船舶电力拖动系统线上线下混合课程建设研究与实践

汪旭明 薛征宇 牛小兵 张刚

摘  要：船舶电力拖动系统是船舶电子电气工程专业主干特色课程，面对传统课程教学方式过于陈旧、教学内容缺乏思政内容引导和过程性考核不足等问题，借助中国大学慕课线上教学平台和虚拟仿真实验教学平台，开展船舶电力拖动系统线上线下混合课程建设研究与实践。采用以学生为中心、项目导向的线上线下多维互动课程教学模式，以学生学习能力考核为目标，实施具有过程性考核的多形式、多层次、多阶段的课程考核。教学成效表明，混合教学模式有助于学生提升学习的积极性、主动性和创造性，充分发挥传统课堂教育与网络教学的优势，达成两种教学模式的协同互补，有效提升专业课程的教学质量。

关键词：线上线下混合课程;虚拟仿真实验教学;多维互动教学模式;过程性考核;船舶电力拖动系统

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）15-0106-05

Abstract： Ship Electric Drive System is the characteristic mandatory course for students major in Electrical and Electronic Engineering. It suffers from many challenges， such as outdated teaching methods， lack of teaching content guided by political content and insufficient process assessment. In this paper， with the help of Chinese University MOOC online teaching platform and virtual simulation experiment， teaching reformation scheme are proposed as below： adopt the student-centered and project-oriented online/offline multi-dimensional interactive course teaching mode， take the assessment of students' learning ability as the goal， and implement the multi-dimensional course assessment with process assessment. The teaching effect shows that the joint teaching mode helps students improve their learning enthusiasm， initiative and creativity， gives full play to the advantages of traditional classroom education and online teaching， achieves the synergy and complementarity of the two teaching modes， and effectively improves the teaching quality of major courses.

Keywords： online and offline joint courses; virtual simulation experiment;  multi-dimensional interactive teaching mode;  course process assessment; Ship Electric Drive System

自教育部2009年首次开设船舶电子电气工程专业以来，船舶电力拖动系统成为该专业的主干特色课程，是必修的专业课和学位课。本课程内容涉及船舶电力拖动系统概述、交流电动机的继电接触器控制系统、交流变频控制系统、船舶甲板机械的电力拖动控制电路、船舶电力推进系统及船舶舵机自动控制系统。主要授课目的和任务是通过本课程的学习和实践，使学生较全面地了解船舶电力拖动系统的组成和原理，较熟练地掌握船舶电力拖动系统的原理分析方法。为培养适应船舶电气自动化技术的发展、机电合一、符合 SCTW 公约规定的船舶电子电气工程专业技术人才打下坚实的理论和实践的基础，同时也能满足船舶电子电气员适任证书考试大纲培训要求。

在新冠感染疫情期间，教育部号召各大院校 “停课不停学，停课不停教”，要求广大教师采取直播、錄播，同步/异步辅导答疑等形式进行线上教学，确保学生不落课、不停学。加强无法返校学生的学业指导、作业布置与检查、课后辅导答疑及考核等教学过程管理，待学生返校复学后任课教师可结合课程特点及学生在线学习情况酌情安排补课、面授辅导等线下教学方式查缺补漏，切实保证学生学习质量[1-2]。目前疫情常态化的背景下，线上教学已成为了非常重要的教学方式，也将成为今后全国高校教学发展的趋势之一[3]。在大连海事大学（以下简称我校）教师线上教学过程中，对本科学生进行调查问卷，82%的学生对在线教学表示满意，对线上的教学平台满足学习功能表示基本满意，部分学生表示仍然需要线下教学的补充来提高学习效果。因此，线上线下混合课程的教学模式被提出并逐步推广。线上线下混合式教学模式，可培养学生发现问题和解决问题的能力、独立探索与合作的精神，激发学生学习兴趣和主动参与的意识，其与OBE（Outcome-based education）成果导向教育为核心教育理念相辅相成[4-5]。

本文以课程支撑本专业学生培养计划为导向，突出线上线下混合课程的实践教学体系，采用项目导向的线上线下多维互动课程教学模式，以学生学习能力考核为目标，实施了具有过程性考核的多形式、多层次、多阶段的课程考核。坚持以学生发展为中心，不断改进教学方法，结合相应的教学方式完善和考核方式改革，充分调动学生的积极性、主动性和创造性，加强师生互动。以期达到提升学生学习能力、提高学生学习主动性的目的。

一  混合课程建设

根据船舶电子电气工程专业学生培养计划，船舶电力拖动系统课程教学过程采用“面授+实验”两个教学环节，即理论42学时和实验6学时。其中，理论课通过教师讲授完成，存在学生课堂参与度低、主动性不强的问题，实验环节则通过学生集中到实验室观看操作演示性实验和撰写实验报告完成，存在学生体验度不够、积极性不高的问题。课程考核虽然采用“平时表现+实验成绩+期末考试”的综合评价，一定程度上避免“一刀切”的考核不足，但仍然存在过程性考核较弱的问题[6-7]。这些教学问题具体表现为以下三点。

1）教学方式过于陈旧。船舶电子电气工程专业课多为大班授课，平均到每个学生受到的关注度自然降低，很难实现因材施教。目前新世纪出生的大学生更强调个性和独立，且对专业方面知识的掌握程度参差不齐，在课堂上很难全部都全神贯注、积极响应。

2）过程性考核不足。目前的考核方式不能对学生的综合能力实现全面考核，考核内容以基本记忆内容和控制电路分析为主，缺乏学习的过程性考核和实操性考核，仅仅一次实验报告和考试试卷决定最终成绩，没有针对学生的差异性考核，学生的学习成就感自然降低。

3）课程内容缺乏对课程思政的引导。航海类毕业生大多从事海员工作，是国家明确的艰苦行业，普遍存在工作环境较差、对毕业生实际操作能力要求高的特点，会造成学生对职业认知的偏差，需要课程中积极引导学生树立正确的人生观、价值观与家国情怀，具有职业精神、职业道德、职业规范与社会责任感[8-9]。

结合学校本学科建设、航海类专业人才培养方向及船舶电力拖动系统课程对专业人才培养的支撑点建设，教学团队研讨后最终确定课程改革的教学目标、教学内容、教学方法和考核方式。

1）教学目标改革。原有的课程教学目前偏重基本理论知识的掌握，缺乏综合素质的培养，不符合现行的OBE教学理念，且缺少对课程思政的引導。结合学校建设世界一流海事高等学府、国际一流专业、培养新工科创新人才的需要，船舶电力拖动系统课程在全国范围内开设慕课，采用线上线下混合教学模式吸引全国航海类专业师生的参与、讨论和评价，重新设定教学目标，以学生为中心，积极引导学生树立正确的人生观、价值观，具有职业精神、职业道德规范与社会责任感，能够全方面有效提高学生的综合素养，提高教学效果。

2）教学内容改革。原有的教学以谭跃主编的《船舶电力拖动系统》（大连海事大学出版社）为教材，分为5章，第1章为船舶电力拖动系统概述，船舶电力拖动系统的装置构成、功能及在船舶上的分布，船舶电力拖动系统的分类以及船舶机械对电力拖动系统的要求;第2章为交流电动机的继电接触器控制系统，以复杂的船舶交流变极三速电动起货机继电接触器控制线路为例进行原理分析，船舶甲板机械日常检查、维护和修理方法介绍;第3章为船舶电力推进系统的组成及分类，推进电动机机械特性的要求和船舶电力推进实船系统原理分析;第4章为船舶液压传动系统，了解各种电控液压阀件原理和船舶液压起货机系统原理分析;第5章为船舶舵机自动控制，掌握PID操舵基本原理，常规自动舵典型环节电路原理，自适应控制操舵计算机系统硬件电路及控制方块图。混合教学课程内容改革补充了单元测验题，新编同名立体化教材，增加了虚拟仿真教学实验指导书内容，课程重要知识点配有二维码，手机扫描链接视频讲解知识点，每一个章节后配热门思考题讨论，激发学生的学习积极性和主动性。

3）教学方法改革。原有的教学方式以课堂讲授和操作演示实验为主，个性独立的新一代学生对此学习兴趣并不浓厚，学习积极性也不高。线上教学改革由两部分组成，理论课程的线上资源采用了中国大学慕课船舶电力拖动系统课程，由薛征宇、汪旭明等教师主讲，分为10章内容，每一章有视频讲解、单元测试考核、讨论区和答疑区;部分实验采用大连海事大学教务处网站虚拟实验教学平台，虚拟电控箱故障查找和虚拟空压机控制电路分析。线上线下混合教学模式将可多次重复的线上教学优势和亲和力强的传统线下教学优势有机结合起来，引导学生自主学习、由浅入深领会知识点，有效达成教学目标。

4）考核方式改革。由于专业课程知识点多、复杂、分散等特点，理论考核采用传统的闭卷形式的期末考试，实验考核采用实验课堂现场操作和实验报告的考查形式，这种一次考核决定成绩的考核方式大大限制了学生的自主学习积极性。混合教学模式的部分考核利用线上教学平台，提供了多形式、多阶段的考核任务，每个课程单元都有小测试和知识点拓展内容，虚拟实验可以不受时间场地限制重复操作训练直至熟练掌握，进行虚拟实验考核，如图1所示。这种混合教学的考核模式激发了学生自己学习的主动参与性和积极性，实现以学生为中心的教学目标。

二  混合课程教学实践

依托省级教改项目“船舶电力拖动系统线上线下混合课程建设研究与实践”、校级虚拟仿真实验教学项目“船舶分油机自动控制虚拟仿真实验教学”和校级课程思政项目“船舶辅助控制装置”，船舶电力拖动系统混合课程包括线上（中国慕课大学+学校学生教务网网站虚拟实验教学平台）和线下（课堂教学）两部分教学内容，实行线上线下联动授课机制。遵循以学生为中心的教学基本理念，线上线下混合课程的教学方案实施分为课前、课中和课后三部分，如图2所示。

（一）  课前学习准备

教师在课程开始前发布教学大纲、课程章节知识点和课程拓展学习资源，供学生上课之前可以随时随地查看进行预习，针对章节中的重难点展开广泛讨论，利用搜索引擎和一切资源进行课程拓展学习，并完成预习章节的小测验巩固预习效果。船舶电力拖动系统具有软硬件协同设计理念，映射了我们要以家国情怀和人类命运共同体思想、以持续发展的眼光看待全球一体化。欧美国家对中国高科技公司的打压和制裁，反复警醒我们必须立足更高，深入研究和学习，扎实专业素养，力争科技报国。

（二）  课中实施安排

教师进行线下课堂面授，采用项目导向的教学方式和案例分析的教学方法。通过多媒体技术和教学短视频直观形象展示课程内容，以完成船舶起货机控制系统设计、电力推进系统设计和自动舵控制系统设计等课题项目为目标导向，引导学生积极参与课堂讨论，分组进行知识竞答，提高思维水平和工程设计能力。案例学习法培养学生具有正确的人生观和价值观，将高尚的人格与远大理想相结合，运用自然科学哲学的方法研究和解决船舶电力拖动系统的教学问题。通过引导学生辨析软硬件环境融合与矛盾呈现的规律，激发学生的爱国主义情怀，树立为实现国家复兴、船舶电子电气专业蓬勃发展而努力学习的信念。

（三）  课后复习考核

课后教师按照教学日历安排，针对课程章节知识点通过线上教学平台发布在线测验考核，适时安排配套的课程虚拟实验教学平台开放，学生可以进行在线虚拟训练和在线实验考核，同时学生在课后复习遇到的疑惑可以进行线上线下提问，教师利用即时通讯工具进行线上答疑，也能在办公室或者课堂上进行面对面答疑解惑。课程结束后组织课程考试，按照试题命题覆盖面100%（基本题60%，较难题30%和难题10%），试题结构客观题30%和主观题70%分布进行全面考核。通过学生课堂表现、章节单元测试、实验考核和期末考核给出课程综合成绩，以此作为过程性考核的综合评判依据，多维度的考核方式使学生对自己的课程结业成绩有了更全面的认识和把握。让学生能够提高个人认识、增强专业素养，成为一名具有高水平专业实践能力的航海人才。

三  混合课程建设成效

（一）  充分利用线上教学平台，激发学习主动性积极性

中国慕课大学线上教学平台为学生自主学习提供了章节重难点、章节测试题、拓展学习资源等内容，学生课前预习可以带着问题做好标记，在平台讨论区发言讨论或者利用搜索引擎、拓展资源进行自我提升。带着明确的学习目的走入线下课堂，能更深层次理解知识点和巩固学习效果。

教师可以在线上平台讨论区模块发布热点话题，如船舶电力推进装置的形式，传统推进形式和全回轉吊舱式推进器的区别和优缺点对比，引导学生分小组进行讨论和相互提问，最后由老师进行点评。通过对2018级船舶电子电气工程专业107名本科生网上问卷调查，83%的学生认为线上学习更加方便，更有兴趣参与线上教学平台课程知识点总结和虚拟仿真教学实验演练，相比在课堂或者实验室只能听到老师一次性讲解知识点的教学效果要好很多。

（二）  线上线下混合教学，提高学生学习精准度和兴趣度

学生能利用零碎的时间进行线上知识点学习、虚拟实验操练和讨论互动，结合线下课堂面授，学生的学习氛围更加浓厚，课堂气氛更加活跃[10]。针对课前预习的问题，比如不理解常规自动舵控制规律，在线下课堂能够结合自动控制原理、辅助教学短视频讲解，重点分析基本原理从根本上解释自动舵控制规律，加深学生专业认识，进一步理解和掌握规律。即根据学生线上自学的重难点针对性地开展课下教学活动，提升了教学的精准度和兴趣度。通过不断优化线上线下教学结构和流程，混合教学模式受到大部分学生（64%）的认可，68%的学生认为混合式教学模式激发了自己的学习兴趣、实现了精准学习的目的，这也完成了以学生为主体的教学目标。

（三）  全面综合考核和多元评价，提升学生成绩认可度和课程正向反馈

教师利用线上教学平台和线下考试，为学生提供了多形式、多层次、多阶段的考核，线上每个章节单元后都有测试考核、小组讨论区和答疑区，线上虚拟仿真实验教学可以查看实验教学目的、理解设备工作原理、无限次操作练习直至掌握实验技巧。学生通过完成这些任务，能够巩固专业知识增强实践操作能力。教师通过线上教学平台掌握学生的学习练习情况、线上单元测验考核、线上虚拟仿真实验考核，线下学生课堂表现、线下期末考试等情况，以此作为过程性考核的综合评判依据，多维度的考核方式使学生对自己的课程结业成绩有了更全面的认识和把握。与采用传统教学模式的2017级学生相比，线上线下混合教学改革之后的三年间，成绩分布呈现正态分布形式，优秀、良好和中等学生的占比（85%）逐年上升，不及格率逐年降低（3%），平均成绩明显提高，取得了显著成效。

四  结束语

混合教学模式的船舶电力拖动系统课程建设与实践实现了以下三个特色：一是实施以学生中心化、项目导向的线上线下多维互动课程教学模式。在整个教学活动中，通过发布课程任务、小组研讨和知识竞答等方式，使教学过程更加丰富，寓教于乐。二是线上教学线下课堂充分融合发挥混合课程教学优势。通过线上教学平台学生课前自主预习、课后复习和拓展学习资源，线下课堂针对性的案例教学精确、深层次理解和掌握专业知识，满足新一代大学生的学习个性化需求。三是具有过程性的多元化考核。借助线上教学平台的学生学习数据、课堂表现、单元测验和虚拟仿真实验计入平时成绩，多层次、多阶段的考核贯穿整个教学过程，真实全面地反映学生的学习状态和学习效果。

学生通过混合课程学习，不仅掌握船舶电力拖动系统专业知识，培养了勤于思考、勇于质疑、分析总结电力拖动系统软硬件控制问题的能力，激发了学生的学习自主性、积极性和创造性，提高了教学效果。实践表明，该建设路径能够满足专业课程的需求，充分发挥传统课堂教育与网络教学的优势，达成两种教学模式的协同互补，有效提升专业课程的教学质量。

参考文献：

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