“模擬電子技術(shù)”課程中O-PRSIRTAS教學(xué)模式探討

張 靜 紀(jì) 密 胡 昊 劉曉娣 李香宇

(海軍航空大學(xué) 航空基礎(chǔ)學(xué)院， 煙臺(tái) 264001)

黨的十九屆五中全會(huì)對(duì)“十四五”和2035年現(xiàn)代化建設(shè)遠(yuǎn)景目標(biāo)進(jìn)行了部署，明確了建設(shè)高質(zhì)量教育體系、建成教育強(qiáng)國的奮斗目標(biāo)[1]。在該目標(biāo)指引下，高等院校的教育改革必須以強(qiáng)化人才培養(yǎng)能力為導(dǎo)向，“淘汰水課、打造金課”，推動(dòng)“課堂革命”成為我國高等教育的焦點(diǎn)[2]。“課堂革命”就是要直面大學(xué)課堂長期以來存在的問題，將傳統(tǒng)的“以教師為中心”的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變成“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力；而“強(qiáng)化人才培養(yǎng)能力”就是要突出學(xué)生的能力和素質(zhì)提升，強(qiáng)調(diào)課程的深度、難度和挑戰(zhàn)度。

“模擬電子技術(shù)”課程(簡稱“模電”)是工科電類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程特點(diǎn)是理論知識(shí)抽象、實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)，高階性和挑戰(zhàn)性是課程面臨的兩大問題。翻轉(zhuǎn)課堂(flipping classroom)是2000年由Lage和Platt在他們的論文中最先提出的[3-4]。美國學(xué)者Bergann和Sams于2007年正式實(shí)踐，2011年重慶聚奎中學(xué)率先引入并在國內(nèi)廣泛推廣[5]，遂成為國內(nèi)高校教改的熱點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂的最大優(yōu)點(diǎn)是能最大化利用面對(duì)面時(shí)間，通過多樣化視頻、文稿以及網(wǎng)絡(luò)教育資源構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)在動(dòng)力。由此可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是因材施教，提升學(xué)員能力的有效手段。在“模電”課程中引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是一種行之有效的方法。

當(dāng)前關(guān)于翻轉(zhuǎn)課堂的研究主要集中于兩個(gè)方面：一是翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用與效果，如周劍雄等[6]提出的基于慕課平臺(tái)將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于研究生“統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理”課程中；林金燕[7]在“電力電子技術(shù)”課程中使用了翻轉(zhuǎn)課堂模式；于江飛[8]在“燃燒理論”課程中引入了翻轉(zhuǎn)課堂模式。二是翻轉(zhuǎn)課堂的理念與模式。如加拿大富蘭克林學(xué)院的Talbert教授提出的操作版翻轉(zhuǎn)課堂模式；Song和Kapur提出的翻轉(zhuǎn)課堂翻轉(zhuǎn)版模式；Musallam探索出的“探索-翻轉(zhuǎn)-應(yīng)用”模式；Gerstein基于Kolb體驗(yàn)學(xué)習(xí)理論提出的體驗(yàn)式模式等等。而我國廈門大學(xué)的郭建鵬對(duì)現(xiàn)有翻轉(zhuǎn)課堂模式進(jìn)行了統(tǒng)一，提出了一種通用的O-PIRTAS(Objective-Preparation Instructional video Review Test Activity Summary)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[2]。O-PIRTAS模式包括目標(biāo)、準(zhǔn)備、教學(xué)視頻、回顧、測試、活動(dòng)、總結(jié)七個(gè)環(huán)節(jié)，具有普適性、可操作性、靈活性和理論性等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在高校課程中得到推廣使用。筆者也將該模式引入到軍?！澳ｋ姟闭n程中，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，受軍校現(xiàn)實(shí)條件約束，學(xué)員課外時(shí)間有限、有效投入精力不足使得學(xué)員難以構(gòu)建知識(shí)體系，課堂前知識(shí)內(nèi)化程度不夠。鑒于此，為了發(fā)揮O-PIRTAS教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)，結(jié)合軍?，F(xiàn)實(shí)情況和“模電”課程特點(diǎn)，筆者對(duì)O-PIRTAS模式進(jìn)行改進(jìn)，推出一種O-PIRTAS變式的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

1 O-PIRTAS模式在軍校教學(xué)中的局限性

1.1 O-PIRTAS模式翻轉(zhuǎn)課堂簡介

O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂模式是由廈門大學(xué)郭建鵬[2]在總結(jié)現(xiàn)有翻轉(zhuǎn)課堂模式的基礎(chǔ)上提出的，是一種可以有效提高教學(xué)效果的翻轉(zhuǎn)課堂模式。O-PIRTAS模式將課堂教學(xué)分為兩個(gè)階段，即課前準(zhǔn)備階段和課堂實(shí)施階段，見圖1所示。在教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，O-PIRTAS模式構(gòu)建了“目標(biāo)(Objective)→準(zhǔn)備(Preparation)→教學(xué)視頻(Instructional video)→回顧(Review)→測試(Test)→活動(dòng)(Activity)→總結(jié)(Summary)”的七個(gè)教學(xué)過程。其中課前準(zhǔn)備(P)既可以看作是視頻學(xué)習(xí)前的準(zhǔn)備，也可以看作是課后練習(xí)(Practice)，從而使整個(gè)教學(xué)過程形成一個(gè)完整的閉環(huán)。

圖1 O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂通用模式

1.2 存在的問題

實(shí)踐中，將O-PIRTAS模式應(yīng)用于軍?！澳ｋ姟闭n程，還是遇到了一些具體問題，主要存在于以下幾個(gè)方面：

一是軍校學(xué)員課外時(shí)間有限，準(zhǔn)備階段難以完成，使得后續(xù)教學(xué)過程無法達(dá)到預(yù)期效果。軍校不同于地方高校，軍校采用連隊(duì)化管理模式。受部隊(duì)基層連隊(duì)編制結(jié)構(gòu)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求限制，軍校學(xué)員課下通常采用統(tǒng)一化管理，學(xué)員自主使用時(shí)間非常有限，這使得翻轉(zhuǎn)課堂中的視頻觀看環(huán)節(jié)有時(shí)難以完成。此外，依據(jù)現(xiàn)代軍事訓(xùn)練內(nèi)容要求，軍校學(xué)員在培養(yǎng)文化素質(zhì)的同時(shí)，更注重軍政素養(yǎng)和身體素質(zhì)的培養(yǎng)。學(xué)員本科四年要完成大量的隊(duì)列訓(xùn)練、槍械訓(xùn)練、游泳訓(xùn)練等軍事技能科目和體能鍛煉。這些技能訓(xùn)練和體能訓(xùn)練不僅占據(jù)了學(xué)員一定的課下時(shí)間，而且使學(xué)員很容易疲勞，難有足夠的精力投入到學(xué)習(xí)中，完成翻轉(zhuǎn)課堂課前學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。

二是“模電”課程的實(shí)踐技能要求在O-PIRTAS模式中實(shí)現(xiàn)程度不夠。“模電”課程是一門理論+實(shí)踐相結(jié)合的課程，學(xué)習(xí)模電知識(shí)的最根本目的是掌握電路的“用”，而不是單純的背電路、記公式。O-PIRTAS中的七個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)從模式上看更有利于學(xué)員理解、掌握和吸收課程的理論知識(shí)，但在動(dòng)手實(shí)踐方面，對(duì)于課下時(shí)間有限的軍校學(xué)員來說，較難滿足課程要求，預(yù)期教學(xué)效果有時(shí)難以達(dá)到。

2 基于O-PRSIRTAS的教學(xué)模式

筆者在分析O-PRTAS教學(xué)模式特點(diǎn)、內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，結(jié)合軍校學(xué)員現(xiàn)狀，充分考慮“模電”課程要求，提出了一種O-PIRTAS變式——O-PRSIRTAS(Objective-Preparation-Review-Summary-Instructional-video-Review-Test-Activity-Summary)的翻轉(zhuǎn)課程教學(xué)模式，見圖2所示。這種教學(xué)模式是O-PIRTAS通用模式在課前環(huán)節(jié)的變式，也可以看做是課前準(zhǔn)備和課堂實(shí)施的拆分和重組。模式結(jié)構(gòu)由九部分組成：目標(biāo)→準(zhǔn)備→回顧→總結(jié)→視頻教學(xué)→回顧→測試→活動(dòng)→總結(jié)。從實(shí)際教學(xué)組織上看，可分為“課前”→“課上”→“課后”→“再課上”四個(gè)過程。

2.1 課前O、P階段

上面變式中的“課前”等同于通用模式中的“O”和“P”但是在“P”中增加了學(xué)員的實(shí)踐操作。也就是說，結(jié)合“模電”課程特點(diǎn)，在未看視頻、未講授知識(shí)點(diǎn)前，學(xué)員可以先通過實(shí)踐操作完成對(duì)知識(shí)的淺層認(rèn)知，達(dá)到課程的低階目標(biāo)。

圖2 O-PRSIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂通用模式

2.2 課上R、S階段

“課上”本質(zhì)上就是一種課堂活動(dòng)，但與傳統(tǒng)的課堂講授的區(qū)別在于，傳統(tǒng)課堂講授是按照課程教學(xué)計(jì)劃對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)做全方位的授課，采用的是“滿堂灌”方式，教員參與度高，學(xué)生參與度少。而筆者變式中的“課上”實(shí)際上是與課前實(shí)操相結(jié)合，對(duì)所涉及到的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行體系化的講授。也就是說，不是為講授知識(shí)點(diǎn)而講授，而是結(jié)合具體電路，對(duì)電路中所用到的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授。因?yàn)檎n前學(xué)員對(duì)電路、元器件有了初步的認(rèn)知，所以講授中，可以不拘泥于形式，采用精講方式、啟發(fā)提問方式甚至小組討論方式進(jìn)行。其最根本的目的是補(bǔ)充學(xué)員實(shí)踐中沒有學(xué)到的理論知識(shí)，解決實(shí)踐中的疑難問題和錯(cuò)誤操作，并整合學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知，為下一步高階目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。由于該階段既有著各種形式的課堂教學(xué)組織活動(dòng)，又有著對(duì)前期實(shí)踐知識(shí)的回顧、總結(jié)、反思與提升，因此等同于通用模式中的“R”和“S”階段。

2.3 課后I階段

在完成第一次“課上”活動(dòng)后，學(xué)員對(duì)實(shí)踐中涉及到的理論知識(shí)有了一定的理解，但受課堂時(shí)間、教學(xué)組織形式所限，教學(xué)計(jì)劃中的部分教學(xué)內(nèi)容并沒有在“課上”完全解決。這時(shí)就應(yīng)該轉(zhuǎn)入“課后”視頻學(xué)習(xí)階段。對(duì)于軍校學(xué)員，由于課下時(shí)間有限，教員可以根據(jù)學(xué)員情況有針對(duì)性地布置視頻學(xué)習(xí)內(nèi)容，而學(xué)員也可以根據(jù)自身情況有針對(duì)性地選學(xué)視頻內(nèi)容。由于此時(shí)學(xué)員對(duì)所學(xué)知識(shí)已有了部分認(rèn)知，即使沒有時(shí)間或沒有條件觀看全部視頻內(nèi)容，也不影響知識(shí)的內(nèi)化和吸收，大大降低了翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)視頻學(xué)習(xí)的要求。這里需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，“課后”環(huán)節(jié)不僅僅是學(xué)習(xí)視頻的過程，教員要結(jié)合課前學(xué)員實(shí)踐項(xiàng)目的完成情況、課上學(xué)員理論知識(shí)的掌握水平、課程知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)要求，布置高階性的實(shí)踐項(xiàng)目。這些實(shí)踐項(xiàng)目是此前實(shí)踐操作的提升，突破了元器件的低階認(rèn)知，使學(xué)員在實(shí)踐中真正觸發(fā)深度思考，掌握電路的原理、應(yīng)用及在應(yīng)用中需要注意的實(shí)際問題。當(dāng)然，對(duì)于學(xué)員課后遇到比較突出的問題時(shí)，教員可以發(fā)揮軍校的特點(diǎn)，深入到學(xué)員隊(duì)或開展自習(xí)答疑的形式，有效保證學(xué)員的課后學(xué)習(xí)的效果。

2.4 課上R、T、A、S階段

“再課上”階段也是一種課上活動(dòng)，對(duì)應(yīng)著通用模式中的“R”“T”“A”和“S”環(huán)節(jié)。在“R”中，教員利用課上時(shí)間對(duì)學(xué)員學(xué)習(xí)過的知識(shí)進(jìn)行回顧，讓學(xué)生能夠快速回憶起相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，形成知識(shí)架構(gòu)。在“T”中，教員利用課上或課前測試，了解學(xué)員課前視頻的掌握程度，了解實(shí)踐項(xiàng)目的完成情況，同時(shí)對(duì)學(xué)員存在的錯(cuò)誤問題及時(shí)予以糾正。當(dāng)然，對(duì)于實(shí)踐中的難點(diǎn)問題，教員還可以開展課堂活動(dòng)，即“A”，通過面對(duì)面的課堂時(shí)間進(jìn)行互動(dòng)、交流與合作，來發(fā)展學(xué)生的能力和素養(yǎng)。此時(shí)的“課上”與前一次的“課上”已完全不同，學(xué)生是在高認(rèn)知前提下開展的高階深層學(xué)習(xí)，是真正意義上的問題驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)，可以達(dá)到布魯姆分類中的應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造四個(gè)高階教學(xué)目標(biāo)。在完成前面所有環(huán)節(jié)的教學(xué)后，教師進(jìn)入總結(jié)階段，通過知識(shí)內(nèi)容的總結(jié)和提升，幫助學(xué)員形成整合性知識(shí)，完成知識(shí)的有效遷移。之后，教員可以布置課后作業(yè)，開啟下一輪的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程。應(yīng)該說，在這些環(huán)節(jié)上，變式與通式完全一樣，都是為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的有效提升，因此變式的本質(zhì)還是一種O-PIRTAS教學(xué)模式。

對(duì)比通用O-PIRTAS模式，O-PRSIRTAS具有三個(gè)優(yōu)勢(shì)：①形式上更靈活。在實(shí)施過程中，對(duì)“模電”知識(shí)點(diǎn)以章為單位，從體系化、模塊化視角出發(fā)，組織教學(xué)內(nèi)容，而不拘泥于傳統(tǒng)課堂中的一個(gè)個(gè)獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)。由于這種教學(xué)模式顯著降低了學(xué)員課前學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，因此實(shí)施起來更靈活。②課程特色更鮮明。變式中的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都力求與“模電”課程的實(shí)踐要求緊密貼合，讓學(xué)員從翻轉(zhuǎn)課堂的一開始，就意識(shí)到實(shí)踐和應(yīng)用的重要性，有效避免了傳統(tǒng)課堂中理論、實(shí)踐“兩張皮”的現(xiàn)象，課程特色化突顯。③以學(xué)生為中心的導(dǎo)向更突出。不論從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段還是組織形式、評(píng)價(jià)方式，變式的中心出發(fā)點(diǎn)是為了構(gòu)建一種更有深層意義的教學(xué)模式，以此讓學(xué)員在學(xué)習(xí)中更好地探索電路知識(shí)、體驗(yàn)電路應(yīng)用、創(chuàng)新電路設(shè)計(jì)，其本質(zhì)雖然仍是倡導(dǎo)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，但在實(shí)施過程中可以更好地解決教學(xué)過程中的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，即“兩性一度”問題。

3 O-PRSIRTAS在“模電”課中的應(yīng)用

下面以軍?！澳M電子技術(shù)”課程中的“直流電源”一章為例詳細(xì)介紹O-PRSIRTAS在教學(xué)中的實(shí)施與應(yīng)用。

“模電”課程是我校本科電子信息工程專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。按照課程教學(xué)計(jì)劃，“直流電源”一章的總學(xué)時(shí)為4個(gè)學(xué)時(shí)，分2次課完成。在未采用O-PRSIRTAS教學(xué)模式前，傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)施方案如表1所示。由表1可以看出，該章知識(shí)點(diǎn)多、學(xué)時(shí)少、內(nèi)容雜、且對(duì)動(dòng)手實(shí)踐要求高。此外，課程安排是先理論后實(shí)驗(yàn)，即使采用了翻轉(zhuǎn)課堂模式，理實(shí)的脫節(jié)，也使學(xué)員很難深層次理解本章內(nèi)容，達(dá)到課程“高階性”的目的。

表1 直流穩(wěn)壓電源教學(xué)實(shí)施方案

采用新的O-PRSIRTAS教學(xué)模式后，該章總課時(shí)量沒有改變，但教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)生了改變，下面就結(jié)合具體實(shí)踐過程詳細(xì)闡述整個(gè)教學(xué)過程。

3.1 “課前”環(huán)節(jié)

為學(xué)員制定低階目標(biāo)，即直接提供一個(gè)+5 V的直流穩(wěn)壓電源實(shí)際電路圖，通過發(fā)放口袋實(shí)驗(yàn)包，讓學(xué)員在課程內(nèi)容未講授之前，搭建出一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的直流穩(wěn)壓電路，從而讓學(xué)員未學(xué)先知，了解到直流穩(wěn)壓電源的基本組成環(huán)節(jié)、各環(huán)節(jié)的功能以及穩(wěn)壓器件的管腳和具體應(yīng)用。

低階目標(biāo)的制定要求是以整章內(nèi)容為切入點(diǎn)，從體系化角度出發(fā)制定電路，且電路必須簡單、易實(shí)現(xiàn)。低階目標(biāo)的制定目的是提高學(xué)員感性認(rèn)知，增強(qiáng)學(xué)員動(dòng)手能力，從而誘導(dǎo)學(xué)員產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。圖3給出發(fā)放給學(xué)員的電路圖，圖4為課前學(xué)員搭建的實(shí)際電路。

3.2 “課上”環(huán)節(jié)

在課上，針對(duì)實(shí)際電路，首先以提問方式啟發(fā)學(xué)員思考回答四個(gè)二極管構(gòu)成的整流電路的電流流向和電路原理，然后通過現(xiàn)場斷開一個(gè)二極管，引出半波整流電路，并引導(dǎo)學(xué)員思考半波整流電路與全波整流電路的區(qū)別(注：此處知識(shí)點(diǎn)講授順序與教材不同，但更省時(shí)，學(xué)員更易掌握。)。然后，引導(dǎo)大家討論濾波電路的作用以及當(dāng)濾波電容參數(shù)改變時(shí)對(duì)輸出電壓會(huì)產(chǎn)生何種影響。最后，由于串聯(lián)穩(wěn)壓電路是本章的一個(gè)知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此采用精講的方式介紹該部分電路的原理，并結(jié)合實(shí)際電路中的三端穩(wěn)壓器件LM7805，介紹三端穩(wěn)壓器件知識(shí)點(diǎn)。

圖3 低階目標(biāo)電路

圖4 學(xué)員課前搭建的實(shí)物電路

在整個(gè)“課上”環(huán)節(jié)中，所有講授內(nèi)容不拘泥于傳統(tǒng)的知識(shí)架構(gòu)，而是以實(shí)際電路為核心，從“用”的角度，介紹模塊的功能和在實(shí)際電路中的作用。同時(shí)啟發(fā)學(xué)員思考如果不遵照電路原理接錯(cuò)或誤接時(shí)(課堂上可現(xiàn)場操作)，對(duì)實(shí)際電路會(huì)產(chǎn)生何種不良反應(yīng)，由此進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)員梳理直流穩(wěn)壓電源常見電路故障的誘因，使學(xué)員培養(yǎng)起由現(xiàn)象判故障的思維模式。

3.3 “課后”環(huán)節(jié)

由于時(shí)間有限，課上的2個(gè)學(xué)時(shí)所涉及的內(nèi)容畢竟不能涵蓋課程教學(xué)計(jì)劃的所有內(nèi)容，因此在課上環(huán)節(jié)的最后布置本次課的課下作業(yè)，包括：①視頻學(xué)習(xí)，如圖5所示(條件允許的情況下)；②未講授知識(shí)的課本自學(xué)；③結(jié)合下次實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容布置高階目標(biāo)：用器件LM317搭建一個(gè)輸出電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。表2為本次課程的課后作業(yè)。

這里需要說明的幾點(diǎn)是：① 由于課上已建立起系統(tǒng)的整體框架，所以對(duì)很多課上未講、課下需要自學(xué)的知識(shí)，學(xué)員理解起來更為省時(shí)高效，這一點(diǎn)特別適合軍校學(xué)員。② 雖然高階目標(biāo)與課程教學(xué)計(jì)劃中第二次實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一致，但它比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的挑戰(zhàn)度更大；因?yàn)楹笳咭劳袑?shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱完成，實(shí)驗(yàn)箱上一般給定了具體電路，而我們的高階目標(biāo)只有功能要求，沒有電路要求，學(xué)員可自行發(fā)揮、隨意設(shè)計(jì)。當(dāng)然對(duì)于設(shè)計(jì)有困難的學(xué)員，教員可以通過有針對(duì)性的課后輔導(dǎo)解決，也可以轉(zhuǎn)而求其次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

表2 課后作業(yè)

4 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了符合部隊(duì)院校的O-PRSIRTAS教學(xué)模式，并將其具體應(yīng)用于“模電”課程教學(xué)的三個(gè)環(huán)節(jié)中。實(shí)踐證明，這一新教學(xué)模式為部隊(duì)院校教學(xué)改革提供了一條新思路。

圖5 教學(xué)視頻