學科思維導圖結合微課的模擬電路實驗SPOC教學探索

趙 瑞, 宗曉萍, 丁幫福, 張 欣

(1. 河北大學 電子信息工程學院, 河北 保定 071002；2. 河北大學 教務處, 河北 保定 071002)

小規模限制性在線課程(small private online course,SPOC)是繼2012年大規模開放式課程(massive open online courses,MOOC)之后出現的一種“線上+線下”的混合式教學模式。相對MOOC的Massive與Open,SPOC的特點是Small與Private,是在MOOC基礎上的延展與創新。SPOC繼承了MOOC線上教學的優勢,克服了MOOC制作成本高、學習管理不足、學習體驗不佳等缺點,針對教學對象設計線上資源和線下教學活動,非常有利于教師因材施教,培養學生自主學習能力和開展啟發教學實踐[1]。本文探索在模擬電路實驗教學中進行SPOC教學改革。

1 模擬電路實驗教學中存在的問題

模擬電路是電子信息類專業的三大支柱課程之一,高校普遍采用“理論+實驗”的模式開展教學[2-3]。模擬電路實驗是鞏固學生所學理論、探索科學規律、啟迪學生培養自主學習能力和樹立工程實踐觀念的重要載體,在人才培養中期起著重要的作用[4-5]。

傳統的實驗教學中,教師需講解實驗原理、演示實驗方法,學生按照實驗指導書進行實驗。這種教學模式存在的問題是：(1)教學內容孤立、零散,不利于學生理解、記憶和應用探究；(2)以“教”為主,不利于調動學生積極性和培養學生的實驗能力；(3)實驗考核形式單一,實驗報告較少涉及知識點間關聯、實驗方法探究。我校曾實施“實驗獨立設課[6-7]”“分層次實驗教學[8]”等實驗教學改革,但對于學生擺脫機械式學習方法、構建知識體系、提高解決實際問題的能力方面仍不盡如人意。

2 學科思維導圖和微課

2.1 學科思維導圖

思維導圖(mind map)[9]又叫心智圖,是借助“圖”的形式直觀呈現人類大腦的放射性思維過程。通過將大腦思維可視化,激發人的想象力和創造性思維。2002年,華東師范大學教學團隊提出“學科思維導圖(subject mind map)”的概念,繼承了思維導圖的主要元素和表現形式,結合學科的內在規律,強調概念間的邏輯關系,被稱為“轉基因”的思維導圖,是提升教師的教學效能和學生學習能力的高效學習工具[10],恰到好處地體現了以學生為中心,倡導系統思維、發散思維和知識遷移、創新能力的培養。

英國心理學家奧蘇貝爾指出：知識結構的存在有助于理解和記憶以及問題解決[11]；美國心理學家布魯納認為,聯系已有知識來學習新知識有助于理解記憶和形成知識遷移能力[12]。模擬電路實驗安排在理論教學后,學生已具備“舊知識”,實驗教學目標則可視為“新知識”。理論上,借助學科思維導圖可建立新、舊知識的關聯[13],啟發學生探索深層次知識鏈、問題鏈,培養科研創新的敏感性。

2.2 微課

微課(Microlecture)[14],是指以短視頻(一般時長5～10 min)為主要載體,包含課件、測驗、反思、點評等相關學習資源,是針對某一教學難點或重點精心設計的、主題突出、短小精悍、形式多樣的碎片化、情境化、數字化的教學資源。微課不受時間和空間限制、易于在線開放共享,滿足學生個性化學習需求,還便于開展自主學習和探究性學習,是課堂教學的有效延伸。

因此,在模擬電路實驗教學中合理運用學科思維導圖與微課開展SPOC教學,結合“線上+線下”教學活動,提高學生的自主學習能力、科研探究能力和實踐能力。

3 模擬電路實驗SPOC教學的可行性分析

3.1 教學目標與思維導圖結合微課的一致性分析

對比模擬電路實驗教學的目標、內容和教學過程與學科思維導圖結合微課的特征、設計和表達方式,可得表1所示一致性特征。因此,學科思維導圖結合微課應用于模擬電路實驗教學,可得到更好的教學效果。

表1 模擬電路實驗與學科思維導圖結合微課的SPOC模式的一致性對比

3.2 開展混合式教學的軟硬件條件

引入超星泛雅教學平臺,創建了線上學習環境和交互平臺。該平臺能系統地記錄學生的學習時長、學習次數、在線測驗、實驗報告等過程性數據,便于任課教師完善教學資源、在線指導和綜合評定學生學習的效果等。就教學資源建設所需工具而言,思維導圖制作工具比較多,比如Xmind、Novamind、Mindmanager等,操作界面簡單且對操作系統和計算機配置要求不高,教師或學生可以根據學科特點選擇適合的軟件作為學習工具。微課的錄制可根據實際情況而定,制作精良的微課需專業團隊協助拍攝和剪輯,亦可借助錄屏軟件或用手機錄制微課。

近年來,我校模擬電路實驗教學團隊一直關注信息技術在教學中的應用和實踐,多次參加信息化技能培訓,設計、制作了大量數字化教學資源,模擬電路實驗課件和微課作品獲2014年第十四屆全國多媒體課件大賽河北賽區高教工二等獎、2015年河北省教育教學信息化大獎賽高等教育組三等獎、2017年第二十一屆全國教育教學信息化大獎賽河北賽區高等教育組一等獎。

經過思維導圖、微課、在線測驗等教學環節,學生帶著充分的知識儲備去實驗室,教師只需針對重點、難點及在線學習中的共性問題進行講解,不占用學生太多的時間,還可因材施教進行個性化學習輔導和實施啟發式教學。

智能手機的普及，功能豐富的微信、QQ等社交平臺，移動通信和Wi-Fi網點全校覆蓋,讓學生在線學習和資料上傳下載零負擔,為學生在線學習提供了保障。

4 學科思維導圖結合微課的SPOC教學探索

4.1 借思維導圖和微課立體化呈現知識結構

課程整體思維導圖(見圖1)有助于建立課程的系統思維。以集成運算放大器為例,其知識點思維導圖(見圖2)結合微課,能立體化呈現課程知識結構,輔助學生理清教學目標及前導和后續知識的邏輯關聯,有利于學生建立合理的知識架構,也便于學生自主學習和復習。

圖1 模擬電路實驗整體思維導圖

圖2 知識點思維導圖(集成運算放大器)

4.2 按實驗類型開展進階式實驗教學

教師根據實驗類型的不同,采取“牽”“引”“放”策略,實現方案策劃、思維拓展等自主學習,或者小組探究、討論等,培養學生自主學習的能力。

(1) 在驗證性實驗中,教師設計思維導圖和微課,介紹實驗原理和內容,“牽”手學生學,讓學生在驗證性實驗中使用思維導圖,培養學生邏輯思維能力。

(2) 在綜合性實驗中,教師完成思維導圖主干,末端開放讓學生查閱資料完成思維導圖和實驗設計,“引”導學生學,讓學生在綜合性實驗中練習繪制思維導圖,啟發學生主動思考和參與實驗。

(3) 在設計性實驗中,教師布置實驗條件和實驗目標,學生小組協作設計思維導圖和實驗過程、進行實驗分析,“放”手讓學生練,鍛煉學生小組的協作能力,讓隱性思維可視化,便于因材施教。

4.3 設計多元化實驗考核辦法

為了激勵學生積極參與實驗、主動思考,教學團隊設計了過程性實驗考核打分辦法,如表2所示。依據實驗類型設考核權重,綜合學生在實驗預習、操作技能、實驗報告和思維導圖、設計論文等情況給出實驗成績,激勵學生自主學習和積極參與實踐創新的學習熱情。

表2 過程性實驗考核打分辦法

5 結語

在模擬電路實驗教學中開展思維導圖結合微課的SPOC教學改革,不僅可以立體化呈現知識結構,通過線上+線下的教學模式培養學生的自主學習能力和實踐能力,還可將隱性思維可視化,讓學生在看見“森林”的前提下研究“樹木”,有助于建立理論與實踐之間或者課程之間、學科之間的關聯,對學生探究式學習和教師開展啟發式教學創造了條件。