内驱力激发为主导的深度学习教学模式在电路原理教学中的探索与实践

张杨,薛慧君,梁幅来,马晓玉,吕昊,于霄

（空军军医大学 军事生物医学工程学学系，陕西 西安）

一 引言

信息化教学平台和现代教育技术的出现，使得新的教学模式和教学方法不断推陈出新且灵活多样，翻转课堂、对分课堂、小组合作学习（Team based learning，TBL）等新教学模式被相继应用于教学实践中。然而，作为教学活动的主体——学生的学习积极性和主动性如果没有被充分激发，则无论运用多先进的教学模式和教学手段，实践中的教学效果都会大打折扣。因此，针对学生学习过程中内生动力不足的问题，如何运用新的教学理念结合多种教学模式和方法手段激发学生的学习内驱力是教学中首先要解决的问题。

内驱力是驱使主体产生自发行为的内部力量，是一种主观能动性。一旦学习内驱力激发形成，即使外部诱因不再存在，学习主体仍然会在自身兴趣和内生动机的指引下自主学习。对于学习者来说：从外施加的是压力，从内激发才是成长。内驱力强的人，学习更有目标、更有规划，做事更认真、自信，更善于发现和解决问题，当然最终也比别人更容易获得成功。学习内驱力包括三个方面：认知内驱力、自我提高内驱力和附属内驱力。认知内驱力是一种想要了解周围事物、掌握知识、系统阐述问题、解决问题的欲望和动机，是一种好奇心与求知欲，是内驱力最重要的方面。自我提高内驱力是学生凭自己能力和学习成绩在学校和家庭赢得相应地位的愿望。附属内驱力则是学生为了保持家长、教师、社会等的认可而努力学习的一种需要。

深度学习是学生情感、思维、感知觉、价值观参与和投入的一种学习活动，是一种主动的、批判性学习方式，可促进学生对所学知识的理解、内化、应用和创新探索，是形成学生核心素养的重要途径[1-2]。深度学习教学中强调动心用情，强调人的价值观培养。混合式学习是自主学习、协作学习、探究学习的混合，也是不同学习环境、师生线上线下交流方式的混合。混合式学习关注学生沉浸式体验、重视面对面交互以及创造性知识的生成[3-5]。某种意义上，翻转课堂、TBL 等都是混合式学习的一种。

深度学习和混合学习二者之间的关系是：深度学习是学生的一种主动活动和自发探索，而混合式学习则是指向深度学习的路径与方式。就教学主体——学生而言，原发性学习内驱力是深度学习发生的逻辑起点，这种内驱力的形成与学生的兴趣爱好、学习心理、情感态度、参与体验等密切相关，因此如何从以上这些角度激发学生内驱力，推动深度学习顺利开展，是一项非常重要而有意义的研究课题。

本文以学生学习内驱力激发为主导，以翻转课堂、TBL 等教学模式为主要方法，以医科院校生物医学工程专业本科电路原理课堂教学和实验教学为主阵地，并结合本科生课外科研和大学生竞赛等课外教学活动，针对如何有效促进学生深度学习进行了探索和实践。在实施过程中，教学组将翻转课堂、TBL、雨课堂、课外科研和知识技能竞赛等多种模式、方法和手段有机结合以引发、促进并提升学生的深度学习。从技能方法训练、情感价值培养、科研素养形成、竞赛评优激励等多个角度最大程度地激发学生学习内生动力，使学生自觉主动学好电路原理课程，深度掌握课程脉络和知识体系并具备灵活运用和拓展延伸的核心能力。

二 以内驱力激发为主导的课程教学设计

首先，紧紧围绕激发学生学习内驱力这一主导思想，在教学目标和教学策略两个层面进行了精心设计，包括对学生核心能力、过程方法、情感价值培养等方面的教学目标设计，和针对课堂教学、实验教学、课外教学等教学活动中的教学策略设计。在设计中将混合式教学中的各种创新教学模式和课外教学活动等有机结合，充分激发学生学习内驱力，增强学生学习的挑战性、热衷性、使命感和荣誉感，使学生在老师激励和引导下主动学习、高效学习、深度学习，高质量完成教学任务，达到高素质复合型医工人才培养的目的。

（一） 以内驱力激发为主导的教学目标设计

电路原理课程的总体教学目标是通过课程学习，了解电路原理分析方法、发展现状；理解电路的基本概念、基础理论；掌握分析计算电路的基本方法；掌握基本实验仪器的使用方法，初步具备电路测量、调试技能；为模拟电子技术、数字电子技术等后续课程学习打下牢固基础。

核心能力目标方面：掌握直流电路、正弦稳态电路的测试和调试。理解电路基本理论，并掌握以此为基础探索科学的实验方法。重点培养学生横向、纵向联系各章节内容、建构和整合知识体系的能力，要求学生会用联系的观点理解掌握电路原理各章节相关定义、定律、等效变换、定理以及它们之间的相互关系，可减少课程的学习难度，使学生在知识的掌握和知识脉络梳理能力的提升方面体验获得感，激发学生认知内驱力。

过程方法目标方面：通过课内外研讨、探究、实验等实践性教学环节，掌握电路的基本原理和分析方法。通过课外科研、大学生竞赛等教学活动中的师生双边互动，在科学研究过程中培养观察、发现、提炼出科学问题，以及自觉运用所学知识解决问题的能力，使学生具备独立思考能力、分析概括能力和一定的创新能力，从而激发学生的自我提高内驱力和附属内驱力。

情感价值目标方面：一是以科技强国重任和突破国外科技封锁的理想信念激发学生努力学好本课程，提升认知内驱力；二是引导学生自觉运用所学知识对日常生活中与电路理论相关问题的关注和思考，能够把课程所学知识和技能应用到日常生活以及工作实践中。三是培养实事求是的科学态度和敢于挑战权威的科学精神。四是培养团队精神和合作交流意识，并指导自己的日常工作与行动。五是树立医工结合，工程为医学服务的思考方式。

（二） 以内驱力激发为主导的教学策略设计

教学策略设计原则是：坚持学生为主体、教师引导和激励的教学理念。以学习内驱力激发为主导，全程渗透素质教育、个性化教育等现代教育思想，整合多种教学模式和教学活动，充分利用板书、电子幻灯、学科专业网站、微课、雨课堂等传统的、现代的，数字化、信息化教学手段和教学资源，采取启发式教学、问题式教学、指导性自学、翻转课堂、小组合作学习（TBL）等灵活多样的教学方法，使学生的主动思考能力、综合分析能力、归纳总结能力得到较大提高，培养学生独立提出问题、思考问题、获取知识和解决问题的能力，提升学生学习过程中的自豪感和获得感，从内部激发学生学习动力，引导学生自觉进行深度学习。内驱力激发为主导的教学策略如图1 所示。

图1 内驱力激发为主导的教学策略

理论课教学策略方面：引入“雨课堂”智慧平台，线下线上结合，教学手段上主要采取问题引导式教学、启发式教学、翻转课堂、TBL 等，注重解决问题能力的培养而非单纯的知识点灌输；同时结合相关章节内容精心设计课程思政，并融入学科史、人文、学科发展前沿等要素，丰富授课内容的深度和广度，培养学生正确的价值观和情怀，从内部激发学习动机。课堂之外结合学科专业网站、慕课、微课、雨课堂等进行适当拓展，通过布置课后作业教师批阅等方式检测评价学习效果。安排一定课时的课堂答疑，在教师的引导下，师生共同对所学内容进行总结归纳、梳理知识脉络、构建知识体系，以提升学生的知识梳理、归纳、提炼能力，一方面从整体层面加强了学生对知识的巩固和掌握，另一方面也激发了学生的认知内驱力。

实验课教学策略方面：采用先仿真再实验的实验操作步骤，更加符合学生认知规律，使学生更加直观、更加全面地理解重要电路定理；具体实验技术操作方面学生独立操作，遇到问题困难时在教师引导下充分发挥学生主观能动性，积极寻求解决方案攻克难课题，体验独自克服困难后的成就感，激发自我提高内驱力。

课外活动教学策略方面：一是结合本科生导师制，学生与教师建立一对一指导关系，依托老师的科研项目，学生在课外科研实践的锻炼中充分掌握并灵活应用相关知识。二是结合全国生物医学工程创新大赛、大学生数学建模竞赛、创客大赛等多种知识技能竞赛，通过教师指导学生参赛，将课堂教学与课外竞赛有机结合，做到以赛促教。通过以上活动开展，学生得到同学、带教老师、竞赛组委会专家评委、甚至社会的认可，大大激发学生的附属内驱力。

三 教学实施

（一） 理论课教学注重知识脉络梳理和体系构建

深度学习强调教师要用恰当的方法去引发、促进学生学习，实现从“知道、理解”的浅表性学习到“应用、分析、归纳、梳理、评价、创造”的深层次学习的转变。某种意义上，深度学习的过程也是帮助学生判断和建构学科基本结构的过程。

因此在电路原理课堂理论教学过程中，如何、注重学科结构的梳理和构建，引导驱动学生进行深度学习就显得非常重要。教学组在理论课堂教学中摒弃照本宣科和满堂灌，注重课程知识体系构建和脉络梳理，使学生在整本书的学习过程中不但能看到“树木”（知识点），还可以俯瞰“森林”（整门课程），避免了机械学习和死记硬背，唤起学生对学习内容的认知兴趣和求知欲望，充分调动学生自主学习的积极性和主动性，以此激发学习的认知内驱力。

教师在授课过程中经常性地对课堂知识体系和知识脉络进行梳理归纳，和学生一起提炼出整门课程的知识体系思维导图，如图2 所示。该思维导图从符合学生认知规律的角度，从研究内容、研究对象两个维度进行知识脉络的梳理和提炼，帮助学生在纵向联系、横向对比中理解掌握，增加了课程的易学性和亲和力，减少学生学习过程中的枯燥性，排除畏难情绪。

图2 电路原理知识体系思维导图

例如电路课教学内容总体上可以分为直流电路和动态电路两部分，两部分既有区别又相互联系，两部分内容的学习在顺序上均按照基本元件、研究变量、元件电压电流关系（Voltage current relationship, VCR）、重要定律、等效变换、一般分析方法、重要定理的认知规律和逻辑进行的。各章知识之间互为基础、有机联系，具有从研究对象到研究工具再到研究方法层层深入的逻辑层进关系。特别是在引入相量法这个桥梁以后，直流电路中适用的各种定律、定理、分析方法在动态电路中均适用，这些电路分析方法在两部分内容学习中应注意前后联系、对照学习。

（二） 课堂教学中的课程思政

深度学习并不仅仅是为了促进学生高级认知和高阶思维，更要指向立德树人，指向发展核心素养，指向培养全面发展的人，因此深度学习强调通过教师的培养和引导，使学生拥有善良、正直的品性，使他们热爱学习，对未来产生积极期待，成为有能力创造美好生活的人[6-7]。

教学组经过多年的教学实践和思考，已逐渐形成一些比较成熟的课程思政方面的思路、做法和经验，主要是在教学内容和教学资源中融入课程思政元素，这些元素是紧紧围绕学生学习内驱力的激发而设计的，主要包括：从民族自豪感、科技自信、以及本课程在学科发展中重要地位等角度来激发学生学习热情和内在驱动；培养学生学习强国、科技报国的情怀和情感价值目标；通过电子学发展史、和近年来我国军事科技领域所取得的成就（航母、北斗、中国空间站、轰20 等）来培养学生的科技自信、能力自信，激发内生学习动力。

例如在谐振电路部分知识教学中，以“谐振——触摸北斗的心跳”为题，从北斗导航系统授时原子钟的重要性讲起，引入谐振电路这一章内容，说明并强调电路原理知识的基础性、重要性和广泛适用性，引导学生一定要重视本课程的学习。再比如在绪论中介绍电路这一学科发展史时，讲到国外著名电子科学家在发现著名的电学定理、定律引起国外科技革命时，中国却正处在闭关锁国、被外敌入侵欺辱的清朝时期，错失了发展良机，导致历史上很长一段时间的落后等。通过这些课程思政激励学生努力学习、科技强国，用自身努力报答祖国的情怀，激发学生认知内驱力。同时在课后抽出一个学时的时间结合教研室的科研工作，开展科技前沿知识讲座，对课堂知识进行拓展和延伸，增强学生对专业课知识的兴趣，并认识到专业基础课对未来科研工作的重要性，激发学生对教研室科研方向和科研工作的兴趣，为后面本科生课外科研工作的开展埋下伏笔。

（三） 翻转课堂、TBL 等多模式结合的混合教学模式

混合学习就是结合传统学习方式与线上学习的优势，既要发挥教师的主导作用，更要充分体现学生的主动性、积极性和创造性。我们借助“雨课堂”智慧平台，采用翻转课堂、TBL 等教学模式与传统课堂教学方式有机结合，大大提高了课程教学的参与性、趣味性，有效激发了学生学习兴趣，使自主学习、合作学习、深度学习在电路原理课程中得以较好开展。

“雨课堂”是由清华大学研发的智慧平台[2-3]，它以灵活的课前预习、实时的课上互动、全面的数据分析等特点在各类教学中应用越来越广。翻转课堂是以学生课前自学为主，课上进行基于项目研讨的新型主动学习模式[8-10]。翻转课堂更注重在师生和生生交流与互动中学生情感的培养和价值的养成，关注学生的协作能力、组织能力、个人时间管理能力、表达能力等。而TBL 是以小组为单位，通过小组讨论达到解决问题的目的，也是一种体现“以学生为中心”、凸显团队协作能力的教学模式[11-12]。从某种程度上来说，翻转课堂和TBL 教学模式是秉承同一目标而具体形式不同的两种教学模式，“雨课堂”则为这两种教学模式提供了很好的数据化、智能化和信息化教学平台。这些教学模式和方法各有优势和不足，但是若将这几者结合起来，应用到以深度学习为主的教学过程中，则可以起到相辅相成、互补互促、协同增效的作用[13]。

本文在教学中借助雨课堂智慧平台，将几种教学方式有机结合，组织学生以小组为单位，通过线下预习（通过平台提前向学生推送教学课件、慕课、微课视频等教学资料）——线上讨论（项目式、案例式的教学研讨内容）——线下查阅（汇报和讨论需要的课外知识、电子学发展史等）——线上总结（教学知识点的归纳梳理、教学活动成果及收获的总结）——线下制作汇报PPT——课堂汇报及交流互动——教师点评的流程，实现线上——线下交互、翻转课堂与TBL 互相融合的混合教学模式，大大增强了课堂教学方法的多样性、参与性和趣味性，充分调动了学生自主学习的积极性，使学生在轻松、活跃的氛围下实现了知识的主动消化和吸收[14]，学生附属内驱力得到有效激发。

另外，“雨课堂”智慧平台提供了很多诸如“弹幕”等个性化、实用化功能，师生可以通过这些功能随时交流沟通，答疑释惑。“雨课堂”的融入让项目式、案例式、探究式教学变得更加灵活高效，提高了学生的课堂参与度，强化了学生的主体地位，学生学习的主动性和自我提升内驱力得到提升，教师也从之前的“主导者”转变为引导学生进行深度学习的“引路人”。

（四） 仿真与实验相结合实验课教学模式

采用仿真与实验相结合的实验课教学模式，践行“知识学习—建模仿真—电路实验”的实验课教学步骤，更加符合学生认知规律，同时培养学生建模仿真能力，有利于激发学生自我提高内驱力。具体实施上主要基于Multisim、LabVIEW 等仿真软件，先通过仿真课对经典电路建模、仿真和结果直观展现来加深学生对重要定理定律的理解，再通过实验课的实际电路搭建和电路调试完成实验任务，记录实验结果、完成实验报告等，进一步从实际电路的角度加深对重难点知识的理解和掌握。

为培养学生对电路重要定理和分析方法的拓展应用，提高学生的自主仿真能力和科研能力，我们在课程教学中还增加了4 个学时的基于NI my DAQ的自主仿真实验内容，在教学设计和实验内容选择中强调学生自主设计而不局限于书本内容，同时将Multisim 仿真、数据采集、LabVIEW 编程等多种实验方法、手段纳入实验教学中，开阔学生视野，激发学生学习热情，使学生更加深刻感受到电路原理是一门理论与实践有机结合，并且可以创造出无穷可能的课程，以此激发学生的自我提高内驱力。

（五） 课外科研和知识技能竞赛等课外教学活动

以内驱力激发和深度学习为主导的教学，不但要引导学生学会应用所学知识，还要引导他们根据所学知识进行适当拓展和创新，为此教学组在课堂教学之外还开展了本科生课外科研和大学生知识技能竞赛的指导带教工作。

笔者所在学校建立本科生导师制度并开展本科生课外科研活动已有10 余年，主要是通过学生和教师一对一建立培养关系，在一定期限内（如一学年）由导师指导学生开展文献查阅、实验设计、电路搭建、数据采集、结果分析、论文撰写等课外科研工作，目标是培养具备初级科研能力的应用型人才。在本课程教学过程中，教师根据学生的能力素质情况，双向选择与本科生建立课外科研指导关系，结合课程所学内容和教研室科研方向，同步指导本科生开展课外科研，让学有余力的学生承担教研室大项科研任务中的一部分工作，如实验数据采集、分析、处理，论文撰写等。本科生课外科研活动既培养了学生的科研素养和科技创新能力，又从过程培养、能力提升、成果获得等角度激发了学生对科研工作发自内心的热爱。学生的点滴进步和成果都会得到指导教师以及院系领导和机关的关注与认可，从而激发求学向上的信心与愿望，推动和提升学生的附属内驱力。

除了课外科研，教学组还积极组织学生参加课外知识技能竞赛，例如组织和指导学生参加全国大学生建模竞赛、全国生物医学工程创新大赛、创客大赛等赛事对课堂所授知识进行巩固和应用拓展。通过参赛培养了学生创新能力、协作能力、动手能力、解决问题能力等，通过与国内外兄弟院校的强手交流过招，积累了经验，锻炼了队伍；并通过取得好的奖项和名次，来正向激励学生进一步感受到学好专业基础知识的重要性，形成学优而赛、以赛促学、赛学相长的生动局面，达到通过参赛激发学生附属内驱力的目的。

四 教学效果评价

本文提出的以学生学习内驱力激发为主导的深度学习教学模式，经过教学组在本校生物医学工程专业本科2018 级（19 人）、2019 级（14 人）学生教学过程中的实施，取得了非常好的效果。学生的学习面貌、精神状态、目标追求等焕然一新。在教学评价方面，无论是考试成绩、到课率、课后作业完成率、完成实验要求、上交实验报告次数等基于数量的基本评价方面，还是学生在学习过程中的自学能力、独立思考能力、团队协作能力等基于质量的高级评价都明显高于往届。

从课堂教学情况来看，学生能紧紧跟随教师思路积极互动，讨论课课前认真准备，课上积极发言，师生、生生之间交流互动良好，学生无论是理论知识掌握情况还是归纳总结和组织表达能力等素养均有较大提升。从课后作业和实验情况来看，分析解决问题能力和实际动手能力大大提高，尤其是作业或者实验中遇到难题时能发挥主观能动性，积极寻找解决方案，绝大部分学生能通过查阅课本、网络资料、论坛求助、请教老师、小组讨论等方式自主解决问题，培养了学生学习中独立解决问题克服困难的能力，增强了学习中的成就感和自信心。学生的认知内驱力和自我提高内驱力得到有效激发和提升。

在本科生课外科研方面，两届学生共有36 人次参加学校和学院层面本科生课外科研，与教学组或学院其他老师建立了一对一指导关系，共计参与发表或撰写科研论文17 篇，其中SCI 收录论文2 篇，申请专利4 项，所有本科生课外科研项目均顺利完成指导任务并通过验收，其中7 人次被评为优秀。在参加大学生课外科技竞赛方面，近两年共有15 人次、5 支代表队参加全国大学生数学建模竞赛，获得国家一等奖1 项，陕西省一等奖2 项、二等奖2 项；10 人次、4 支代表队参加全国生物医学工程创新设计大赛，获一等奖2 项，二、三等奖各1 项，学生附属内驱力得到明显提升。

一系列课内外教学活动和方法的实施很好地培养了学生的探究精神、科研能力和创新精神，相关成果和奖项的取得极大鼓舞和激发了学生学好专业基础课的热情和动力，并将科技强国使命的种子深深扎根于学生心中，使得主动学习、高效学习、深度学习自动融入他们现在以及将来的学习和工作中，伴随终身。我们坚信在这种以学习内驱力激发为主导的教学新模式下培养出来的高素质复合型生物医学工程人才一定会在他们未来的任职岗位中发挥更大作用，做出更大贡献。