“电工技术”课程中的混合式教改探索

何志苠 范小兰 苏圣超

摘 要：本文阐述了“电工技术”课程以学生为中心，将BOPPPS模型融入线上线下混合式教学改革探索过程，以成果为导向的线上线下双闭环评价机制，创新助推学科竞赛。将OBE教育理念引入到教学实践之中，保证学生深度参与教学全过程。通过项目式教学，结合智能车等竞赛，实现课程的挑战度，培养学生的工程观念和解决复杂工程问题的能力。翻转课堂和讨论式教学配合项目式教学，通过现代信息手段在线上和线下教学中实现及时反馈，数据驱动教学，覆盖课前-课上-课后的每个教学环节，调整个性化教学方案，实现全课程过程化考核。

关键词：课程思政；电工与电子；项目式教学

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.10.085

1 课程描述

电工技术是一门本科非电类专业的公共基础课，授课对象包括机械、化工、汽车、轨道、航空等各工科专业，属于理论实践课程，共3个学分、48学时。使用线上线下混合式教学方式，线上学时占总学时数的25%，2018年、2019年使用智慧树，2020年开始使用超星泛雅平台自建的SPOC（小规模私有课程）开展教学。

在电工技术之前，学生学习的是高等数学、大学物理等理论性非常强的课程，在电工技术之后，学生需要学习电气工程在各专业的工程实践应用类课程，如机电传动控制、城市轨道交通车辆电力牵引等专业课。因此，电工技术承担了从理论到工程实践的桥梁作用，担负培养学生的工程思维能力的任务。

电工技术的课程目标和定位，是构建以电能和控制为主要教学要素的课程内容，帮助非电类工程师及管理者学习对电能的有效利用和有效高质的工程技术手段实现控制，最终建立起一个比较完整的电气工程知识体系架构，获得与电气工程师技术沟通的能力，协同解决复杂工程问题的能力，树立严谨踏实的工程素养。

电工技术是实践性很强的课程，但是在培养计划调整的背景下，原有的20学时配套实验课程被压缩为4学时的课内实验，没有足够的实践环节，学生仅靠理论学习根本谈不上工程能力的培养。在这个背景下，教学团队进行了线上线下混合式的教学改革。

2 课程痛点和解决方法

传统的电工技术课程以教师讲授为主，学生实验为辅。在授课过程中，学生的学习方式主要是被动接受知识，教师与学生的课堂交互有限，学生的学习参与度低。由于课程目标是要为学生建立比较完整的电气工程知识体系架构，知识覆盖面广，但是课时有限，课程内容存在“一里宽，一寸深”的问题。教师对学生的反馈主要集中在课后作业的批阅，纸质版作业的交互时效性差，往往等到教师发现学生掌握情况不佳时，授课进程已经推进到后续章节。

针对传统教学方式中的困境，本团队在教学设计中总结课程痛点，采取了下列解决方法。

2.1 学生学习积极性不高，学习过程参与度低

2.1.1 以学生为中心的全程教学设计

教师从讲授的主角转变为教学的设计者和引导者，通过信息化工具全面调动学生参与线上学习、线上线下测试，课堂中电路分析、故障判断、仿真验证、分组讨论和项目的设计、展示，教师设计导学问题清单，进行教学目标分解，在课堂中针对学生的共性问题和关键问题进行反馈性讲解，在讨论和项目过程中进行引导，教师评价和学生评价结合，促进学生的主体意识。

2.1.2 课程思政——润物无声，塑造情感价值导向

教师结合时事热点和课程内容告诉学生，我们学的内容能够科技兴国。教学过程中，可以引申到哲学问题的点很多，引导他们思考人生。例如应用仿真软件的时候，通过中国标准符号和美国标准符号不一样的这个点切入，给他们讲技术标准的重要性，讲华为参与制定5G标准为什么会让美国人忍无可忍，激发学生民族自豪感和科技兴国的责任感。

2.1.3 任务驱动——定期发布学习任务，明确学习目标

在学生进行线上内容学习之前，教师发布导学内容，其中有明确的学习问题清单，让学生可以带着问题自学。以周为单位发学习计划安排，告诉学生怎么学。课程一开始学生不习惯，有压力，但是三四个星期养成习惯以后，就会自觉地进行了。有一次任课老师到了周六忘记发学习安排了，中午就有学生提醒，说老师怎么还没发下个星期的计划啊。这样他们自己也有学习的驱动力。

2.1.4 数据驱动——信息化工具实现智慧教学

通过智慧树、雨课堂（2018年使用）、学习通（2019—2023年使用）等信息化工具，对学生的学习行为精准画像，实现个性化辅导。疫情期间线上教学，为了保证教学质量，进行了大量的学情调查，根据数据调整教学进度和手段。

2.2 学生上课听得懂，下课不会做

2.2.1 翻转课堂——以知识产出为导向的教学过程

从学习金字塔可以看到，被动式的学习，知识留存率比较低，留存了不一定能融会贯通。学生在翻转课堂中，需要自己把知识讲出来，在学习、加工、组织语言的过程中，主动学习的效果更好。安排学生检索，例如超级电容有哪些应用领域的资料，学生找到的内容，教师都不知道，实现了教学相长。教师从学生的讲述能够判断他们是否真正理解了相关原理，在现场给予反馈性评价和纠正。

在疫情期间，翻转的效果非常好。教师让学生自己做講解视频，有知识点讲解的，也有习题讲解的。学生一方面对做视频很感兴趣，而且可以让每个人都做，放到线上平台，他们也会去看别人做的，也可能是待在家里无聊，所以他们在做视频、看视频的交流中，反而比线下翻转的时候更多更好。

在做视频讲解的过程中，完成了老师的所知所行，转化为学生的所知所行，同时还有同伴之间的良性循环。

2.2.2 小组学习——以学生为主体的合作探究式学习

在课堂教学中，使用小组讨论的方式，进一步加强学生之间学习的促进作用。结合PBL问题学习的方法，学生分组讨论、做题，在讨论课上进行交流，提问题并相互解答。

在目标达成度调查中，使用PBL的教学方式，学生认为对“已经掌握相应内容”的描述选择“非常同意”和“同意”的，分别为24.21%和50.53%，比未使用PBL时的21.05%和45.26%，有明显增长。

2.2.3 思维导图——自主知识脉络的梳理和内化

教师在讲授的时候，虽然是某一个知识点，但是关联的是整个知识架构，教师前因后果清晰，讲得通透，学生听得顺畅。但是只靠听课，这些知识能融入学生知识架构里的内容有限。在前面学生主动学习的基础上，要求学生课后画出思维导图，可以帮助学生自主实现知识脉络的梳理和内化，完成知识体系的构建。

2.3 学生学完不会用，考完就忘

以前学生学完了不会用，考完就忘了，等到专业课要用的时候，学生经常会说，这个电工技术没学过。究其原因是学生的知识没有转化为能力，所以会遗忘。

针对这个课程痛点，本课程采用与学科竞赛相结合的工程实践，安排项目式教学。教师使用项目式教学，结合智能车和电子设计大赛，安排一些相关的、简化的工程实践项目。让学生通过项目技术要求，自己设计电路，用面包板连接电路，进行项目报告总结，把知识转化为能力，强化记忆。

3 教学设计与创新点

为了解决上述课程痛点，课程团队结合课程目标对课程教学进行了整体设计，采用如下创新点。

3.1 基于BOPPPS模型的线上线下混合式教学设计

为了解决上述问题，教学团队将OBE教育理念引入教学实践中，将课程内容按照教学目标重新规划，全面更新教学大纲、教学方案、教学课件、线上课程等教学材料，设计了基于BOPPPS模型的线上线下混合式教学方式，将教学实施过程分为导入、目标、前测、参与式学习、后测、总结6个环节，线上资源使用SPOC和学习通为主，线下课堂采用问题驱动、理实一体、项目式教学的方法，保证学生深度参与教学全过程。基于BOPPPS模型的线上线下混合式教学实施流程见表1。

总结任务发布线上提交任务反馈思维导图项目报告知识内化

下面以三相异步电动机的继电接触器控制内容为例，介绍混合式教学实施流程。

3.1.1 导入

线上活动在SPOC发布导学任务、问题清单，教师进行线上资源整合，发布知识点讲解视频，以学生喜闻乐见的微信推送、B站视频等方式发送背景知识阅读资料，进行问题采集。

线下活动使用问题牵引的方法，通过与专业相关的工程应用项目，导入相关学习内容。

对轨道专业的同学，以世界高铁里程数第一的中国高铁为例，导入三相异步电动机的控制电路问题。插入思政内容，通过中国高铁人在进行“复兴号”知识产权自主化的过程中，刻苦钻研、不懈奋斗、克服电气控制技术难题的奋斗过程，让学生认识到技术标准在行业竞争中的重要性，看到实验、实践的重要性，引导学生形成设计电路完成后用仿真验证和工程实践的素养。

3.1.2 目标

线上活动在SPOC发布易于从学生角度衡量的学习目标，把学习目标分解为知识目标、能力目标、工程素养目标。

3.1.3 前测

通过学习通APP发送前测习题，针对控制电器符号、作用等事实性知识点的记忆情况和保护设备的功能等概念性知识点的理解情况进行检测。根据答题情况针对学生摸底测试的概念性错误进行统一的简单讲解，进行概念修正。

3.1.4 参与式学习

对继电接触器控制电路的本质及常用控制电器进行概念性串讲，对继电接触器控制电路的特性进行知识性串讲，对正反转控制电路进行复习性串讲，对继电接触器控制电路的设计原理结合机场行李传送带的工程应用进行串讲，对每一个教学内容布置分组作业、讨论、项目式任务，教师根据相应任务中的学生反馈，再对教学内容进行反馈性总结讲解，对学生的错误认知进行修正，确保在细节和重点上学生能理解到位，教师点评和学生互评结合，给定表现分数。

沉浸式深度学习。学生独立完成前测和后测习题，分组完成控制电器符号绘制、直接启动停止电路故障分析、正反转控制电路故障分析、基于賽道识别电路的电动机控制项目式任务，达成对控制电器、控制电路原理等知识型目标的识记，电气读图、故障分析等能力型目标的应用和分析能力，项目实践和严谨踏实的工程素养型目标的评价和创新素质。

3.1.5 后测

常用控制电器应用和基本控制电路的考察，检验学生对知识能力目标的达成情况。

3.1.6 总结

针对本次课内容进行小结，直接启动停止电路-正反转控制电路-顺序控制电路，通过归纳教学内容，帮助学生整理思路，安排学生课后完成思维导图的绘制任务和项目报告的撰写，实现体系迁移。

3.2 线上线下双闭环的过程评价

针对基本电工概念和原理等知识型目标，采用学生线上SPOC学习为主，线下课堂教师使用学习通APP发送测试题，了解学生的识别、记忆情况，针对答题情况进行反馈性讲解，实时修正学生的错误记忆。

针对定理应用、电路分析设计等能力型目标，采用问题驱动的方法，以线下讨论式教学和翻转课堂为主，教师主要完成讨论和翻转主题的设计，引导讨论过程，结合现场讨论和翻转中出现的共性错误进行反馈性讲解，强化学生能力培养。

针对工程素养型目标，以项目式教学为主，教师结合智能车等学科竞赛，将项目类别划分为元件级、单元级、系统级，以工程项目作为理论教学的扩展，让学生成为教学的主体和中心。通过项目式教学，实现课程的挑战度，培养学生的工程观念和解决复杂工程问题的能力，为学科竞赛输送更多人才。

翻转课堂和讨论式教学配合项目式教学，通过SPOC、学习通等现代信息手段在线上和线下教学中实现及时反馈，数据驱动教学，覆盖课前-课上-课后的每个教学环节，调整个性化教学方案，实现全课程过程化考核。

线上内容主要针对理论学习，电路符号、基本原理和分析方法，结合线上测验，检查学生的理解记忆情况，闭环实现过程评价。线下内容安排参与式讨论，通过对电路的仿真优化、故障分析实现知识体系迁移，通过线下项目输出，学生自己动手设计和制作电路，把知识转化为能力。线上线下活动实现双闭环进行混合式过程评价。

课程成绩组成：线上成绩25%，线下成绩75%。线上课程成绩25%，按照SPOC视频完成度、线上习题测验、讨论反刍比等情况综合评定；线下75%，平时成绩25%，按照课堂翻转表现、课内实验、课后作业、项目制作完成度等情况综合评定，期末考试50%，与非混合式教学班级一起参加课程统一考试。

4 教学效果

经过6年的课程迭代和教学设计完善，课程基本实现：通过内涵思政内容的导学，解决“为什么学”和“为谁而学”的问题，通过线上SPOC课程解决“学什么”的问题，满足个性化学习要求，在参与式学习中，通过信息化智慧教学解决“学得怎么样”的问题，在项目式教学中，解决“学了怎么用”的问题，进行高阶工程思维训练。

4.1 学生成果

近5年开展混合式教学的班级，在考试卷面平均成绩上都高于普通班。授课学生近3年参加全国大学生电工技术基础知识与创新竞赛、“西门子杯”中国智能制造挑战赛、“恩智浦”杯智能汽车竞赛等学科竞赛，获国家级奖项28项、省市级奖项50项。

4.2 学生评价

在混合式教学之初教学团队很担心，因为很折腾学生，但是结果比想象的要好。学生的评价基本都是正面的，有的同学说“觉得老师教得挺好的，也见识到了‘花里胡哨的威力，希望老师发明更多的教学方法”，有的同学说“我的收获其实还是蛮多的，收获了更多的学习伙伴，从线上课上收获了好多新的知识，有些地方也吸引了我，让我不知不觉地去百度汲取更多与之相关的知识”。

4.3 专家评价

本课程教学方法和实施效果得到校内外专家认可，主讲教师和教学团队获得2019年全国高校电工学课程教学竞赛一等奖，首届上海市高校教学创新竞赛三等奖、教学学术创新奖。教学团队受邀在2020年上海市电工学年会作大会报告，电工技术2019年被列入第一批校级“金课”培育计划，第一期考核结果被专家组评为“优秀”，2019年立项为上海市重点课程建设项目，同年被学校推荐申报国家级线上线下混合式一流课程，2022年被认定为校级“金课”。教学方法应用到电子技术课程，2019年上海市重点课程建设项目结题优秀成果，2020年被认定为上海市线上线下混合式一流课程。

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