件

引入超星泛雅教学平台,创建了线上学习环境和交互平台。该平台能系统地记录学生的学习时长、学习次数、在线测验、实验报告等过程性数据,便于任课教师完善教学资源、在线指导和综合评定学生学习的效果等。就教学资源建设所需工具而言,思维导图制作工具比较多,比如Xmind、Novamind、Mindmanager等,操作界面简单且对操作系统和计算机配置要求不高,教师或学生可以根据学科特点选择适合的软件作为学习工具。微课的录制可根据实际情况而定,制作精良的微课需专业团队协助拍摄和剪辑,亦可借助录屏软件或用手机录制微课。

近年来,我校模拟电路实验教学团队一直关注信息技术在教学中的应用和实践,多次参加信息化技能培训,设计、制作了大量数字化教学资源,模拟电路实验课件和微课作品获2014年第十四届全国多媒体课件大赛河北赛区高教工二等奖、2015年河北省教育教学信息化大奖赛高等教育组三等奖、2017年第二十一届全国教育教学信息化大奖赛河北赛区高等教育组一等奖。

经过思维导图、微课、在线测验等教学环节,学生带着充分的知识储备去实验室,教师只需针对重点、难点及在线学习中的共性问题进行讲解,不占用学生太多的时间,还可因材施教进行个性化学习辅导和实施启发式教学。

智能手机的普及，功能丰富的微信、QQ等社交平台，移动通信和Wi-Fi网点全校覆盖,让学生在线学习和资料上传下载零负担,为学生在线学习提供了保障。

4 学科思维导图结合微课的SPOC教学探索

4.1 借思维导图和微课立体化呈现知识结构

课程整体思维导图(见图1)有助于建立课程的系统思维。以集成运算放大器为例,其知识点思维导图(见图2)结合微课,能立体化呈现课程知识结构,辅助学生理清教学目标及前导和后续知识的逻辑关联,有利于学生建立合理的知识架构,也便于学生自主学习和复习。

图1 模拟电路实验整体思维导图

图2 知识点思维导图(集成运算放大器)

4.2 按实验类型开展进阶式实验教学

教师根据实验类型的不同,采取“牵”“引”“放”策略,实现方案策划、思维拓展等自主学习,或者小组探究、讨论等,培养学生自主学习的能力。

(1) 在验证性实验中,教师设计思维导图和微课,介绍实验原理和内容,“牵”手学生学,让学生在验证性实验中使用思维导图,培养学生逻辑思维能力。

(2) 在综合性实验中,教师完成思维导图主干,末端开放让学生查阅资料完成思维导图和实验设计,“引”导学生学,让学生在综合性实验中练习绘制思维导图,启发学生主动思考和参与实验。

(3) 在设计性实验中,教师布置实验条件和实验目标,学生小组协作设计思维导图和实验过程、进行实验分析,“放”手让学生练,锻炼学生小组的协作能力,让隐性思维可视化,便于因材施教。

4.3 设计多元化实验考核办法

为了激励学生积极参与实验、主动思考,教学团队设计了过程性实验考核打分办法,如表2所示。依据实验类型设考核权重,综合学生在实验预习、操作技能、实验报告和思维导图、设计论文等情况给出实验成绩,激励学生自主学习和积极参与实践创新的学习热情。

表2 过程性实验考核打分办法

5 结语

在模拟电路实验教学中开展思维导图结合微课的SPOC教学改革,不仅可以立体化呈现知识结构,通过线上+线下的教学模式培养学生的自主学习能力和实践能力,还可将隐性思维可视化,让学生在看见“森林”的前提下研究“树木”,有助于建立理论与实践之间或者课程之间、学科之间的关联,对学生探究式学习和教师开展启发式教学创造了条件。