“鋪路式”牽引模式的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宋佳音 宋文龍 周宏威 趙 越 朱 莉

(東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院, 哈爾濱 150040)

在教育部大力加強(qiáng)一流本科課程建設(shè)的背景下,東北林業(yè)大學(xué)“電路”課程組全體教師積極投身于課程的教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)和教學(xué)方法改革工作中,力爭(zhēng)把課程建設(shè)成為適應(yīng)新時(shí)代需求,符合高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度標(biāo)準(zhǔn)的一流課程[1-3]。深入貫徹以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的理念,推進(jìn)“學(xué)習(xí)革命”向“質(zhì)量革命”縱深發(fā)展[4-6]。

目前我國(guó)電氣信息類專業(yè)課程,主要通過(guò)引入工程案例提升課程內(nèi)容的深度,通過(guò)增加國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀或最新科研成果等,提升課程的廣度,然而在課程內(nèi)容縱深發(fā)展目標(biāo)下,教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)充與教學(xué)學(xué)時(shí)的不增反降,構(gòu)成了新時(shí)期的教學(xué)矛盾[7-10]。為有效解決上述問(wèn)題,在線課程MOOC和SPOC應(yīng)運(yùn)而生,并得到了廣泛的應(yīng)用,構(gòu)建出教學(xué)新形態(tài)。然而在多門課程同時(shí)改革的作用下,產(chǎn)生了學(xué)生們課下自主學(xué)習(xí)任務(wù)重、壓力大的問(wèn)題,因此如何牽引學(xué)生們有效學(xué)習(xí),提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)效率是目前亟待解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。

東北林業(yè)大學(xué)“電路”課程組經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐,總結(jié)出“鋪路式”牽引教學(xué)法開(kāi)展理論教學(xué),落實(shí)課程的“兩性一度”要求,提升學(xué)生自主創(chuàng)新能力,該方法的實(shí)施以知識(shí)間邏輯關(guān)系為基礎(chǔ),以在線課程建設(shè)為依托,以提升綜合能力為目標(biāo),緩解學(xué)生自主學(xué)習(xí)壓力,教學(xué)效果顯著。

1 “鋪路式”牽引教學(xué)法的構(gòu)成

“鋪路式”牽引教學(xué)法是以“瓦根舍因范例教學(xué)”原理為依據(jù)[11],提出以基礎(chǔ)認(rèn)知為“磚石”,采用“鋪路”方式形成系統(tǒng)學(xué)習(xí)的方法,通過(guò)知識(shí)的遷移和應(yīng)用,完成知識(shí)內(nèi)容的迭代與更新,在知識(shí)的傳遞過(guò)程中使學(xué)生獲得自主學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的能力。

“鋪路式”牽引教學(xué)法包含四個(gè)基本要素分別為:邏輯清晰的知識(shí)體系、“兩性一度”的擴(kuò)展內(nèi)容、循序漸進(jìn)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)以及引人入勝的思政環(huán)節(jié)。

1.1 邏輯清晰的知識(shí)體系

邏輯清晰的知識(shí)體系是“鋪路式”牽引教學(xué)模式的“骨架”。課程知識(shí)體系以章節(jié)為單位劃分層次,呈現(xiàn)出明確的邏輯關(guān)系。以電路理論中穩(wěn)態(tài)部分的教學(xué)內(nèi)容為例,邏輯關(guān)系如圖1所示。由于電路的元件約束和拓?fù)浼s束已知,因此能夠歸納直流電阻電路的分析方法,即第一章與第二章之間具有因果關(guān)系;運(yùn)用電路的一般分析方法求解特定電路模型,總結(jié)出電路定理,豐富電路分析方法,因此第二章與第三章之間滿足遞進(jìn)關(guān)系;通過(guò)運(yùn)用數(shù)學(xué)手段確定復(fù)數(shù)與正弦量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,將直流電阻電路的分析方法和定理分析方法平移到分析正弦穩(wěn)態(tài)電路中,從而總結(jié)出正弦交流電路的分析方法,進(jìn)而探討功率問(wèn)題,使得第四章與第二、三章在邏輯上構(gòu)成虛實(shí)關(guān)系,其中“虛”指理論支撐,“實(shí)”指實(shí)際應(yīng)用;靈活運(yùn)用第四章的知識(shí)內(nèi)容分析工程實(shí)際問(wèn)題,并總結(jié)出特定問(wèn)題的分析方法:分析變壓器的作用構(gòu)成第五章、揭示收音機(jī)選頻特性構(gòu)成第六章、分析電力系統(tǒng)的供電電路構(gòu)成第七章,因此該三章內(nèi)容與第四章構(gòu)成遞進(jìn)關(guān)系,同時(shí)確定出第四章在整個(gè)穩(wěn)態(tài)電路分析中的核心地位。根據(jù)確定的邏輯關(guān)系,以掌握的知識(shí)點(diǎn)為“磚石”,在任務(wù)驅(qū)動(dòng)和教師牽引下,讓學(xué)生“鋪路”完成課程知識(shí)體系的構(gòu)建。

1.2 “兩性一度”的拓展內(nèi)容

“兩性一度”的擴(kuò)展內(nèi)容是“鋪路式”牽引教學(xué)模式的“肌肉”,在完成知識(shí)體系構(gòu)建的過(guò)程中,增加擴(kuò)展內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用課程知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力,在探究過(guò)程中深化對(duì)課堂知識(shí)的理解,并試圖結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域改進(jìn)設(shè)計(jì)方案,從而提升課程教學(xué)內(nèi)容的高階性和創(chuàng)新性。

例如在電路理論穩(wěn)態(tài)部分學(xué)習(xí)過(guò)程中,第二章在學(xué)習(xí)電橋平衡時(shí)增加傳感器的設(shè)計(jì)內(nèi)容,包括基于電橋平衡原理測(cè)熱敏電阻電路、橋式測(cè)溫電路、橋式壓力傳感器等;在第五章空心變壓器部分增加無(wú)線充電裝置的設(shè)計(jì)及改進(jìn);第六章并聯(lián)諧振部分增加收音機(jī)選頻電路設(shè)計(jì);在第七章三相電路部分增加33節(jié)點(diǎn)微電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化方案設(shè)計(jì)等。學(xué)生結(jié)合課堂內(nèi)容自主查閱資料,完成內(nèi)容包括三個(gè)層次:原理闡述、未知分析、創(chuàng)新研究。原理闡述指能夠清晰地表述出課程內(nèi)容在特定問(wèn)題中的應(yīng)用;未知分析指在分析特定問(wèn)題的研究過(guò)程中,除課堂內(nèi)容以外還需要的尚未學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容;創(chuàng)新研究指在現(xiàn)有問(wèn)題基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方案或創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方案。對(duì)于大二學(xué)生上述內(nèi)容確實(shí)具有挑戰(zhàn)度,因此拓展內(nèi)容的學(xué)習(xí)要求學(xué)生自由組隊(duì)選擇不同層次內(nèi)容,對(duì)于具有創(chuàng)新研究的優(yōu)秀隊(duì)伍,教師進(jìn)一步指導(dǎo)推薦大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目或申請(qǐng)專利,目前已成功申請(qǐng)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目12項(xiàng)、省級(jí)9項(xiàng)、校級(jí)2 項(xiàng),申請(qǐng)實(shí)用新型專利27項(xiàng),已授權(quán)19項(xiàng)。

1.3 循序漸進(jìn)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)

循序漸進(jìn)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)是“鋪路式”牽引教學(xué)模式實(shí)施的“心臟”,帶動(dòng)教學(xué)過(guò)程的節(jié)奏提供知識(shí)傳遞的動(dòng)力。任務(wù)的布置在滿足課程計(jì)劃需求的基礎(chǔ)上,兼顧學(xué)生能力及自主學(xué)習(xí)時(shí)間安排,力爭(zhēng)做到總體上課學(xué)時(shí)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間的比例為1∶1.5,因此任務(wù)的布置要求由淺入深循序漸進(jìn),根據(jù)知識(shí)體系的邏輯關(guān)系做到任務(wù)環(huán)環(huán)相扣,內(nèi)容有的放矢,過(guò)程有跡可循。

任務(wù)布置包括課前導(dǎo)學(xué)和課后任務(wù)兩部分,課前導(dǎo)學(xué)的主要作用是掌握預(yù)備知識(shí),包含數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)回顧、理論的證明、模型的推導(dǎo)等;課后任務(wù)包括延展分析類和設(shè)計(jì)討論類。延展分析類是指理論知識(shí)的應(yīng)用,包含課后習(xí)題、章節(jié)測(cè)驗(yàn)等;設(shè)計(jì)討論類指綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,包含“兩性一度”的拓展內(nèi)容。任務(wù)布置起到驅(qū)動(dòng)和引領(lǐng)作用,設(shè)計(jì)類任務(wù)為半開(kāi)放性命題,僅在改進(jìn)方案處答案不唯一,并用搭建實(shí)物或仿真的方式驗(yàn)證方案的可行性,讓學(xué)生們充分感知到“學(xué)什么、怎么學(xué)和如何用”。

1.4 引人入勝的思政環(huán)節(jié)

引人入勝的思政環(huán)節(jié)是“鋪路式”牽引教學(xué)模式實(shí)施的“靈魂”,讓專業(yè)技術(shù)蘊(yùn)含人文關(guān)懷,使得枯燥理論生動(dòng)有趣,不僅是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的有效手段,更是在無(wú)形中讓學(xué)生感悟“做事先做人”道理的有效途徑。學(xué)生喜歡看到的是鮮活生動(dòng)的案例,不是引經(jīng)據(jù)典的說(shuō)教,為此將生動(dòng)的視頻帶入課堂,讓原本枯燥的理論生動(dòng)化、單調(diào)內(nèi)容多元化,讓學(xué)生全方位多角度地感受學(xué)習(xí)的必要性和學(xué)習(xí)的快樂(lè)。

例如在學(xué)習(xí)第三章電路定理時(shí),不直接講述定理內(nèi)容,而是從戴維南的工作背景出發(fā),探究他為什么能夠發(fā)現(xiàn)戴維南定理,然后研究戴維南定理的內(nèi)容、作用和意義;之后帶領(lǐng)學(xué)生們探索在戴維南去世當(dāng)年,諾頓和漢斯又提出的諾頓定理,為什么能夠被稱為是戴維南定理的延伸。視頻補(bǔ)充諾頓所在的貝爾實(shí)驗(yàn)室經(jīng)歷的興衰歷程和科學(xué)家們的紛爭(zhēng),讓學(xué)生們不僅了解電子元件發(fā)展的過(guò)程,更能體會(huì)到人的格局和胸懷的重要性。

電路課程中思政視頻主要來(lái)源于“嗶哩嗶哩”“CCTV10科教頻道”“微信視頻號(hào)”等。思政內(nèi)容與知識(shí)內(nèi)容緊密契合使得課堂不僅生動(dòng)有趣更富有深意,深受學(xué)生喜愛(ài),其中評(píng)價(jià)最好的是抗疫復(fù)工搬運(yùn)“中國(guó)巨無(wú)霸-1000 kV變壓器”的壯觀場(chǎng)面,讓學(xué)生們激情澎湃,感受到祖國(guó)的強(qiáng)大;其次是何同學(xué)發(fā)明的無(wú)線充電辦工桌,撬動(dòng)樂(lè)歌5.5億市值,讓學(xué)生們見(jiàn)識(shí)到同齡人的杰出表現(xiàn),激發(fā)了學(xué)生們努力學(xué)習(xí)的熱情和對(duì)于前途命運(yùn)的思考。

2 “鋪路式”牽引教學(xué)法的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

教學(xué)設(shè)計(jì)的宗旨是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo),將培養(yǎng)目標(biāo)具體對(duì)應(yīng)到課堂90 min的基本單元,明確授課形式,設(shè)計(jì)反饋機(jī)制用以評(píng)估課程目標(biāo)的達(dá)成情況,進(jìn)而及時(shí)調(diào)整教學(xué)方式,實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)。

2.1 教學(xué)內(nèi)容的劃分與學(xué)時(shí)比例分配

教學(xué)內(nèi)容的劃分,遵循“生態(tài)化”教學(xué)理念,強(qiáng)調(diào)整體邏輯性,根據(jù) “鋪路”原則將六個(gè)知識(shí)單元?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)層次,分別為:基礎(chǔ)層、中間層和延展層,如圖1所示,在電路的穩(wěn)態(tài)部分中基礎(chǔ)層包括第一、二、三章;中間層是第四章,延展層包括第五、六、七章。每章內(nèi)容再細(xì)分知識(shí)點(diǎn),根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的類型和所需時(shí)長(zhǎng),進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)學(xué)時(shí)分配,其中線下理論教學(xué)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)學(xué)校教學(xué)培養(yǎng)方案計(jì)劃學(xué)時(shí),線上學(xué)時(shí)是課堂以外學(xué)生的自主學(xué)習(xí)時(shí)間。

對(duì)基礎(chǔ)層知識(shí)的講授以線下為主、線上為輔,學(xué)時(shí)比例分配約為7∶3,其中線上學(xué)習(xí)任務(wù)包括課程網(wǎng)站上布置的課前導(dǎo)學(xué)、課后作業(yè)、主題討論和章節(jié)測(cè)試。對(duì)于中間層知識(shí)單元線上線下學(xué)時(shí)比例分配約為5∶5,其中線上學(xué)習(xí)任務(wù)除課前導(dǎo)學(xué)、課后作業(yè)、主題討論、章節(jié)測(cè)試外,還需要完成分組任務(wù),其中分組任務(wù)是超星平臺(tái)的特有模塊,例如第四章中分組任務(wù)的內(nèi)容是正弦穩(wěn)態(tài)電路分析方法的研究,基礎(chǔ)“磚石”和分析路徑都已明確,要求學(xué)生們分小組合作總結(jié)出正弦交流電路的分析方法和步驟。對(duì)于延展層知識(shí)單元的線上線下學(xué)時(shí)比例分配約為3∶7,其中線上學(xué)習(xí)任務(wù)不僅包括課前導(dǎo)學(xué)、課后作業(yè)、主題討論、章節(jié)測(cè)試,還要完成設(shè)計(jì)任務(wù),設(shè)計(jì)任務(wù)主要對(duì)應(yīng)“兩性一度”的擴(kuò)展內(nèi)容。

2.2 閉環(huán)反饋機(jī)制的構(gòu)建

閉環(huán)反饋機(jī)制是教學(xué)實(shí)施的“指揮棒”,用以實(shí)現(xiàn)教與學(xué)相互促進(jìn)。“電路”課程的閉環(huán)反饋?zhàn)龅蕉鄬哟味嘟嵌鹊膶?shí)時(shí)反饋,具體表現(xiàn)為固定式反饋和隨機(jī)式反饋。

固定式反饋中包括課前任務(wù)、課后作業(yè)、章節(jié)測(cè)試和兩次教務(wù)處備案的在線階段考試,上述任務(wù)均在課程網(wǎng)站完成,參考答案根據(jù)任務(wù)類型設(shè)定時(shí)間下發(fā)。例如課前任務(wù)、課后作業(yè)、章節(jié)測(cè)驗(yàn)是在學(xué)生完成上傳后下發(fā)參考答案及詳解;在線階段考試是在考試結(jié)束時(shí)自動(dòng)收卷,允許學(xué)生查看參考答案,客觀題直接給出分值,主觀題給出步驟詳解和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

隨機(jī)式反饋是包括隨機(jī)選人、隨堂測(cè)試和問(wèn)卷調(diào)查,均為超星網(wǎng)站模塊。隨機(jī)選人在課堂使用,學(xué)生隨機(jī)參與課堂討論,實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的探究式教學(xué);隨堂測(cè)試是課堂全員在線答題,實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握情況的及時(shí)反饋,并立即解決問(wèn)題;調(diào)查問(wèn)卷是平均每學(xué)期調(diào)查四次,用于收集學(xué)生關(guān)于課堂內(nèi)容、授課方式的意見(jiàn)和建議,供教師參考調(diào)整授課方案。

2.3 教學(xué)組織實(shí)施

線上線下混合模式教學(xué)實(shí)施過(guò)程如圖2所示,以學(xué)生為中心,發(fā)揮教師課堂的驅(qū)動(dòng)能力,在完成知識(shí)目標(biāo)的基礎(chǔ)上,強(qiáng)化能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。圍繞培養(yǎng)目標(biāo)不斷豐富教學(xué)資源,除課程視頻、課件、章節(jié)測(cè)驗(yàn)等數(shù)字資源外,增加工程實(shí)例、科研動(dòng)態(tài)和思政要素,做到學(xué)生學(xué)習(xí)有抓手,學(xué)習(xí)過(guò)程可追溯。讓學(xué)生能夠在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,在課堂討論時(shí)分析問(wèn)題,教師集中精力解決共性問(wèn)題,進(jìn)而輔助學(xué)生挑戰(zhàn)高階問(wèn)題,同時(shí)進(jìn)行價(jià)值引領(lǐng)?！颁伮肥健睜恳虒W(xué)法開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐是讓學(xué)生完整地經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題-分析問(wèn)題-解決問(wèn)題-總結(jié)問(wèn)題”的科研過(guò)程,從而更好地落實(shí)能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo),通過(guò)全方位考核對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià),同時(shí)形成教學(xué)反思指導(dǎo)持續(xù)改進(jìn)。

圖2 教學(xué)組織實(shí)施結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近兩年的學(xué)生成績(jī)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),實(shí)施基于“鋪路式”牽引教學(xué)法的班級(jí)學(xué)生成績(jī),優(yōu)秀率和良好率明顯高于沒(méi)有實(shí)施該方法的平行班,同時(shí)在對(duì)比實(shí)施“鋪路式”牽引教學(xué)法的平行專業(yè)成績(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn),該教學(xué)模式能夠有效提高基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的成績(jī),總評(píng)成績(jī)的良好率顯著提升。此外,在能力和素質(zhì)培養(yǎng)方面,實(shí)施“鋪路式”牽引教學(xué)法后課程孵化大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目數(shù)量明顯增加,學(xué)習(xí)自主創(chuàng)新能力增強(qiáng)。問(wèn)卷調(diào)查中學(xué)生表示非常喜歡“鋪路式”牽引教學(xué)法、任務(wù)量適中、學(xué)習(xí)收獲大?！半娐贰闭n程在東北林業(yè)大學(xué)課程評(píng)估中獲得特優(yōu)成績(jī),在專業(yè)認(rèn)證過(guò)程中得到校內(nèi)外同行專家的充分肯定。