基于五星教学原理“电路理论”教学改革与实践

周军妮，王燕妮，杨润玲，卢 英

（西安建筑科技大学 信息与控制工程学院，陕西 西安 710055）

引言

“电路理论”是高等学校信息类学科重要的专业基础课，是从“高等数学”“线性代数”“大学物理”“复变函数”等基础课学习过渡到后续“模拟电子技术”“数字电子技术”等专业基础课学习的一门承上启下的课程，因此“电路理论”课程在信息类专业课程体系中占据着十分重要的地位。2020年初受新冠疫情的影响，一线教师开始开展在线教学。与传统课堂教学相比，尽管在线教学使得知识的获取方式和传授方式发生了革命性变化，也改变了学生学习体验方式，但教与学、教师与学生的关系并未发生本质变化，两者都是以学生为中心，突出教师的课堂主导作用，围绕课程教学目标达成度，开展知识传播和能力培养的教学活动［1］。线上教学与线下教学是不同情境下的两种教学形态，新形势下结合西安建筑科技大学通信工程专业工程认证要求，继续探索线上线下优质混合式教学是课堂教学改革的必经之路。

五星教学原理是美国著名的教育心理学家梅里尔教授在《首要教学原理》一书中提出的，该原理以任务为中心，更是以学习者，即“以学生为中心”，在聚焦解决问题的教学宗旨下，认为教学过程应该由聚焦解决问题、激活相关旧知、展示论证新知、尝试应用新知、融会贯通掌握五部分组成。五星教学原理的实质是：具体的教学任务应被置于循序渐进的实际问题解决情境中完成，具体的教学任务包括事实的呈现、概念的讲解、程序的流程或原理的说明等，通常先向学习者呈现问题，然后针对各项具体任务展开教学，接着再展示如何将学到的具体知识运用于解决问题或完成整体任务中去［2］。很多学者将该原理用于主讲课程的教学设计和实践中，不但提升了教学质量，同时也得到学生良好的反馈。谢彦红［3］将该原理进行教育研究方法课程教学设计，闫雷兵等［4］将五星教学原理应用于电磁场与电磁波课堂教学中，严瑾等［5］应用五星教学原理进行C语言程序设计翻转课堂教学设计，通过问卷调查显示，学生满意度很高。图1为将五星教学理念应用于“电路理论”教学实践，提出线上线下混合式教学、MATLAB实验仿真和实操实验环节相结合的三维一体混合式五星教学原理。图中圆心位置的聚焦问题代表某次具体的教学任务，本文以基尔霍夫定律为例进行教学设计。

图1 “电路理论”课程三维一体混合式五星教学原理

一、聚焦问题，寻求突破

“电路理论”课程概念多、内容繁杂，与前导课程及后续课程内容上有很多交叉点，为了配合工程认证要求，近几年来不断调整课程大纲，非常大的改变是授课学时的减少以及对课程过程考核的重视及思政元素的加入。如何进行符合工程认证要求的教学设计；如何结合线上线下教学的优势，强强联合，优势互补；如何把握好“电路理论”承上启下的衔接作用是聚焦的重点问题。

首先，在有限课时的基础上，整合优化相关知识点，笔者在文献［6］中进行了电类专业“三电”课程教学内容的整合和衔接尝试，将“电路理论”“模拟电子技术”“数字电子技术”三门课作为一个整体进行内容整合和组织，使教学内容更加有条理，并且前后关联度更强。

其次，2020年之前笔者一直采用传统的线下教学，在进行教学设计时，从问题出发，先从旧的学生熟悉的知识点引入；然后提出新的应用与新的知识点；接着举例学习新的理论、方法，解决问题；最后达到融会贯通，这就是图1外围部分所示的以聚焦问题为中心的五星教学原理。传统线下五星教学方式最大的弊端在于“教”和“学”的脱节，教师很难从课堂得知学生的学情，学生也无法及时将问题反馈给教师。

最后，中国工程教育专业认证的核心是真正的以学生为中心。如何设计效果好、效率高、参与度强的线上线下混合式教学是值得一直研究的课题。

二、三维一体混合式五星教学原理

国内高校很多教师都经历了传统线下教学到线上直播授课，再到线上线下混合式教学的三种模式，结合专业认证的要求，笔者个人体验还是混合式教学更容易达成工程认证的目标和要求。在文献［7］中也详述了基于工程认证的“电路理论”教学改革探索与实践。本文提出的三维一体混合式五星教学原理（详见图1），以梅里尔教授提出的五星教学原理为基础，同时强调混合式互动课堂、虚拟实验仿真及实操实验环节三维一体。西安建筑科技大学通信工程专业“电路理论”课程设置了四个实操实验，包括基尔霍夫定律的验证、戴维宁定理的验证、RLC元件阻抗特性的测定及正弦稳态交流电路相量的研究。

下面以基尔霍夫定律为聚焦问题，应用三维一体混合式五星教学原理进行教学设计。图2展示了教学内容为基尔霍夫定律的整个教学全过程。交互式课堂、实验仿真环节和实操实验环节三个环节穿插进行，时间安排上先由学生高中物理所积累的能量守恒和欧姆定律入手激活旧知，通常的教学活动都不是在零起点的状态下进行的，因此激活旧知是实施五星教学原理的关键一步，也是教学活动的导入阶段。紧接着在解释电路节点、回路等名词的基础上，学习基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。在整个学习流程中，非常重要的一点，是实验前要先通过电路仿真软件PSpice、MATLAB、Proteus等进行实验电路搭建和仿真，并进行相关电压、电流测量；然后应用所学电路分析的方法，进行支路电流的求解，由于实验一实验电路是典型的3个支路、2个节点的电路，因此该实验通常安排到第三章电阻电路的一般分析学完之后，这样学生在进行电路分析计算时可以同时应用列方程的方法进行。实验前的预习环节高效进行之后，实验室实操环节会进行得比较顺利和有效，关于基尔霍夫的相关知识容易达到融会贯通，这对于在尝试应用和提供反馈结束之后，学生能够进一步熟练和迁移新知识，并根据情境的变化灵活运用新知识起着关键作用。在应用梅里尔教授提出的五星教学原理时，课前的检测、课堂的互动以及课后的知识回顾与检测通过学习通、雨课堂等课堂互动平台协助完成。

图2 应用三维一体混合式五星教学原理进行基尔霍夫定律教学设计

三、有设计的“互动”让学习落到实处

有效互动是混合式课堂的最大特点。在2020年春天开始的线上教学中，笔者从刚开始的心里没底、担心云端的学生是否认真听课，到开始琢磨如何用心设计互动题目、何时发送互动题目、如何抓住最佳时机。在传统的教育教学中，多以“灌输式”教学方法为主流，教师的互动大多是无效的，甚至是无互动的。经常用到的互动可能是这样的：“大家听懂了没有，张三回答一下这个问题。”如果学生配合回答，则产生了一次双向互动。然而大多数情况下效果并不理想。

2020年之后，全国高校的网络基础建设、智慧教室及信息化教育教学平台的加速发展，也为有效课堂互动提供了可能。线下课不再是传统的“教”和“学”分离的课堂，而是线上线下混合式互动课堂。应用超星学习通平台的投屏功能，使课前签到、课前预习和检测、课中互动和提问成为课堂学习的重要环节，学习通平台会自动统计课堂报告、学情统计和互动成绩统计，这些都为过程考核提供了有依据的数据，为专业认证的有效开展、持续改进以及后续教学改革记录了红黑榜，提供了参考经验。

四、有效的评价机制促进持续发展

有效的教学评价机制能够促使学生获得尽可能大的进步和发展，促进教师进行教学反思，增加有效教学的相关知识，增强教学的效能感，为进一步促进师生共同发展提供强有力的依据。传统的教学评价往往重视结果而忽视过程，重视知识传授而轻视思维过程，重视教师单向评价而轻视师生互动。随着教育改革的深化，教师需要改进评价方式，以调动学生学习的积极性，促进师生的共同可持续发展。

笔者主讲的“电路理论”课程在疫情之后经过了2个完整教学周期的线上线下混合式教学，同时结合10多年的传统线下教学实践经验，深刻体会到有效的评价机制对于师生及学校发展的重要性。目前，西安建筑科技大学对线上线下混合式教学实行了专项的评价指标和奖励机制，为更好地把握本学期已申报开展的线上线下混合式教学课程的实际授课情况，加强混合式教学课程质量监控和规范化管理，我校决定开展混合式教学课程专项检查，具体包含以下几个方面。

1.学院组织领导、同行专家进行随堂听课，原则上每位教师每门课不少于2人次。教学课堂情况如实记录在《混合式教学课程专项检查课堂教学质量评价表》（以下简称《评价表》）中，《评价表》主要从课程教学设计和教学效果两方面进行评价。课程教学设计评价包括教学设计是否包含知识、能力、素质三部分，且三部分有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；教学内容是否具有前沿性和时代性并持续更新；教学形式是否体现先进性、多样性和互动性，能否充分利用线上课程资源合理设计线下授课和线上学习的各个环节，体现线上资源和线下课堂相结合的优势；是否具有一定的难度，能否激发学生发挥潜能对所学知识进行融会贯通和拓展应用，培养创新性思维和批判性思维。教学效果主要关注学生课堂专注度、参与课堂互动活跃度是否有所提升。教学效果评价结果为较大提升、有所提升、无明显提升三档。为了促进教师的持续改进，《评价表》还应包含评语及改进意见。

2.学生从教学内容、教学方法及教学态度三方面对教师课堂教学进行定量评分。

3.评价不仅指对教师的评价，也包括教师对学生的评价。“电路理论”课程对学生的考核评价分为过程性评价、实验环节评价及期末考核评价三部分。混合式教学最核心、最特色的是过程性评价环节。过程性评价应该渗透在教学过程之中，应体现评价主客体间的相互关系，能够使学生通过评价，为终身学习奠定基础。“电路理论”过程性评价包含课前预习及测试、课中互动、课后总结与检测、作业及重要知识点检测5个环节，通过学习通平台设置评分占比及批阅评价。

评价机制的目的在于发现教学中存在的问题，促进教与学的持续改进，实现教学效果好、学习效率高、参与度强的教学活动。

结语

针对“电路理论”课程特点，结合西安建筑科技大学的具体教学情况和实验室条件，深厉浅揭地开展“电路理论”课堂教学设计、教学方式和方法的改革与实践，应用梅里尔五星教学原理，结合超星学习通平台的使用，有效组织互动课堂，结合虚实电路实验及有效的评价机制，为信息类专业课程的课堂教学改革提供了有效参考。