“电路基础”课程实时交互式教学模式研究

汪 源 黄丽萍 王良成 王喜鸿

(1.三亚学院 理工学院,三亚 572022)(2.三亚市第一中学,三亚 572000)(3.三亚理工职业学院,三亚 572022)

传统“讲授式”课堂教学模式最大特点是教师和学生之间在同一空间和时间中面对面开展教学[1]。这种教学模式对教师而言有很强的仪式感,教师能够通过自己的眼睛、耳朵等直接、实时地感受到学生的学习状态,但是教师对于学生的感观是定性的、不精准的,教师并不能及时了解全体学生对于知识点的掌握程度[2]。另外从学生角度而言,传统课堂是其十几年学习过程中最为熟悉的模式,学生在课堂中有很强的环境效应性,但班级规模决定了教师是否能很好地照顾到每个学生,同学之间的朋辈作用效果也不大[2]。再加之某些地方高校的学生在数理基础、学习方法和学习习惯等方面与重点高校学生有一定的差距,如何有效的开展课堂教学、提升学生的学习成效是地方高校教师急需解决的教学难题[3]。

自2013年“慕课”在中国快速发展后,以“国家级线上一流课程”为代表的一大批共享开发优质教育资源不断涌现,同时在教学过程中配以雨课堂、微助教等信息化技术手段开展答题、讨论等互动环节,能够帮助教师实时掌握学生整体的学习效果和教学质量[4-7]。

1 实时交互式教学新要求

实时交互式教学相对于传统课堂教学,最大的差别在于学习全过程中教师和学生之间、学生和学生之间发生的“线上”和“线下”各种形式教学互动和教学反馈。通过优质教学资源给学生布置学习任务,通过合理教学设计实时开展教学互动,通过智能信息技术及时掌握反馈的教学数据。通过反馈的数据,教师可实时掌握全体学生的学习情况,以此为依据及时调整教学,学生也可以实时掌握自己的学习状态和朋辈的学习情况以便及时调整。因此基于“以学生为中心”的“线上+线下”结合的实时交互式教学模式,应对“丰富的资源、明确的任务、有效的互动、及时的反馈”等四个方面提出新要求,如图1所示。

图1 实时交互式教学模式的新要求

1.1 丰富的资源

作为智慧教学的基础,形式多样、内容丰富的教学资源是必不可少的前提,因此教师需要将慕课、配合慕课使用的课前引导性学习资料(简称“导学”)、习题库、课件、虚拟仿真程序等内容有机地组合起来,在不降低课程难度的前提下,让学生更好地开展学习[7]。

1.2 明确的任务

要给学生提出明确的学习任务,包括课前预习任务、课堂学习任务和课后练习任务;同时需要将明确的任务与课程考核体系结合起来,使学习兴趣浓厚的学生有明确的学习方向,使学习兴趣欠佳的学生也能够增加学习动力,使各层次学生的学习积极性得到提高。

1.3 有效的互动

为了督促学生加强学习、增强学习动力,需要在教学的各个环节实施有效的互动,包括课堂内和课堂外两个维度。课堂内,通过教学平台的信息化技术手段,开展全员统一性的互动和单体个性化的互动,且开展互动的内容一定要紧紧围绕教学主题,互动的形式要为“及时的反馈”服务;课堂外的互动,通过“一班一课一群”的QQ群、学生在线学习平台等形式开展,内容以任务发布、难题讨论、作业串讲、辅导答疑等为主,解决课堂上未解决的问题、学生学习过程中的困难、讨论课堂未涉及的前沿知识等,以进一步提高教学效果,同时增进师生之间的情感和友谊。

1.4 及时的反馈

针对教师布置的学习任务,要能够及时给予学生准确的反馈,增强师生教与学的真实感,包括课前预习测试结果、课堂学习测试结果、课后练习作业结果。课前预习的结果反馈可以指导学生课上更有侧重地听课,帮助教师提前掌握学生预习的困难,调整课堂教学内容的重点;课堂学习的结果可帮助学生了解自己的学习成效,提升学习成就感或督促学生提高学习动力,同时也帮助教师及时掌握学生整体学习成效,或调整教学进度,针对学生学习难点进行更深入的讲解;课后练习的结果可以及时帮助学生掌握自己的学习成效、提升学习成就感或增强学习动力,也帮助其了解自己解决复杂问题的能力,教师也可掌握教学设计和教学改革的成效,为后续教学内容的设计和下一轮教学的改革提供有力支撑。

2 实时交互式教学的目标及模式

实时交互式教学目标:通过线上线下教学模式的再设计,实现学生学习能力的养成和学习成效的提升。

实时交互式教学模式如图2所示,其中包括课前、课堂、课后及辅导等四个教学环节。部分教学内容(课程引入部分、课程拓展部分)移至课前,通过“慕课”短视频、电子教材等形式呈现,配以基于雨课堂的预习课件进行学习检测,开展课前预习;课堂进行讲授重点主干内容,以教学课件、课堂上的即时测验、讨论问答等形式呈现;课堂未完成的内容、课后练习作业,通过雨课堂中的课后检测课件以课后自主学习形式开展;同时配以辅导答疑环节,开展难题讨论、作业串讲、辅导答疑,帮助学生跨越知识的鸿沟。

图2 实时交互式教学模式

3 课前准备阶段

3.1 教学目标确立

通过工程教育认证中对学生的12项毕业要求的分解,“电路基础”课程在知识、能力和素养三个方面提出如下的教学目标[8-9]:

1) 知识目标

理解电路的基本概念、基本理论,能够应用电路方法分析和计算各类电路的响应和性质,能够正确使用各类电路测量工具,初步达成解决复杂工程问题的知识掌握度,为后续课程打好基础。

2) 能力目标

(1)专业能力目标:具有电路元件识别、电路模型抽象和分析、电路信号测量和分析等专业能力。

(2)通用能力目标:具备利用慕课进行自主学习的能力;通过查阅资料初步解决复杂工程问题能力;团队协作、沟通交流等其他能力。

3) 素养目标

培养家国情怀、敬业精神和科学思维,增强工程意识、法律意识和安全意识。提升课程对专业人才培养目标的支撑。

知识是学习的载体,能力是学习的延伸,素养是学习的拓展。通过课程的学习,不仅授学生以“鱼”,还要授学生以“渔”,为今后各种学习需要奠定扎实的专业能力和通用能力。素养目标通过课程教学的过程潜移默化地渗透,润物细无声地开展课程思政教育。

3.2 在线教学平台选择

经过前期网络测试和实际开课试验后,综合考虑各种信息化技术在课程教学过程中的优缺点,采用“慕课资源+雨课堂”相结合的形式开展教学。课前在线学习、课前学习成效测试、课堂教学互动、课后作业等内容在雨课堂中完成[10]。雨课堂在教学开展过程中,具有语音直播、限时答题、弹幕、投稿、点名等功能优势,能够帮助教师实时掌握学生整体学习效果,同时课后能进行课堂数据分析,帮助教师分析每个学生的学习成效,真正做到“以学生为中心”。

3.3 教学资源的准备

为了保证“丰富的资源”目标的实现,针对课程的理论教学部分,对标“一流课程”建设要求,围绕课程大纲,准备教学资源,包括:教学课件、教学案例、课堂提问、作业习题、阶段性测试、选择优质的在线视频资源等。根据课程需要,综合考虑学习成果导向的授课目标如何达成,提前合理布置有助于学生“自主建构知识”的学习内容及自主训练素材等,针对难度较大的基础课使用的慕课资源,开发配合慕课资源配套使用的导学资料,帮助学生挖掘视频中的重、难知识点、引导学生利用基础知识进行实际应用[11]。教学课件部分,包括课前预习课件、课堂讲授课件、课后练习课件三部分,将全部教学环节包含其中,培养学生良好的学习习惯和学习自主性。

4 课程的实施

为了更好地说明课程如何实施,以“电路元件”章节为例进行说明。

4.1 课前预习环节

针对课前“明确的任务”目标,将学堂在线中贵州理工学院陈燕秀教授讲授的“电路原理”慕课,“电阻元件”“理想电源元件”“受控源元件”视频以慕课资源形式插入雨课堂的预习课件,同时在每个视频后配有针对知识点挖掘及知识点简单应用的导学资料和测试题,明确课前学习任务,考察学生学习成效。同时考虑到学生个性化学习的需求,将学堂在线中清华大学于歆杰教授讲授的“电路原理”慕课,“端口”视频和教师自己录制的“电路元件特性仿真”视频作为选学内容提供给学生进行自学。学生学习后,雨课堂将学生的学习和答题情况进行统计,教师可知每个知识点学生答题的宏观数据,同时也可得到每个学生预习情况及每道题答题情况。通过宏观数据可知“不同参考方向的欧姆定律”“理想电流源伏安特性”“受控源的受控表达式”等知识点学生整体学习成效不佳,进而指导线上课堂向这些内容侧重,提升课堂学习的效率;通过微观数据可以得到哪些学生学习习惯和学习成果不佳,进而帮助教师精准地开展学业帮扶,提高后进学生学习的成效,实现课前师生之间的“及时的反馈”“有效的互动”。将引入部分和基本概念等部分移至课前预习,也为课堂教学的各种互动节省时间。

4.2 课堂教学环节

依照课上“有效的互动”目标,针对性地讲解学生理解难度大的知识和知识的应用,突出教学重点,并配以限时答题、弹幕讨论和实时投稿开展课堂上的“有效的互动”“及时的反馈”,有效地突破教学难点。针对学生容易出错的基本概念开展讨论,引导学生正确理解。如从“电压uAB大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所做的功”的定义对“非关联参考方向下欧姆定律表达式”进行弹幕讨论,引导学生积极思考、大胆发言,并结合“弹幕词云”的功能,“众筹”学生的思想,最终引出两种关联参考方向下欧姆定律的表达式;针对重点考核的知识及应用部分,如“理想电源伏安特性”“欧姆定律在各种情况下的应用”等,进行限时答题并拍照提交,有效地督促学生认真听课,并定量掌握学生的学习成效;同时针对学生的答题结果进行匿名投屏,教师可以有效地掌握学生错误所在,并针对学生的错误进行讨论分析,有效地帮助学生破除思维的障碍、解决共性问题。而且针对学生错误较多的内容和学生点击“不懂”的内容,如“含受控源电路的分析”问题,教师在课后可以针对性地找到课堂课件设计的“软肋”所在,进而进一步优化调整课堂课件内容,便于学生理解;同时在课后作业中加强该部分内容的练习,帮助学生有针对性地巩固所学知识。

4.3 课后练习环节

针对课后“及时的反馈”目标,将课堂学生学习错误率高的教学重点内容,如“含理想电源电路分析题”“含受控源电路分析题”等,以课后作业课件的形式在雨课堂中布置给学生,并要求限时完成。学生在手机端可及时查看得分情况和答案解析,及时改正错误,弥补漏洞;教师也可有效地掌握学生的学习效果,从而搭建师生之间这种无形而有效的互动方式。为帮助学生更好地掌握所学知识之间的逻辑关系,可要求学生自己总结课堂笔记,进而提升学生总结归纳知识的能力。

4.4 辅导答疑与阶段性测试环节

针对课后作业中错误较多的作业,利用辅导答疑环节进行集中讲解错误作业,帮助学生突破难点,解决学习上的困难;通过辅导答疑开展阶段性的测验,帮助学生检验自己阶段性的学习成效,形成朋辈效应。

4.5 实验教学

课程实践教学采用“虚实结合”的教学模式。课前让学生在“虚拟仿真实践教学平台”上自主学习教师准备的课程实验视频、课程实验指导书等教学资源,进行实验原理分析[12]。随后在平台中开展虚拟仿真实验进行实验原理的仿真验证。完成线上学习任务后再进实验室开展实物实验进行实验原理验证,确保学生掌握实验原理、提升动手能力,培养学生仿真电路和分析电路的能力,同时提高实验设备使用效率、提升实验效果、降低设备损坏率。

4.6 课程思政

遵循“课程思政与思政课程同向同行”的理念,在课程教学过程中从“家国情怀”“敬业精神”“科学思维”“工程意识”“法律意识”“安全意识”六个方面潜移默化地开展课程思政教育[13-14]。课程思政的教学内容设置如图3所示。

图3 课程思政教学内容

4.7 课程考核

改变原有的评价体系,利用雨课堂工具的数据采集和分析优势,突出过程性的学习全链条评价,将传统课程不能得到的学习过程化数据进行采集,并进行精细化的数据处理和分析,基本可以得到每个学生每个知识点的学习情况。线上成绩、线下成绩、期中成绩和期末成绩的有机结合,精准而又真实地反映学生的学习成绩。按照课程大纲的计划,为检测学生线上学习的总体成效,本课程开设的三个班级在雨课堂平台中开展了线上的课程考核。基于线上考试的特殊性,在考试前与学生约定“线上考试伦理准则”,并要求学生按照约定进行考试[15]。试卷内容全部采用主观题形式的大题共8个,要求学生先在草稿纸上进行答题并写出详细的解题过程,然后进行拍照上传系统并提交答案;每题后有详细的评分标准,考试全部结束后学生可以查看评分标准,掌握自己的学习成效;教师在雨课堂平台中进行线上阅卷。

对考核结果进行分析,平均分为71.3分,说明线上教学整体效果较好,其中“三相电路分析”知识点本身难度为“中”,但学生整体得分率仅为45%,说明本部分内容授课效果不好;“电阻电路一般分析方法”“正弦稳态电路分析”难度大,学生得分率在60%～70%之间,基本符合预期;其他知识点的得分率与难易程度基本符合考核预期。同时将学生“预习得分率”“预习参与率”“课堂得分率”“课堂参与率”“测试得分率”“测试参与率”“作业得分率”“期中得分率”等过程性的数据和阶段性的数据进行比较。分析发现,绝大部分学生过程性的学习成效与考核结果吻合,但也存在极个别学生过程性的学习成效与考核结果不吻合,总体来说期中考试成绩是真实可信的。改革前和改革后电路基础成绩分布比较如图4所示,学生期末成绩平均分提高8分,不及格率下降11%,优良率提升6%。同时,学生的学习习惯和学习方法得到较好的培养,学期初预习和作业完成率只有80%左右,学期中期完成率基本达到98%,学生自主学习能力和查找资料解决问题能力得到较大提升。

图4 改革前后电路基础课程成绩分布比较图

4.8 持续改进

通过实时交互式教学设计的实施和对智能化信息技术得到的教学过程数据分析,可以进行各教学环节之间的正向调整、逆向改进和自我优化,课程教学的持续改进如图5所示。通过“课前预习”环节得到的预习数据,可以知道学生预习的困难所在,从而调整下一个教学环节“课堂教学”的侧重点,进行针对性教学;同时反思“课前预习”过程中教学设计和教学资源可能存在的不合理之处,进行“课前预习”环节的自我优化。同理,课堂数据、作业数据和答疑数据都能帮助下一个教学环节进行正向调整,同时也能为本教学环节的自我优化提供依据。另外,根据课堂数据、作业数据和答疑数据,还能逆向为之前教学环节的教学设计和教学资源的改进提供真实数据,从而迭代优化下一轮的教学设计和教学资源,实现不断地“迭代资源、优化设计、提升效果”的目的。

图5 教学持续改进流程图

5 结语

针对地方高校学生的学情,以“电路基础”课程为例,通过开展线上线下结合的实时交互式教学模式的改革,落实课程教学目标的要求。利用“慕课资源+雨课堂”的形式,通过对课程教学内容和教学模式调整,设计各个教学环节的课程资源,开展课前预习、课堂教学、课后作业和辅导答疑四个教学环节,加强各教学环节的实时性,增加师生和生生教学互动,及时掌握全体学生的学习数据并对教学过程进行优化调整,以培养学生良好的学习习惯,优化学习方法,使学习成效得到不断提升。