“电路与系统”课程混合式教学初探

高辉 童莉 舒君 孙艳敏

摘要“电路与系统”课程混合式教学改革旨在借助慕课资源、雨课堂工具，以翻转课堂为载体，增设实训环节，从而实施以学生为中心的教与学模式。经过两个学期的教改实践，混合式教学可以充分激发学生主动学习的热情，使学生参与到课程学习中的每一个环节，从而达到良好的教学效果。

关键词 电路与系统 慕课 雨课堂 混合式教学

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.26.036

The Preliminary Study on B-learning Model of Circuit and System

GAO Hui， TONG Li， SHU Jun， SUN Yanmin

（PLA Strategic Support Force Information Engineering University， Zhengzhou， Henan 450001）

AbstractThe B-learning reform of "Circuit and System" course aims at taking flipped classroom as the carrier with the help of MOOC platform and rain classroom tools， additional the practical training. They may complement each other， and further realize the student-centered teaching. After two semesters of teaching practice， this B-learning model fully arouses students’enthusiasm， so that they need participate in every part of the course. Thus it will achieve good teaching effect.

KeywordsCircuit and System； MOOC； rain classroom； B-learning

0引言

“電路与系统”课程作为电类核心基础课程，是将“电路分析基础”和“信号与系统”整合的一门课程，是电子、通信、电气工程学科各专业重要的专业基础课，为“现代电子线路”“数字技术基础”“自动控制原理”“数字信号处理”和“通信原理”等后续课程的学习和毕业后进一步从事电子工程技术、计算机技术工作奠定了必要的理论基础。“电路与系统”包括“电路分析”和“信号与系统”两部分内容，通过课程学习使学生在充分理解理论知识的基础上，逐步形成理论联系实际的工程观点，旨在系统培养学生的科学思维能力和创新能力。

混合式教学（B-learning）是将线上线下相结合的一种新型教学形式，发挥了在线教学和传统教学的优势，激发学生课前、课上和课后的有效学习行为，借助慕课资源（MOOC）、雨课堂（Rain Classroom）工具，以翻转课堂为载体，实施以学生为中心的教与学模式，即教学内容、教学环境、教学方法的选择和实施，是对教师施教层面的考虑；课前预习、课上讨论、课后总结讨论的闭环过程，是对学生层面的考虑，这些是围绕学生发生有效学习行为而专门设计的。[1]

“电路与系统”课程的授课对象为大学二年级本科学生，教师在教学中需要结合学生的认知规律，以建构主义为主要特征，以价值塑造、能力培养和知识传授“三位一体”的方式进行人才培养。通过2019年和2020年两个学期教学实践，尝试针对学生数量在20人到40人之间的线上线下混合式教学模式改革，从而更为深入的理解和研究了混合式教学的设计和实践过程。

1教学准备

为保证混合式教学改革的顺利实施，教学前的准备工作必不可少，主要包括两个方面。

1.1教师准备

教师的学识水平和如何实施混合式教学是教学改革成功与否的前提条件，在开展混合式教学模式改革之前，教师应在国内知名的互联网慕课教学平台上进行“电路”课程和“信号与系统”课程的慕课学习，不仅可以有效提升自己的教学水平，而且能够进一步提高自己的教学深度和知识广度。授课教师通过在线学习已取得了清华大学“电路原理”、西安交通大学“电路”、东南大学“信号与系统”和西安电子科技大学“信号与系统”的慕课证书。同时还需要深入钻研教学内容，不断更新教学理念，“电路与系统”课程不是电路、信号与系统课程的简单结合，不能割裂成两个部分，要将知识体系化，融会贯通电路与信号的基本知识和分析方法。

1.2学生准备

根据学校的教学大纲、开课时间和学生自身情况需要，2019年课程开设期间要求学生学习清华大学“电路原理”部分慕课资源；2020年要求学生参加学堂在线平台上西安交通大学的“通过实验学电路”慕课和中国大学MOOC平台西安电子科技大学“工程信号与系统”。学生可以在课前或课后自主进行线上同步学习，参加每周测验并将分数提交至雨课堂，计入平时成绩。

2教学环节

教学实施环节中建立雨课堂授课班级，从而实现“双通道教学”和“全景式记录”的多元化教学方式。具体从课前导学、课上教学和课后反思三个方面实施教学。2019年秋季学期和2020年秋季学期二次开展线上线下混合式教学，其中2019年主要采用慕课平台和雨课堂教学，2020年采用慕课平台和雨课堂工具的同时加入实践环节实施教学。

2.1课前导学

学生通过推荐的网络慕课平台预习“电路”“信号与系统”等课程所学章节。同步参阅教师在雨课堂平台课前推送教学PPT和预习题。教师可以根据雨课堂统计的答题情况和学生课前反馈，实时了解学生对预习知识的理解，及时修订课堂教学的实施计划。

课前导学可以采用三种有效促进学生学习的方式：一是问题驱动，学生通过MOOC平台预习“电路”“信号与系统”等优质网络教学资源，根据预先所学知识提出问题，使学生带着问题去学习和思考，从而加深对新知识的理解和应用；二是文献驱动，根据奥本海姆原版“信号与系统”英文书中找出关键词汇，搜索相关综述性学术文献，从而归纳总结出新知识。引导学生探索解读新技术，紧跟前沿科技发展；比如学习卷积积分时通过关键词卷积（Convolution），引入深度学习和人工智能的知识体系，探究卷积神经网络和课程中学习的卷积知识有什么关联，培养学生科学的怀疑精神和实证精神，实现与课程思政的有机结合；三是项目驱动，根据生活中的现象理论联系实际，引发学生深入思考，后续进行相关课程实践和撰写科技小论文。

2.2课上教学

通过研究“电路与系统”课程重要概念和经典理论，选择有针对性的章节在课堂教学上用雨课堂进行实时翻转，在现实课堂中开展答疑互动，弹幕交流，加深学生对重难点知识的理解。同时以“立德树人”为目标，将思政理念融入课程教学中，全面提升学生的素质，将马克思主义科学观融入教学过程中，发挥学生的主体性，以问题导向进行教学，培养学生正确的科学观，进一步影响人生观和价值观。[2]要求学生分组讨论，培养学生团队协作精神，和传统的教学模式不同，雨课堂有效营造了生动活泼的课堂气氛，实现更好的教学效果。

课堂教学可以采用多种方法手段相结合的多元化教学模式，如案例法、探究法、推演法，借助MATLAB分析、Multisim仿真、Flash动画、图形演示等工具，增强教学内容的趣味性，丰富课堂教学环节。仿真教学被广泛地应用于实践与理论相结合的教学活动中，针对具体案例，借助计算机仿真实践，深化内涵结合实例，引导学生构建从理论知识到实际应用的桥梁，培养主动学习的思维和学以致用的习惯养成。

在教学过程实施完成后，雨课堂可以自动推送课后小结，包括学生在课堂上的学习反馈等有效数据，结合学生的课上答题情况（弹幕和题目推送），初步掌握学生对所学内容的理解情况和学习效果，为后续的课程总结和改进做好数据支撑。

2.3课后反思

课后反思是在教学课堂实施过程后进行答疑和实训，如图1所示。

教师课后在雨课堂上进行在线批改，学生能在第一时间内得到教师评语和评分，学生提出问题，教师能够做出及时有效的反馈。同时根据课程学习进度和学生自身学习情况布置开放性习题，比如实践课之前进行Multisim仿真实验，进一步促进理论与实践相结合。

同时将思维导图引入到课程教学中，能有效帮助学生思考各个知识点之间的内在联系，建立起清晰准确的知识架构，使学生更快地掌握所学知识点，对所学知识的理解和应用具有系统性和条理性，从而有效提高了学习效率。[3]

3教学示例

以动态电路知识单元为例简述如何开展混合式教学改革实践。动态电路教学目标是让学生理解动态电路概念、重点掌握一阶电路的分析方法即三要素法。动态电路单元课上5个学时，线上慕课自主学习时间约1.5-2个学时，线下自主学习和实训时间约6-8个学时。

培养学生的知识构建能力，将思政融入课程教学。三次课前导学，第一次为翻转课堂做准备，让学生通过慕课学习对电容和电感的概念有初步的理解和认识，为掌握一阶电路的分析方法打下良好的基础。第二次采用问题驱动的方式，根据生活中的汽车点火现象得出一阶电路模型，计算动态电路的初值。第三次采用科技驱动的方式，引用清华大学于歆杰教授“电路原理”慕课中现代军事武器-电磁轨道炮作为背景，[4]军事应用可以使学生更为深入的理解动态电路，同时通过查阅国内外电磁轨道炮的发展情况，激发学生的爱国热情和科研创新能力，达到课程思政的效果。

培养学生的思辨创新能力，将多元化教学模式引入课堂教学。

第一次课上教学实施课堂翻转，首先电容和电感知识由学生进行讲解，课上采用互动的教学方式，培养学生的科学思维能力。然后通过雨课堂推送习题巩固电容和电感的特性，学生自己讨论总结出电容和电感之间存在对偶关系，培养了学生的思辨创新能力。最后由学生观察收音机散件，让学生认识生活中的电容和电感，充分理论联系实际。

第二次课上教学探究实践采用Multisim仿真软件等多元化教学模式，加强学生对知识的理解。引导学生用思维导图将所学的知识串联起来，将理论知识体系化，通过自己的理解绘制思维导图，将电容和电感的概念区分开，对容易混淆的问题进行归纳总结，起到事半功倍的效果。

培养学生的工程认知能力，将科学素养和专业精神贯穿到实践教学。课后反思是在教学课堂实施过程后进行答疑和实训。第二次课后由学生自主完成西安交通大學慕课动态电路测验，检验理论学习效果。第三节课后进入收音机组装的实训环节，学生通过分组进行收音机组装和提交报告，切实提高了学生的工程认知能力和动手操作能力，提升了学生的科学素养和专业精神。

4教学评价

教学评价从两方面入手，一方面是基于雨课堂设计调查问卷，得到学生反馈和对教学的评价。从学生评价来看，学生反馈一：“上课方式新颖，一开始不太适应，使用一段时间后感觉不错，课上没听懂的知识点课下通过慕课进行补充，感觉知识点更清晰，更容易贯通。”学生反馈二：“跟传统的教学方式有较大区别，是全新的授课方式，能提高自己的学习兴趣，提升了课堂积极性。一是可以在课前做好预习，会主动对自己不懂的地方查阅资料；二是翻转课堂可以提升自己的学习能力，建议适当增加其频率次数。”学生反馈三：“经过努力终于把收音机组装好了，组装过程让我明白了实践出真知，我逐渐找到了焊接的简单方法，完全掌握了焊接的技巧，感觉很有收获。实践环节对学生的动手操作能力很有帮助，让学生在课堂之外享受到学习的乐趣，提高了动手操作能力，享受到团队的协作努力，很有意义。”

另一方面是针对学生的多元化评价方式，课程考核方式包括阶段性考核（作业、课堂表现、课后实践、平时测试和期末考核）。2020年课程的阶段性考核主要包括思考研讨（翻转课堂准备和提问环节）、实训考核（收音机组装等实践项目），电路阶段性测试和混合式教学中雨课堂记录的学习效果反馈数据，过程性的考核方式对激发学生的学习主动性起到了很好的激励作用，进一步实现多元化的课程考核方式和学习评估过程。

从学生成绩来看，2019年参加混合式教学改革的学生成绩平均分与其他未参加学生的平均分持平，优秀率高出9%，课程最高分97分的学生参加了混合式教学改革；2020年深入开展混合式教学改革并增设实训环节后，综合平时考核和期末考试成绩，参加混合式教学模式改革的学生总体成绩高于未参加的学生，参加混合式教学模式改革的学生成绩都在60分以上，80分以上的学生比例达到80%，同时平均分高出总体学生平均分5分，课程教学效果显著。

5结束语

2018年9月教育部发布的“关于加快建设高水平本科教育，全面提高人才培养能力的意见”（“新时代高教40条”）中，首次提出推动课堂教学革命的说法，并指出重塑教育教学形态中要以现代信息技术推动高等教育质量提升的“变轨超车”，其中关于推动课堂教学革命有“构建线上线下相结合的教学模式”的明确描述。[5]由此可见基于慕课与雨课堂翻转相结合的这场智慧教学的变革，将成为混合式教学模式改革的重要手段。

混合式教学模式把传统学习方式的优势和网络化学习的优势结合起来，采用慕课平台实现线上学习，雨课堂工具实现线上线下学习与效果反馈，一方面发挥了教师引导教学过程的主导作用，另一方面充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性和创造性，提高学生的科学思维能力和思辨创新能力，同时增加实训环节，深入理论联系实際，培养学生的学习兴趣，切实提高学生的工程认知能力。“电路与系统”课程混合式教学模式改革秉承在培养学生核心竞争力的同时，将爱国主义教育、文化自信、社会责任、创新精神融入课程的学习中，进一步拓展混合式教学改革模式，实现以学生为中心的教与学。

参考文献

[1]于歆杰主编.以学生为中心的教与学[M].北京：高等教育出版社，2017.

[2]杨玉照.“电路分析基础”课程思政教学探索与实践[J].教育教学论坛，2021（14）：77-80.

[3]林莹，袁雷，陈姝，马丽梅.思维导图在“电路与信号分析”课程中的应用初探[J].工业和信息化教育，2018（8）：38-41.

[4]朱桂萍，于歆杰，陆文娟.电路原理[M].北京：高等教育出版社，2016.

[5]蒋玉龙主编.复旦大学“以学为中心”的混合式教学案例集[M].上海：复旦大学出版社，2020.