电气防火课程高效在线课堂的设计与实践

刘洪永 朱国庆 陈 南 季经纬

1.中国矿业大学安全工程学院，江苏 徐州 221116

2.中国矿业大学江苏省城市地下空间火灾防护重点实验室，江苏 徐州 221116

3.中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏 徐州 221116

随着“互联网+”的深入发展，“互联网+教育”已成为当前教育改革的重点。在高校“互联网+教育”正处于初步发展和国家“双万计划”稳步推进的档口，突如其来的新冠肺炎疫情无疑成了在线教学改革和教育技术发展的加速器。为期数月的全员应急在线教学是为应对疫情防控而采取的权宜之计，属于应急性临时举措，多数课程无论从资源建设、平台技术、组织管理，还是师生教学过程的心理状态、软硬件设施等各方面准备均不充分，存在较大的被动成分，甚至不少课程教学采取了简单的线下课程线上传播的形式，与真正意义上的现代信息技术与教学过程的有机融合尚存在较大差距。但其成绩和不足却可为下一步在线教学常态化的发展提供经验和数据，如贾文军、郭玉婷、赵泽宁通过大学生在线学习的聚类分析，从七个大类别研究了学生在线学习的体验现状，得出了线上教学并不能完全取代线下教学的结论。厦门大学邬大光教授团队的调查数据则进一步指出，在线教学过程中学生自律性差和教师在线教学能力的短板是线上教学不能完全取代线下教学的主要原因。而工科专业核心课程涉及的专业知识难度较大、学生对基础知识的依赖较强，加之在线授课教师难以实时掌握学生的学习效果而导致学生学习效率低、学习效果差。要改变学生自律性差的问题，就要从课程的内容和课堂设计入手，规避在线教学的缺陷，根据专业课程的特点开展高效在线课堂设计，吸引学生的注意力、提高学生的学习效率。

本文将在问题解决六步法的基础上，提出以“10+30+5+5”课程设计和“明确、表达、确定、试解、评价、提交”六步法授课方式为核心的高效在线课堂模式，并在消防工程专业骨干课程电气防火中进行实证。

一、在线教学反映出的问题

与传统教学相比，在线课堂为师生提供了崭新的教与学的体验。学生不仅能够利用互联网各种丰富、高质量的课程素材，还能不受时间、空间的约束，更加方便地开展学习，享受“一对一”贵宾式学习体验，但与此同时，师生也感受到了前所未有的挑战。

（一）在线教学教师需要投入更多的精力

在线教学需要更关注学生的学习体验，教师需要投入更多的精力进行课程内容的划分、课程素材的选择，还需要重新学习、适应各种授课平台，并不断对课程资源和素材进行优化调整。据统计，相比传统课堂教学，90%以上的教师认为在线教学需要更多的时间和精力，50%以上的教师认为在线教学花费的时间至少比传统课堂教学所花时间多1倍。

（二）在线教学需要更有吸引力、更高效的教学设计

在线教学不是简单地通过直播，将传统线下课堂转移到线上或者让学生在线自学，而是需要更精炼的语言、更高效的时间分配和更好吸引学生的课堂黏性。同时，在线教学会放大教师在言语和肢体动作的瑕疵，并被互联网记录和传播。不同于在线会议，在线教学是教学活动，应通过教学手段实现教学目标，尤其对于实践性较强的工科专业课程，仅通过教师的单向知识输出难达到教学目的。

（三）在线课堂学生的参与度低，学习效果差

相比于面对面的线下课堂教学，在线课堂化有形于无形，学生没有了教师的实时监督，学习投入程度会降低。受时间限制，在线教学过程中，教师无法与学生通过眼神、表情等进行即时互动，学生普遍存在不会被教师点到的“侥幸心理”，聊天室、弹幕等互动途径看似比线下课堂更活跃，却很难达到预期的教学效果。随着在线教学时间的延长，学生的课程互动参与程度越来越低，甚至出现教师抛出讨论任务后得不到回应的现象，当然，学生也难以通过有效互动获得学习积极性的正向激励。

（四）学生自我管理能力参差不齐、在线教学的线下学习效果难以保证

学生一般通过电脑参与在线课堂，但同时使用多个社交聊天工具或在线教学工具时，聊天不仅会占用学生的学习时间，还会严重影响学生学习的投入程度，让学生难以集中精力深入思考教师抛出的问题。在线教学内容比传统课堂更加精炼，学生需要更长时间的课前预习、课后拓展和复习巩固，才能掌握在线教学的内容。这占据了学生大部分的课外时间，挤压了学生自主学习、自主思考、自主探究的时间，影响了课程高阶能力的培养。加之学生的自律性和时间管理能力参差不齐，在线教学成为加剧学生成绩分化的助推器。

相关调查数据显示，超过一半的学生认为线上学习效果不如传统线下教学。学生在适应了在线教学形式的新鲜感和教学方式的便利性后，会将关注点集中在课程本身的收获和感受上。在线教学的设计成为事关在线课堂学习体验、学习效果和高阶能力培养的关键因素。在教学过程中，教学资源的选择、课程进度的控制、讲授与互动时间的分配、学习效果的评测等均需进行精心的设计。

二、高效在线课堂的构建

（一）高效在线课堂的内涵

高效在线教学是指以尽量少的时间和师生劳动投入，通过提高在线教学过程中教与学的效率以实现教学效果的最优化、教学效益最大化的教学活动。高效在线课堂教学的特征是最大限度地落实以学为主的思想，充分发挥和调动学生的主体性、主动性和创造性，让学生“心动、神动、脑动”。高效在线教学要做到“三讲四不教”，即讲核心、讲本质、讲差异，“讲”不是讲授，而是点评，这也是考核测评的重点；“四不教”是线下自学能解决的不教、学生通过互动探讨能解决的不教、学生通过查文献查资料能解决的不教、需要通过线下实践才能够获得的在实践前不教。

（二）高效在线课堂的评判标准

判断在线教学是否高效，主要着眼于以下七点：1.教学目标是否落实了知识与实践技能、过程与思维方法和思政与价值伦理等“三维”要求；2.教学程序是否实现了“先自学、中测评、后讲授”的流程；3.讲授内容是否由“单靠教材”变成了“基于教材”；4.教师的角色定位是否由“主演”变成了“导演”，甚至“编剧”，而学生的角色定位是否由“观众”真正变成了“主角”，甚至“导演”；5.教学手段是否实现了可考评、可复看并留下痕迹；6.教学过程是否线上开放、全员参与、有效互动；7.在线教学任务是否实现了“节清节毕、章清章毕”，不留尾巴。

（三）以问题解决六步法为核心的在线课堂设计

高效在线课堂的实现离不开高效的教学设计。工科专业课程涉及复杂的工程背景，其解决方法和技术逻辑是工程教育的核心。美国克利夫兰州立大学的Charles KAlexander 提出的六步法将解决问题的思维过程具体化为可操作的步骤，具有良好的普适性，一般工程问题皆可运用六步法来加以解决。其包括六个步骤，故名六步法，具体如图1所示。

六步法中，步骤①“明确问题”是整个过程的关键和核心，事关后续各步骤的深度和成败以及母知识点的教学效果。步骤②“表达问题”及其可能的解决方案，可以通过头脑风暴尽可能全地找出来，这样既能节省该环节的时间，又能避免后续环节的失败。步骤③“确定可选解集及最大可能方案”是对问题解决者的一个考验，是确定解决方案的边界和能否有解的关键，是仅次于步骤①“明确问题”的核心步骤。步骤④“尝试解决问题”是将尝试解题的过程、每个解题方案都详细记录下来，如果求解失败，则可以检查整个求解过程。步骤⑤“评价解决方案”，完成对所有解的评价，并给出问题的最优解。步骤⑥“满意评价、提交方案”是控制问题能否解决的核心步骤，也决定了步骤①“明确问题”是否成功。

（四）高效在线课堂的组织设计

高效在线课堂的组织设计就是如何在一节50 分钟的课内高效地实现以问题解决六步法为核心的课堂设计。根据高效课堂的内涵和人类的认知规律，高效在线课堂可分为以下三个基本模式。

1.“10+35+5”模式，即教师用10 分钟阐述学习任务并点拨分解引导，学生用35分钟进行分工合作—自主探究—展现拔高—串插巩固—达标测评，教师最后用5 分钟总结点评。

2.“10+30+5+5”模式，即前10分钟为预习交流，引导学生归纳出问题、发现疑点；中间30分钟，教师针对各小组确定的问题进行合并整理，并结合教学设计进行引导、分析、总结；后5 分钟通过测评让学生巩固本节课的知识要点；最后5分钟教师总结点评。

3.“35+5+10”模式，即前段35分钟，让学生充分展示上节课后10分钟和课下自主预习的成果，学生通过追问质疑，提升学习目标，从而达到举一反三的目的。而后教师用5分钟进行总结点评，最后10分钟教师围绕该知识点引领学生进行知识拓展，布置课后思考题。

三、高效在线课堂的实践

电气防火课程是中国矿业大学消防工程专业的专业主干课，主要讲授电气火灾的形成机理，从设计源头改进电气防火措施以及电气火灾监控等预防手段。电能是当今使用最广泛的能源，也是主要的能量供给方式，本课程的教学质量对学生专业知识体系的构建具有重要的影响。本课程的教学目标除了让学生掌握电气火灾的概念、原理和工程方法，最重要的高阶目标就是使学生能够正确运用这些概念、原理和工程方法确定复杂工程的电气火灾隐患，提出预防电气火灾的解决方案。因此，在线教学过程中如何引导和培养学生形成科学、规范的解决工程问题的思维方法，提高学生运用所学知识综合解决工程问题的能力，是在线教学亟须解决的问题。

在电气防火课程教学中引入问题解决“六步法”，首先需要对课程内容进行优化梳理，整合凝练出核心知识点，构建知识体系。为获得良好的教学效果，在线教学的知识点应难易适中，其解决方法具有多样性和典型性。其次，根据知识点确定相应的教学形式。问题解决“六步法”具有清晰明确的操作步骤，各知识点可根据其属性灵活确定对应的教学形式。在教学实践中笔者选用了事故案例导入式、现实问题导入式和网络观点导入式等教学法，通过常识推理向学生提出问题，快速将学生带入情景，激发学生的学习兴趣和参与讨论的热情，启发学生提出问题和质疑思辨，提高学生理论联系实际、系统解决工程问题的能力，具体做法如下。

1.将问题解决六步法概述为明确、表达、确定、试解、评价、提交，便于教学时表述。

2.在各步骤中合理设置问题，向学生发问，引导学生思考与参与。

教学的一般过程为:首先以知识点的导入案例开篇并抛出解决思路:“什么措施能够解决这个问题呢？请同学们尝试采用六步法进行分析！”在等待期间教师根据以往互动的情况确定提问的目标学生，引导学生主动发言:“哪位同学来确定要求解决的问题？”这时，若有学生主动回答，教师便引导学生正确地表述问题，若无响应，则可提问目标学生。后面的步骤类此进行。从笔者的实践来看，教学过程均能顺利进行，用时与线下课堂相当。为了顺利推进教学进程，落实学生的全员参与，笔者在开课前将学生按4～6人进行分组，明确各组的组号及每位学生的组内顺序号，便于教师的提问和互动。

下面以配电方式的一个知识点为例进行说明。笔者从生活中常见的电脑机箱漏电入手，启发式地引入低压供配电方式，将枯燥的接地方式融入问题的解决，从而提高学生归纳问题、解决问题的能力，“10+30+5+5”具体教学设计见表1。

上述教学设计在2018年的电气防火课程开始试验，并在2019—2020年第二学期进行了线上教学实践，取得了良好效果。

1.学生听课积极性得到提高。学生的上课签到率一直保持在97%以上，而该课程以往的出勤率一直保持在70%～80%。

2.学生听课的注意力集中度得到提升。笔者通过统计了解到，学生上课过程中签到和提问的在线响应时间较线下授课有了很大的提升。

3.学生回答问题的主动性得到较大提升。随着对六步法的熟悉和掌握，学生主动回答问题的比例明显提高，学生参与教学过程的积极性得到提升。

4.学生的成绩有了较大提高。通过教学内容和课堂组织形式的设计，每个学生都感受到了课堂的热情与温度，从被动学习转变为自主探究式学习。在课程的内容逐年增加、课时量不变而试题难度和能力考核分值不断提高的情况下，课程的期末试卷平均成绩由改革前的790分上升到2020年的879分，成绩明显提高。

四、结语

经过三年的实践，特别是2020 年的线上教学实践，笔者认为，以“10+30+5+5”课程设计和“明确、表达、确定、试解、评价、提交”六步法授课方式为核心的高效在线课堂模式是一种能切实提高工科专业课程在线教学质量的有效方法。课程内容的优化设计与授课方式的改革，充分利用了网络空间的便利性，改变了以教师PPT 教授为主的课堂氛围，显著提高了学生的听课积极性、注意力集中度以及回答问题的主动性，得到了学生的普遍认可。

在电气火灾课程在线教学中引入六步法开展教学的实践表明，其教学效果是正面的，但相关量化评价指标和数据尚存不足，这是后续工作需要加以研究解决的问题。本文可为工科专业核心课程的“金课”建设提供思路和借鉴。