“电机与电气控制技术”混合式教学研究

罗 芳 张伟雄 张志亮 王小红

(1.清远职业技术学院 机电与汽车工程学院,清远 511510)(2.济宁职业技术学院 汽车工程系,济宁 272005)

近年来,高职教育越来越重视内涵、质量建设,比如课程建设、课程改革和教学方法创新。传统单一的教学模式缺乏时间、空间的灵活性,已无法跟上信息化教学发展的脚步。2020年4月教育部吴岩司强调促进线上教学模式由“新鲜感”向“新常态”转变。依托5G互联网快速发展和5G网络的普及,以智能化、便捷化和高速化传递知识的线上教学是未来的大趋势。

“电机与电气控制技术”是一门专业核心基础课,是衔接“电工技术”“供配电技术”及“PLC技术”的桥梁,是学生专业技能培养的关键性课程之一,涉及低压电气设备、电气设计、电气控制等知识,内容覆盖面广而分散,专业名词抽象,且与生产生活实践密切联系,仅依靠线上教学学生学习难度大,实践能力得不到提升。尤其是用电安全,若没有反复训练和纠正操作过程,则难以独立完成电气线路的安装和调试。多年来,教学团队通过研究一体化教学和慕课教学的教学特点,针对信息化技术支持及课程发展方向,重新构建了该课程线上线下混合式教学内容和教学模式,将互联网技术、课程思政与课程改革深度融合,以提高学生学习效率和教学质量[1]。

1 教学目标的改革

“电机与电气控制技术”原设定教学总目标是以电气工程设计、安装和调试常用机床设备或自动化设备为主线,理解电气元件和设备的工作原理,识读和设计电气原理图,能根据原理图安装和调试常用的机床设备,达到培养学生解决实际工程问题的能力和用电安全的意识[2]。针对信息化技术的飞速发展,本课程团队在原定教学目标基础上进行适当修改:学习和掌握电气元件和设备的工作原理,能够熟练运用电气元件设计生产或生活中的电气控制电路,解决电气设备安装和调试的实际工程问题,并掌握用电安全和触电急救的技能;培养学生自主学习和独立分析问题的能力,提高学生创新意识和职业素养;融入相关的课程思政元素,培养学生爱国爱党、精益求精的工匠精神、敢于探索和追求真理的科学精神,提高自我调解因疫情造成的各种心理困扰的能力,激发学生树立坚定的理想信念,投身于电气自动化行业、智能化行业中,为“中国制造2025”的推动做贡献。

2 教学现状分析

在互联网5G技术的迅速发展下,为信息化教学提供技术的保障。因此,电机课程的开设需随着信息化技术发展而相应地调整教学方式和教学内容。在调整前,需充分考虑课程的特点和学情情况,该课程主要存在的问题如下:

(1)课程特点:该课程实操训练安全性要求高,实施一体化课程前学生若不提前预习或熟悉操作流程,在通电调试中将容易出现短路或烧毁电路等安全问题。

(2)学情分析:授课对象为高职电气专业一年级学生,学生在学习该内容之前已经具备电工基础、使用工具能力和信息化基础。但操作规范意识薄弱,传统示范性教学学生注意力容易分散,在实施项目过程中学生容易敷衍了事。

(3)学时不足:线下授课一般安排2个学时为一次课,开展一体化课程的实施存在理论讲不透、实操做不完等现象。若第一次课以理论为主,第二次课实操为主,间隔一段时间后学生容易遗忘相关的知识,将影响后续实操的实施。

(4)线上课程监管难:一是监管不到位,学生在平台上完成教学视频的学习,课后作业不能确定是否是本人完成;二是学生自律能力差,线上平台数据显示每个班都有少数学生登录平台的次数在20%以下,相当于严重旷课;三是理论基础不扎实,实操能力差,相比线下传统课程授课,学生普遍存在基础不扎实的问题。在选拨技能竞赛时,清远职业技术学院2019级电气自动化专业学生相比往届学生动手能力差,理论基础不扎实。因此,学生自律性和自学能力差,采用纯线上课程学习效果会大打折扣,达不到预期教学效果。

因此,在信息化技术背景下,该课程应根据课程特点进行相应的改革,包括教学方式、教学实施过程和教学内容等,迫切需要引入合适的教学模式改善教学现状[3]。

3 教学方式的改革

3.1 线上课程的改革

目前,各种移动终端和信息化技术的不断涌现,为学生提供便捷网络学习已成为一种普遍趋势。“电机与电气控制技术”课程主要采用超星平台进行,线上课程内容主要包括教学课件、作业、微视频和讨论等。在授课时,采用翻转课堂教学方法,授课流程如图1所示,教师使用钉钉在线直播进行难重点讲解,学生在直播后自行登录超星平台完成学习。

线上教学,学生可以在超星平台随时随地观看教学视频、提交作业和自学教学内容,教师可利用后台数据掌握学生的学习情况,随时调整授课进度和授课方式。

3.2 线下教学的改革

线下教学采用传统的一体化教学方式,结合超星平台的签到、作业讨论等功能完成课堂的互动。在疫情防控阶段,由于不便展开面授课程,各高校纷纷采用线上教学来维护日常教学。线上教学应提前准备好所有线上相关的教学视频、完整的课件和其他教学资源以替代线下课程。线下教学以完成项目任务为主线,以获取实操技能为主,注重学生的电气安装和调试的技能、职业素养的培养和思想政治的教育,充分挖掘“电机与电气控制技术”中蕴含的思政元素,比如“中国制造2025”发展与爱国主义情怀相结合、智能化生产与追求技术创新科学精神相结合、农民创造电动汽车事迹与工匠精神和精神追求相结合等等。对电气设备的安装、调试、用电安全在课堂上进行演示、解答,从基础到设计,从简单到复杂电路,从单一电气元件到完整的机床设备,循序渐进,让学生从害怕220～380 V电压到熟练完成带电作业,在实操中获得认同感和专业成就感。

4 教学内容的改革

保持总学时不变前提下,根据“两线教学”的特点,课程团队重新构建翻转课堂的教学内容。结合当前疫情防控的形式,将部分章节内容设定为在线教学,用于开展线上教学活动。

“电机与电气控制技术”课程主要是让学生掌握电气元件的工作原理,读懂电气工程图和运用电气元件设计电气图、安装和调试电气设备的能力。该课程将原有项目化进行重新构建,重构的原则主要遵循三点:一是理论为主的教学内容,比如电机概述、低压电气基本知识、电机的工作原理和机床的发展史等设置为线上教学;二是内容简单容易理解的教学内容,比如熔断器、断路器、主令开关、电气符号等设置为线上学习;三是基本电机控制电路部分可改成电气电路设计为主,比如电机的单向控制、两地控制、正反转控制等基本电路若开展线上教学时可设定为电气图的设计为主[4]。对于专业名词、图形符号和公式分析,教学重难点,线上课程需开设,线下应再次讲解,学生才能理解,具体章节划分如表1所示。

此外,课程实施时,融入课程思政元素,是本课程研究的重要方向之一,把握课堂气氛和时机,切入课程的思政元素,在教学过程中潜移默化地立德树人,具体实施时融入课程元素如表2所示。

表2 课程思政元素融入

5 线上线下混合式教学的实施

以教学中“时间继电器”模块为例,将2个课时的教学内容设计为三大模块,知识点对应的是时间继电器的结构、原理和电气设计。教学目标是学生在学习时间继电器的结构和工作原理基础上,会运用时间继电器控制灯泡的电气图,拓展技能是利用时间继电器控制电机的延时启停。整个教学模块教学流程及时间分配如图2所示。

图2 “两线”教学的实施

每个模块设置为课前学习、课中教学和课后学习三个部分,每个教学环节环环相扣,课中的线下教学顺利实施离不开学生课前的线上学习,课中的教学效果,需要课后的任务的巩固。每次课设置小任务,由多个分任务组成一个大任务,形式为由点到线,由线到面,点滴汇聚的教学特点。充分保证将多而分散的任务信息碎片化,使课程内容短而精,快且生动,达到“两线”协同,课内外融通,具有较好的教学效果。

6 “两线”混合式教学方式的效果

2021年在疫情常态下,清远职业技术学院20级电气自动化技术学生采用线上线下混合式教学和“三阶递进”的训练过程,教学实施模式如图3所示。

图3 线上线下混合式教学模式

所谓“两线教学”,就是时间上划为课前、课中和课后,空间上划分为线下和线下。课前学生完成理论知识的获取,课中学生根据理论知识完成项目化任务,课后以微视频和微知识点作为线下课程的补充,促使教学从有限的教学时间延伸到课后,在课后进行理论知识的再内化[5]。通过“两线教学”,实施2个学期的混合式教学,相比实施前教学效果明显提升,比如学生课前完成预习和自学达到90%,课后的回看教学视频学生达50%,作业完成率达95%,学生通过超星平台参与课后讨论达60%,相比实施前学生的自学和自律能力,课堂的参与率显著提高,这种教学方式可彻底弥补一体化教学不足之处,真正实现以学生为中心的职业教育。教学效果如表3所示。

表3 近三年电气学生的教学效果

7 结语

随着信息化教学的发展,尤其是5G技术的推动,各高校加快了教学模式变革。为符合时代的需求,线上线下混合式教学方式成为教学趋势。研究表明,为了应对疫情防控需要,将“电机与电气控制技术”的教学方式进行重构,一方面保证线上教学内容重点偏向学生理论知识的学习,另一方面线下课程主要满足学生实操技能的提升,形成“理论-实操-回归理论”的良好学习习惯,学生从被动学习转变为主动学习,乐于学习,这种新型“两线”混合式得到学生的肯定[6]。

“两线教学”的实施不仅能够使课程更加智能化、科学化和便捷化,而且符合现代学生信息化教学的需要。为此同时教师付出的时间、精力和体力远大于传统的线下课堂,教师需设计好教学平台、准备丰富的教学资源、查看作业、参与课后讨论和教学反思,教学质量才能提升。尤其是遇到电机控制相关的专业术语、设备构造、电机工作原理和机械特性分析等,内容枯燥且深奥,需要教师精心设计教学内容呈现的形式,做到生动、有趣和浅显易懂,这对团队来说是一种挑战。对于学生而言,自学自律参与线上教学,参与线上讨论和及时完成平台发布的任务,积极签到才能达到预期的教学效果。事实上,学生在线学习时,往往因缺乏课堂学习氛围,自律能力差的学生专注度会下降,遇到枯燥的理论学习学生容易放弃,教学效果将受到影响。

面对“两线”混合式教学出现的不足之处,一方面需要相关教学部门给予有效的技术和政策支持,比如教学视频处理、平台资料处理等,鼓励教师勇往直前、克服困难建好线上课程。另一方面,教师团队应分工明确,根据现有的教学条件设计教学方式,选择合适的教学方法提高教学效果。总而言之,“电机与电气控制技术”课程混合式教学改革为信息化背景下高职院校如何更好地开展教学提供了参考。