电路原理课程的多维互动课堂教学探索

张燕君+吴国庆+尤殿龙+朱奇光+王伟+齐跃峰+毕卫红

[摘    要]    针对当前专业基础课“电路原理”教学所面临的诸多问题，结合国内外先进教学理念，将多维互动教学融入电路原理课程改革中，从教学内容、授课形式、课堂训练、课外答疑等方面体现师生、生生的互动与协作，并给出了相应的案例。最后对教学改革效果进行了调研，给出了分析结论。希望本文能够对国内高校“电路原理”课程教学改革起到抛砖引玉的作用。

[关键词]    专业基础课;电路原理;多维互动;课堂教学

[中图分类号]    G642.40        [文献标志码]    A        [文章编号]    1005-4634（2014）06-0071-05

0    引言

高质量的工程技术人才是促进综合国力提升、推动科技现代化的基础。作为工程技术人才的培养基地，高等院校针对工程类专业相继制定了应用型人才、创新型人才、拔尖人才和卓越工程师等培养计划，并实施了CDIO工程教育、“学研产”互动、项目学习、做中学、研究性学习等人才培养模式，人才培养质量得到有效提升。就目前而言，各高校均以课程改革作为切入点，从知识体系、承接关系、授课形式、实践环节、考核机制等方面开展教学改革，主要针对特定专业能力培养体系下的核心课程，如软件工程专业程序设计能力培养课程模块、光学工程专业光纤传感能力培养课程模块等。与这类核心课程相比，专业基础类课程改革相对滞后，究其原因是由于基础类课程往往开设于多个相近专业，学生人数多，班级容量大，教学任务要由多个教师共同承担，属于典型的多头共管课，改革波及面广、操作难度大，改革带来的学生的能力变化也不像能力核心课程那样明显。但是，专业基础课对学生专业核心能力培养起铺垫作用，其学习的成败直接影响到后续核心课程的学习效果，因此探索符合专业基础课特点、能激发学生学习兴趣、提高学生基础能力和促进知识迁移的教学改革方案，是具有实际意义的[1]。

本文将“多维互动教学”纳入到燕山大学“电路原理”课程教学改革实践中，给出了具体的实施过程，并对应用效果进行了系统调研和分析。通过这种个案研究的方式，探索“多维互动教学”在专业基础课教学改革中的应用模式及效果，为提升专业基础课教学质量、调动学生学习积极性、提高学习深度，提出一套科学、可行的解决方案。

1    “电路原理”课程现状

“电路原理”作为燕山大学本科电气信息类专业的基础课，覆盖专业广，涉及电气工程学院和信息科学与工程学院9个专业39个班约1200名学生。课程内容知识面广、难度高，要求学生掌握电路的基本理论、基本分析方法以及进行基本电路实验和仿真的初步技能，是后续电类专业课程的学习基础。近些年，本科生招生规模扩大，生源素质有所下降，原有的授课方式难以适应当前人才培养的需求，主要存在以下问题 。

1）学时日益减少，教学内容难度较大，需要提高学生在课堂上的学习效率。高校要求学生拓宽知识面、加深专业知识，增加了实践课程学时，理论课程总学时日益减少，这就产生了知识量增加而学时分配却减少的矛盾。在有限的学时里完成教学内容，需要通过一些有效的教学策略调动学生课堂学习的积极性，提高信息加工的效率。

2）作为难度较高的基础课，对知识理解的深度不够，运用所学理论解决新问题的能力有待提高。以往“电路原理”教学主要是分析理想模型构成的电路，将重点放在理想元件R、L、C和受控源组成的电路上，致使学生缺乏从实际电路元件到电路模型的建模观点，学生的学习仅仅限于完成列方程求解由理想元件构成的电路习题，与分析实际电路有较大脱节。学生学完这门课程之后，只能死记硬背公式、定理，不能灵活应用所学知识。

3）教师提问和师生互动缺乏，难以调动大部分学生的听课积极性。传统的以教师为中心、以“教师讲-学生听”或“教师问-学生答”为主要形式的灌输式教学，学生接受知识的途径单一，缺乏师生、生生交流的机会和平台，教师只是按照进度和经验去讲授，学生学习积极性受到影响。

4）缺少课外提高知识巩固和深度学习水平的交互平台。学生对电路原理作为专业基础课的重要性缺乏正确的认识。要想学好“电路原理”课程，除课上认真听讲之外，还需要学生课下进行预习和复习，独立完成作业，并查阅相关的资料，进而将所学知识融会贯通。但是现在交作业的学生很少，能够独立完成的更是寥寥无几;课程答疑，也几乎无人前来，更不用说课外查阅相关的资料进行该课程方面的训练与提高了。因此，将互动教学融入到课堂知识巩固和深度学习中，是非常必要的。

针对以上问题，提出了基于多维互动教学理论的电路原理教学改革。在整个教学过程中，强调学生是学习的主体，充分发挥学生的主观能动性，培养学生问题解决和系统实践能力。通过多维互动教学模式的开展，达到以下目标：（1）将交互活动融入到课程重点和难点知识的学习过程中，并构建交互式实验平台，以提升学习深度;（2）将启发式答疑、专题讨论、角色表演、分组协作等教学策略引入课程教学中，突出学生的主体地位，以激发学习兴趣;（3）在授课过程中利用可交互的虚拟仿真环境，将抽象的原理知识具体化，并在学生互动环节中引入合作和竞争机制，以提升学习效果。

2    多维互动教学的内涵

2.1    多维互动教学的内涵

多维互动教学通过创设积极有效的师生之间、学生之间的互动情景，将知识内容融入互动过程中，加深学生对知识的理解、提高学习的积极性，促进学生能力和素养的提升，让学生真正成为意义建构的主体[2]。在课堂教学中，教师是教学活动和学习内容的设计者和组织者、是学习过程的帮助者、促进者和引导者，学生是知识认知的主体，是意义的主动建构者[3]。根据香港理工大学的经验，二十一世纪的教室应具有如下特性：思考（Thinking）、任务为本（Task-focus）、团队合作（Teamwork）和超越（Transcendence）。而学习的互动包括学生-老师互动、学生-学生互动以及学生-内容互动，对于一次课堂学习来说，互动的组合是多种多样的，如图1所示。

Robin Fogarty在《Designs for Cooperative Interactions》中总结了互动式教学的策略，主要包括：讲解与提问（Lecture and Question）、调查（Surveying）、小组练习（Group Activity）、想法描述（Think Aloud）、思索-配对-分享（Think-Pair-Share）、轮流表述（Wraparound）等。

2.2    多维互动教学的种类

多维互动教学包括师生互动和生生互动两部分。从人员构成看，多维互动包括教师与学生个体的互动、与全体学生的互动;生生互动包括学生个体与全班同学互动、小组与小组之间的互动、学生个体之间的互动等[4]。在形式上，多维互动教学分为“显性互动”和“隐性互动”两种。“显性互动”，属于外显行为，容易觉察，是通过语言或行为产生的表层互动。如课堂上师生之间、学生之间通过提问、回答、小组交流等。“隐性互动”属于内隐行为，即内部心理活动，比较隐蔽，外界很难观察，需要通过外在表现进行间接判定，属于深层互动。如教学主体之间的认知互动、情感互动和文化互动等属于“隐性活动”。

3     多维互动教学的实施

根据以上的教学理念，对多维互动式教学进行了探索，在2011级电子专业进行了试点，主要从以下方面进行。

1）通过模拟仿真，将抽象原理具象化，提升学习效果。第一堂课，介绍电路课的特点和研究对象之后，给出一个LED闪烁电路，如图2[5]所示。让学生知道电路可以做什么、“电路原理”与后面的“模拟电子技术”等课程的关系，提高学生的兴趣，鼓励他们动手做电路，激发他们的学习热情。

2）将分组协作、角色表演引入课程教学，突出学生的主体地位。第二堂课开始，根据学生自愿组合的原则组成小组，每组5人，由学生自己选出组长。讲完一个重要概念之后，首先进行小组讨论，这样便于学生理解刚才所讲内容。接着指定4个小组，2个小组负责提问，另外2个小组负责回答。这样的安排，一是让学生把不明白的地方说出来;二是引导学生深入领会刚才所讲内容，属于深度学习的范畴。如果答不出来，教师就采用引导和提示的方式，辅助他们回答。

为活跃课堂气氛，增强学生的参与意识，有时会选出一些小组用表演的方式演示一些电路的概念。例如：讲KCL定律的时候，教师首先在黑板上画四条支路连在一个结点上的原理图，并标出各支路电流流入或者流出结点的方向，然后让学生用肢体语言来表现这一内容。

3）通过专题互动、精加工等策略，激发学习兴趣，提升难点知识掌握效果。每讲完一章，都把作业提前布置下去，让学生先做好准备。习题课上，随机选取小组到黑板来做题，并给全班学生进行讲解。可以一题多解的题目，教师会询问其他小组有没有其他解法，鼓励大家上来进行演示。教师不评价解法的好坏，只说每种解法的特点，让学生自己去领会和感悟，开拓学生的思路，养成多维思考解决问题的习惯。

尽管“电路原理”教学学时减少了，但通过精选教学内容、强化教学重点、化解学习难点、加强实践环节、增强动手能力、提高学习效率的思路来组织教学内容，使学生既有扎实的基础，又有开阔的视野，加深学生对理论知识的理解与应用。采用课堂小测验，时间控制在10分钟以内，督促学生及时复习好所学知识。

4）了解知识掌握情况，构建交互式学习平台，提升学习深度。阶段性收集学生的课程调查问卷。调查问卷能够让学生在5分钟内填完，主要包括：最感兴趣的知识点、最不感兴趣的知识点、最难的知识点、能听懂课堂讲授内容的百分比等，并且在下一次上课的时候针对学生的调查问卷及时给予回复，解决学生的问题，并让学生感受到教师理解和重视他们的劳动。网络教学是课堂教学的一个很好的延伸。除了将讲课录像实行网络共享，还进行网上答疑。教师主要起导向作用，要成为网上学习的指导者、组织者和促进者。让学生真正成为学习的自觉主体，具有选择利用多种学习环境的主动性。在研究性学习中，学生相互沟通、研究、资源共享，形成了良好的合作关系。

4    多维互动教学效果的实证分析

从多维互动教学对学生的学习深度、学习态度、学习兴趣以及学习效果四个方面影响开展调研，以电子专业两个平行授课班级作为研究样本，采用整体抽样的方式，开展准实验调研研究，从以往相关课程的学习状态看，得出两授课班差异不显著，属于同质班。将两班分别命名为实验班和控制班，每班100人，由同一教师采用不同授课方式开展教学。其中，实验班采用多维互动的教学方式，控制班采用传统教师讲授方式。同一教师授课可以避免由于教师知识水平、人格特质等方面的差异对实验造成的干扰。同时，为了避免两组学生因受关注程度的差异和教师的心里暗示带来的罗森塔尔效应，如实验班学生因为受到关注而带来学习积极性，进而提高了学习成绩，而不是教学方式直接带来教学效果的提升等，教师在授课环节不刻意强调教学改革的重要意义，避免暗示先进性教学理念，教师不会对实验班学生在课内外施加更多的关注和主观倾向。另外，两个班都安排一次上午授课和一次下午授课，授课环境均是阶梯教室，降低授课时间和授课环境对实验的影响。采用剔除掉样本中极端数据的方式，消除个别学生由于自身身心问题对实验结果造成的影响。

经过一轮课程学习，采用数据分析法分析授课学生的成绩分布，采用问卷调查法分析学生的学习深度、学习态度和学习兴趣。实发问卷200份，共收回有效问卷194份，有效率占97%。以下分别对各项调研结果展开分析。

4.1    学习深度

1）难点知识的正确率。通过对实验班和控制班课后作业、随堂考试、期中考试和期末考试中难点知识的正确率平均值进行统计分析得出，实验班在以上四个方面的正确率平均值均有所上升，随堂考试、期中考试和期末考试三项比控制班超出近十个百分点。如图3所示。这说明将互动教学融入课堂，可以促进教学中难点知识的理解。

2）深度学习时间。深度学习是指学生在课堂学习之外为巩固知识所开展的进一步学习过程。调查从课外复习巩固、网络自主学习、参与专题答疑和同学自主交流四方面进行，结果如图4所示。

图4中，横坐标表示深度学习类型，纵坐标表示每周学习的小时数。从图中得出，实验班通过以上四种深度学习方式开展的每周深度学习小时数分别是4.2、2、0.4和2.2，共8.8小时，高于控制班的深度学生的4.8小时，说明教学互动提升了学生的学习欲望，学生愿意花更多的时间和精力去自主学习。

4.2    学习兴趣和态度

针对学生的学习兴趣和态度，采用问卷的方式开展调研，结果如表1所示。

从对学习本课程要达到的目标上看，有71.2%的实验班学生将学习的动力直接指向学习内容本身，其学习动机指向的是认知内驱力，其人数比例多于控制班的学生，说明教学互动使学生认识到课程内容的重要性;从学习课程遇到不懂问题时的解决方案看，在问老师或同学、上网查资料以及看教材或参考书方面实验班的学生比例都明显高于控制班的学生。同时，控制班有16.4%的学生消极面对问题，人数比例明显多于实验班，这说明教学互动激发了学生的求知欲;从是否愿意积极参与课堂教学互动的态度上看，实验班学生（36.4%，42.9%）明显比控制班学生（15.8%，23.6%）更具有积极参加互动的意愿，这说明教学互动比较受学生欢迎。有53.1%的控制班学生有参与教学互动的意愿，但是互动机会少，说明学生对教学互动融入课堂教学具有浓厚的兴趣，应该成为课堂教学环节必不可少的要素之一;针对当前学时减少、信息量加大对学习影响的问题，实验班有77%学生认为上课应该注意听讲，听不懂的课下问老师同学或查资料，高于控制班的57.9%，说明学生有积极学习的心向，学习态度端正，兴趣浓厚，也说明教学互动可以调动学生的学习积极性;控制班有学生认为老师讲多少就学多少（23.6%）、上课学会多少算多少（18.5%），比例明显高于实验班学生（9.4%、13.6%），反映出单纯教师讲、学生听的授课方式，学生被动接受知识，挫伤学习积极性;关于课程内容课后是否与同学交流的问题，61.2%的实验班学生经常会，人数比例高于实验班的21.9%，同时，控制班有34%的学生课后没有交流，人数比例远远高于实验班的6.3%，说明课堂教学互动对学生的学习兴趣和学习态度有重要影响。针对课堂互动对提高学习兴趣是否有帮助的问题，实验班有96.1%认为有很大帮助或有一定帮助，比例高于控制班的37.3%，说明实验班学生认识到教学互动可以促进学习。同时，控制班61.2%的学生认为应该有帮助，说明学生对教学互动提升学习效果具有一定的共性认知。

4.3    学习效果

将学生近四年电子专业的结课成绩进行统计，其中2012～2013年度是实行多维互动后的教学成绩，如表2所示。

从表2中看，进行多维互动式教学改革后，不及格人数明显减少，优良比例提高。另外，根据网上评教结果，98%的同学认为“师生互动方式多样、次数多、有实效，重视思维方法和创新意识的培养，帮助学生学会学习”，97%的同学认为“教学有吸引力，能合理安排时间，学生能较好地理解并掌握教学内容”，95%的同学认为“通过学习本课程，相关能力有所提高，感觉有较大收获”。同时，将2012～2013年度电子专业（实验班）和光电子专业（控制班）结课成绩进行统计，如表3所示。

从表3中可以看出，相比同一学年度没有进行多维互动式教学改革的光电子专业，进行多维互动式教学改革的电子专业不及格人数明显减少，优良比例明显提高，同学们的主动学习的积极性和学习效率明显提高。

5    结束语

“电路原理”课程的多维互动式教学是当前形势下一种有效教学模式。互动式教学中教师起主导作用，学生是教学活动的积极参与者和主体，是意义的主动建构者。互动式教学有利于提高课堂教学效果，培养学生的基本素质、主体意识、创新能力。从光电子专业多维互动教学改革效果来看，多维互动教学有助于提高学生的学习效率和水平，激发学生的学习兴趣，促进深度学习，是改善课堂教学、提升教学质量的有益方法。同时，对于如何更好地培养学生多维思考、动手能力，开展全方位多维互动还需在教学中总结和完善。

参考文献

[1]于歆杰，朱桂萍，陆文娟，等.“电路原理”课程教学改革的理念与实践[J].电气电子教学学报，2012，（1）：1-8.

[2]金香兰.构建多位互动课堂教学模式的思考[J].教学与管理，2009，（33）：121-122.

[3]张奎明.国外建构主义教师教育改革研究[J].比较教育研究，2007，（2）：81-82.

[4]郭建军.活动建构教学体系下多维互动教学模式探索[M].山东：山东大学出版社，2005：53-55.

[5]Irwin J D，Nelms R M.Basic Engineering Circuit Analysis[M]， John Wiley & Sons.Inc.，the United States of America，2008：232-240.