基于费曼教学理念“以学生为中心”的《电缆及光缆材料》课程混合式教学改革与实践研究*

李承斌，倪艳荣，郑先锋，冀盛亚，王国柱，刘 刚

(1 河南工学院电缆工程学院，河南 新乡 453003；2 河南工学院车辆与交通工程学院，河南 新乡 453003)

我国教育部在2018年举办了第一次全国高等学校本科教育工作会议，会议讨论并发布了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，全方面回应了高校培养什么样的人，怎么培养人等关键问题[1-2]。会议指出“高校要以学生为中心办教育，以学生的学习结果为中心评价教育，以学生学到了什么、学会了什么作为评判教育的成效”[3]。

近年来在我国施行创新驱动发展、“互联网+”、“中国制造2025”等重大发展战略的大背景下，建设新工科成为顺应社会经济发展潮流的必由之路，这是高等教育服务国家战略和满足产业发展需求的战略举措，也是推动新动能转换和迈上现代化经济体系更高水平的重要力量[4-5]。2017年，我校申请的教育部目录外特设专业—电缆工程专业获批，学院聘请行业专家，召开了电缆工程专业建设指导委员会会议，制定了培养方案，在培养方案中将《电缆及光缆材料》课程设为学生的专业必修课程，《电缆及光缆材料》在电缆工程专业大三上学期开设。《电缆及光缆材料》既是《电缆工艺原理》《光纤光缆制造技术》等专业课程的基础，又是培养学生利用电缆及光缆材料理论知识分析和解决生产问题，提高创新能力的关键。但由于《电缆及光缆材料》课程有很强的理论性、各种难懂的概念和抽象的公式定律，学科交叉多，因此学生普遍反应该课程学习难度大，易感觉学习枯燥乏味，积极性较差，仅凭单一的讲授模式不能提高学生的积极性和兴趣，知识点掌握较差。因此非常有必要实施《电缆及光缆材料》课程的创新改革，力图找到合适的教学模式和方法，提升该课程的教学质量和效果。

1 课程培养目标

《电缆及光缆材料》课程的任务主要是通过本课程的教学使学生了解在电缆制造过程中使用的各种材料的物质结构，基本性能以及在电缆中的具体用途，具备能够根据电缆工作的条件、性能、要求合理地选择材料，以及进行材料配合与改性的能力，为学习后续电缆工程的专业课程打下良好的理论基础。同时，注意培养学生认真严谨的科学作风，提高综合分析和解决电缆及光缆材料问题的能力和素质。

为了达到这一目标，对《电缆及光缆材料》课程采用“以学生为中心”新工科背景下基于费曼教学理念的混合式教学，即线上教学和传统教学相结合的一种“线上”+“线下”的教学。通过两种教学组织形式的有机结合，将学生从浅层学习引导进入深层学习的状态。混合式教学模式即线上电子信息技术与线下课堂早已运用在教育教学中，其具有十分重要的意义。

2 创新改革内容

费曼教学方法和理念更像是一种思维方法。费曼理念教学指的是把自己输入(学到)的知识，通过输出的形式教会、教懂大部分人。看似简单的输入+输出的费曼理念教学法的关键在于学习模式的转变，费曼教学理念能够真正意义上的改变教学模式[6-8]。

2.1 开展课程理论教学内容改革

针对《电缆及光缆材料》涉及多学科交叉，难度大、知识广，记忆性知识点多，学生易感觉枯燥等问题，对课程教学内容进行如下形式的改革：

(1)引入课程思政教育理念，帮助学生树立正确的科学观，倡导家国情怀，形成正确的人生观，从热点话题出发，通过对问题的剖析揭示电缆及光缆材料的知识。高等数学、电缆化学、大学物理、电介质化学是《电缆及光缆材料》课程学习的基础，通过数学、物理、化学科学专业的语言表达才能将《电缆及光缆材料》真正发展成为一门学科。金属材料和高分子材料的一些知识在电缆化学和电介质化学中已略有涉及，《电缆及光缆材料》课程改革中注重其与前期课程内容的衔接，从理论上把知识向深层开发，避免重复的同时，还要突出重点与难点。

(2)电缆及光缆材料内容涉及范围较多，对涉及到金属和高分子材料章节的内容做了调整，更加注重金属结构、高聚物结构基础方面的学习，具体到各类电缆及光缆材料用途的内容一般让学生通过案例分析进行自主沉浸式的学习。

(3)该课程概念多、公式多，因此不再按照课本目录的顺序教学，改为知识单元的形式，在每个各知识单元讲完时和学生共同发掘总结重难点。

2.2 开展基于费曼教学理念的混合式课程教学模式改革

费曼不仅是一名杰出的物理学家，还是一名出色的教育家，费曼的教学理念强调教育应该加强兴趣的开发和引导，不能只是简单的知识灌输，更应注重方式方法。费曼不断的贯彻他的教学理念最终被加州理工学院学生评选为最受欢迎教师，还荣获了奥尔斯特教育奖章。针对《电缆及光缆材料》课程需要众多交叉学科知识、理论性强、公式定律非常复杂，致使学生经常混淆不同公式的使用条件与定律的物理意义，因此开展对课程基于费曼教学理念的混合式课程教学模式改革。

(1)课前在线上发布学习任务和预习资料，让学生进行线上预习，并对学生布置分组任务，并设定问题给学生，让学生自主学习，并完成线上作业。线下课程开课的前一天学生需要在学习通上完成相关任务。

(2)学生自主完成线上课程之后，针对不理解的知识点进行汇总，在线下课堂上进行分组讨论及讲解，教师与其他组学生给予点评，打分。限定课堂讨论讲解的时间为10～20分钟。

(3)课后及时进行线上和线下答疑，巩固知识点应用。

2.3 开展基于费曼教学理念的课程教学方式、方法与手段改革

本课程理论性比较强，满堂灌式的填鸭教学使得课堂氛围较差，学生学习积极性不高，对知识点应用较弱；因此，非常有必要针对灌输式课堂教学进行全面改变，可以利用符合费曼教学理念的多种教学手段用于改善课堂教学的氛围，调动学生积极性，改革内容如下：

(1)运用基于费曼教学理念的多种教学方法改善课堂教学氛围，充分调动学生学习积极性。在线上线下课堂中运用新媒体、微视频演示，课堂可以加入学生的小组讨论，引入课程思政教育理念，穿插时政、实验视频。

(2)课堂辩论是贯彻费曼教学理念的一种新的形式。辩论根本的目的就在于明辨是非、真假、优劣，达到认识真理的目的。通过辩论，就可以使学生认清事物真相，比较各种利弊，帮助学生从不同角度认识同一件事情。马克思说过：“真理是由争论确立的。”因此在课堂可以设置小组辩论，从时政热议话题切入，深层剖析问题的本质，使得课堂氛围更加生动、有趣。课堂辩论的加入还有利于学生认识事物的本质，培养团队竞争意识，提高口才，增长知识。

(3)为新内容的引入铺设情境、提出疑问、巧妙利用费曼教学理念中翻转课堂的思路。提出疑问是关键步骤，要选取贴合课程内容的情境，促成学生对难点知识的顿悟，同时渗透科研理念，督促学生知网查询，提升科研能力；而情境的创设灵感包括生产实践、生活实例、以及教材中的问题等。

2.4 开展混合式教学课程评价体系的改革

成绩导向式教学，使得学生平时不努力，到了考前才突击，考完试就把知识还给老师，违背教育的初衷。因此更新了现行《电缆及光缆材料》课程的考核内容。改变了以往侧重知识点背诵，课程的考核也不仅仅是教材、课堂笔记等，更加重视考查对电缆及光缆材料知识的实际应用，因此，更新了评价体系。

(1)改变唯期末考试成绩论的现象，加强多维评测；采用过程性多元化考核方式，增添学生互评环节来激发学生的积极性，课后评价则通过讨论答疑的形式来延伸考核，并以过程化成绩形式来体现。考核总成绩由期末试卷成绩(权重60%)和过程性考核成绩组成(权重40%)。在期末试卷中增加综合应用题、分析题比例，使其不低于50%。

(2)课程考核方式主要针对过程性考核开展。通过学习通教学工具上的签到、随堂测试、课堂互动、课堂任务完成、问题反馈等对学生进行过程性考核和评价。过程性考核成绩中课堂表现、随堂测验、作业分别占比50%、25%、25%。

2.5 进行课程线上资源建设

由于我校电缆工程专业是全国唯一的新工科专业，《电缆及光缆材料》课程相关资料非常缺乏。因此在学习通上建立了线上课程，丰富线上教学资源势在必行。

(1)采用全新PPT模板，重新打磨了课件，添加最新电缆及光缆材料的前沿科技内容，并上传到学习通，供学生预习和复习。

(2)收集并下载了电缆及光缆材料课程相关的精品视频和前沿科技文献，上传到学习通，丰富学生线上学习的资源，提高学生线上学习的积极性。

(3)建立了线上的作业库、习题库、试题库，便于多维度的考核学生知识掌握情况。

3 改革案例

在《电缆及光缆材料》教学过程中，挖掘与电缆工程专业知识相关的实例，引导学生参与教学实践中。以学生为中心调动学生上课积极性。

(1)改革案例1

思维导图可以高效训练学生的发散性思维，帮助学生记忆，它简单却又很有效同时又很高效，是一种实用性的思维工具。如在金属材料相关内容讲完后，除了要学生完成线上阶段测试外，还要求学生自我总结画出色彩丰富个性化的思维导图，帮助学生消化运用课堂所学。经过思维导图的训练总结，学生对金属材料的结构、性质和用途有了更深层的思考和认知。

(2)改革案例2

讲到塑料材料时，以“使用塑料利大于弊VS使用塑料弊大于利”为题，组织学生分为正反方展开课堂辩论。课前通过抽签决定正反方，每方5人，各方1辩负责立论环节，各方2～4辩负责展开论点和自由辩论环节，各方5辩负责总结陈词部分。辩论中学生们你来我往，不仅对课程中的定义和概念进行了深层的解读，还利用互联网工具准备了多方面论据。双方不断摆事实，讲道理，列数据，抓漏洞，互不相让，通过这场酣畅淋漓的课堂辩论，不仅激发了学生的兴趣，还能让学生从不同的角度掌握塑料这种材料的优缺点。

(3)改革案例3

在讲解耐火阻燃材料内容的时候利用翻转课堂组织教学，提前发放资料让学生全面预习耐火阻燃材料的知识，每一组负责讲解一种耐火阻燃材料的结构性质和用途。各组同学积极查阅资料，整理出精美的耐火阻燃材料的PPT。甚至有一组同学还对聚氯乙烯和聚乙烯材料的耐火性做了现场演示实验进行对比，非常具有说服力。讲完以后再其他组的学生根据内容进行提问补充和互评，现场讨论非常热烈，一系列活动使课堂氛围非常活跃。

(4)改革案例4

让学生扮演电缆公司材料采购经理，组织与另一组学生扮演的供货方进行会谈，使用5W2H法做一份会议筹备表格，做一份详细的会议议程。通过模拟电缆材料的采购会议，学生了解了电缆标书的制造过程，同时深刻掌握了电缆材料采购时的注意事项。

(5)改革案例5

加强对学生的思政教育。讲超导材料的时候，引入我国青年学者曹原发现将两层石墨烯用1.1°的角度叠放在一起具有神奇的超导性，被称为魔鬼超导角，该成果接连在国际顶级期刊中报导，激发了学生不断探索的科研热情。讲材料安全性能的时候，讲述美国阿波罗1号火灾事故，该事故是导线的短路引起电火花，由于以前太空舱是纯氧气环境，火花点燃了太空舱中的阻燃塑料、而舱门无法从内部轻易打开，一系列的多米诺骨牌效应导致了3名宇航员的牺牲事故。该事故警醒学生对电缆材料安全问题的重视，让学生重视对阻燃材料的学习。

4 结 语

通过《电缆及光缆材料》课程的混合式教学改革与实践，对《电缆及光缆材料》课程的教学内容、教学手段与模式、过程化考核方式进行了一系列改革探索。实现了以学生为中心基于费曼理念的《电缆及光缆材料》课程创新改革。完成了各类电缆及光缆材料的文献、短视频、图片等资料的整理和收集上传，并把精选的案例资料融入混合式课堂教学。