基于“趋同进化”理论的微课教学设计研究——以”电工基础”课程教学为例

2016-04-15曹春雷

职教通讯 2016年3期

曹春雷

曹春雷

摘要：针对中职生的特点，借鉴Multisim的技术优势，引进生物学领域的“趋同进化”理论，以中职”电工基础”课程教学为例，从理论上提出微课“趋同进化”教学设计策略，并以“用仿真实验处理三相负载的星型联结问题”为教学案例进行详细阐述。通过微课的有效应用,达到提高学生问题解决能力和使知识内化得到优化的目的。

关键词：中职；微课；教学设计；趋同进化

一、相关概念

（一）Multisim

Multisim是全球独一无二的交互式电路仿真软件，Multisim整个操作界面如同一个实验工作台，有虚拟电子元器件库、虚拟仪器仪表库和进行仿真分析的各种操作命令，在“电工基础”课程教学中，师生可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并方便的使用虚拟仪器对电路进行仿真实验。如同置身于实验室使用真实仪器调试电路一样，非常真实。对于实验设备匮乏的中职学校，使用Multisim可以起到优化教学过程的作用。

（二）微课

“微课”是指为更好的帮助学生解决某一个问题或者知识点或者教学环节而开展的教与学的活动，并将活动过程以视频的形式记录呈现。微课的出现能使知识传授得到提前和知识得到内化优化。其前提是微课的教学设计足以吸引学生的兴趣并能维持其学习毅力，因此，微课的教学设计理念尤为重要。

二、学习者分析和课程分析

目前的中职学校普遍存在“课难上，生难管”的现象，特别是理工科类专业存在不同程度的学生上课睡觉、玩手机现象。分析中职学生的特点可以发现：一是他们具有潜意识的学习主动性，但缺乏促使其外显的动力和维持其学习毅力的学习环境；二是中职学生基础知识（特别是数学基础）薄弱，且基础和素质参差不齐，但普遍喜欢在计算机上学习。因此，需要结合学生的特点设计相应的教学策略。

在电学知识需要实验设备辅助教学但又缺乏实验设备的情况下，“电工基础“课程可以利用电路仿真软件Multisim有效弥补这一缺陷，同时恰好切合学生喜欢计算机操作的特点。

三、趋同进化理论及教学设计策略

趋同进化理论指的是不同的生物，甚至在进化上相距甚远的生物，如果生活在条件相同的环境中，在相同选择压的作用下，有可能产生功能相同或十分相似的形态结构，以适应相同的条件。将生物学领域的趋同进化理论迁移到教育领域，同样会产生巨大的影响。[1]借鉴趋同进化理论，合理设计微课，并借助信息技术的优势，为学生掌握学习提供视频材料，学生可以通过反复学习，达到掌握学习的目标。本文在对中职生特点分析的基础上，结合课程特点，基于趋同进化教学理论开展相关教学设计策略的研究，以期通过合理的微课教学设计策略，使微课得到有效应用，并达到提高学生问题解决能力的目的。

（一）选择压设计策略

“选择压”的产生可以是学习支架，也可是任务目标，还可以是思维框架等能为学生设计产生能驱动、引导学生思考并行动的一切支架，均能称之为选择压。[2]当前中职生经常处于无问题状态，从而导致学生因无所事事而上课睡觉、玩手机。因为问题使学生产生学习的需要，能激发学生学习的动力，所以可以采用问题支架作为选择压。根据学生基础和素质参差不齐的特点，要吸引学生的兴趣并能维持其学习毅力，教学中需要为学生提供多样化、分梯度的问题支架，制造选择压从而保证每个学生均能上架，只是快慢不同，但最终都能上升到同样的高度。[3]所以在教学中采用鼓励跟进式的问题设计策略，在设计问题时将问题分解成初始问题、跟进性问题、拓展性问题，按照学生的认知规律使学生问题解决能力的提升就像解决问题的过程一样，有一个循序渐进、逐层提高的过程。

（二）问题解决支架设计策略

微课在课程教学中起到支撑学习的作用，而微课本身也需要支撑学生学习发生支架的有效设计。学生在选择压作用下，尝试解决问题，但是学生往往缺乏的是学习方法的指导和解决问题方法的支撑。因此，支撑学生问题解决的支架设计尤为重要。借鉴网络教学平台Moodle的优势，教师可以提供以下几种支架（见表1）。

根据对中职生的特点以及课程特点分析，本文更多的是利用Multisim直观形象、操作方便的优势，利用仿真实验操作示范来支撑学生的问题解决。对于不同层次的问题设计对应层次的仿真实验。

表1　支撑学生问题解决的支架设计

（三）问题解决效果评价设计策略

为检验学生问题解决和知识内化的程度，要设计学生预备知识测评，对应不同层次的问题选择压和仿真实验，设计了相应层次的学生课前个人知识测验，问题、仿真实验、测验是一一对应的关系。[4]同时为了进一步促进学生知识的内化，设计了反思问题环节，可以让学生通过小组讨论、展示自我等环节，加深知识内化。

（四）“教学做评合一”教学方法

将以上的趋同化教学设计理念通过“教学做评合一”的教学方法体现。围绕教学目标对应“教学做评”4个环节，将趋同化教学设计理念具体化为学生的4个学习环节：想一想；学一学；做一做；说一说。

四、微课教学设计案例分析——“用仿真实验处理三相负载的星型联结问题”

（一）教学背景

1.学习者分析。本次微课的学习对象是电工电子专业高一年级的学生，他们的主要特征是：数学基础薄弱，特别对于三角函数的学习和利用平行四边形法则分析相量图存在困难，但是喜欢计算机操作（学校中午2个小时和下午3个小时机房对学生开放），喜欢电工电子专业，但实践经验不足，经培训具有一定的Multisim软件操作能力，但需不断的强化。已学习了三相电源的联结等相关知识，具备了学习三相负载的星型联结的知识起点。

2.教材分析。三相负载的联结是“电工基础”的一个重点内容，而三相负载的星型联结是三相负载的一种常用联结方式。其中三相负载作星型联结时中性线电流大小和作用是本节课的难点，而突破中性线电流大小这个难点问题，成为突破中性线的作用这个难点问题的关键。

在教材中求中性线电流大小一般采用画相量图求三相电流的相量和或者利用三角函数知识直接求三相电流瞬时值的和来求中性线电流大小，或者做实验验证。根据前面对学习者的分析，在实验设备匮乏、真实实验无法完成的情况下，采用电路仿真软件Multisim操作简单、方便、直观，刚好切合了学生喜欢动手实践更喜欢计算机操作的特点，能激发学习者的兴趣。

（二）教学目标

认知目标：掌握三相负载作星型联结时中性线电流的大小。

情感目标：培养学生自主学习、分析和解决问题、交流合作的能力以及求真务实的科学态度。

技能目标：学会运用仿真软件Multisim9绘制常用电路，并分析仿真结果。

（三）教学方法

教学做评合一教学法，讲授法，示范教学法，任务驱动法，仿真实验法，小组讨论法。

（四）教学内容和教学流程

根据趋同教学理论，教师设计对应目标任务的3个梯度的问题支架，同时设计对应3个问题的3个仿真实验，让学生带着问题看微视频，可以边看边学边做，布置学生自己动手画电路图并仿真的任务，完成对应目标任务的测验，主要考察学生掌握知识的程度以及发展水平，测评结果可为教师设计下一个微课问题支架提供依据。同时通过开展小组讨论，给学生留出展示和评价的时间，合理设计讨论的主题，达到既能激发学生的学习潜能，激发学生自主学习、团队合作，促进学习者之间互相学习、互相影响、最终趋同发展的效果，又能为衔接下一次课的内容做准备。

根据以上理论，本微课设计了4个学习环节：想一想；学一学；做一做；说一说。

1.想一想环节。首先开门见山提出学习目标，介绍“三相负载的星形联结”和“三相对称负载”两个概念，并图示中性线电流大小。接着给出3个梯度的问题支架：

（1）三相对称负载做星型联结时的中性线电流iN=？（初始问题对应本节课的认知目标）

（2）三相四线制变成三相三线制的条件是什么？（跟进性问题）

（3）三相不对称负载做星型联结时的中性线电流iN=？（拓展性问题）

2.学一学环节。对应3个问题设计3个仿真实验，教师示范操作。

仿真实验一：三相四线制三相对称负载作星型联结时中型线电流大小（见图1）。

仿真实验二：去掉中性线变成三相三线制观察三个线电流的变化（见图2）。

总结实验一、二：从这两个实验中可以看出，三相对称负载作星型联结时，中性线电流为0，中性线上没有电流流过，所以可以省去中性线，此时并不影响三相电路的工作。各相负载的相电压仍为对称的电源相电压，线电流不改变。这样三相四线制就变成了三相三线制。显然在这种情况下，达到了既节约线路成本又不会影响线路正常工作的目的。

仿真实验三：三相不对称负载作星型联结时中性线电流大小（见图3）。