基于“雨課堂”和思維導圖的《電路》課堂教學研究

中國民航大學電子信息與自動化學院 薛 倩 馬 敏

《電路》作為電類專業學生接受工程教育的啟蒙課和主干專業基礎課，有必要也有責任在課程中激發學生對專業的興趣，為相關領域工程人才的培養奠定堅實的專業知識基礎。針對當前《電路》教學中普遍存在的問題，為提高課堂教學效果，本文通過構建思維導圖優化知識結構，利用“雨課堂”工具豐富師生互動形式，多手段結合以增強課堂吸引力，切實提升課堂學習效果，為提高人才培養質量做出積極貢獻。

前言：2018年6月，教育部召開新時代全國高等學校本科教育工作會議，提出對大學生要合理“增負”，提升學業挑戰度，激發學生的學習動力和專業志趣，真正把內涵建設、質量提升體現在每一個學生的學習成果上。《電路》課程作為電類專業學生接受工程教育的啟蒙課、有必要也有責任在課程中激發學生對專業的興趣，培養學生分析和解決實際問題的能力，為卓越工程人才的培養奠定堅實的專業知識和工程意識的基礎。以我校電氣專業為例，《電路》作為專業培養方案中的主干基礎理論課，其教學效果直接影響后繼課程如模擬電子技術、電力電子技術、電機拖動等專業課的學習。而近年來的專業基礎課教學中，學生出勤率逐年下滑、試題難度持續偏低，直接影響了人才培養質量。

《電路》課程知識點繁多，理論知識本身的枯燥、教學方法的陳舊、考核方式的單一、教師管理的無力使學生對課堂失去興趣，課堂對學生失去約束力（朱姝姝,劉闖.民航電子電氣工程專業的電路教學方法研究[J].教育教學論壇,2018(37):160-161;劉榮科,楊昕欣,洪韜.面向新工科建設的電子電路系列課程教學的思考與實踐[J].高教論壇,2018(9):20-23）。在近些年的課程改革中，不斷有教師對新型教學模式進行探索，然而案例教學、翻轉課堂等好的教學模式（何丹.《電路分析基礎》“翻轉+合作”教學法教學成效之實驗研究[J].電子世界,2018(14):8-10）]具體怎么落地，還有很多路要走。

針對教學內容多、理論枯燥等問題，本文用學科思維導圖（汪子君,任玉琢,梁偉.學科思維導圖在模擬電路基礎中的應用[J].實驗科學與技術,2018,16(1):51-56）優化知識結構，以點代章重組教學內容，注重知識點的融會貫通。針對教學方法陳舊、考核方式單一等問題，利用“雨課堂”工具實現智能化教學（賈生堯,王燕杰,李弘洋.基于雨課堂的“電路分析基礎”課堂教學改革與實踐[J].教育現代化,2017,4(28):77-79），線上推送預習課件，課堂中繼續深入學習，豐富教學環節，使學生在課上實現對知識點的內化吸收。本文基于“雨課堂”和思維導圖進行《電路》教學改革實踐，以切實提高課堂參與度和學生學習能力，進一步為提高人才培養質量做出積極貢獻。

1 基于思維導圖的教學內容重組

思維導圖是表現思維過程，發現不同知識間聯系和沖突的重要工具。思維導圖的繪制是學習材料內容及其思維過程的反映和再現，是一個思維路徑層層展開、腦力被充分調動的過程，對所學習材料之內涵進行層層細化揭示和全面梳理把握的過程（汪子君,任玉琢,梁偉.學科思維導圖在模擬電路基礎中的應用[J].實驗科學與技術,2018,16(1):51-56;林瑩,袁雷,陳姝,馬麗梅.思維導圖在“電路與信號分析”課程中的應用初探[J].工業和信息化教育,2018(8):38-41）。通過繪制思維導圖，實現知識點的整合串聯，以點代章組織教學內容，注重知識點的融會貫通，幫助學生把握知識點的來龍去脈，從而更深刻理解其含義和用法。以戴維寧定理為例，與其作為一條新的定理來引入，不如歸入等效變換的框架內，如圖1所示，無源一端口因其端口VCR形式為：u=±Ri，故可等效為一個輸入電阻（高等教育出版社《電路》第5版（后文簡稱教材）2-7節），而含源一端口因獨立源給端口VCR中引入了常數項，其形式為：

與實際電源模型（教材2-6節）中電壓源串聯電阻模型的VCR一致，故任意含源一端口可等效為一個電壓源串聯一個電阻，至于電壓源和電阻的參數值，完全可以由之前所學的替代定理（教材4-2節）和疊加定理（教材4-1節）推導得到：假定端口電流為一定值I，將一端口所接的外電路用電流值為I電流源替代，則根據疊加定理，端口電壓u為兩個電壓的代數和，一個是將電流源I置零（即一端口開路電壓），由一端口內部電源作用產生的端口電壓u’(應為常數),另一個是將一端口內獨立源置零，由電流源I在一端口的輸入電阻R上產生的電壓u’’=RI,由此得到結論：

通過上述推導，學生可以明白為什么戴維寧等效電路中，電壓源的值為一端口開口開路電壓，而內阻值為一端口的輸入電阻。同時，這一推導過程也展示了計算Uoc和Req的方法：在端口加電流源（或電壓源），用任意前學方法（常用教材第3-6節結點電壓法和3-5節回路電流法）求端口VCR，表達式中常數項即Uoc，i前面的系數即Req。

通過圖示思維導圖的繪制，在戴維寧定理這一當前節點上，引導學生聯系起6個前學知識點，同時對戴維寧定理有了深入的理解并掌握了其計算方法。教學實踐表明，思維導圖可縮短講授時間，從而把更多課堂時間用于學生實現知識的內化和拓展，另外，學生在發現教師講授內容結構與課本安排不一致時，會投入更多精力來聽課。

圖1 “等效變換”思維導圖

此外，通過分析思維導圖，對與重點知識聯系不大、工程應用不多的內容進行刪減，并通過聯系模擬電子技術、傳感器等后續課程中的相關知識點，拓展對實際器件、實際電路的認知，使學生在入門時就明確整體專業知識構架，既見樹木，也見森林。

2 基于“雨課堂”的課堂教學設計

利用思維導圖組織好教學內容后，具體每個子主題的教學效果很大程度上還依賴于具體教學設計。一般實踐性較強的課程宜采用案例教學和小組合作，理論性較強的課程宜采用探究式和小組合作為主，同時，選部分難度適宜的教學內容采用自學-輔導式。我校《電路》課程屬于理論性專業基礎課（實驗課程由工程訓練中心集中開設），本身以方法、定理、分析、計算為主，而其方法和分析又是為實際工程設計服務，雖然現階段學生的知識儲備不足以完成工程實踐，但學習過程中應注重工程意識和應用能力的培養。基本的課堂環節應是設計實際情境引出知識點—以探究、啟發式學習該知識點—對所學方法進行練習鞏固—應用于實際問題。具體到每節課的課堂設計，可根據課程的不同、教學內容的不同、老師的不同和學生的不同而不同，甚至在一次課堂設計的不同環節吸收不同教學方式的特點。清華大學推出的智慧教學解決方案——“雨課堂”，為線上與線下相結合的“混合式”教學的實施提供了極好的手段（生堯,王燕杰,李弘洋.基于雨課堂的“電路分析基礎”課堂教學改革與實踐[J].教育現代化,2017,4（28）:77-79;李曉英,王曉蘭,曾賢強.雨課堂對《模擬電子技術》混合式教學的啟示[J].中國教育信息化,2017(12):82-84）。線上推送預習課件，課堂中繼續深入學習，利用雨課堂實現智能化教學，加強師生互動。基于“雨課堂”提出混合式《電路》教學設計流程如圖4，主要包含以下環節：

預習：課前編寫3-5頁的預習課件推送至學生手機（如圖2所示），輕量級新知識介紹，輔以輕松幽默的設計風格，適合學生在茶余飯后或臥談會時瀏覽；雨課堂可將學生預習情況和答題結果實時反饋到教師手機，為備課提供參考；

圖2 手機課件與預習情況反饋示例

導課：預設實際情境，導出本節問題，回顧前學方法嘗試解決新問題，并根據預習內容提出解決新問題的思路或設想；

上新：用思維導圖引導學生推理新知識點，適當應用Multisim軟件進行仿真驗證（王建華,劉勇,劉丹,黃惠嫻,楊意,徐海濤.Multisim仿真軟件對提高電路實驗教學質量的影響探索[J].教育現代化,2018,5(27):170-172），對此方法的具體步驟進行總結并要求學生做筆記，這一環節中可視學生聽課狀態插入2-3道客觀題，“雨課堂”將題目發送至學生微信，學生用手機限時作答，答題情況可進行投屏展示，學生能看到正確答案和全班答案分布（如圖3所示），調節課堂氣氛同時加深對新知識的印象；將Multisim引入課堂輔助實驗教學，除通過仿真分析和仿真演示幫助學生理解電路理論中的各知識點外，還可利用Multisim元件庫學習更多實用元件特性，認識電子測量中各種常用的儀器儀表，引入集成運放、電源電路中的應用實例；

討論：針對前述內容中的難點、易錯點設置題目進行討論，若學生反應熱烈則不予干涉，若學生配合度不高則手機推送2-3個選項，根據學生選擇劃分派別開展辯論，內斂型學生可使用雨課堂的彈幕功能發表意見；

練習測試：PPT打出3道左右習題（主觀題），進行課堂測驗，教師巡視學生做題情況，并對個別同學作單獨輔導；

總結提高：對測試情況進行總結分析，結合思維導圖對新知識點及其與相關知識的聯系做小結；綜合應用所學知識解決實際問題，并在實際問題中獲取一定課外知識；

復習：設計2-5頁的復習課件推送至學生手機，引導學生及時復習；

圖3 學生答題情況實時統計數據

圖4 教學設計流程圖

上述教學方式各環節用到的手機PPT、雨課堂課件、情景設計、應用案例等資源可在課題組共享，因此易于向教師推廣，同時實踐表明學生的配合度較高。此外，利用雨課堂的統計數據評定平時成績，突出對學習過程的重視。

3 總結

如何提升教學質量，增加課堂吸引力，激發學生的學習動力和專業志趣，成為每一位高校教師關注的問題。思維導圖能有效幫助教師更合理地組織教學內容，幫助學生建立清晰的知識架構，而“雨課堂”以簡單易用的方式豐富了具體的教學環節，加強了師生互動。通過合理應用好的教學工具，可明顯改進課堂教學效果。而《電路》課堂教學是一項需要在長期教學實踐中不斷探索的課題，也需要根據教師的經驗與反饋不斷修正，最終提高教學質量。