慕課背景下的“電工技術(shù)”教學(xué)方法實(shí)踐

何志苠 范小蘭 蘇圣超

(上海工程技術(shù)大學(xué) 工程實(shí)訓(xùn)中心， 上海 201620)

慕課MOOC(大規(guī)模開放在線課程)目前已在我國(guó)高等教育中得到廣泛應(yīng)用[1]。以“電工技術(shù)”課程為例，僅中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)就有185門相關(guān)課程，其中25門為國(guó)家精品課程，包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、重慶大學(xué)等知名學(xué)府的知名課程。在這種背景下，作為一線教學(xué)人員，必須考慮自己的定位，如何與名校名師的著名課程競(jìng)爭(zhēng)，把學(xué)生的興趣保留在自己的課堂里。

另一方面由于上海工程技術(shù)大學(xué)的辦學(xué)定位是高水平應(yīng)用型本科，各大平臺(tái)的課程雖然很多，或是課時(shí)偏多，或是理論性太強(qiáng)，對(duì)學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)要求較高，不太適合該校的實(shí)際學(xué)情。為了滿足學(xué)生課前課后對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)需要，該校教師自行錄制了本校的“電工技術(shù)”慕課，于2016年在智慧樹平臺(tái)上線，輔助線下課堂使用。當(dāng)知識(shí)點(diǎn)的講解都被放在慕課中，學(xué)生可以隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)以后，線下課程就面臨更大的挑戰(zhàn)。課堂上不能再照本宣科地滿堂灌，如何保持學(xué)生對(duì)于課堂的熱情，如何保證以學(xué)生為中心，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，就成了教師的首要問題[2]。

以戴維寧定理的教學(xué)為例，介紹在慕課背景下對(duì)“電工技術(shù)”教學(xué)方法的探索。

1 線上內(nèi)容設(shè)計(jì)

作為電工學(xué)最重要的分析方法之一，戴維寧定理是本課程中電路基礎(chǔ)模塊的“電路基本概念和分析方法”章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[3-5]。我校學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)相對(duì)一般，對(duì)于這部分內(nèi)容，有相當(dāng)一部分同學(xué)無(wú)法通過一次課堂講解掌握應(yīng)用。在沒有制作慕課以前，任課教師課后承擔(dān)了大量效率較低的反復(fù)講解、答疑工作。

制作戴維寧定理的知識(shí)點(diǎn)講解視頻中，將內(nèi)容分為二端網(wǎng)絡(luò)、定理描述、求解步驟和例題講解四部分，總時(shí)長(zhǎng)十分鐘。線上內(nèi)容語(yǔ)言精煉、內(nèi)容簡(jiǎn)潔，讓學(xué)生可以充分利用碎片化時(shí)間學(xué)習(xí)，配合講義、習(xí)題等內(nèi)容使用。有了慕課的知識(shí)點(diǎn)視頻講解以后，學(xué)生課后可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，有選擇性地反復(fù)觀看，對(duì)于他們掌握相應(yīng)內(nèi)容有很大幫助。

線上習(xí)題分成兩部分，在知識(shí)點(diǎn)視頻中插入相對(duì)容易的概念判斷題，課后作業(yè)安排運(yùn)用戴維寧定理分析電路的習(xí)題，留待課后檢測(cè)學(xué)生掌握情況使用。

2 線下課堂設(shè)計(jì)

戴維寧定理的教學(xué)難點(diǎn)是讓學(xué)生掌握其應(yīng)用，解決對(duì)策是仿真實(shí)踐法。通過仿真實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解等效電源的含義；通過生活實(shí)例-練習(xí)-驗(yàn)證，促使學(xué)生掌握運(yùn)用戴維寧定理分析電路和解決問題的能力；通過與生活實(shí)際的聯(lián)系，提高學(xué)生對(duì)戴維寧定理應(yīng)用的理解。

線下課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)分為課前、課上、課后三個(gè)教學(xué)階段，結(jié)合“雨課堂”這個(gè)新型教學(xué)工具開展了教學(xué)實(shí)踐。

2.1 課前

利用“雨課堂”推送導(dǎo)學(xué)課件。通過電路分析方法的知識(shí)回顧，以橋式電路為例，已學(xué)的分析方法或是不適用，或是太繁瑣，從而提出問題，能否直接變成最簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行分析。使用圖1所示的Multisim仿真軟件測(cè)量結(jié)果，顯示復(fù)雜電路和戴維寧等效的最簡(jiǎn)電路對(duì)于同一個(gè)負(fù)載電阻有如圖1(a)所示完全等效的電壓、電流，伏安特性為圖1(b)。以實(shí)踐驗(yàn)證理論，輔助學(xué)生更直觀地理解等效的意義，從而引導(dǎo)出戴維寧定理在電路分析中的重要作用。在課件中插入慕課知識(shí)點(diǎn)視頻鏈接，并對(duì)二端網(wǎng)絡(luò)、開路電壓、等效電阻等相關(guān)概念進(jìn)行梳理。

(a)仿真電路

(b)伏安特性圖1 橋式電路與等效電路的仿真

布置課前任務(wù)及截止時(shí)間，任課教師在上課之前對(duì)學(xué)生的慕課學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和“雨課堂”中導(dǎo)學(xué)課件的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對(duì)課上內(nèi)容進(jìn)行備課調(diào)整。

2.2 課上

課堂陣地是實(shí)現(xiàn)學(xué)生為中心的教學(xué)主場(chǎng)，在慕課完成了知識(shí)點(diǎn)講授的任務(wù)以后，需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)講授式教學(xué)的手段，把教學(xué)設(shè)計(jì)的中心放到學(xué)生能力的培養(yǎng)上。

首先，根據(jù)課前學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，安排戴維寧定理相關(guān)概念的習(xí)題，通過“雨課堂”發(fā)送到學(xué)生手機(jī)。習(xí)題設(shè)置為由易到難三個(gè)級(jí)別，線上學(xué)習(xí)情況越好安排難度越高的習(xí)題，檢測(cè)學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解情況。根據(jù)圖2所示的學(xué)生答題情況，安排知識(shí)點(diǎn)的串講、討論。

(a)二端網(wǎng)絡(luò)判斷

(b)開路電壓計(jì)算圖2 “雨課堂”前測(cè)練習(xí)題的答題情況

通過答題情況可以看到，對(duì)于二端網(wǎng)絡(luò)的概念和判斷，學(xué)生答題正確率達(dá)到94%，掌握情況非常好。因此不再安排相關(guān)內(nèi)容的講解，通過課后對(duì)錯(cuò)誤同學(xué)個(gè)別輔導(dǎo)的方式達(dá)到整個(gè)班級(jí)的教學(xué)覆蓋。

開路電壓的計(jì)算，正確率不足50%，掌握情況不足以開展后續(xù)教學(xué)。因此安排學(xué)生分組討論，讓答題正確的同學(xué)在討論的過程中強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果，答題錯(cuò)誤的同學(xué)則在討論中消除疑惑。

然后，由實(shí)踐電路等效變換實(shí)例，逆向自然引出等效電源的概念，同時(shí)指出教學(xué)難點(diǎn)——等效電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻R0的參數(shù)計(jì)算問題，啟發(fā)學(xué)生思考，為難點(diǎn)突破打下基礎(chǔ)。

不斷提出問題，循序漸進(jìn)，加強(qiáng)師生互動(dòng)。在對(duì)電源作用的處理上，開啟“雨課堂”的彈幕功能，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，注重知識(shí)關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)知識(shí)連貫性，加深理解。

結(jié)合仿真實(shí)例對(duì)分析步驟歸納總結(jié)，突破教學(xué)難點(diǎn)。通過“雨課堂”發(fā)布主觀題，學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)，分析計(jì)算復(fù)雜電路中等效電源的參數(shù)E與R0，在推理計(jì)算的過程中，引導(dǎo)學(xué)生思考，歸納出戴維寧定理的解題三步法并進(jìn)行實(shí)踐，并將寫在紙上的解答過程拍照投稿。

圖3為正確的解答過程投稿。從學(xué)生的作答情況，可以看出大部分同學(xué)掌握了戴維寧定理的應(yīng)用，教師對(duì)學(xué)生的典型錯(cuò)誤進(jìn)行分析講解，消除學(xué)生的理解誤區(qū)。

圖3 正確的解答過程投稿

最后，通過仿真軟件驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，確認(rèn)等效電源與有源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)負(fù)載電阻是等效的，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于戴維寧定理內(nèi)容的理解。

2.3 課后

作為從基礎(chǔ)課到專業(yè)課之間的橋梁，“電工技術(shù)”承擔(dān)了培養(yǎng)學(xué)生工程思維和能力的重任。為了幫助學(xué)生建立工程觀念，線上作業(yè)包含客觀題和主觀題，并且在課后布置項(xiàng)目式作業(yè)，安排學(xué)生分組完成。要求學(xué)生結(jié)合戴維寧定理，選擇三種不同型號(hào)的手機(jī)充電器，分析其電路參數(shù)，并自行設(shè)計(jì)一個(gè)符合項(xiàng)目任務(wù)要求的電源電路。

組內(nèi)成員對(duì)資料檢索、參數(shù)設(shè)計(jì)、電路仿真、報(bào)告撰寫進(jìn)行分工并進(jìn)行組內(nèi)互評(píng)，結(jié)合小組成績(jī)、生生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)綜合評(píng)定項(xiàng)目作業(yè)成績(jī)。圖4為學(xué)生對(duì)項(xiàng)目式作業(yè)的評(píng)價(jià)，大部分評(píng)價(jià)是正面的。

圖4 學(xué)生對(duì)項(xiàng)目式作業(yè)的評(píng)價(jià)

3 結(jié)語(yǔ)

以戴維寧定理內(nèi)容為例，總結(jié)了在慕課背景下，將“雨課堂”這種新型信息化教學(xué)工具應(yīng)用到教學(xué)過程中，對(duì)“電工技術(shù)”課程教學(xué)方法進(jìn)行的探索。

利用慕課抓住學(xué)生的碎片化時(shí)間，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。課堂教學(xué)設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，提高了教學(xué)效果。

在課前、課上、課后階段實(shí)現(xiàn)信息化工具全覆蓋，強(qiáng)化過程化考核，更全面地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。通過仿真與實(shí)踐結(jié)合，配以生活實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目式作業(yè)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)的有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力和高級(jí)思維。