新工科背景下《電路理論》教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

王業(yè)琴，張 敏，楊 艷，孫 娜，彭 甜，劉保連

(淮陰工學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

2017年2月以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”和“新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南”，探索領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式。《電路理論》作為電氣信息類新工科建設(shè)的基礎(chǔ)課程，是所有電類專業(yè)的必修課，在人才培養(yǎng)中處于重要地位。教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過開展教學(xué)競(jìng)賽、教學(xué)觀摩、教學(xué)討論、以老帶新，組織集體備課，構(gòu)建教學(xué)共同體，推進(jìn)教學(xué)創(chuàng)新改革。從“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人以及為誰(shuí)培養(yǎng)人”出發(fā)，確定了包含知識(shí)、能力和德育的課程目標(biāo)。融合最新科研成果和工程案例，利用現(xiàn)代信息技術(shù)開展線上線下混合式教學(xué)改革，構(gòu)建過程性、多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，在知識(shí)傳授中引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)思維、提高職業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)家國(guó)情懷、弘揚(yáng)工匠精神，主動(dòng)對(duì)接新工科發(fā)展要求，落實(shí)一流課程建設(shè)[1-3]。

1 課程教學(xué)存在的問題

1.1 知識(shí)目標(biāo)與德育目標(biāo)融合不深入

《電路理論》課程思政建設(shè)滯后，思政元素零碎分散不成體系，教師僅僅將德育目標(biāo)簡(jiǎn)單理解為口頭說(shuō)教，將國(guó)家大政方針生搬硬套，未能與電路專業(yè)知識(shí)點(diǎn)有機(jī)融合，未能在知識(shí)傳授中實(shí)現(xiàn)價(jià)值觀引領(lǐng)，難以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)物無(wú)聲的德育效果。

1.2 以教師為主導(dǎo)，學(xué)生主體地位不突出

未能充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行學(xué)情監(jiān)控分析，輔助教師制定個(gè)性化的教學(xué)方案，難以體現(xiàn)學(xué)生的中心地位；缺少課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，問題導(dǎo)向不突出，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，獨(dú)立思考設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)薄弱；未能深入開展分組任務(wù)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)環(huán)節(jié)，以教定學(xué)，學(xué)生主體地位不突出[4-6]。

1.3 理論與工程應(yīng)用聯(lián)系不緊密，難以學(xué)以致用

授課內(nèi)容上存在重理論輕實(shí)踐的誤區(qū)，缺少生產(chǎn)實(shí)踐作為教學(xué)切入點(diǎn)，輕視工程案例庫(kù)建設(shè)；學(xué)生自主設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試的實(shí)際電路作品環(huán)節(jié)重視不夠，考核中工程相關(guān)的綜合性、設(shè)計(jì)性題目占比少，解決工程問題的能力有待提高。

1.4 評(píng)價(jià)體系不完善，不利于教學(xué)持續(xù)改進(jìn)

課程跟蹤評(píng)價(jià)體系不完善，未能充分利用超星平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)功能實(shí)時(shí)進(jìn)行學(xué)情監(jiān)控分析，評(píng)教集中于授課之后，評(píng)價(jià)結(jié)果運(yùn)用缺失，無(wú)法輔助教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法、強(qiáng)化過程管理，不利于因材施教，未能形成“評(píng)價(jià)-反饋-改進(jìn)”的閉環(huán)教學(xué)評(píng)價(jià)體系[7-8]。

2 課程教學(xué)創(chuàng)新的路徑與舉措

緊跟時(shí)代發(fā)展前沿，以立德樹人為中心，依托教師隊(duì)伍“主力軍”、課程建設(shè)“主戰(zhàn)場(chǎng)”、課堂教學(xué)“主渠道”，深入挖掘課程中蘊(yùn)含的思政元素，以問題為導(dǎo)向，將最新科研成果、工程案例引入課程教學(xué)中，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)課堂突出學(xué)生主體地位，融合新一代信息技術(shù)，積極開展線上線下混合式教學(xué)改革。

2.1 課程思政融入教學(xué)體系，夯實(shí)學(xué)生成才基礎(chǔ)

《電路理論》授課對(duì)象為電氣信息類低年級(jí)學(xué)生，在教學(xué)內(nèi)容組織及教學(xué)過程設(shè)計(jì)中精選了48個(gè)課程思政元素，構(gòu)建四大類課程思政典型案例庫(kù)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、價(jià)值塑造和能力培養(yǎng)多元統(tǒng)一，對(duì)大學(xué)生扣好大學(xué)的第一粒扣子具有重要意義。

2.1.1電路理論與家國(guó)情懷

在“緒論”中引入智能機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等中國(guó)硬核科技應(yīng)對(duì)新冠肺炎疫情的案例介紹，在介紹“三相電路的基本概念”時(shí)宣傳“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源戰(zhàn)略、中國(guó)電力系統(tǒng)裝機(jī)量和發(fā)電量世界第一、特高壓輸電技術(shù)已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心國(guó)家大政方針，樹立環(huán)保意識(shí)、堅(jiān)定制度自信，培養(yǎng)家國(guó)情懷。

2.1.2電工技術(shù)與社會(huì)責(zé)任

在講授功率因數(shù)提高知識(shí)點(diǎn)時(shí)，分析不法商家虛假宣傳的節(jié)電器的工作原理；講解不對(duì)稱三相電路中性線作用時(shí)，引入電氣火災(zāi)案例；講解安全用電知識(shí)點(diǎn)，引入大學(xué)生宿舍違規(guī)使用電器的安全事故，引導(dǎo)學(xué)生在電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，綜合考慮社會(huì)、健康、安全、法律以及環(huán)境因素，引導(dǎo)學(xué)生遵守職業(yè)道德和規(guī)范，增強(qiáng)法制意識(shí)和社會(huì)責(zé)任。

2.1.3電路等效變換與科學(xué)思維

通過“電阻電路的等效變換”“戴維南定理”“相量法”及“拉氏變換法”等電路分析方法，通過理解等效變換的內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

2.1.4電路分析設(shè)計(jì)與工匠精神

通過布置相序測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)、電壓表電流表量程擴(kuò)展設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)的缺相故障診斷等分組任務(wù)，學(xué)生通過查閱資料、方案設(shè)計(jì)論證、電路調(diào)試、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，鍛煉了組織協(xié)調(diào)和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，培養(yǎng)了精益求精的工匠精神。

2.2 融合現(xiàn)代信息技術(shù)，突出學(xué)生主體地位

教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極推進(jìn)智慧教育，探索智慧教育新形態(tài)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)開展線上線下混合式教學(xué)模式改革，突出學(xué)生主體地位，著力培養(yǎng)新工科人才。

2.2.1精選教學(xué)內(nèi)容，開展混合式教學(xué)模式改革

本課程共56學(xué)時(shí)，其中將基爾霍夫定律、疊加定理、回路電流方程等電路基本定理及分析方法等理論性強(qiáng)的內(nèi)容進(jìn)行線下教學(xué)，共40學(xué)時(shí)；將電池充放電電路設(shè)計(jì)、工廠節(jié)能診斷、電動(dòng)機(jī)故障分析和特勒根定理等知識(shí)應(yīng)用和拓展作為線上教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、信息獲取以及積極思考的能力，共16學(xué)時(shí)。

2.2.2采用智慧教學(xué)工具，滿足學(xué)生個(gè)性化需求

充分利用超星“一平三端”智慧教學(xué)工具，教學(xué)團(tuán)隊(duì)錄制知識(shí)點(diǎn)及典型例題講解微課169個(gè)，精選463道習(xí)題，豐富導(dǎo)學(xué)、前測(cè)和后測(cè)資源，將特勒根定理、狀態(tài)方程、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)等作為選學(xué)部分，滿足學(xué)生的個(gè)性化需求。利用超星平臺(tái)統(tǒng)計(jì)功能進(jìn)行學(xué)情監(jiān)測(cè)分析，同步進(jìn)行教學(xué)反思，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方法手段，達(dá)到因材施教的目的。

2.2.3創(chuàng)新教學(xué)方法手段，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)

基于OBE理念，充分利用案例教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問題導(dǎo)向等多種教學(xué)方法，采用翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論等對(duì)分課堂的形式，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂積極性，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)。例如在不對(duì)稱三相電路學(xué)習(xí)中通過平臺(tái)發(fā)布相序測(cè)量?jī)x分組任務(wù)，布置學(xué)生查閱資料、了解相序測(cè)量的方法，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器件設(shè)備，以團(tuán)隊(duì)形式搜集資料、確定設(shè)計(jì)方案，預(yù)約實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電路調(diào)試，提交設(shè)計(jì)報(bào)告及作品，最后采用翻轉(zhuǎn)課堂，分享設(shè)計(jì)方案。鍛煉了學(xué)生組織協(xié)調(diào)、查閱文獻(xiàn)及自主學(xué)習(xí)能力，教師全程評(píng)估與引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)、學(xué)學(xué)相長(zhǎng)。

2.3 理論與應(yīng)用并重，提高學(xué)生工程能力

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐和科研成果構(gòu)建50余個(gè)工程案例，將電工常識(shí)、工程應(yīng)用及解決復(fù)雜工程問題融入線上線下教學(xué)過程。

2.3.1滲透電工常識(shí)，突出實(shí)用性

將電器及設(shè)備銘牌解讀、空調(diào)功率選擇、收音機(jī)電臺(tái)頻率范圍、入戶電壓國(guó)內(nèi)與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)、插座轉(zhuǎn)換器的使用、接線規(guī)范、用電安全及電池充放電的注意事項(xiàng)等電工常識(shí)滲透于《電路理論》的教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.3.2強(qiáng)化工程應(yīng)用，體現(xiàn)高階性

通過在學(xué)習(xí)通上布置地磅電路設(shè)計(jì)、電表量程擴(kuò)展、日光燈功率因數(shù)提高、相序測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)星—三角啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)缺相故障診斷等工程實(shí)際案例，將理論知識(shí)傳授與工程應(yīng)用能力培養(yǎng)有機(jī)融合，初步培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和高階思維。

2.3.3立足地方經(jīng)濟(jì)，學(xué)以致用

以本市大型用電企業(yè)淮鋼、安邦電化集中補(bǔ)償節(jié)電項(xiàng)目作為案例，講解提高功率因數(shù)的意義和方法，布置學(xué)生完成工廠節(jié)能診斷改造任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)電路知識(shí)解決本專業(yè)復(fù)雜工程問題，著力提升學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

2.4 過程性、多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)教學(xué)過程

利用“一平三端”智慧工具強(qiáng)化教學(xué)過程性跟蹤評(píng)價(jià)，綜合學(xué)生課堂表現(xiàn)和測(cè)驗(yàn)、考核成績(jī)，任課教師進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，結(jié)合學(xué)生評(píng)教、同行評(píng)價(jià)、督導(dǎo)評(píng)價(jià)輔助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法，制定幫扶措施，形成“評(píng)價(jià)-反饋-改進(jìn)”的閉環(huán)教學(xué)評(píng)價(jià)體系。

2.4.1利用“一平三端”智慧工具，進(jìn)行診斷性評(píng)價(jià)

充分利用超星“一平三端”統(tǒng)計(jì)功能，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生任務(wù)點(diǎn)完成情況、討論參與度、視頻學(xué)習(xí)反芻比、在線測(cè)試正確率、翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)互評(píng)等數(shù)據(jù)信息，對(duì)學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)，評(píng)估學(xué)生知識(shí)、能力和德育目標(biāo)達(dá)成情況，形成個(gè)人評(píng)價(jià)診斷，并給出預(yù)警信息；通過課程評(píng)價(jià)模塊收集學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面的反饋信息，形成教學(xué)持續(xù)改進(jìn)依據(jù)。

2.4.2同步教學(xué)反思，構(gòu)建閉環(huán)教學(xué)評(píng)價(jià)體系

將在線統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輔以課堂提問、討論、課后作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、任務(wù)評(píng)價(jià)等形成過程性考核，加上兩次階段考試和期末考試定量考核，以及學(xué)生評(píng)教、同行評(píng)價(jià)、督導(dǎo)評(píng)價(jià)、師生座談會(huì)等信息教師圍繞課程目標(biāo)達(dá)成情況、改進(jìn)措施撰寫課程質(zhì)量評(píng)價(jià)報(bào)告，專業(yè)組織評(píng)價(jià)組對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)進(jìn)行審核，并給出課程持續(xù)改進(jìn)意見，構(gòu)建“評(píng)價(jià)-反饋-改進(jìn)”的閉環(huán)課程評(píng)價(jià)體系，形成了評(píng)價(jià)主體互動(dòng)、過程結(jié)果并重的評(píng)價(jià)方法。

2.4.3持續(xù)幫扶，改進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)

考核后對(duì)未達(dá)成畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的同學(xué)，利用假期時(shí)間，組建電路學(xué)習(xí)指導(dǎo)群，在課程平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，通過知識(shí)點(diǎn)、典型例題視頻學(xué)習(xí)、典型習(xí)題強(qiáng)化訓(xùn)練、分組任務(wù)、模擬測(cè)試等環(huán)節(jié)，督促學(xué)生修正學(xué)習(xí)行為，改善學(xué)習(xí)狀態(tài)，力爭(zhēng)幫助所有同學(xué)達(dá)成畢業(yè)要求指標(biāo)。

3 課程教學(xué)創(chuàng)新的初步成效

2015年教學(xué)資源在超星平臺(tái)上線，已有六屆學(xué)生共計(jì)3000余人進(jìn)行線上互動(dòng)學(xué)習(xí)，資源利用率逐年提升，視頻觀看平均時(shí)長(zhǎng)從2016年的43 min，上升到2020年的945 min。實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的平均成績(jī)、優(yōu)良率和及格率均優(yōu)于平行班，說(shuō)明教學(xué)創(chuàng)新改革有助于學(xué)生更好地掌握課程知識(shí)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。2019級(jí)《電路理論》課程教學(xué)全面采用混合式教學(xué)模式，其中精英1191班進(jìn)行小班化教學(xué)，推進(jìn)分組任務(wù)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)手段改革，共發(fā)布討論話題46個(gè)，回帖數(shù)760次，發(fā)布任務(wù)點(diǎn)115個(gè)，章節(jié)學(xué)習(xí)15 355次，以電阻等效變換為例，其視頻學(xué)習(xí)反芻比達(dá)到174.3%，共發(fā)布分組任務(wù)5個(gè)，綜合性電路設(shè)計(jì)作品2批次，仿真分析報(bào)告3批次，發(fā)布章節(jié)測(cè)試28次，采用多種教學(xué)手段的小班化教學(xué)，突出了學(xué)生中心地位，學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)明顯增強(qiáng)，教學(xué)效果更優(yōu)。

《電路理論》課程組承擔(dān)的“基于學(xué)習(xí)通的自動(dòng)化類專業(yè)教師教學(xué)能力提升研究”教育部協(xié)同育人項(xiàng)目研究成果在校內(nèi)外推廣應(yīng)用，發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，疫情期間前三周自動(dòng)化學(xué)院上傳教學(xué)資源、人均訪問量全校第一，《電路理論》是最活躍的專業(yè)課，入選“淮工名師堂”線上教學(xué)典型案例，主講教師獲得2020年江蘇省微課教學(xué)比賽一等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)，并在“江蘇省2020年本科院校教師師德師風(fēng)建設(shè)研討培訓(xùn)班”“淮陰工學(xué)院校本培訓(xùn)”進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新改革經(jīng)驗(yàn)分享，受到廣泛贊譽(yù)和高度評(píng)價(jià)。