融入思政元素的电路实验混合式教学研究

摘"要：基于任务导向的教学设计构思，在教学方法上，电路实验课程采用线上线下混合式教学和课程思政相结合的方式，引入学习通App，课前将教学课件、讲课视频、实验难点、仿真软件、仿真实例等资源推送给学生，让学生通过网络进行知识预习、课堂答疑、课后互动等，实现自助式学习。通过教学模式的改革创新，激发学生的积极性和主动性，培养学生的自主学习意识。关键词：课程思政；电路实验；思政元素；混合式教学0"引言在习近平总书记提出的思想政治理论课改革创新要坚持“八个相统一”的指导下，开展思政元素融入电路实验课程体系建设的教学研究，“为谁培养人、培养什么人、怎样培养人”是实验教学必须首先思考的问题，要放在所有工作的首要位置[1-4]。电路实验课程建设要以立德树人为根本，把社会主义核心价值观体现在整个教学过程中，坚持课下课上、线上线下全方位培养人。本项目在混合式教学过程中注重学生的学习体验，从学生的视角来组织教学，从而实现教学目标，努力为学生创造一种高度参与性、个性化的学习体验，使学生在获得新知识的同时，各方面能力都能够得到培养，实现全面发展。希望笔者的研究能为促进线上教学与线下教学理性接轨和深度融合，为实施混合式教学课程的信息化提供可参考的实践经验。1"结合项目落实课程思政五要素电路实验课程是工科学校非电类专业的一门重要的公共基础课程，旨在让学生理解基尔霍夫定律，认识电压、电流的基本原理（知识点见图1），掌握仪器仪表的使用方法，并学会电路故障的排查方法。在教学电路实验课程时，要注重专业知识与德育的关联点，在讲授电子技术基本理论、基本分析方法的同时，强调科学思维的养成、批判意识的重要性、工匠精神的延续，努力把学生培养成德才兼备的栋梁之材。混合式教学涉及学生、教师、教学管理者三个方面，该教学模式将传统教学方法与数字化的网络教学法相结合，取长补短。采用混合式教学法，在教师的启发下，学生思维活跃、敢于质疑、大胆创新，积极改进实验方式，尝试多种实验方法。如对基尔霍夫定律、叠加定理和戴维南等效定理的教学，线下教学结合线上仿真实验，可以更好地加深学生的理解。电流、电压是电路的基本参数，需要符合节点电流守恒和回路电压为0的规律。如图2中三个电流表的读数所示，U1支路即左侧支路的电流表读数为1.926mA，U2支路即右侧支路的电流表读数为5.988mA，两列电流汇入下侧的电流理论值为1.926mA+5.988mA=7.914mA，与U3处电流表读数7.914mA完全吻合。测量电流时，设定参考方向电流应从电流表正极流入，负极流出。若以三个电流表交点为电流节点，汇入节点方向取正，则三路电流分别为+1.926mA、+5.988mA、-7.914mA，即节点处的电流求和ΣI=0。同理，测量电压时，设定参考方向电压的正极应接电压表正极，设定参考方向电压的负极应接电压表负极。按照电流定律和电压定律的一般定义规则求代数和。基尔霍夫定律的实验验证也可以设计如图3所示的电路，其中两可调电源US1、US2在0～30V内变化，如实验可选择US1=6V，选择US2=12V。左侧开关S1拨向上，电路接通电源US1；右侧开关S2拨向上，电路接通电源US2；AD路的开关S3拨向上，电路接通电阻R3。以A节点验证KCL，以ADEF构成回路I和ABCD构成回路Ⅱ验证KVL，节点A处支路的电流及参考方向分别为右I1、左I2及上I3。开关及电流方向标注详见图3。如图2仿真、图3实验所示，通断图2支路开关A、B可验证基尔霍夫定律、叠加定理，电流表读数为各支路电流I；通过开关C的选择，可测量比较电阻和二极管的电压电流特性（伏安特性）。本项目除测量记录数据的知识学习外，强调采用多种方法测量记录数据，要求学生发扬工匠精神，追求精益求精、尽善尽美。混合式教学设计结合线上线下、课下课上，促进学生进行融合性学习，即：为达到教学目标，根据教学对象和教学条件的不同，对多种教学方法、模式、策略、媒体、资源、技术等教学要素进行优化组合。在教学方法的研究方面强调，不同教学环节、不同基础的学生对应有差异的教学策略。对基础薄弱的学生，教师可先演示电路连接，让他们体会自己搭建电路实现功能的乐趣；对善于思考的学生，采取提问、讨论、拓展功能等方式充分调动学生的主观能动性[5-12]。近年来，国内很多高校开展了大规模的在线课程建设工作，将线上平台的优势与线下课堂面对面教学的优势充分结合，混合式教学模式的构建对课程体系建设至关重要。在“优化课程体系、设计实验项目、拓展实验模式、改革实践进程、创新考核评价”的课程建设中，通过分析电路实验平台课内容的特点，设计融入思政元素的电工电子实验项目，在实验任务和实验要求中对应落实课程思政的五要素：科学方法、创新精神、批判思维、工程伦理、工匠精神。以具体的“电子元器件RLC参数测定”实验项目为例，线下教学见图4，线上建模见图5，三个开关A、B、C分别控制电阻、电感、电容的通断。不同器件的阻抗特性随频率的变化关系如下。器件阻抗随频率的变化关系可以参考图4的电路，开关可以选择打通电阻R、电感XL、电容XC三路之一，r=200Ω，电阻R=1kΩ、电感L=15mH、电容C=0.1μF。若输入电路的电压u为2V有效的正弦波，频率1～20kHz，开关可控制导通R或L或C，仿真不同器件的电压UR、UL、UC和Ur，记录这些电压数据。当电源设置100Hz的频率，如开关选电感XL接成图5所示电路，利用万用表读r两端电压为95.368mV，电感两端电压为1.998V，通过这些数据可验证电感两端的电抗测量值，并与理论对比。电路实验课程强调创新精神与批判思维，要求学生独立思考。教师鼓励学生根据标准电阻继续设计电路，测量电压表、电流表的内阻。2"混合式教学模式电路实验课程思政教学目标包括：1）自主学习与信息获取、发现问题与研究规律、研究探索与分析综述；2）构建知识与技术积累、方法应用与技术迁移、寻找方向与目标决策；3）任务分析与项目设计、项目管理与工程规划、自我表述与说服他人；4）行业规范与工程要求、创建条件与营造环境、项目管理与工程规划；5）团队协调与合作交流、总结分析与拓展思维、社会伦理与职业道德；6）创新思想与践行能力、国际视野与社会价值、绿色环保与可持续发展；7）探索未知与利用机遇、原始创新与集成创新、控制评价与发展完善。随着科技进步，一方面可以设计更贴合新工程的实验项目，另一方面可以着手利用新的实验手段方法、基于新的实验平台改进旧的实验项目。近年来，笔者开展了大规模的在线课程建设工作，将线上平台的优势与线下课堂面对面教学的优势充分结合，构建混合式教学模式，不断拓展实验途径，做到了软件仿真与实际硬件电路（含有小型硬件板的口袋电路实验箱）设计相结合。传统的硬件电路实验方法可培养学生的动手能力，但存在技术手段陈旧、学生学习效率不高等问题，并且限制了学生主动性、探索性、创造性的发挥。单纯的电路仿真设计软件对学生的实践训练来说存在缺乏真实感的问题。在互联网环境中成长起来的年轻一代，其生活环境和生活方式造就了他们特有的数字认知方式，混合式教学非常适应他们的学习需求。笔者将实验要求细化为基本要求、提高要求和拓展要求三个方面，以具体的“电子元器件参数测定”实验项目为例，基于课内外学时的线上线下混合式教学设计见表1。3"多方法的层次化实现方案将教学目标细化为具体、可衡量的教学产出，设计与目标相匹配的考核方式；针对不同实验项目设计教学活动，引入技术支持工具，如问卷调查、访谈法，及时获得每个学生的实验数据反馈，从而以学促教，调整实验侧重点；研究课程教学效果，不断更新教学内容、引入优质教学资源、改进实验方法，针对不同层次的学生进行不同任务的设计、布置、验收。继续拓展实验如图6所示，引入运放，通过测量被测阻抗ZX、两端电压UX、Rf和两端电压Uf来实现RLC参数测量。从明确教学目标、确定评估依据、设计教学活动、选定技术混合这四个方面对课程进行整体设计。将教学目标细化成具体、直观、可测量的，融入思政元素的，含有基本任务、提高任务、拓展任务的分层次实验要求；再以教学产出为出发点设计相应的评估活动，依此判定教学目标是否达成或达成目标的程度多高；根据评估依据设计教学活动，引导学生走向特定的学习目标；最后依据教学活动需要选择技术支持工具或选定技术混合。4"结束语笔者对在线教学资源进行梳理，并采用混合式教学模式，设计课前、课中和课后的教学活动，对教学效果进行研究分析，以达到持续改进的目