農業院校基于翻轉課堂的《電工技術》教學改革

唐七星，王玉偉，劉 路，廖 娟

(安徽農業大學工學院，安徽 合肥230036)

0 引言

《電工技術》是高等院校電子信息、農業水利工程、自動化控制、車輛等專業的一門專業基礎課程，該課程的學習對于培養學生的實踐動手能力、電工學專業素質、后續工程和科研工作能力具有非常重要的作用。該課程的特點是理論與實踐緊密結合，要求學生能夠熟練掌握電路的基本理論知識，同時為學習模電、數電、電子線路、自動控制等后續課程提供必要的知識儲備。

隨著科學技術發展速度越來越快，特別是電子信息、智能設備、電氣產業等發展尤為迅速，《電工技術》這門課程越來越得到高校的重視。

在多年的教學過程中，本課程逐漸形成了比較完善的課程教學體系，包括理論課程教材、實驗課程、教案、習題解答等。授課方式主要采用理論講授的形式，學生參與討論部分內容。學生普遍存在電工技術實踐基礎不足，實踐預習效果差的問題。結合發達的互聯網技術，立足實踐，亟須摸索出一條符合農業學校發展現狀的基于翻轉課堂的教學模式。利用互聯網科技，通過翻轉課堂實現學生課前預習，在課堂上完成所要教授知識的內化，學生在教室討論，教師總結補充，引導提升，最后進行總結與分享[1]。這種學習模式為教育提供了新的機遇與挑戰[2]。本文針對農業院校展開了基于翻轉課堂的《電工技術》課程的教學反思及探討。

1 教學存在的問題

《電工技術》課程為專業基礎課，按照大綱要求理論學時為40學時，實驗課會同時開展。在多年的教學過程中，本課程逐漸形成了比較完善的課程教學體系，但仍存在一些問題。

1.1未能適應科學技術發展新要求

在21世紀，科學技術快速發展，對電工技術提出了新的要求。如機械電氣一體化，電氣元件向體積小、容量大、遠控、遙控和智能化等方向演化。如果課程體系和課程內容陳舊，一成不變，則跟不上新器件、新科技的發展步伐。

以農業大棚為例，該課程需要與現代農業緊密結合。為促進作物的生長和發育，大棚內需要適宜作物生長的環境，特別需要控制大棚的溫濕度。傳統的農業大棚運用溫度表和濕度表，以及一些其他器材掌握大棚內的溫濕度，但這些都是人工檢測，耗費大量時間和精力，效率不高，且誤差來源復雜。在電工技術教授過程中，如果還是簡單進行內容贅述，并講解繼電接觸控制系統，學生雖然學習了這門課，但沒有與農業生產緊密結合，不能很好地解決跟不上新器件、新科技發展步伐的問題，降低了農業院校開展《電工技術》課程的意義。針對實際需求，學生獨立設計一個智能化的大棚溫濕度監控系統，設計其整體框架結構，同時結合所學電工知識，進行智能遠程無線監控，實現農業大棚的溫濕度檢測，達到可以隨時了解大棚內情況的要求。如此不但可以提高生產效率，還可以提升農作物的品質，甚至可以降低生產成本。

上述案例說明，課程內容需要與時俱進，且與實際問題結合，否則勢必導致課程內容越來越龐雜。

1.2授課方法有待改進和提高

部分授課內容理論性強、枯燥難懂，學生興趣不高，授課方法有待改進和提高。傳統教學以教師為中心，枯燥講解理論公式，不能有效激發學生的興趣。照本宣科的教學方法，學生被動學習，必然會影響他們的積極思維和創新精神。如何有效吸引學生的興趣變得尤為重要。

仍然以農業大棚溫濕度監控為例，在講解電機時，教師結合實例，讓學生參與，設計一套在溫度太高時，如何降溫的方案，從而激發學生的興趣。在溫度超出閾值上限的情況下，除了發出警報通知之外，還需要采取通風措施，啟動電機通風進而降低大棚內的溫度。該方法可有效引導學生積極思考。

1.3需優化教學效果

《電工技術》課程缺少相應的實驗或實踐教學環節，有待進一步優化應用性課程的教學效果。由于課時的限制和硬件實驗平臺的局限，導致實驗和實踐環節的教學效果大打折扣。

依然以農業大棚溫濕度監控為例，在授課過程中，可以結合實例，讓學生動手動腦積極參與。

在83例胃癌患者中，是否行新輔助化療并不影響患者的術后總生存時間（P＝0.287，圖2A）。進一步以CTC分組，在45例CTC陽性患者中，行新輔助化療者的術后總生存時間比未行新輔助化療者明顯延長（P＝0.001，圖2B）；而在38例CTC陰性患者中，行新輔助化療者的術后總生存時間與未行新輔助化療者相比，差異無統計學意義（P＝0.239，圖2C）。

2 基于翻轉課堂的教學模式構建

依托發達的互聯網技術，立足實踐，摸索出翻轉課堂教學模式，是一條切實有效、可行的辦法。

2.1翻轉課堂的構建

翻轉課堂是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。理論教學主要是教授學生基礎知識，為今后進一步學習專業課程——《自控與電氣》課程起到引導作用[3]。實驗教學主要是提高學生的應用能力[4-6]。根據授課方式的變化，調整教學考核方式。針對《電工技術》課程的特點，分別探討其理論和實驗教學兩部分授課環節。

2.1.1思考題前置的理論教學方法

在理論授課之前，預留幾個問題，進而激發學生的學習興趣。教師在備課時劃好側重點，一個課時最好只設置一個重難點，著重來講解，對于難以理解的理論知識，通過課前制作小視頻或者尋找相關教學視頻，在課前可以將這些教學材料、視頻發布在相關平臺上。要求學生在課前帶著核心問題進行自主學習和討論。在上課的時候，可以先安排學生來講解，小組相互討論有什么不懂的問題，匯總出來后，教師進行有針對性地講解，從而提高學習效率。利用零碎的課外時間，有效擴充了學習空間，同時提高了學生相互協作的能力。

根據農業院校《電工技術》教學中存在的問題，《電工技術》課程需要設計出一個監控農業大棚內溫濕度的系統，隨時掌控作物的生長狀況。在上課之前，學生需要首先確定基本要求，在查找資料的基礎上，討論確定其系統功能結構框圖(圖1)。環境因素對作物的生長有很大的限制，溫度、濕度等環境條件影響作物的生長，所以同時檢測與控制溫度、濕度。按照功能需求，系統可分為轉換、處理、報警和控制等模塊。結合實際情況，考慮農業大棚的特點，加入相應的防水防潮過電保護環節。

圖1 系統功能結構Fig.1 System function structure

2.1.2軟硬結合的實驗教學方式

該課程需要重視培養學生的實踐動手能力、電工學專業素質，需要采取軟硬結合的實驗教學方式滿足學習需求。通過實踐，可以采取不同的小組實現系統不同功能的方式進行實驗教學[7-10]。鑒于各學生的動手能力及對理論知識掌握的程度不同，硬件實驗中遇到的問題也會不同，甚至操作不當引起實驗設備的損壞，用軟硬件結合的教學手段可以較好地解決這個問題。以小組為單位，實現系統不同的功能，使得學生在實驗之前對該實驗有整體了解，通過學習討論，加深了理論知識的理解，又減少因錯誤操作而引起的元器件損壞，減少了不必要的浪費。與此同時，學生之間的互動與協作，培養了團隊精神。

圖2 溫度反饋控制流程Fig.2 Temperature feedback control flow chart

2.1.3調整教學考核方式

《電工技術》課程考核分為3部分：第1部分采用傳統的試卷答題方式，重點考查基本理論方法；第2部分采用實踐測試，可以通過實驗或者利用仿真模擬的形式，要求學生自行設計并實現仿真；第3部分為翻轉課堂實踐成果的分享，把學生的實踐成果，發布為共享資源，供大家比較、學習。

2.2翻轉教學的應用

傳統的照本宣科教學方法，學生是被動式學習，教師在課堂上進行講解。學生在上課之前不會預習，出了課堂，不會主動回顧所學知識，通常會出現常見的現象——又把所學習的內容還給了教師。翻轉教學模式把傳統的教學結構重新排序，從而使學生一直處于學習狀態，刺激他們主動學習，就像鰻魚效應一樣。教師設置作業，不提前通知學生，并且讓學生在課堂上進行講解。學生緊張感會倍增，從而激發其潛力，促使他們積極自主學習。

2.2.1課前分組

根據學生的特點，在課前準備階段，將學生分成不同的組別，并確定各小組的負責人。根據講授的內容，預先給學生設置問題，如要講授自動空氣斷路器，則需要在監控農業大棚內溫濕度系統設計需求中明確其自動空氣斷路器的安裝需要考慮的因素。教師上傳這節課的課件，錄制相關的視頻，幫助學生學習，同時搜集相關內容，加深強化抽象的理論知識，鼓勵學生進行知識點共享。在上課之前，教師預先安排好課程的時間進程，包括課前的分組學習、討論。常用的自動空氣斷路器是集短路、過載、失壓多種保護為一體的電器，結合實際情況，學生需要考慮農業大棚的特點，在選用自動空氣斷路器及線路連接的過程中，應加入相應的防水防潮防漏電的獨特需求。

2.2.2課堂學習

以安徽農業大學2019級機械設計制造及其自動化專業的學生為例，把學生預先分為10組。課上首先進行小組共享，隨機選出2個小組，分派代表講解對于自動空氣斷路器的了解，并提出該組對于大棚自動空氣斷路器的安裝考慮了什么因素，并展示其實驗或仿真結果。隨后進行小組討論，讓10個小組分派代表總結解決的問題，歸納未解決的問題。教師檢查各組的結果，并有針對性地對重難點及未解決的問題進行著重講解。學生學習后，對各組自身的問題進行討論修改。在課堂結束之前，選取該次實踐中最具代表性的小組，進行演示分享。

2.2.3課后分享

各小組總結各自存在的問題及改進策略，編制相應的報告，并分享翻轉課堂實踐成果，把學生的實踐成果發布為共享資源，供大家比較、學習。

翻轉課堂實現了把課堂的學習過程放在了教室外，通過教師課件的分享，學生以主動搜集視頻與相互討論的方式實現了自主學習，并在課堂上完成課程知識的內化。學生在教室討論，教師總結補充，引導提升，總結與分享。利用互聯網科技，翻轉課堂實現了學生隨時隨地學習，給教育帶來了新的機遇。

3 結束語

在《電工技術》教學過程中，面臨實踐基礎不足，實踐預習效果差等問題，提出利用翻轉課堂因材施教的優勢，以發達的互聯網技術為基礎，構建了基于翻轉課堂的教學模式，有針對性地對理論和實驗教學兩部分進行了教學探討，完善了該課程的教學體系，并調整教學考核方式，實現了成果共享，增加了互動交流。翻轉課堂實現了把課堂的學習過程放在了教室外，利用互聯網科技，實現學生隨時隨地學習，給教育帶來了新的機遇與挑戰。