以专业为导向的“电工学”智慧课堂式教学探索

贲 彤，陈 龙

（三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌443002）

0 引言

随着云计算、大数据、人工智能等现代科技的迅速发展，高等教育领域涌现出如移动学习、微课、慕课、翻转课堂、智慧课堂等智慧教学新理念，教育的信息化和智能化发展成为发展趋势［1］。

“智慧教育”源于2008年IBM公司提出的“智慧地球（A Smart Planet）”，随后，大数据、云计算、移动互联网、物联网等技术飞速发展，促使智慧教育开始进入人们视野。

“智慧”侧重于互联化、智慧化以及感知化［2］。目前，国内学者对智慧课堂进行大量研究和探索。华东师范大学祝智庭教授提出翻转课堂的五大亮点，并由此提出智慧课堂的使用方法和设计思路［3］；唐烨伟等深入分析信息技术与教学融合，提出智慧课堂的构建方法，并运用案例进行验证与说明［4］；庞静文等根据智慧课堂支持深度学习的特点，构建了信息化的教学评价维度，设计了深度学习视角下智慧课堂的评价指标［5］；孙曙辉从智慧课堂入手，提出了基于动态学习数据分析的智慧课堂模式［6］。

目前国内学者对智慧教学的研究处于理论研究层面，对于实际的应用研究仍存在很多的不足。为了更为全面了解智慧课堂的研究现状，本文针对CNKI中国期刊全文数据库进行数据的统计，以“智慧课堂”为检索关键词，对近年来智慧课堂研究趋势进行分析，检索结果如图1所示，可知智慧课堂的起步晚，发展相对缓慢，目前尚处于初步发展阶段，自2012年以来，便一直稳步发展。

图1 智慧课堂研究趋势图

综上，随着新信息技术的发展及普及，智慧课堂将被越来越多的研究者和教育者关注和推广，未来，智慧课堂如同智慧地球、智慧城市、智慧交通等一样，成为教育领域的引领者。

本文将智慧课堂式教学应用于“电工学”教学改革中，针对非电类专业的“电工学”教学模式进行了较深入的探索，开展以专业为导向、结合工程案例模拟仿真的教学优化设计，同时，构建课程评价全面化、考核全程化、考核结果动态化的教学评价体系，能充分调动学生的学习积极性，深化“以学为中心”的教学改革。

1 非电类专业“电工学”教学的问题

我校非电类专业“电工学”课程涵盖了电气工程与电子信息工程两大学科的基本内容，授课对象包括机械工程、材料工程、控制工程、工业工程等专业本科学生，采用大班授课模式（每班约60～90人），通过课程学习，使非电类专业学生掌握必要的电气工程和电子信息工程基本概念、基本术语、基本原理、基本分析方法。目前，课题组“电工学”教学中存在以下问题：学科交叉融合不够，学生认同度低、实践内容少、学生创新设计受限、大班授课学生受关注低。因此，开展以专业为导向的课堂教学优化，通过仿真模拟、线上MOOC资源等的智慧课堂式教学改革，对于非电类专业“电工学”教学效果提升具有重要意义。

2 三峡大学教学课程改革与实践效果

基于上述问题，本文结合计算机仿真技术方法，将“电工学”与特定专业的交叉学科问题以工程实例的形式演示，提升学生对“电工学”相关概念的认知；结合MOOC线上教学平台与雨课堂等线上资源，采用分组讨论、线上线下学习等多种教学方式的混合式教学模式，调动学生自主学习的积极性；同时，通过网络线上资源对学生学习情况进行云存储并进行智能分析，与学生交流讨论，提高学习效率，实现智慧课堂式教学。这种教学模式使学生在学习“电工学”理论基础知识的同时，增强分析工程问题的能力，体会电工学在实际生活中的应用，提高学生的科研素养。内容如下：

2.1 以专业为导向的智慧课堂式教学理论

智慧课堂是借助现代教育技术开展“以学定教”的教学，与传统课堂的“先教后学”和基于教学视频应用的翻转课堂的“先学后教”不同，智慧课堂将移动技术与教学模式深度融合，通过直接、动态、即时的全过程学习数据，详实记录课前-课中-课后教学全过程，实现课堂内外多渠道、全过程的即时交流互动与反馈，以充分调动学生的学习积极性。

教师在设计教学环节前，应做好前期的理论分析，主要包括四个方面：学习对象分析、学习内容分析、学习环境分析和学习资源设计，前期理论分析图如图2所示。

图2 以专业为导向的智慧课堂式教学理论分析

2.2 智慧课堂式教学过程

教学过程是前期分析结果在现有资源上的实际应用，是整个教学模式的核心，关系到智慧课堂式教学的顺利实施。智慧课堂式教学流程包含了教师“教”和学生“学”的共同活动以及他们的互动关系。教师通过课前环节掌握该专业学生的专业特色及每个学生的学习情况，设计针对该专业的教学内容及方法；课中环节将理论性强的章节在课堂上占用部分时间进行精讲，针对学生通过MOOC学习可以理解的知识，在课堂上以讨论或提问的形式加以巩固，对于实践性较强的章节，可以通过工程实例演示仿真动画展示的形式加深学生的理解；课后环节利用云平台发布作业，针对作业情况有针对性的进行线上解析，并交流讨论。阐述如下：

1）智慧课堂云平台构建

课程组基于“电工学”课程内容，设计具有交叉学科特色的翻转课堂讨论主题，例如实际电路系统的稳态与暂态过程如何实现和控制等交叉学科问题，通过雨课堂向学生推送PPT、引导提问，及时收集学生的课堂学习数据和问题反馈，对与该专业相关的典型问题及重难点进行精讲；同时，在SPOC平台设置讨论区问题，以获取学生对知识点的掌握程度数据，通过雨课堂和SPOC平台教师管理云端，全过程记录学生学习数据，实现课堂内外多渠道、全过程的即时交流互动与反馈。智慧课堂云平台实现过程图如图3所示。

图3 智慧课堂式教学实现过程及软硬件条件

2）交叉学科工程实例仿真云平台构建

目前，课堂教学内容往往注重于解析方法及技巧，使学生对实际工程中电工学问题理解偏重理想化，同时缺乏与该专业学科特色的联系，如实际电路系统的稳态与暂态过程如何实现和控制，变压器、电机等设备运行状态磁芯中感应磁场如何分布，这些问题属于控制工程、材料工程与电工学交叉领域的电工学经典问题，可将此类问题与课堂上的典型例题相结合，利用控制软件和电磁场数值计算软件对典型电工学问题进行仿真模拟，既可以加深学生对该专业电工问题的认识，又可以培养学生初步的工程意识。

我校“电工学”课程组制定以专业为导向的教学模式，主要侧重于融入与电工学的交叉学科内容，针对不同专业学生选择与其专业相关的工程案例，在案例式教学中直指专业领域的前沿技术，实现工程模拟训练与创新性能力培养相结合。过程如下：设计电工学与该专业具有交叉特色的工程实例模型，在工作站集群中创建学生数据文件；在MOOC教室的学生机和教师机安装电路仿真软件Multisim、控制仿真软件Matlab、电磁场仿真软件COMSOL，使学生能够在学生端对仿真案例进行参数设置；建立学生端与工作站集群的远程连接，实现上传仿真文件并在集群中进行云计算，同时保存学生的仿真结果，实现对学生学习成果的云端存储。

2.3 信息化教学评价体系

针对非电类专业的本科教学，构建多学科交叉融合的工程人才培养模式，提高学生的学习、实践、创新能力为本文的首要目标，因此建立多尺度的教学评价体系至关重要。我校“电工学”课程组智慧课堂式教学评价过程为“卷面+课堂讨论+SPOC线上学习及讨论+工程实例云仿真”的多元考核和教学模式，通过构建课堂内外多渠道、课本与工程实践融合的全面化、全程化、动态化考核体系，充分调动学生积极性和教师积极性，形成“教”和“学”相互促进的新局面。

3 结语

针对非电类专业“电工学”教学中存在的学科交叉融合不够、实践内容少、大班授课使学生受关注低等问题，基于混合学习理念、以专业为导向的智慧课堂式教学模式，通过直接、动态、即时的全过程学习数据，详实记录课前-课中-课后教学全过程，实现课堂内外多渠道、全过程的即时交流互动与反馈，能充分调动学生的学习积极性，可深化“以学为中心”的教学改革，从而改进课堂教学，提高教学效果。