暫態(tài)電路項目式教學研究：基于線上線下混 合與“理—仿—實”一體模式

摘要：針對電工技術(shù)課程的特點及教學難點，文章采用線上線下混合、理仿實一體以及專業(yè)案例牽引相融合的教學模式，以“電磁炮”案例設(shè)計“暫態(tài)特性測試分析”一課，通過“理論+仿真+實驗”引導學生在由簡入繁的電路分析過程中掌握知識，培養(yǎng)工程思維，強化實踐能力。

關(guān)鍵詞：電工技術(shù)；項目式教學；線上線下混合；“理—仿—實”一體；專業(yè)案例牽引；電磁炮

中圖分類號：G712文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）20-0151-04

0引言

電工技術(shù)課程是高等職業(yè)院校面向非電類工科專業(yè)的重要專業(yè)平臺課程，旨在培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、科學思維和邏輯思維能力，使其具備運用電類基礎(chǔ)知識解決實際工程問題的能力。為適應(yīng)新時代教育發(fā)展需求，提高教學質(zhì)量，部分高校已試點改革電工技術(shù)課程，采用“線上自主學習+課堂精講+項目實踐”的教學模式。

傳統(tǒng)教學內(nèi)容以知識點的連貫性為基礎(chǔ)，分章節(jié)逐漸深入學習。傳統(tǒng)學習過程通常為先學習理論知識，后進行實驗驗證。然而，相關(guān)實驗與實際崗位聯(lián)系較弱，導致學生在學習理論知識時缺乏內(nèi)在動力。《“十四五”國家信息化規(guī)劃》提出，要發(fā)展更加公平、有質(zhì)量的教育，推動信息技術(shù)與教育教學的深度融合，構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系。當下AI、人工智能日新月異，在線教育平臺興起，教育技術(shù)不斷發(fā)展，為線上學習提供了有利條件[1]。

電工技術(shù)課程具有較強的實踐性和應(yīng)用性，學生需要通過大量實踐操作來掌握相關(guān)知識和技能。因此，課程改革旨在利用線上教學平臺，引導學生進行自主學習，培養(yǎng)學生的自主學習能力和問題解決能力；通過課堂精講，深入剖析課程重點和難點，提高教學效率；借助項目實踐，增強學生的實踐操作能力和團隊協(xié)作能力，使學生能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用于實際工程中。

1電工技術(shù)課程教學現(xiàn)狀分析

1.1學情分析

學生專業(yè)為機電類，對電路分析有一定需求。學生學習課程興趣較高，熱愛動手操作，但基礎(chǔ)參差不齊。部分學生具備較好的電路基礎(chǔ)，學習過相關(guān)知識和定理，但大多數(shù)學生未接觸過電路相關(guān)課程。學生課程安排較為密集，電工技術(shù)課程每周安排2～4次，且各專業(yè)學生同時學習的課程數(shù)量超過4門。得益于學校對混合式教學的推廣，學生能夠熟練運用各類線上學習系統(tǒng)（如中國大學MOOC、雨課堂等），為線上教學的開展提供了便利。

1.2教學痛點

傳統(tǒng)教學模式以教為中心，教學方法側(cè)重知識和技能的傳授，主要采用講授演示、領(lǐng)學領(lǐng)練、檢查指導等教學手段，教師在教學活動中占據(jù)主導地位。實驗內(nèi)容主要圍繞電容充放電的基本原理展開，內(nèi)容較為零散，缺乏系統(tǒng)性和實戰(zhàn)案例。實驗任務(wù)以驗證性實驗為主，缺乏設(shè)計性實驗和軍事案例的融入[2]。

課程理論知識豐富，涵蓋面廣且難度較高，學生難以運用電路分析方法有效解決現(xiàn)實問題，難以在實際崗位工作中取得顯著成效。學生認為課程內(nèi)容與未來工作關(guān)聯(lián)性不強，普遍存在“差不多學學，及格就好”的心理，學習動力不足，積極性不高。由于課程安排密集，學生自主學習時間有限，即使對課程內(nèi)容感興趣，也可能因考試壓力而忽視電工課程的學習。

《電工技術(shù)》教材中的實驗內(nèi)容分散在各個章節(jié)中，且大多針對單一知識點，缺乏與先前學習內(nèi)容的聯(lián)系，不利于學生系統(tǒng)掌握教材內(nèi)容。目前，《電工技術(shù)》實驗教學普遍存在上述問題，嚴重阻礙了學生實踐動手能力、知識理解能力和創(chuàng)新能力的提升[3]。

2課程設(shè)計理念與思路

為解決學生學習時間不足、課程知識點零散、內(nèi)容難度較高且缺乏實戰(zhàn)運用等問題，采用項目式教學進行整體課堂設(shè)計。

2.1內(nèi)容重塑

為解決上述問題，將專業(yè)任職需求融入學習內(nèi)容，把原有章節(jié)性內(nèi)容整合為貼近崗位的三個項目，每個項目包含若干單元電路，并對應(yīng)設(shè)置相關(guān)的理論知識學習環(huán)節(jié)。學生為了完成項目，必須按順序?qū)W習《電工技術(shù)》的相關(guān)知識點，在項目制作過程中完成知識學習，并通過項目任務(wù)激發(fā)、加強和維持學生的成就動機。

2.2模式創(chuàng)新

創(chuàng)新性地采用線上線下混合、理仿實一體和專業(yè)案例牽引相結(jié)合的教學模式，將簡單的知識點放在線上學習，以實戰(zhàn)化案例設(shè)計整體課堂，遵循案例引入—理論分析—工程實現(xiàn)—軍事案例的流程，引導學生分析和設(shè)計電磁炮，并通過仿真和實驗操作驗證原理。教學共分為8個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)對應(yīng)的課堂實施內(nèi)容如圖1所示，該流程符合BOPPPS六步教學法。

1）線上線下混合。

線上學習采用雨課堂平臺。為保證課堂學習效果，課前通過雨課堂發(fā)布與課程相關(guān)的拓展學習資料，并推送學習任務(wù)單以檢驗學習效果，收集學生易錯點。課堂中，通過雨課堂平臺發(fā)送題目以檢驗課前學習效果，并根據(jù)實時反饋情況進行針對性講解。課堂中，充分利用雨課堂平臺的拍照上傳、隨機點名和彈幕等功能，提高學生課堂參與度，營造適度的緊張感。平臺能夠自動生成課堂成績，在課程結(jié)束后展示得分并選出“學習之星”，以此激勵學生積極參與課堂互動。課堂成績作為學生平時成績的一部分，有助于提高評價的客觀性[4]。

2）“理—仿—實”一體。

將理論教學、虛擬電路仿真和實驗實踐教學相融合，營造“做中學、學中做”的學習氛圍。理論知識與仿真、實驗相結(jié)合，使課堂形式更加多樣化，增加學習趣味性，同時提高學生的動手實踐能力和實際應(yīng)用能力。通過虛實結(jié)合的方式，提高學生自學能力，增強學習的實踐性，最終實現(xiàn)參與式學習[5]。

3）專業(yè)案例牽引。

課堂精講以專業(yè)案例為牽引，對案例進行深入分析，引導學生自主驗證電路原理，主動思考，不斷激發(fā)學習驅(qū)動力，最終實現(xiàn)探究式學習。

3教學條件

課程共計60學時，包括精講面授48學時、線上自學10學時和項目實踐2學時。精講面授在實驗室進行，使用一體化教學設(shè)備（如圖2所示）。教師可以隨時查看學生的測量數(shù)據(jù)，學生實驗課所需的各種儀器儀表（如毫伏表、萬用表、直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號發(fā)生器、示波器等）都集成在實訓臺上，提高了實驗課的效率，避免了學生在實驗課上尋找設(shè)備以及設(shè)備不匹配等問題。教師可以隨時調(diào)取學生實驗臺上各儀器儀表的測量數(shù)據(jù)，并組織學生進行觀察和討論，便于展示學生電路中存在的問題，引導學生分析，提高課堂效率，并強化學生對儀器儀表的使用能力以及電路故障排除能力。線上課程在互聯(lián)網(wǎng)教室進行，學生在中國大學MOOC平臺上觀看學習視頻，教師發(fā)放任務(wù)單并針對難點問題進行輔導和答疑。

4案例實施

本文以模塊二實踐活動一“暫態(tài)電路測試分析”為例，展示如何運用項目式教學設(shè)計整體課堂。本次課程為模塊二實踐活動一“暫態(tài)電路測試與分析”，其教學目標為：1）會使用“三要素法”求解一階電路；2）能夠分析二階電路的暫態(tài)特性。為了實現(xiàn)這些目標，傳統(tǒng)授課方式主要以電容充放電實驗為主，并進行暫態(tài)過程的分析。教學重點在于分析零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)。但傳統(tǒng)教學方式存在動手實踐較少、理論知識較多且內(nèi)容偏難等問題，導致學生對電容充放電在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用認識不足，學習積極性不高。為解決上述問題，針對新概念武器專業(yè)的學生，本文以軍事案例——電磁炮為例，運用一階電路的暫態(tài)特性分析、設(shè)計和改進電磁炮，并在此過程中鞏固電容、電感的交流特性，同時掌握暫態(tài)特性及其分析方法。

本次課程的前置知識點包括電容、電感元件的基本知識及其交流特性。在學習本節(jié)課之前，學生已經(jīng)完成了4學時的前置知識點學習。本課程與4學時的項目三“電磁炮設(shè)計與測試”相對應(yīng)，是完成該項目所必需的內(nèi)容。

課程的整體流程為：線上自學→案例引入→理論講授+問題討論+實驗探究+案例分析→拓展應(yīng)用→驗收評價，該流程融合運用了BOPPPS教學模式。

4.1線上自學

根據(jù)課程教學計劃，學生已在線上完成了電容、電感元件，以及電阻、電容、電感元件交流特性等內(nèi)容的學習，掌握了充放電時間常數(shù)、電容電感的儲能性質(zhì)、電容電感交流特性和正弦交流電特性等相關(guān)知識，這些是學習本節(jié)課的理論基礎(chǔ)。

為了提高學生自主學習能力，本課程采用線上線下混合式教學模式。課前，教師通過雨課堂平臺推送學習資料、明確學習任務(wù)，學生依托線上平臺自學相關(guān)內(nèi)容，并反饋學習效果。結(jié)果表明，學生基本掌握了電容電感的基本特性以及三要素法求解一階電路的方法，但仍不具備分析電路暫態(tài)特性的能力，且對暫態(tài)特性在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用缺乏了解。

4.2案例引入

為了強化學生的應(yīng)用能力，本課程采用電磁炮案例進行牽引式教學，以電磁炮的設(shè)計和改進為主線，最終拓展到電磁彈射技術(shù)，以此激發(fā)學生的學習熱情，并在教學過程中融入“規(guī)范操作、辯證思維、工程思維”等課程思政內(nèi)容。

首先，通過演示學生作品并分析電磁炮的發(fā)射原理，引出關(guān)鍵技術(shù)難題：電磁炮發(fā)射需要巨大的瞬時功率[6]，那么電容器是如何存儲電能并快速釋放的？

4.3理論講授+問題討論+實驗探究+案例分析

為了解決上述問題，本課程采用理仿實一體化的問題鏈教學方法，引導學生建立電磁炮模型，并提出問題1：“電容器為什么具有高功率密度？”

通過仿真實驗分析電磁炮的充放電特性，得到電容充放電曲線，驗證了電容可以進行充放電，并在3RC～5RC內(nèi)完成充放電，從而解決問題1。接下來，引出問題2：“在工程上該如何實現(xiàn)電磁炮？為什么選擇半導體器件作為控制開關(guān)？”根據(jù)課前學習的雨課堂平臺資料，利用雨課堂的隨機點名功能檢驗學生的線上學習效果。通過對比機械開關(guān)與半導體開關(guān)的特點，引導學生總結(jié)并得出結(jié)論，進而解決問題2。

組織學生上臺展示自己的作品，驗證理論分析結(jié)果，并進一步引導學生發(fā)現(xiàn)問題3：“電磁炮裝置射程較短，如何提高射程？”組織學生進行小組討論，以小組形式匯報結(jié)論，并上臺進行實操演示，改進方法。由于該問題綜合性較強，學生難以全面分析和解決，因此教師須發(fā)揮引導作用，提示學生回憶電路分析方法等。通過仿真實驗直觀解析抽象且不易搭建的電磁炮放電回路，并組織學生討論如何調(diào)整電路參數(shù)，討論結(jié)果通過雨課堂彈幕發(fā)送，以提高學生的參與度和課堂趣味性。教師根據(jù)學生的回答，逐一進行實驗驗證。

通過實物驗證提高射程的方法是否有效，并引導學生思考問題4：“電容是否越大越好？”通過實驗測試發(fā)現(xiàn)，電容越大，射程反而變短，并通過二階電路的分析驗證這個實驗現(xiàn)象，得出“電容電感參數(shù)存在極限”的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，得到問題5：“如何進一步提高電磁炮射程？”

參考32MJ電磁炮的炮管長度以及學生電磁炮模型中存在的三個線圈，最終解決問題5并得出結(jié)論：采用多級加速連接方式可以進一步提高射程。學生在解決電磁炮技術(shù)難題、進行理論分析、實現(xiàn)工程應(yīng)用以及將其應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的過程中，通過仿真實驗分析和實物電路改進，深刻理解了電路的暫態(tài)特性，并將所學知識應(yīng)用于軍事裝備，從而提高了自學能力和應(yīng)用能力。

4.4知識拓展

在已學知識的基礎(chǔ)上，進一步提出拓展問題：“新興的電磁彈射技術(shù)可彈射重量更大的戰(zhàn)斗機，其相比電磁炮需要更大的彈射能量。那么，電磁彈射的能量是如何儲存的？其發(fā)射原理又是什么？”布置課后作業(yè)，要求學生查閱相關(guān)資料，了解電磁彈射的原理。

5應(yīng)用效果

為了驗證項目式教學的應(yīng)用效果，本文對比分析了項目式教學與傳統(tǒng)講授法的效果差異，并從理論成績和實踐能力等方面進行了分析。

5.1理論成績分析

本課程為考試課程，成績評定采用過程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的方式。本文統(tǒng)計了2024級學生第一學期電路分析課程的分數(shù)—頻率情況，統(tǒng)計結(jié)果表明，2024級學生第一學期電工技術(shù)課程的總體優(yōu)秀率為36.58%，優(yōu)良率為95.12%，整體成績表現(xiàn)良好。

5.2實踐能力分析

由于學生基礎(chǔ)較好且普遍對動手實踐感興趣，因此實踐積極性很高。學生的動手能力得到了顯著提升，項目考核的優(yōu)秀率為29.3%，優(yōu)良率達到了100%（如圖3所示）。

5.3師生互動交流增多

通過每節(jié)課的實踐環(huán)節(jié)以及項目制作，加強了師生之間的互動交流。在重視電路實驗的同時，為了強化理論知識，學生制作了電路知識點的思維導圖，將重點和難點公式匯總，以強化記憶（如圖4所示）。在互動交流中，師生雙方都受益匪淺，這也激勵教師不斷努力，實現(xiàn)自身發(fā)展。

6總結(jié)與展望

總的來說，項目式教學切實提高了學生的學習主動性與參與度，培養(yǎng)了學生問題解決、團隊合作以及時間管理等綜合能力，模擬了真實的工作場景，更加適應(yīng)學生的未來需求，但也應(yīng)認識到，項目式教學在實施過程中仍存在兩點需重點關(guān)注的問題：

1）項目式教學側(cè)重學生的合作實踐，習慣于被動接受知識的學生可能對自主探究感到不適應(yīng)。此外，由于項目式教學更加側(cè)重實踐環(huán)節(jié)，相對而言，理論知識的比重有所減少，對學生的學習能力提出了更高的要求，小組內(nèi)部可能會出現(xiàn)“搭便車”或分工不均等現(xiàn)象。因此，應(yīng)合理設(shè)置自評和互評機制，以強調(diào)過程性評價。

2）項目式教學要求教師從知識的講授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑д摺f(xié)調(diào)者和學習者，需要設(shè)計具有挑戰(zhàn)性、可行性和學科融合性的項目，這對教師的項目設(shè)計能力提出了較高的要求。此外，還需要相應(yīng)的教材和實驗指導書等配套資源。因此，未來應(yīng)重點加強教師的自身素養(yǎng)提升以及配套資源的建設(shè)。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：唐一東】