“电工与电路基础”课程混合式教学实践

唐 莺，潘孟春，王 伟，任 远

（国防科技大学 智能科学学院，湖南 长沙410073）

0 引言

习总书记在2018年9月的全国教育大会上，阐述了中国特色社会主义教育的发展规律并回答了培养什么人、怎么培养人和为谁培养人的三个根本性问题；他还提出，高等教育发展水平是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志。

2018年11月的第十一届“中国大学教学论坛”上，教育部高等教育司司长吴岩作了题为“建设中国金课”的报告，提出打造“五大金课”目标，分别是：线上“金课”、线下“金课”、线上线下混合式“金课”、虚拟仿真“金课”和社会实践“金课”；阐述了“金课”核心特征：学生真正参与学习，不再被动于教师讲授、不局限于书本知识、不停留于记忆学习，不满足简单的学习策略，做到主动、开放、思考和动手。2019年11月21日，教学部办公厅下发了关于开展2019年线下、线上线下混合式、社会实践这三类国家级一流本科课程认定工作的通知，一流本科课程（即“金课”）建设是我国新时期高等教育教学改革的一项持续性的重大工作，是重中之重，覆盖全国全部高校和全部专业。

1 混合式教学的必要性

传统课堂是以教师为中心，学生被动式学习。教学模式上，是教师讲，学生听：教师注重知识传授，忽略能力培养；学生则是被动式学习，缺乏思考，无法满足个性化学习。从教学效果看，这种课程的教学质量严重依赖于教师的教学能力和教学态度。部分课程效果差强人意［1～3］。

因此，为进一步调动学生学习的积极性、提高教学质量，我们亟需围绕教学模式进行课堂革命。新的课堂应“以教为中心”向“以学为中心”转变［4］，强调学生对知识的主动探究和主动发现，引导学生自主构建知识结构体系，培养学生自主学习能力、思辨能力、质疑能力、表达能力、团队协作能力。为此，国防科技大学不断推动混合式教学实验，笔者开展了基于MOOC+Spoc的翻转课堂+信息化手段（慕课堂/雨课堂）的混合式教学。

2 MOOC课程建设

随着网络技术的发展，从2000年开始，我国的课程建设经历了从网络课程到精品在线开放课程建设的发展历程，如图1所示。

图1 课程建设历程

为顺应历史的潮流，国防科技大学“电工与电路基础”课程组开展了各类课程建设。该课程面向学校机械工程、测控技术及仪器、仿真工程、导航工程等23个工科专业开设。本课程的主要内容，从知识层面分为四类知识，分别为：基础知识、工具知识、应用知识和技能知识。根据课程教学内容，秉承以新时代高素质人才培养为目标，坚持建构主义理论，坚持学员为中心，坚持知识、能力、素养统筹培养的教学理念，将课程知识点碎片化为119个视频，一周4课时，运行11周。课程资源包括6个部分，如图2所示。该课程在2009年被评为学校精品课程，2019年被认定为湖南省精品在线开放课程。

图2 课程资源结构

目前，“电工与电路基础”MOOC课程在爱课程中国大学MOOC平台上运行了3个教学轮次，修课人数累计达2万余人次。同时，学校又面向本校学生开设了异步Spoc课程。在此基础上，笔者开展了教学模式的改革实践。

3 线上线下混合式教学实践

3.1 混合式教学实践方法

混合式教学，是通过线上的自主学习和线下的师生研讨，促进学生对知识的吸收、内化、拓展，提升学生的能力。

如何开展混合式教学？首先要明确学习目标，也就是教学要达到的预期效果。为达到教学目标，教师需思考能给学生提供怎样的教学资源，以及依托该资源实施的具体教学方法。同时，教师需及时了解学生对知识的掌握程度，即合理地利用好教学的监督和评价功能。

如图3所示，混合式教学实践主要包括以下几个基本流程［5～6］。一是课前发布学习任务，学生利用在线课程资源完成课前自主学习，包括视频观看、资料查阅、课前测试、问题讨论等；二是线上数据分析，教师通过采集线上学习数据，收集学生遇到的各类问题，有针对性准备施教内容；三是线下课堂教学组织的有效性，始终贯彻以学生为主体，促进学生实现知识的内化，并通过智慧工具开展随堂测验，对学生的个人学习情况进行统计，对教学进行全过程性评价，力争做到因材施教；四是课后自主学习，鼓励学生对线下课堂学习知识点进行归纳总结，完成相应的课后作业，并就一些问题在线上展开讨论，实现知识建构。

图3 混合式教学基本流程

3.2 “一阶电路暂态响应”混合式教学实践

依托所建设的“电工与电路基础”MOOC资源，我校开展了混合式教学实践，现以“一阶电路的全响应和三要素法”为例介绍具体的实施过程。

1）课前发布学习任务

发布预习要求，要求学生线上观看爱课程中国大学MOOC平台上的“一阶电路的全响应”和“三要素法”有关视频，完成线上预习测验。课前的预习测验主要包括两部分问题，一是基础问题，如“不管是线性电阻电路还是动态电路，可以通过列电路方程进行某个支路量的求解，其依据是什么？”、“无论是零输入响应、零状态响应还是全响应，共同的特点是哪些？”等；二是拓展问题，如：“对于多次换路的暂态响应如何分析？”、“脉冲矩形信号作用下的RC电路是否使用三要素法”等。通过问题导向，让学生在疑问中不断自主学习、自主探究。

2）线上数据分析

混合式教学实践要求教师及时了解学生的学习状态。例如：检查统计学生观看视频情况；测验卷的批改，分析和收集学生不懂的问题。通常，教师根据线上学习数据分析，即可发现学生的总体情况与个别情况。以一阶电路的全响应和三要素法为例，通过分析获知学生已基本掌握电路的分析依据、全响应的概念、使用三要素法对一次换路暂态响应的分析求解，然而其对于多次换路的暂态响应的分析尚欠缺。

3）线下课堂

混合式教学实践要求教师根据学生线上自学情况，有针对性地开展线下课堂教学，这其中有系统的讲授，比如定量和定性地分析RC电路的全响应，运用两类约束求解得到电容电压的响应，由此归纳得到三要素法，尔后对电容电流分别使用两类约束和三要素法进行推导，引导学生归纳三要素法的求解步骤。线下课堂，始终贯穿以问题驱动，解答学生课前预习中遇到的问题。例如，学生出错比较多的直流一阶电路的两次换路情况，主要采用学生讲、学生评，教师总结；在研讨时，引导学生进行归总结，帮助学生进行知识建构，并对知识点进行深度挖掘，对于如图4所示的矩形脉冲信号作用的电路又如何进行分析？与此同时，利用雨课堂随堂测验学生对知识点的掌握程度，以此为依据调整课堂的研讨内容和节奏。引导学生分析得到输出电压与输入电压的微分关系，这里主要是学生讲、教师评。

问题2 特殊情形下暂态响应的求解：如图4所示电路，设T=100μs，uc（0.）=0 V，输入信号ui矩形脉冲，如何分析输出电压uo（t） （t≥0）？

图4 矩形脉冲信号作用的电路

继续加大学习的挑战度，从电路的分析过渡到设计，比如如何实现图5所示波形变换？根据图示的波形关系，学生设计得到积分电路，引导学生对所设计的不同参数的电路进行仿真，帮助学生实现知识的内化和提升。

图5 拓展问题

拓展问题1 能否根据我们所学知识，实现如下波形的变换？ 设T=100μs。

4）课后自主学习

课后的自主学习是非常重要的一环，主要包括：总结课内讨论的若干问题和知识点，绘制知识点关联图；设计测量时间常数的实验；基于课堂讨论进行仿真实验；完成MOOC平台上的作业题等。课后自主学习的有效推进是学生巩固课上知识点的关键环节。

3.3 教学考核

采用多元化评价模式，有助于从不同方面评价学生的知识和能力。其评价模式基于混合式教学实践，转变了原有的考核方式，不再是一考定音，而是全过程的学习的记录。学生的成绩由三个部分组成，分别为形成性考核成绩、总结性考核成绩和实验成绩。其中，形成性考核成绩包括了课前线上预习，线下课堂讨论反馈和随堂测试、课后阶段作业等，占比25%，实验成绩占比15%；总结性考核成绩指的是期末闭卷考试成绩，占比60%。

4 结语

4.1 混合式教学效果

利用“电工与电路基础”在线开放课程资源，我校实践并完善了以研讨式为主要形式的MOOC+翻转课堂的混合式教学模式，取得了很好的教学效果。

1）学生体会

通过问题调查，学生总结课程特点如下：一是课程学习全程以问题引导为主。课前，学生以问题为导向进行知识点预习，课上，则以问题为中心展开探讨；二是小组讨论有助于对知识点的内化吸收。小组讨论过程中不仅有助于对知识点的理解，走出了一些思维误区，更重要的是小组交流时的思维碰撞，形成共识，如对三要素法的适用范围，还有零输入响应、全响应等有了更深的认识；三是课堂气氛热烈浓厚，学习过程有乐趣，学生获得较好的学习体验。

2）学生成绩对比

对2019年两个学期的“电工与电路基础”课程的学生成绩进行统计，混合式教学实践教学班级与传统课堂授课教学班级的平均成绩如图6所示。2019年春季学期共开课8个班次，2个教学班64人采用线上线下混合式授课，平均分为81.4，高出采用传统线下授课班级6.8分，提升8.8%；2019年秋季学期共开课7个班次，3个教学班111人采用线上线下混合式授课，平均分为86.5，高出采用传统线下授课班级4.7分，提升6.7%。

图6 不同授课班成绩比较

3）学生能力培养

学生提交的问卷调查，接近三分之二的学生认为，主动学习的愿望得到加强，在合作、表达和自学能力等方面有了较大的收获，尤其是在小组讨论中，帮助其他同学的同时，加深了自身对课程知识点的理解。

教学实践表明：该模式通过教师的有效引导与监督，充分调动了学生学习的积极性和学习的参与度，有效解决了过去学生上课神游、考前突击、考后就忘的情况，提高了学生知识内化的能力，极大提升了教学质量。

4.2 思考

线上线下混合式教学模式需要教师投入大量的时间，对教师提出更高的要求；同时，有些接受能力弱一些的学生，面对思维活跃发言积极的同学，他们相对缺少思考时间，这部分学生对知识点掌握情况需要教师更多关注；再就是，教学模式的改革需要学生改变学习习惯，如果学生不能保证课外学习时间，我们如何在有限时间内提高教学质量，这些都需要进一步去探索。