基于“双线双向多元共享”电力课程资源建设

卢闻州,王祥州,陈梦舟,陈海英

(江南大学,江苏 无锡 214122)

江南大学电气工程及其自动化专业的电力类课程包括专业核心课——工程电磁场、专业限选课——供配电技术、专业选修课——电力变换技术等。工程电磁场课主要讲授工程电磁场的基本理论和基础知识,进一步研究宏观电磁现象和电磁过程的基本规律及其分析计算方法[1],2020级培养方案由2.5学分、40学时下降到2学分、32学时。供配电技术课主要讲授供电系统运行维护、设计计算所必需的基本理论与基础知识,以及一般中小型企业内部电能供应与分配问题[2],2020级培养方案由3学分、48学时(含40理论+8实验)下降到2学分、36学时(含28理论+8实验)。电力变换技术课主要讲授电力变换的基本原理、拓扑和典型应用[3],2020级培养方案由2学分、32学时(含24理论+8实验)上升到2学分、36学时(含28理论+8实验)。

通过多年电力类课程的教学实践,笔者对其中存在的问题有了一些思考:首先,上述3门电力类代表性课程具有较强专业性与实用性,单纯的理论讲解和验证性实验可能无法使学生获得有效的工程思维能力和实践能力[4-6];其次,学时数普遍有缩减的趋势,如何在更少的学时条件下提升课程教学效果,需要在课堂外进行统筹考虑,对课程资源进行系统性设计[7-9];最后,3年疫情造成的线上线下随机切换模式,给教学带来了冲击,也使其焕发了生机,“逼迫”老师主动求变,努力尝试各种资源和工具,以此来提升教学效果[10]。因此,如何在有限的课堂教学学时下建设线上线下各类资源、提升电力类课程的教学效果,成了一个值得大力探索的课题。

在工程教育的大趋势下,经过前期的教学实践积累和因疫情做出的线上资源建设起步,江南大学工程电磁场、供配电技术和电力变换技术等电力类课程历经多年教学改革探索后,从最初课堂上“以教为主”的教师授课方式,逐步转变成目前开放式线上资源与互动式线下资源相结合的教学模式,即“双线双向多元”教学模式。

本文主要探讨“双线双向多元”教学模式中开放资源的建设。其中,“双线”即“线上+线下”教学方式相结合;“双向”即教师与学生的互动式教与学;“多元”即以雨课堂与公众号为基础,配合问卷星、在线实验软件等构建的开放互动式资源平台。

1 电力类课程资源建设总体方案设计

为提高学生的理论知识学习效率与实践能力、加强师生互动交流,并向电力类工程教育提供更加广泛、开放、充实的学习资源,需要建设一批普及度高、应用性强、实用性好的面向工程教育的电力类课程的开放、互动式课程资源。

课程资源建设以“自由开放、互动共享”为建设理念,依托公众号和雨课堂建立开放式的资源利用平台和师生双向互动机制。图1展示了开放互动式课程资源建设总体设计方案。设计方案由三部分组成,第一部分是基于公众号的线上开放式课程资源,第二部分是基于雨课堂的线下互动式课程资源,第三部分是基于多元改进机制对线上线下课程资源做出的闭环更新。

对线上开放式课程资源进行建设时,可选择公众号作为课程资源的存放载体,来突破课堂教学特定上课时间、指定上课教室的时空限制,让除授课学生外的其他社会面学生、相关课程教师、行业人员等人,都可以在任何时间、任何地点进行课程资源的学习利用。线上开放式课程资源包括课程课件、课程视频、课程随堂测试题库、课程扩展案例库、实验说明书、网页版在线虚拟仿真软件说明、课程设计说明、期末客观题测试题库等。网页版在线虚拟仿真软件可存放于学校服务器,由内网IP控制网址访问(后期可做成全社会开放式访问)。其他课程资源可存放在公众号中,并提供课程资源索引,方便任何人随时查找使用。

对线下互动式课程资源进行建设时,选择雨课堂作为课程资源的使用载体,能够让课堂上的师生脱离黑板和投影仪的束缚。师生的雨课堂端能实时同步线下教学资源和教学过程,例如:教学课件的同步、实时弹幕、调查问卷、随堂测试题发布和完成后的双向互动交流等。这些线下互动式课程资源同样可以突破时空限制,在特殊时刻,可以借助腾讯会议等视频连线工具,将线下教室挪到虚拟会议室,同样实现近似线下教学的互动式教学效果。如果未来课程授课群体需要进一步扩大,此方式还可以很方便地将线下授课的课程资源向社会全体成员公开。

对线上、线下课程资源进行持续改进时,借助线上、线下多元工具机制实施,能够快速建立并逐步迭代课程资源建设,形成趋于完备、适合于授课对象的优质课程资源。1)线上的持续改进措施:采用公众号平台,任何人在任何时间都可以对相应资源进行评论或提出意见和建议;对于线上视频,任何人可以输入弹幕进行评论;利用问卷星等制作期末调查问卷,完整上过课的任何人都可以对课程资源建设的满意度等进行打分和提意见;授课教师可以通过这些方式及时获得授课对象的反馈,对课程资源及时做出调整和改进。2)线下的持续改进措施:雨课堂端的弹幕功能可以随时让学生提出疑问,教师可以及时做出说明解答疑问;教师对某些知识点主动做出随机提问、问卷调查,可以通过学生的及时回答获知同学们的掌握程度,进而优化接下来的上课重点;课堂后期的满意度调查反馈,可以让教师获知此堂课中存在的疑问和不足,对疑问做出及时解释,对不足及时做出优化调整,对无法及时调整的做出解释性说明。

电力类课程开放互动式课程资源建设应以“三全育人”为目标。通过上述设计方案,教师可以在教授学生专业知识的同时,将课程思政教育也寓于其中,做到全员、全程、全方位育人。依托公众号和雨课堂的开放、互动式教学,能够确保全体学生全过程参与教学过程,依托软件的记录功能,能加强对学生学习过程的评价。

2 开放式线上资源建设

开放式线上资源的特点就是开放、在线,公众号就是较好的开放式平台,它具有受众广、成本低、高互动性的优点。通过建设以授课教师个人类型的“源行者”公众号平台为载体的开放式课程资源,可以方便学生随时随地在线学习、互动交流,平台开放式课程资源界面如图2所示。学生可以关注公众号,在首页点击链接选项,进入相应的索引界面,进而对相关课程资源进行学习使用;教师可以引用相关链接,在课程教学中的任何环节对课程资源进行展示、利用和交流。

目前已完成开放式课程资源建设的电力类课程包括工程电磁场、供配电技术、电力变换技术、毕业设计等。课程资源包括有:工程电磁场的上课视频、课件、习题参考答案及讲解、期末调查问卷等;供配电技术的上课视频、课件、随堂测试题目、实验说明、虚拟仿真使用手册、期末客观题题库、期末调查问卷等;电力变换技术的上课视频、课件、随堂测试题目、实验说明、期末客观题题库、期末调查问卷等;毕业设计的开题报告和外文翻译规范、毕业论文撰写规范。

下面重点介绍上课视频、课件、测试题目库、扩展案例库、虚拟仿真实验等在线课程资源的制作和使用情况。

1)上课视频

为了提高学生对电力课程内容的掌握程度、方便学生在课后重点复习,教师将录制的上课教学视频加入封面、字幕等后,以视频号的形式将其上传到公众号,便于学生在线点击学习,学生对不懂的地方可反复观看,从而加深对专业知识的掌握。

2)课件

为配合上课视频,使学生可以更有效地随时学习,教师将开发的电力类课程的课件,以章为单位,上传至公众号平台,方便学生随时点击学习。

3)测试题目

为了使学生可以更有效地学习,教师可配合上课视频和课件,以章为单位,汇集上课的随堂测试题目,将其整理后上传至公众号平台。学生可以在学习完相应章节的视频和课件后,点击题目进行自测,以检验自我学习效果。公众号平台可采用明面显示题目,点击显示答案的方式,使学生更快速、有效地获知对题目的掌握情况,如图3所示。此外,还建立了期末客观题题库,以问卷星的形式提供,学生可以在课程学习完成后,扫描公众号中问卷星二维码进入客观题库答题练习,在全部题目完成后,学生可以获得自己的得分情况,并据此对课程掌握程度进行查漏补缺。

图3 测试题呈现形式

4)扩展案例库

为了配合“立德树人”的要求,并从工程教育的初衷出发,依托学校关于课程思政建设的支持,针对供配电技术课程编写了丰富的工程应用案例,目前已编写完成26个案例,并上传到公众号平台。学生可通过点击索引中的链接查看相应案例进行扩展阅读,来帮助理解和掌握真实工程案例中的理论知识和设计方法,促进对工程应用层面的学习和掌握,从而获得知识获取、能力培养、价值塑造方面的融合[11]。

5)虚拟仿真实验

在公众号中建立实验说明和虚拟仿真索引,使学生可以点击链接学习相关实验和虚拟仿真软件的使用方法。电力变换技术已建立完善与线下实验对应的线上实验说明资源。供配电技术课也建立了10 kV供配电系统虚拟仿真实验,学生可以在学校校园网IP地址范围内,登录在线软件网址172.18.65.217:8080,进入10 kV供配电虚拟仿真实验平台,初始化网页界面如图4所示。

图4 虚拟仿真实验初始化网页界面

建设以公众号为载体的开放式线上资源,不仅可以有效地拓展学生的学习渠道和资源,同时也可以为工程教育进一步实现转型升级、提升教育质量水平做出贡献。

3 互动式线下资源建设

建设互动式线下资源是为了改善师生的课堂体验、提高课堂教学效率。建设互动式线下资源,首先要建立适合电力类课程的教材与课件体系,可以雨课堂教学软件为基础,通过线上资源的“码上学”(将一个个具体线上资源链接转换为二维码,教师展示二维码,学生扫码学习)来帮助教师更好地开展互动式教学,提升学生的学习兴趣和思维动力,同时为电力类工程教育课程的教学质量提供有力保障和推动力。

1)教材

供配电技术和电力变换技术两门课程使用的教材《供配电技术》[2]与《电源变换技术及应用》[3]均是由江南大学教师在多年教学实践的基础上编写的。《供配电技术》是江苏省“十三五”高等学校重点教材、工程教育创新系列教材和中国电力出版社“十三五”普通高等教育规划教材;《电源变换技术及应用》是中国电力出版社“十三五”普通高等教育规划教材。

面向工程教育的电力类课程教材的编写,应以讲清概念、强化应用为重点,以培养和增强学生的规范意识、工程思维和实践能力为目的,以基础理论和基本计算为核心。该类教材还应该具有信息量大、通俗易懂,以及前瞻性、针对性和实用性强的特点,每章前有导读、后有小结,中间穿插例题讲解,便于学生进行自学。

2)基于雨课堂的课件

基于雨课堂的课件具有诸多优点。一是可以支持学生在学习过程中与教师实时互动,教师可以在教学过程中及时了解学生提出的疑问并做出解答。二是雨课堂课件在同步的同时,学生可以查看已经翻过的课件页,将自己不理解的页面标记为“不懂”,教师可以对“不懂”出现频率高的页面进行重点讲解。这可以改善学生的学习体验、提高课堂学习的有效性。在线下课程结束后,雨课堂还可以收集课件信息,如所有发送过的弹幕汇总、同学标记“不懂”的页面汇总、同学的课堂表现得分等。教师可以通过这些信息改善自己的教学节奏,为表现分高的同学奖励课堂平时分,提醒表现分低的同学并督促他们改善自己的课堂表现,进而提升整体线下教学效果。

基于雨课堂的课件还可以嵌入随堂测试题、所有线上“码上学”资源,以及课堂结尾的满意度调查与意见反馈、弹幕等。在经过近几年的课堂测试及同学们反馈改进后,以雨课堂为基础建设的互动式线下资源教学模式发展得较为成熟,具有较高的可靠性与实用性,也获得了同学们较高的认可度。

4 持续改进机制

尽管现在建设的“双线双向多元共享”的开放互动式课程资源体系在近几年实际的教学实践过程中展现出了良好的效果,但仍有改进空间,可以依据学生在实际体验后的即时或期末反馈意见及雨课堂生成的客观数据与主观意见,来持续性地改进现有的电力类课程资源。

1)反馈意见

为保证面向工程教育的电力类课程开放互动式资源能持续不断地改进,为同学们提供优质的学习资源与良好的学习体验,课程全程提供了以下4种学生反馈意见收集方式。

雨课堂实时弹幕:学生可以通过雨课堂发送弹幕的方式,第一时间提出问题反馈,教师可以当场解决问题或者课后通过雨课堂查看课堂弹幕收集反馈意见并进行回复。

雨课堂课后反馈:在课程内容结束后,即一堂课的最后5分钟,通过雨课堂投票、问卷等方式,教师可以直观地获得学生对该堂课的满意程度及反馈意见与建议,然后进行当堂交流、答疑解惑。

公众号留言:在课程结束后,学生也可以通过在“源行者”公众号直接给教师留言的方式,来反馈自己的意见和建议。

其他方式:除上述几种直接、即时获得反馈意见的方式外,教师还可以通过微信联系、课程微信群、期末问卷调查、期末测试卷的方式来获得学生的意见与建议。

2)各类客观数据与主观意见分析

在一堂课结束后,雨课堂可以生成本堂课各种形式的客观数据。通过汇总数据信息与反馈意见,教师对这些客观数据及从各种渠道收集到的主观意见进行分析,可以得到各类问题的解决方法。例如,图5所示为本学期供配电技术课第一堂课部分随堂测试题答题情况,从中可知第2题、第3题的正确率达98%,表明该类题型较为简单,大家都已掌握,可以考虑后期增加题目难度;而第4题正确率仅有35%,这表明学生对该题掌握度不高,可以在课程中增加与该题相关的知识点讲解。

图5 部分随堂测试题答题情况

5 结语

电力类课程开放互动式课程资源建设和持续改进是实现电力工程教育的重要组成部分。面对快速变化的电力工程科技发展,电力类课程需要能够提供质量高、实用性强、多样化和可持续发展的课程资源方案。

江南大学通过近几年在工程电磁场、供配电技术和电力变换技术等电力类课程实际教学实践中建设“双线双向多元共享”的开放互动式资源体系,使学生对知识点的掌握程度显著提高,师生互动显著增多,课堂活跃度明显增加。据此可以得出,该开放互动式课程资源的建设是推进电力类课程提升教学品质的有效途径。同时,通过持续收集反馈意见、客观数据和主观意见并据此进行持续改进,可不断完善电力类课程的开放式资源建设,能够逐步解决当前电力类课程教学中所存在的各种问题,提高电力类课程的教学效果。

通过建立和推广电力类课程开放互动式课程资源,不仅能够提升电力类课程教学质量和水平,还能够进一步推动工程教育向更加开放、透明和可持续的方向发展,进而为社会培养出更多优秀的应用型电力人才。