《高電壓技術》線上線下混合式教學改革探索

張鵬寧，蔣小平，加越乾，王達

（1.中國礦業大學（北京），北京；2.商飛信息科技(上海)有限公司，上海）

一 引言

《高電壓技術》屬于電氣工程及其自動化專業的核心必修課，該課程旨在培養學生正確處理電力系統中過電壓與絕緣這一對矛盾，掌握各種電介質和絕緣結構的電氣特性、電力系統過電壓及其防護措施、絕緣與高電壓試驗方面的知識，在教學中著重培養學生應用本課程的理論知識來設計電力系統過電壓保護方案[1-3]。

《高電壓技術》這門課程在講授的過程中，具有以下挑戰：（1）本門課程屬于交叉學科，涉及到物理、電路、電磁場、電力系統和繼電保護等多門課程的相關知識，很多關鍵的知識點非常抽象，學生理解起來比較困難；（2）《高電壓技術》屬于實驗性的課程，書中的很多結論是由工程實驗測試結果得到的，因此，需要較高的動手實踐能力；（3）大部分高校在《高電壓技術》這門課程投入32 個學時，學時短，需掌握的知識內容多，教師難以詳細講解其各部分知識內容，學生在較短的時間內也難以掌握關鍵的知識點；（4）師生互動較少，課堂氣氛不夠活躍，導致教學反饋較差，對教學的持續性改進不利[4-6]。

針對《高電壓技術》這門課程存在的挑戰和困難，本文引入了線上線下混合式教學改革，重點解決學生理解困難、加強師生互動、解決學時緊張等問題，得到有效的線上線下混合式教學模式，最終提升《高電壓技術》這門課程的教學質量[7-8]。

二 雨課堂

近年來，教育信息化技術的不斷發展，使得我們有條件利用網絡以及網絡教學資源來應用基于互聯網的教學模式。學堂在線與清華大學在線教育辦公室共同研發的雨課堂就是一款線上智慧教學工具，它作為插件與Office 軟件中的PPT 相結合，利用微信公眾號綁定老師和學生的信息進行教與學。雨課堂將復雜的信息技術手段融入到PowerPoint 和微信，使得學生在課下預習和課上聽講之間建立聯系，講課的內容能夠保存，使得課堂不受地域和時間限制。教師可以利用雨課堂，提前將MOOC 精品課視頻、作業和課件及時推送到學生手機上，學生也可以將自己的疑問留言給教師，師生之間可以及時溝通反饋，提高了學生掌握教學內容的效率；課堂上教師可通過實時答題掌握學生理解情況，學生可以通過彈幕與老師進行互動，為教師和學生互動交流提供了很好的解決方案。雨課堂科學地覆蓋了課前- 課上- 課后的每一個教學環節，為教師和學生提供具有指導性意義的統計數據，其中，個性化報表、自動任務提醒，讓教師與學生的任務更簡潔明了。

雨課堂自帶的大量優質教學資源給教師的教學提供了參考和借鑒，同時，課上的教學視頻回放沒有時間和地點的限制，學生可以直接利用手機微信觀看回放，讓課堂上未能掌握知識的學生有重新學習、查漏補缺的機會，學生的自主學習能力在一定程度上有了提高。雨課堂的會員合班功能，學生上限是500 人。教師無需手動輸入學生的姓名、學號，便可以把學生名單一鍵導入。雨課堂的承載工具可以是手機，也可以是電腦。利用手機微信掃碼就能上課，無需下載APP，這不僅為教師的教學提供了便利，也給學生的學習提供了極大的便利。雨課堂具有強大的數據分析功能，可統計分析在線人數、學生學習情況及完成作業情況。雨課堂的上述功能為《高電壓技術》的線上與線下混合式教學改革探索提供了基礎。

三 線上線下混合教學模式

針對上述已存在的問題，設計了線上線下混合式教學方案，包括課前預習、課上互動和課后答疑三部分。其中，重點突出課前資料推送、學生預習、課堂互動和課后反饋環節，針對與學生的互動和反饋，能夠及時地調整接下來的教學內容，并重點講解難以理解的知識點，進行習題分析，持續改進教學效果，高質量地完成短學時內的《高電壓技術》課程教學[9]。

（一） 課前預習

對于之前學過的課程知識點和課中易掌握的內容，提前準備好PPT 和慕課中的精品課視頻，通過“雨課堂”提前一段時間發給學生，讓學生提前自主復習和掌握相關內容，并使用“雨課堂”的習題考核功能，檢查學生的知識點掌握程度，以便教師接下來的課上授課內容的確定。如果學生掌握效果較好，那教師在課上對相應知識點正?？焖僦v解，如果學生掌握效果較差，則對課前布置的知識內容有針對性地詳細講解。

“導師制”是中國礦業大學（北京）實施的一項創新性教學方法，為全體新入校本科生配備導師，一般每位老師全程指導4～6 名本科生，根據不同學習階段分別制定導師指導計劃。在學業規劃、專業輔導、科研探索以及品德培育等方面，實現本科生培養各階段、各環節的導師全程指導。對學生以“導師制”為單位進行分組，每組有一位組長，每組同學在組長的帶領下進行交流討論，大家團隊協作，更易掌握本門課程的重點內容。

（二） 課上專題化教學

由于《高電壓技術》是一門包含交叉學科的課程，在學習此門課程之前需要掌握《大學物理》《電路原理》《電力系統分析》和《電力系統繼電保護》等基礎課程，因此在《高電壓技術》開課之前，要以“導師制”為單位，讓每位導師對所帶學生的基礎知識進行統計，根據統計的結果適當調整課堂授課學時，僅將課程中大部分學生之前沒有接觸過的、至關重要的內容放在課堂上進行講授，例如氣體放電的基本物理過程、絕緣電阻與吸收比、泄漏電流和介質損耗角正切的測量、工頻高壓試驗基本內容等，注意理論聯系實際、突出關鍵內容，并在講課過程中引入所講內容的科技前沿，使學生了解所學內容的實際用途，擴展視野。講課過程中，結合板書、課件和動畫等多種形式的教學方法，將抽象問題生動化、復雜問題簡單化，通過上述各種形式的教學方法啟發學生，使學生加深對基礎知識、微觀機理和實驗方法的理解和掌握。

同時，在線上教學過程中，學生可以利用“雨課堂”APP 進行簽到或請假功能，替代了之前課上教師點名，整個網上簽到過程用時不超過一分鐘，同時還能掌握學生在課堂上的聽課時間，隨時可在APP中查看學生每節課的出勤與上課時間，簡便快捷。

本次教學改革將《高電壓技術》課程共分為四個專題，專題分別為：氣、液、固體放電機理，破壞與非破壞性實驗，波在導線和設備中的傳播過程，雷擊過電壓與防雷措施。每講完一個專題的章節的知識后，均會布置適量的作業，作業內容包含基礎知識和前沿熱點，目的是為了加深學生對所講內容的理解，提高分析和解決復雜工程問題的能力。比如，在講到介質損耗這一部分內容時，可讓學生利用Ansys 或Comsol 多物理場仿真軟件對多層介質中的電場分布和損耗進行分析，并與利用公式簡化模型后的計算結果相對比，驗證仿真和計算的正確性，在這個閉環的學習過程中，不僅掌握了課本的知識內容，也達到了科研訓練的目的。

最后，為了提高實驗室的利用效率，如果實驗室無課的情況下，學生可申請進入實驗室自主學習，使得實驗室中的各類資源得到充分的利用。鼓勵以“導師制”項目組為單位參加省級或全國電子競賽，如果某隊獲獎，則按照獲獎等級對其期末考試進行獎勵性加分，調動學生學習微機原理的積極性。同時，在除了實驗箱等基本的實驗設備之外，對實驗裝置實現多樣化，在保證安全的前提下，可以讓學生對各類實驗設備進行任意組合以實現某些功能，給予學生充分的自主學習與實踐探索的機會，更能發揮學生的創新能力。

（三） 課后答疑與持續性改進

在教師上課結束后，教師會在當天將作業通過“雨課堂”APP 發布，學生會在手機上收到作業提醒，隨時能夠看到具體作業內容，防止遺忘作業內容，提高課后作業效率。在統一上收作業的過程中，學生可通過“雨課堂”上交作業電子版或掃描件，實現作業的無紙化，既為學生保留了作業的紙質版以供考試復習所用，也節省了紙張。教師可通過APP隨時下載學生的作業，并在系統中直接輸入作業分數和批注。學生可以通過“雨課堂”隨時查看自己的作業分數和存在的問題，與傳統的布置作業和交作業相比，既提高了學生的學習效率，也使得教師隨時批改作業，并保留和隨時查看作業批改記錄。

每節課都分為線上和線下同步進行，線上的課程不僅可供因為各種特殊原因不能到校的同學學習，同時也能保持回放功能，能夠使在課上未理解的學生在課下反復觀看講課視頻，使得學生更易掌握重點內容。同時在課后每周設定具體時間地點的線下答疑，也提供學生在雨課堂上留言，教師隨時回復答疑，這使得學生無論何時何地都能學習《高電壓技術》課程內容，也能在復習過程中隨時遇到問題、隨時向教師咨詢答疑，顯著提高了學生的學習效率。

在每個專題授課結束之后，都會在“雨課堂”上給學生發布調查問卷，主要問卷內容為：各知識點的掌握情況、教師的授課方式是否合理、授課的進度能否跟上、所發教學資料是否齊全、哪個知識內容最難掌握、習題課上希望講解的習題等，根據學生的反饋情況，及時對接下來講授的內容進行調整，從而達到促進學生理解和掌握本門課程的目的。

合理的考核方式是檢驗學生學習效果的最直接有效的途徑，通過考核能使得學生更好地理解所學知識，優化學習方法，并提高學習效率?！陡唠妷杭夹g》這門課程的考核方式如下：第一部分是理論掌握考核，考核方式主要是閉卷考試，但閉卷考試的分數只占80%，平時的出勤和作業各占10%，此種考核方法不僅能夠考查學生對所講內容的掌握情況，同時也對學生的出勤以及對課程內容復習情況起到督促作用。

另一部分是實驗考核與參賽獎勵，實驗考核中，實驗操作成績占70%，實驗報告成績占10%，另有多物理場仿真報告成績占20%。實驗操作以“導師制”項目組為單位，實驗操作有多題，每組抽簽獲得需操作的實驗題目，大家共同在規定的時間測量出相應的實驗結果，完成實驗后，老師會問各個組員一個實驗環節中的問題，避免項目組成員中有不參與實驗的學生得到相同分數的情況。如果有同學參加競賽，利用了平時課程中所講的內容并獲獎，根據獲獎等級不同會有相應的加分，以此促進學生將所學知識轉化為實際應用的積極性。最終學生所得成績就為理論考核和實驗考核成績相加再乘上50%。

四 結語

《高電壓技術》作為一門電氣工程專業的必修課，探索其線上線下混合式教學改革具有重要意義。本文針對《高電壓技術》在實際教學中的挑戰和困難，結合線上線下混合式教學方案，探索了解決：（1）關鍵的知識點非常抽象，學生理解起來比較困難；（2）實驗測量難以實現；（3）學時很短，學生難以掌握關鍵知識點；（4）師生互動較少，持續性改進教學緩慢。一方面，通過線上線下混合式教學的課前、課上和課后教學方案的改革后，促進了學生短時間內對關鍵知識點的理解和掌握，也使得教師能快速了解學生的掌握情況，能及時在后續教學內容里做持續性改進，全面提升了學生的學習效率和教師的教學效果；另一方面，通過改進實驗教學方法和考核方式，令學生更易理解課本知識的前提下，也促進了學生的動手實踐能力。因此，《高電壓技術》線上線下混合式教學改革方法是一次有益探索。