《高电压技术》线上线下混合式教学改革探索

张鹏宁，蒋小平，加越乾，王达

（1.中国矿业大学（北京），北京；2.商飞信息科技(上海)有限公司，上海）

一 引言

《高电压技术》属于电气工程及其自动化专业的核心必修课，该课程旨在培养学生正确处理电力系统中过电压与绝缘这一对矛盾，掌握各种电介质和绝缘结构的电气特性、电力系统过电压及其防护措施、绝缘与高电压试验方面的知识，在教学中着重培养学生应用本课程的理论知识来设计电力系统过电压保护方案[1-3]。

《高电压技术》这门课程在讲授的过程中，具有以下挑战：（1）本门课程属于交叉学科，涉及到物理、电路、电磁场、电力系统和继电保护等多门课程的相关知识，很多关键的知识点非常抽象，学生理解起来比较困难；（2）《高电压技术》属于实验性的课程，书中的很多结论是由工程实验测试结果得到的，因此，需要较高的动手实践能力；（3）大部分高校在《高电压技术》这门课程投入32 个学时，学时短，需掌握的知识内容多，教师难以详细讲解其各部分知识内容，学生在较短的时间内也难以掌握关键的知识点；（4）师生互动较少，课堂气氛不够活跃，导致教学反馈较差，对教学的持续性改进不利[4-6]。

针对《高电压技术》这门课程存在的挑战和困难，本文引入了线上线下混合式教学改革，重点解决学生理解困难、加强师生互动、解决学时紧张等问题，得到有效的线上线下混合式教学模式，最终提升《高电压技术》这门课程的教学质量[7-8]。

二 雨课堂

近年来，教育信息化技术的不断发展，使得我们有条件利用网络以及网络教学资源来应用基于互联网的教学模式。学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发的雨课堂就是一款线上智慧教学工具，它作为插件与Office 软件中的PPT 相结合，利用微信公众号绑定老师和学生的信息进行教与学。雨课堂将复杂的信息技术手段融入到PowerPoint 和微信，使得学生在课下预习和课上听讲之间建立联系，讲课的内容能够保存，使得课堂不受地域和时间限制。教师可以利用雨课堂，提前将MOOC 精品课视频、作业和课件及时推送到学生手机上，学生也可以将自己的疑问留言给教师，师生之间可以及时沟通反馈，提高了学生掌握教学内容的效率；课堂上教师可通过实时答题掌握学生理解情况，学生可以通过弹幕与老师进行互动，为教师和学生互动交流提供了很好的解决方案。雨课堂科学地覆盖了课前- 课上- 课后的每一个教学环节，为教师和学生提供具有指导性意义的统计数据，其中，个性化报表、自动任务提醒，让教师与学生的任务更简洁明了。

雨课堂自带的大量优质教学资源给教师的教学提供了参考和借鉴，同时，课上的教学视频回放没有时间和地点的限制，学生可以直接利用手机微信观看回放，让课堂上未能掌握知识的学生有重新学习、查漏补缺的机会，学生的自主学习能力在一定程度上有了提高。雨课堂的会员合班功能，学生上限是500 人。教师无需手动输入学生的姓名、学号，便可以把学生名单一键导入。雨课堂的承载工具可以是手机，也可以是电脑。利用手机微信扫码就能上课，无需下载APP，这不仅为教师的教学提供了便利，也给学生的学习提供了极大的便利。雨课堂具有强大的数据分析功能，可统计分析在线人数、学生学习情况及完成作业情况。雨课堂的上述功能为《高电压技术》的线上与线下混合式教学改革探索提供了基础。

三 线上线下混合教学模式

针对上述已存在的问题，设计了线上线下混合式教学方案，包括课前预习、课上互动和课后答疑三部分。其中，重点突出课前资料推送、学生预习、课堂互动和课后反馈环节，针对与学生的互动和反馈，能够及时地调整接下来的教学内容，并重点讲解难以理解的知识点，进行习题分析，持续改进教学效果，高质量地完成短学时内的《高电压技术》课程教学[9]。

（一） 课前预习

对于之前学过的课程知识点和课中易掌握的内容，提前准备好PPT 和慕课中的精品课视频，通过“雨课堂”提前一段时间发给学生，让学生提前自主复习和掌握相关内容，并使用“雨课堂”的习题考核功能，检查学生的知识点掌握程度，以便教师接下来的课上授课内容的确定。如果学生掌握效果较好，那教师在课上对相应知识点正常快速讲解，如果学生掌握效果较差，则对课前布置的知识内容有针对性地详细讲解。

“导师制”是中国矿业大学（北京）实施的一项创新性教学方法，为全体新入校本科生配备导师，一般每位老师全程指导4～6 名本科生，根据不同学习阶段分别制定导师指导计划。在学业规划、专业辅导、科研探索以及品德培育等方面，实现本科生培养各阶段、各环节的导师全程指导。对学生以“导师制”为单位进行分组，每组有一位组长，每组同学在组长的带领下进行交流讨论，大家团队协作，更易掌握本门课程的重点内容。

（二） 课上专题化教学

由于《高电压技术》是一门包含交叉学科的课程，在学习此门课程之前需要掌握《大学物理》《电路原理》《电力系统分析》和《电力系统继电保护》等基础课程，因此在《高电压技术》开课之前，要以“导师制”为单位，让每位导师对所带学生的基础知识进行统计，根据统计的结果适当调整课堂授课学时，仅将课程中大部分学生之前没有接触过的、至关重要的内容放在课堂上进行讲授，例如气体放电的基本物理过程、绝缘电阻与吸收比、泄漏电流和介质损耗角正切的测量、工频高压试验基本内容等，注意理论联系实际、突出关键内容，并在讲课过程中引入所讲内容的科技前沿，使学生了解所学内容的实际用途，扩展视野。讲课过程中，结合板书、课件和动画等多种形式的教学方法，将抽象问题生动化、复杂问题简单化，通过上述各种形式的教学方法启发学生，使学生加深对基础知识、微观机理和实验方法的理解和掌握。

同时，在线上教学过程中，学生可以利用“雨课堂”APP 进行签到或请假功能，替代了之前课上教师点名，整个网上签到过程用时不超过一分钟，同时还能掌握学生在课堂上的听课时间，随时可在APP中查看学生每节课的出勤与上课时间，简便快捷。

本次教学改革将《高电压技术》课程共分为四个专题，专题分别为：气、液、固体放电机理，破坏与非破坏性实验，波在导线和设备中的传播过程，雷击过电压与防雷措施。每讲完一个专题的章节的知识后，均会布置适量的作业，作业内容包含基础知识和前沿热点，目的是为了加深学生对所讲内容的理解，提高分析和解决复杂工程问题的能力。比如，在讲到介质损耗这一部分内容时，可让学生利用Ansys 或Comsol 多物理场仿真软件对多层介质中的电场分布和损耗进行分析，并与利用公式简化模型后的计算结果相对比，验证仿真和计算的正确性，在这个闭环的学习过程中，不仅掌握了课本的知识内容，也达到了科研训练的目的。

最后，为了提高实验室的利用效率，如果实验室无课的情况下，学生可申请进入实验室自主学习，使得实验室中的各类资源得到充分的利用。鼓励以“导师制”项目组为单位参加省级或全国电子竞赛，如果某队获奖，则按照获奖等级对其期末考试进行奖励性加分，调动学生学习微机原理的积极性。同时，在除了实验箱等基本的实验设备之外，对实验装置实现多样化，在保证安全的前提下，可以让学生对各类实验设备进行任意组合以实现某些功能，给予学生充分的自主学习与实践探索的机会，更能发挥学生的创新能力。

（三） 课后答疑与持续性改进

在教师上课结束后，教师会在当天将作业通过“雨课堂”APP 发布，学生会在手机上收到作业提醒，随时能够看到具体作业内容，防止遗忘作业内容，提高课后作业效率。在统一上收作业的过程中，学生可通过“雨课堂”上交作业电子版或扫描件，实现作业的无纸化，既为学生保留了作业的纸质版以供考试复习所用，也节省了纸张。教师可通过APP随时下载学生的作业，并在系统中直接输入作业分数和批注。学生可以通过“雨课堂”随时查看自己的作业分数和存在的问题，与传统的布置作业和交作业相比，既提高了学生的学习效率，也使得教师随时批改作业，并保留和随时查看作业批改记录。

每节课都分为线上和线下同步进行，线上的课程不仅可供因为各种特殊原因不能到校的同学学习，同时也能保持回放功能，能够使在课上未理解的学生在课下反复观看讲课视频，使得学生更易掌握重点内容。同时在课后每周设定具体时间地点的线下答疑，也提供学生在雨课堂上留言，教师随时回复答疑，这使得学生无论何时何地都能学习《高电压技术》课程内容，也能在复习过程中随时遇到问题、随时向教师咨询答疑，显著提高了学生的学习效率。

在每个专题授课结束之后，都会在“雨课堂”上给学生发布调查问卷，主要问卷内容为：各知识点的掌握情况、教师的授课方式是否合理、授课的进度能否跟上、所发教学资料是否齐全、哪个知识内容最难掌握、习题课上希望讲解的习题等，根据学生的反馈情况，及时对接下来讲授的内容进行调整，从而达到促进学生理解和掌握本门课程的目的。

合理的考核方式是检验学生学习效果的最直接有效的途径，通过考核能使得学生更好地理解所学知识，优化学习方法，并提高学习效率。《高电压技术》这门课程的考核方式如下：第一部分是理论掌握考核，考核方式主要是闭卷考试，但闭卷考试的分数只占80%，平时的出勤和作业各占10%，此种考核方法不仅能够考查学生对所讲内容的掌握情况，同时也对学生的出勤以及对课程内容复习情况起到督促作用。

另一部分是实验考核与参赛奖励，实验考核中，实验操作成绩占70%，实验报告成绩占10%，另有多物理场仿真报告成绩占20%。实验操作以“导师制”项目组为单位，实验操作有多题，每组抽签获得需操作的实验题目，大家共同在规定的时间测量出相应的实验结果，完成实验后，老师会问各个组员一个实验环节中的问题，避免项目组成员中有不参与实验的学生得到相同分数的情况。如果有同学参加竞赛，利用了平时课程中所讲的内容并获奖，根据获奖等级不同会有相应的加分，以此促进学生将所学知识转化为实际应用的积极性。最终学生所得成绩就为理论考核和实验考核成绩相加再乘上50%。

四 结语

《高电压技术》作为一门电气工程专业的必修课，探索其线上线下混合式教学改革具有重要意义。本文针对《高电压技术》在实际教学中的挑战和困难，结合线上线下混合式教学方案，探索了解决：（1）关键的知识点非常抽象，学生理解起来比较困难；（2）实验测量难以实现；（3）学时很短，学生难以掌握关键知识点；（4）师生互动较少，持续性改进教学缓慢。一方面，通过线上线下混合式教学的课前、课上和课后教学方案的改革后，促进了学生短时间内对关键知识点的理解和掌握，也使得教师能快速了解学生的掌握情况，能及时在后续教学内容里做持续性改进，全面提升了学生的学习效率和教师的教学效果；另一方面，通过改进实验教学方法和考核方式，令学生更易理解课本知识的前提下，也促进了学生的动手实践能力。因此，《高电压技术》线上线下混合式教学改革方法是一次有益探索。