电工学在线开放课程的研究与实践

刘曼玲 刘丽敏 刘子建

（中南大学信息科学与工程学院，湖南 长沙 410075）

电工学在线开放课程的研究与实践

刘曼玲 刘丽敏 刘子建

（中南大学信息科学与工程学院，湖南 长沙 410075）

在线开放课程是对传统课堂教学模式的改革，为知识传播提供了更加灵活与自由的方法与途径，必将带来教学方式与教育技术的革命。为了探索出一条适合本国的在线教学模式，对国外成功的大型开放式网络平台进行了分析与研究，从我国高等教育的实际情况出发，并结合公共基础课—电工学，在资源共享、教学方法、师生交互、协助学习、在线实验等方面提出了一些具体的改革实施方法，由此可以辐射到其他基础与专业课程的学习。

高等教育；电工学；在线开放课程；互动

1 引言

大型开放式网络课程（massive open online courses，MOOC）是由美国犹他州州立大学大卫怀利于2007年8月开始实行的[1，2]，从刚开始的5个研究生选修课，发展成开放式的、来自8个国家的50个学生学习[3]。2011年秋天，由美国Udacity（知识实验室）所开设的大型开放式网络课程“人工智能”，吸引了160 000多人参加。2012年3月，Coursera网络学习平台由美国斯坦福大学教授Daphne Koller和Andrew Ng创立，至今已有包括多所美国常青藤大学的三十多所高校加盟，覆盖20个科目和200多门课程[4，5]。edX则是由美国哈佛大学和麻省理工学院创办的免费MOOC教育平台，成千上万的中国学生参与其中并从中受益。清华大学与美国在线教育平台edX联合，成为edX的首批亚洲高校成员之一。总之，美国Udacity、Coursera与edX三大网络教育品牌的诞生，给教育理论和人才培养注入了新的活力，为全球优秀资源共享提供了更为广阔的平台，也为先进知识的传播提供了更加方便与自由的途径。

随着我国科学技术的发展和高考入学率的提高，人们终生学习的需求日益加大，学生多、教师少的矛盾也逐渐凸显，很多高校的师生比例已低于国家规定的1：14的标准。因此，延伸高等教学课堂的时间和空间变得十分重要，而大型开放式网络课程的设计与实施将会给我国的高等教育带来更大的活力：课程没有时间和人数的限制，人们能自由获取资源，不需要学校的学籍等。大型开放式网络课程为有志者提供了一种免费接受高等教育的方式，提供了一条汲取新知识更为便捷的通道。将学习作为一种终身习惯和精神养分，是人类社会的理想境界。

2 研究目标

Udacity、Coursera与edX三大网络平台已成功应用在美国的大型开放式网络课程中，其经验值得学习[6-8]。中国在大型开放式网络课程方面还刚刚起步，没有创建自己的品牌。由于我国是一个人口大国，受教育者众多，因此，在高校建立大型开放式网络课程会使更多渴望学习的人受益，高校可以充分利用现有的优秀教师团队与网络通信设备，架起师生之间的交流平台，实现教学资源的共享，将常规的有限课堂延伸到无限的网络空间。

电工学是一门许多高校非电专业开设的电类技术基础课。它集电工电子和其它学科理论技术于一体，覆盖面广、实践性强。通过本课程的学习，可使大学生获得电工、电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，了解电工、电子技术的应用和发展概况，为拓宽知识面以及从事与本专业有关的工程技术打下一定的基础。由于电工学涉及到电路、电机控制、模拟电子技术和数字电子技术等诸多内容，概念多、跨度大使这门课的教学难度系数也相对较高，学生感到课程难学，实验难做，而在线开放课程的开发可以打破时间与有限课堂的限制，让学生有更多学习的自由与空间。

针对目前单一的多媒体课件教学和实验教学中出现的各种问题，我们通过理论和实践的紧密结合，研究电工学在线开放课程的设计与应用。通过深入探讨现代网络和通信理论，结合本课程教学的实际需要，设计一个开放式网络课程的教学平台与网站，采用网络、移动和无线数字媒体技术，实现一个支持学生学习、师生交互、协同学习、信息共享和易用性高的网上学习系统。

3 研究内容

电工学是一门在高校授课率高、学生受益面广的课程，在其内容多、学时少和实践性强的背景下，进一步拓宽教与学的空间，改进教学模式与手段，提高学生的综合学习水平和实验动手能力，为建立开放式电工学开放课程所要解决的问题。研究的主要内容有：建立电工学教学网站，开放交流平台，拓展课堂空间，优化教学方法，出版特色教材，改进实验模式。

3.1 建设教学平台

建设和共享大规模在线高等学校电工学开放课程的重点首先是开放，根据联结主义式的MOOC的原理，可以将学生需要的各种资料通过网络平台、网站链接、网页、通信等，实现信息的快速传播。

在网站上完善电工学的教学大纲、教学标准、电子教案、电子课件、试卷库、实验录像与PPT；连接课程内的教材或其他内容；建立在线交流系统（文字+语音+视频），利用QQ、微信、公共邮箱等各种形式，实现资源共享和师生间、学生间的无障碍交流。

3.2 优化教学方法

3.2.1 教学内容模块化

为了使教学内容与学生所学专业结合更加紧密，以增加学生的学习兴趣和对知识的应用能力，将教学内容模块化。模块分基本模块和拓展模块，基本模块为基本理论和基本分析方法，为各专业必修部分；拓展模块为不同专业根据需求，选修的不同模块。

根据内容-模块-单元-知识-练习的关系链条，形成完整的学习体系，将每个单元的多个知识点与对应的练习作为基础，再扩展到多个单元直至整个模块与内容的掌握。每个知识点有详细的课堂笔记、习题与答案，学生可以随时浏览和打印。

3.2.2 教学内容多样化

改变纯粹的理论课堂教学，在网络课堂上利用电子仿真软件如Multisim、Proteus或视频录像等增加一些实物、实例和实验的演示，提高学生的学习兴趣。

在一些知识的介绍时，采用项目驱动式教学法，取代传统的先讲知识点，后讲例子对知识点进行验证的教学模式。项目驱动式教学法采用启发—交流—创新的模式，即先从实际应用提出一个问题，让学生思考如何用现有知识解决，通过探讨后如何应用新的知识解决。项目驱动式教学法的优点在于：一是调动学生的学习热情；二是学以致用；三是启发科学思维。

3.2.3 充分利用网络和通信技术，将基本概念和容易混淆的问题用软件编制成随机抽取自测题，学生可以上网反复测试并取最高分，还可以采用协助学习的形式，学生之间互评网上作业并打分。

3.3 出版特色教材

由于电工学内容多，学时少，所使用的教材也使学生觉得知识抽象、计算量大，有些望而生畏。因此，电工学课程的教学重点需放在重基础、重应用、重技能等方面，使学生对与生产过程紧密联系在一起的电气、电子工程技术有清晰的概念和明确的了解，激发起他们的学习热情。为了解决电工学内容多与学时少的矛盾，根据电子技术发展快和不同专业对电学的要求，出版与之配套的有特色的、模块化的教学与辅导教材，将最新的科技成果引入到教学内容中，并将相应的电子教学课件和学生学习课件上传到网上，学生可以根据需要而选择性地学习。

3.4 改进实验模式

根据电工学实践性强的特点，在教学网站上开设基础实验、设计实验和拓展实验的设计与仿真（Multisim、Proteus），使学生能理论联系实际，更好地理解和运用基本知识。在设计性实验中，增加一些与实际联系紧密的内容和学生可能感兴趣的电子小器件（如电子门铃），培养学生的创新意识和创新能力。在拓展实验中，介绍常用的电路设计软件Protel DXP 2004，让学生熟悉以PCB为核心的整个物理设计，包含SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA、VHDL设计等。通过拓展实验和实例介绍使学生能全面熟悉设计、仿真与制作电子产品的全过程。将基本实验、实验仪表拍成视频和做成PPT上传到网上，让学生对常用的仪器仪表的使用有感性的认识，提高学生分析实际电路和排除故障的能力，便于学生预习或没有条件进实验室的学习者自学。

4 创新

Udacity、Coursera和edX品牌的大体形式已基本确定，目前很多网站也在提供MOOC了，MOOC的三大关键为教学、学习和评估。研究在线学习的美国专家曾把教学内容的质量、教师在教学中的投入以及师生之间的互动作为在线学习的三要素。由于Udacity、Coursera和edX均是由美国顶级大学创办和实施的，前两个要素一般都能得到保证，但要在一个有成千上万人的班级里，学生能够与老师及时的进行交流与互动就成了难题，这也是目前MOOC课程中存在的棘手问题。国外现在常用的互动模式是在线论坛、学习小组和线下见面会。如哈佛大学目前的互动模式还相当简陋，公共卫生院教的一门关于定量方法的课程，会有区域性聚会。针对互动模式比较薄弱这个问题，在采纳国外的在线论坛、学习小组的基础上，根据我国的国情，采取一些创新性的方法。

4.1 设定站内信箱。信箱具有收件、发件和写信功能，学生发给其他人的信息都显示在发件箱，老师和学生都可以看到并回复学生的信件。

4.2 建立问题中心。问题中心设搜索问题、我要提问、我要回答。搜索待解决问题、已解决问题和常见问题；我要提问：提出在学习中遇到的问题，由其他学生回答协同学习，老师把关和点赞。

4.3 知识库。知识库分搜索资料、上传资料和下载资料，搜索资料可查找有用的学习资源，老师与学生之间、学生与学生之间可以上传资料、下载或收藏资料。

4.4 建立多维的在线交流系统（文字+语音+视频），利用QQ、微信，实现师生之间的互动。

4.5 反馈。与其他学习者分享依不同学习目标编排的教学内容和想法。重新制定目标和编排教学内容，以配合不同学习者的需求。

综上所述，在线开放课程提供了一种灵活的教学模式与自由的学习方式，适合于我国人口大国和受教育者众多的国情。为了更好地与国际教育接轨，在高校推广MOOC的课程是十分必要的，它可以促进先进网络技术与教育的融合，拓展课堂教学空间。通过进一步的研究教与学的规律，提升学生的学习质量和学习效率，为培养我国的现代科学技术人才服务。

[1]李青，王涛.MOOC：一种基于连通主义的巨型开放课程模式[J].中国远程教育，2012（3）：30-36.

[2]李曼丽.MOOCs的特征及其教学设计原理探析[J].清华大学教育研究，2013（4）：13-21.

[3]黄海瑛.MOOC课程的兴起及其在英美文学教育中的应用[J].文学教育，2014（5）：85-86.

[4]王萍.大规模在线开放课程的新发展与应用：从cMOOC到xMOOC[J].现代远程教育研究，2013（3）：13-19.

[5]樊文强.基于关联主义的大规模网络开放课程（MOOC）及其学习支持[J].远程教育杂志，2012（3）：31-36.

[6]Peco P P，Mora S L.Architecture of a MOOC based on CourseBuilder[C].Information Technology Based Higher Education and Training（ITHET2013）.Piscataway NJ：IEEE，2013：1-8.

[7]Balaji B S，Sekhar A C.The various facets of MOOC[C]. 2013 IEEE International Conference in MOOC.Piscataway NJ：IEEE，2013：139-142.

[8]Kay J，Reimann P，Diebold E，et al.MOOCs：So Many Learners，So Much Potential[J].Intelligent Systems，IEEE.2013，28（3）：70-77.

TM1-4

A

1671-0037（2014）11-118-2

刘曼玲（1960-），女，副教授，研究方向：电工电子技术。

通迅作者简介：刘丽敏（1976-），女，讲师，博士，研究方向：计算机应用。