電工與電子技術(shù)課程教學(xué)的改革

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近些年隨著國家對高等教育的不斷重視[1]，加上“互聯(lián)網(wǎng)+”[2]、5G通訊、VR虛擬仿真[3]等技術(shù)的不斷發(fā)展更新，課程的改革與創(chuàng)新獲得大量的新成果[4]。新一代的大學(xué)生對互聯(lián)網(wǎng)適應(yīng)程度非常高，是移動互聯(lián)網(wǎng)的原住民，對電工與電子技術(shù)的新知識、新技術(shù)需求日益增加[5]。電工技術(shù)在核聚變、磁流體發(fā)電、太陽能與風(fēng)力發(fā)電、磁浮列車、磁流體船舶推進(jìn)與超導(dǎo)電工等領(lǐng)域獲得了長足的發(fā)展。一方面，前沿電子信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展迅猛，新技術(shù)、新理念層出不窮，僅僅依靠教師課堂講授的傳統(tǒng)教學(xué)方式顯然已不能滿足全面培養(yǎng)人才，增強(qiáng)學(xué)生自學(xué)能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)的新需要；另一方面，一個教師面對上百個學(xué)生的大課堂授課模式，很難滿足每個學(xué)生個體的不同需求。如何改革課程授課模式，有效地服務(wù)大多數(shù)學(xué)生的需求，是一個既艱巨又長期的重大課題。為了解決以上基本需求，我們改革授課方式，通過參考BOPPPS教學(xué)模式，將其應(yīng)用范圍從課內(nèi)擴(kuò)展到課外。精選課程團(tuán)隊(duì)所創(chuàng)作的線上課程中的部分內(nèi)容作為課程導(dǎo)入部分，讓學(xué)生提前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，將課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容放在線下課堂中講述，保證授課質(zhì)量[6]。將傳統(tǒng)BO-PPPS教學(xué)模式中的前測、參與學(xué)習(xí)、后測放在課題授課過程外[7]，結(jié)論部分可放在教師個人維護(hù)的公眾號的每周總結(jié)中。教學(xué)手段增加了在線課程、雨課堂、公眾號、VR虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備等新工具，從課前、課中、課后等不同時段，提供給學(xué)生各種學(xué)習(xí)資源，以滿足大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。考核評價方式采用線上課程考核、課堂小節(jié)測驗(yàn)、每個章節(jié)學(xué)完后進(jìn)行的章測試、翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)、期末閉卷考試等多維度來進(jìn)行，強(qiáng)調(diào)全過程、多種類、多層次、多目標(biāo)的考核方式[8]。

1學(xué)情分析

“電工與電子技術(shù)”課程為普通高等院校非電類工科專業(yè)本科學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[9]。一般開設(shè)時間為學(xué)生的第3或第4學(xué)期，不同專業(yè)所設(shè)學(xué)分也略微不同。有的專業(yè)設(shè)置該課程為2學(xué)分，理論授課為32學(xué)時，例如給排水、化工等專業(yè)，所學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)電路知識。有的專業(yè)設(shè)置該課程為3學(xué)分，理論授課為48學(xué)時，例如材能專業(yè)，所學(xué)內(nèi)容為電路加電工基礎(chǔ)知識。有的專業(yè)雖然也是3學(xué)分，48學(xué)時，例如計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，但所學(xué)內(nèi)容為電路加模擬電路的知識。還有一種情況是機(jī)電專業(yè)的學(xué)生，分為兩個學(xué)期學(xué)習(xí)，總學(xué)分達(dá)到5.5分，學(xué)時達(dá)到88，所學(xué)內(nèi)容為電路加電工加模擬電路和數(shù)字電路。針對不同的專業(yè)需求，在授課過程中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整課程講授知識點(diǎn)的內(nèi)容和深度。不同專業(yè)的學(xué)生也應(yīng)該針對其專業(yè)特點(diǎn)和后續(xù)課程，有相應(yīng)的教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，例如教授計(jì)算機(jī)學(xué)院的學(xué)生可適當(dāng)增加使用仿真軟件求解電路的案例。在授課過程中介紹通過使用Multisim仿真軟件，模擬電路的實(shí)際運(yùn)行情況，萬用表、示波器等虛擬儀器的使用，立創(chuàng)EDA仿真電路等仿真軟件。機(jī)電專業(yè)的學(xué)生可適當(dāng)加入工程實(shí)踐操作的案例，比如通過VR仿真實(shí)現(xiàn)雙控開關(guān)電路的接線、雙速電機(jī)的虛擬仿真接線、正反轉(zhuǎn)控制、點(diǎn)控電路、互鎖電路接線等。對于化工、材料類專業(yè)的學(xué)生，可結(jié)合材料加工、成型機(jī)械設(shè)備中的常見電路，為他們講解其中的電工學(xué)原理。

2教學(xué)目標(biāo)

“電工與電子技術(shù)”課程的教學(xué)目標(biāo)既有了解電學(xué)概念、電工理論的基礎(chǔ)要求，也有理解、掌握重要公式定理的要求，更有靈活應(yīng)用電學(xué)知識解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題的要求。在教學(xué)過程中也包括培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決復(fù)雜電學(xué)工程問題的能力培養(yǎng)目標(biāo)，還應(yīng)包括對學(xué)生進(jìn)行工程倫理教育、課程思政的德育目標(biāo)。教學(xué)過程中不僅要傳授知識，還需要將他們培養(yǎng)成具有解決基本電工和電子技術(shù)工程問題的專業(yè)人才，同時也應(yīng)讓他們將來成為國家建設(shè)的大國工匠[10]?！半姽づc電子技術(shù)”課程的教學(xué)應(yīng)將課程教學(xué)目標(biāo)與后續(xù)專業(yè)課程有機(jī)融合，例如機(jī)械電子專業(yè)的學(xué)生可針對其后續(xù)課程——“單片機(jī)原理及接口技術(shù)”，將一些常見的接口電路引入課程，比如常見的上拉、下拉電阻，引腳狀態(tài)設(shè)置，傳感器原理等常見電路知識點(diǎn)。通過引入后續(xù)課程的案例到本課程，作為典型的應(yīng)用案例。這樣既可以提高課程深度，也可與該專業(yè)的后續(xù)課程保持緊密聯(lián)系，提高學(xué)生的興趣和對本課程的重視程度。隨著部分專業(yè)需要通過國家工程認(rèn)證，作為專業(yè)基礎(chǔ)課，對人才培養(yǎng)的目標(biāo)也應(yīng)該明確在課程體系中。例如培養(yǎng)目標(biāo)要求解決一些工程實(shí)踐問題，我們可以在授課內(nèi)容，相關(guān)習(xí)題，考試試題中加入實(shí)際電工與電子技術(shù)在工程中應(yīng)用的經(jīng)典案例，使用VR仿真設(shè)備等新技術(shù)手段，開展體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。例如講解三相交流電時，我們特意制作了一個雙控?zé)舻腣R實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)涉及220V交流電、空氣開關(guān)、按鍵、LED照明燈等常見電氣設(shè)備，一般情況是無法在課堂中開展實(shí)驗(yàn)的。通過VR虛擬仿真技術(shù)，我們可以將真實(shí)的接線場景帶入課堂，讓學(xué)生有機(jī)會親手接通一個仿真照明電路，點(diǎn)亮一盞燈。

3教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)模式主要參考BOPPPS方法，可根據(jù)不同的授課對象合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容來設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程。BOPPPS教學(xué)模式是一種以教育目標(biāo)為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心的新型教學(xué)模式，它強(qiáng)調(diào)關(guān)注學(xué)生學(xué)會了什么。BOPPPS的名稱來源于英語單詞在教學(xué)模式的六個教學(xué)環(huán)節(jié)中的初始組合，包括六個教學(xué)環(huán)節(jié)：課程導(dǎo)入、學(xué)習(xí)目標(biāo)、預(yù)評估、參與式學(xué)習(xí)、后評估和總結(jié)。

第一步為課程導(dǎo)入（Bridge-in）。常見的課程導(dǎo)入為講課開始時為教學(xué)主題做鋪墊，我們將它的部分內(nèi)容設(shè)置在正式上課前，通過雨課堂布置給學(xué)生，可以讓他們在課前學(xué)習(xí)在線課程中的指定章節(jié)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)在線課程掌握部分基礎(chǔ)知識點(diǎn)。例如電學(xué)基礎(chǔ)概念、簡單電路求解、電阻串并聯(lián)簡化等。進(jìn)入課堂后，適當(dāng)加入其他輔助資源，例如動畫視頻、微信公眾號、電子元器件、經(jīng)典應(yīng)用電路等，制成授課內(nèi)容的導(dǎo)入視頻，這樣能明確地引出授課主題。

第二步明確教學(xué)目標(biāo)（Objective）。這里面包含了知識學(xué)習(xí)目標(biāo)和能力培養(yǎng)目標(biāo)，如何讓學(xué)生在學(xué)好知識的過程中同時培養(yǎng)他們的能力？這里面的關(guān)鍵方法是將思政元素融入課程教學(xué)中，不僅教書還要育人。合理應(yīng)用多種教學(xué)模式，比如拓展內(nèi)容采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的效果。讓學(xué)生在準(zhǔn)備調(diào)研報告的過程中學(xué)會分析電路、查國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)電路，讓他們在講述的過程中培養(yǎng)表達(dá)能力，提高收集資料、歸納總結(jié)、自主學(xué)習(xí)的能力。

第三步通過課前測驗(yàn)題了解學(xué)生的知識掌握程度（Pre-assessment）。接下來適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，將難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容挑選出來，有針對性地加強(qiáng)講授。在線課程的內(nèi)容較簡單，學(xué)習(xí)難度不大，可通過在線課程的視頻中設(shè)置彈題，作為前測題考核學(xué)生，結(jié)合在線課程小測實(shí)現(xiàn)課程前測。也可使用雨課堂，制作單選題、多選題、填空題等，在開始講授前測試學(xué)習(xí)進(jìn)度，了解學(xué)生的掌握程度。

第四步吸引學(xué)生參與學(xué)習(xí)（ParticipatoryLearning）。在講述清楚重點(diǎn)公式之后根據(jù)本次課的授課目標(biāo)應(yīng)選取合適的例題，留一部分時間讓學(xué)生親自動手計(jì)算例題，學(xué)與習(xí)相結(jié)合，也可利用雨課堂設(shè)計(jì)單選題、多選題，主觀題等針對新學(xué)的知識點(diǎn)進(jìn)行測試，看看學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度。雨課堂有即時查看學(xué)生答題情況的功能，可以現(xiàn)場分析、講解答案。讓學(xué)生講解課后練習(xí)題也是一種很好的參與學(xué)習(xí)模式，不僅可以提高講題效率，學(xué)生也可以復(fù)習(xí)前面所學(xué)的知識點(diǎn)。

第五步課后檢測（Post-assessment），針對重點(diǎn)內(nèi)容依靠例題反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練，講完原理、公式后，還需要配合后測題及時檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也可采取讓學(xué)生提問、章節(jié)小測驗(yàn)、課后做習(xí)題、仿真實(shí)驗(yàn)操作演示、主題匯報等方式來進(jìn)行。根據(jù)學(xué)生對知識掌握的程度，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度。另外也可以采取辯論，相互評分，討論等方式來測試學(xué)生的掌握程度。最后推導(dǎo)出結(jié)論（Summary）?？偨Y(jié)的目的在于通過歸納本節(jié)課的知識點(diǎn)和理清知識脈絡(luò)，進(jìn)一步加深學(xué)生的印象，可以直接在課堂上直接給出本節(jié)結(jié)論，也可以利用教師個人公眾號寫出每次授課總結(jié)。一方面可以不斷提升教師的教學(xué)水平，另一方面也方便學(xué)生隨時查閱相關(guān)章節(jié)的難點(diǎn)、重點(diǎn)。在下次上課時，將上節(jié)課的結(jié)論引出，起到承前啟后的作用，加強(qiáng)對重點(diǎn)知識重復(fù)記憶。

4教學(xué)實(shí)施

接下來以“電工與電子技術(shù)”第五章的三相交流電為例，介紹課程的具體實(shí)施情況。該章應(yīng)用場景豐富，實(shí)際案例多樣，授課時可結(jié)合課室照明電路、家用電器、插座等用電設(shè)備引出三相交流電的基本概念。通過介紹三相交流電的發(fā)展歷史，重點(diǎn)人物傳記，引出三相交流電的優(yōu)缺點(diǎn)。提供三相交流電的工作原理視頻，加深學(xué)生對三相交流電的感性認(rèn)識。課前可以推薦學(xué)生學(xué)習(xí)在線課程，學(xué)習(xí)三相交流電的基礎(chǔ)知識，提前展開課程導(dǎo)入（Bridge-in）的第一部分。進(jìn)入課堂后可以使用三相異步電機(jī)作為導(dǎo)入例子的第二部分。讓學(xué)生了解三相電路的基本組成，實(shí)現(xiàn)大功率電能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)某Ｓ梅椒?。根?jù)已確立的教學(xué)目標(biāo)（Objective），了解三相交流電的產(chǎn)生原理，掌握相電壓、線電壓的基本概念和相互之間大小和相位的關(guān)系，理解負(fù)載星型接法和三角形接法的不同之處。通過國家電網(wǎng)的例子，介紹我國最新特高壓1100KV交流、±800KV直流送電的先進(jìn)性，增加學(xué)生們的民族自豪感。通過該例了解三相電路的優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)施課程思政。提出思考問題：為什么各個國家的電網(wǎng)有不同的頻率和電壓幅值？使用什么技術(shù)可降低傳輸能耗、降低用電風(fēng)險，以提高學(xué)生的興趣。

通過觀看三相電路發(fā)電模型動畫，提出思考問題：為什么要用三相電，什么情況下可以省掉中線，起到哪些作用？中間穿插復(fù)習(xí)一下第四章中交流電的三要素、表示法等基本概念，起到承前啟后相互融合的效果。通過雨課堂設(shè)置單選題、簡答題等針對所要掌握的知識點(diǎn)設(shè)計(jì)題目，從而進(jìn)行課程前測（Pre-assessment）。三相交流電采用星形接法時如何接線，此情況下相電壓與線電壓的概念有何不同，之后通過相量法結(jié)合相量圖來介紹它們兩者之間的關(guān)系。提出討論問題：什么場景適合星形接法，什么場景需要三角形接法？讓學(xué)生在討論過程中參與學(xué)習(xí)，完成BOPPPS教學(xué)中的參與學(xué)習(xí)（Particip-atoryLearning）。介紹工程中交流電的不同端線的不同描述方法，提出思考問題：俗稱的火線、零線、地線、端線、中線、花線等各代表什么端線？開展一個VR實(shí)驗(yàn)的演示實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)中需要對強(qiáng)電進(jìn)行操作，而引入VR實(shí)驗(yàn)后可以在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)照明電路雙控開關(guān)燈的連線操作。結(jié)合負(fù)載不對稱時的星形接法的例題講解實(shí)際生活中的用電情況，例如零線斷路導(dǎo)致家電燒毀，如何有效預(yù)防和設(shè)計(jì)電路。通過考核學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的情況，進(jìn)行課程后測（Post-assessment）。課程最后進(jìn)行總結(jié)（Summary），通過對比三相異步式電機(jī)采用星形和三角形的連接方式，分別介紹負(fù)載的兩種不同的連接方式，不同連接方式下的差異性，優(yōu)缺點(diǎn)。重點(diǎn)介紹對稱負(fù)載的三角形接法，為第七章三相異步式電動機(jī)的教學(xué)做準(zhǔn)備，做到課程中的前后知識點(diǎn)有效融會貫通。

5考核評價

課程考核方式注重對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程考核，避免學(xué)生采用臨時突擊的學(xué)習(xí)方式，不采用僅以期末考試確定分?jǐn)?shù)的方法。我們在考核內(nèi)容設(shè)計(jì)上包括以下幾項(xiàng)：學(xué)習(xí)在線課程，以提高他們的自學(xué)能力；課堂考勤，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣；課中小測，及時掌握學(xué)生的學(xué)情；課后作業(yè)，讓學(xué)生不僅能懂還要會用；章測試，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的不足之處，進(jìn)行查漏補(bǔ)缺；翻轉(zhuǎn)課堂探究式學(xué)習(xí)，將實(shí)際電路與電學(xué)理論緊密結(jié)合；期末閉卷考試，最傳統(tǒng)的方式來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果?？己朔绞蕉喾N多樣，但是分?jǐn)?shù)應(yīng)做到公平公正，有據(jù)可查，分?jǐn)?shù)透明。例如網(wǎng)課成績可將后臺數(shù)據(jù)導(dǎo)出分享給學(xué)生，雨課堂考勤記錄，答題得分等信息均可公布出來。讓學(xué)生知道自己的每一項(xiàng)成績，針對不足之處有的放矢，有效地提高課程分?jǐn)?shù)。

6教學(xué)成效

通過近兩年的教學(xué)改革和實(shí)踐，根據(jù)每次結(jié)課調(diào)查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生整體對課程滿意度大幅提高，教師的評教分?jǐn)?shù)也不斷提高。近幾屆學(xué)生參加全校統(tǒng)考，平均分、及格率、高分率均有較大提高，具體比較參數(shù)可見表1。另外學(xué)生們通過電工與電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，能夠有效掌握大多數(shù)生活中常見的基本電路，做到學(xué)以致用。部分學(xué)生參加全國各類電子設(shè)計(jì)競賽均獲得了比較好的比賽成績，這也是一個很好的學(xué)習(xí)效果的反映。

7結(jié)論

“電工與電子技術(shù)”課程從課前、課中、課后多維度，結(jié)合在線課程、雨課堂、公眾號等多種學(xué)習(xí)資源，為學(xué)生提供了大量的學(xué)習(xí)資源，極大地提高他們的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)了他們的自學(xué)能力。線上課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與線下課堂講授內(nèi)容有一部分重疊，如何合理選擇，如何有效將兩者有機(jī)融合還有很大的探索空間。接下來應(yīng)繼續(xù)調(diào)整線上和線下授課內(nèi)容，增加課程內(nèi)涵和外延是一個非常緊迫和關(guān)鍵的任務(wù)。各種資源雖然數(shù)量很多，如何進(jìn)行優(yōu)選，提供給學(xué)生卻是一個難題。BO-PPPS教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)很多，能大幅提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)水平，難點(diǎn)在于如何擴(kuò)大實(shí)施范圍。如何調(diào)動學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)積極性也是需要面對的一個重點(diǎn)問題。

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作者:劉力斌 陳靜 單位:廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院