电工电子技术基础课程的混合式“金课”教学模式构建与实践

周 鹏，刘 伟，李 尧，阎泽恒，赵 青，刘战合

（1.郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450046；2.福建工程学院，福建 福州 350118）

0 引 言

教育部高等教育司司长吴岩在第十一届“中国大学教学论坛”上指出“金课”的建设需具备高阶性、创新性和挑战度，并提出建设五大“金课”的目标，包括线下“金课”、线上“金课”、线上线下混合式“金课”、虚拟仿真“金课”和社会实践“金课”。要合理运用现代信息技术积极推进慕课建设与应用，开展基于慕课的线上线下混合式教学。电工电子技术基础课程是大部分理工科学生的基础必修课，也是其他专业的选修课，具有很强的实践性、基础性、应用性、拓展性和创新性，在培养学生探索精神和创新意识方面具有不可替代的作用。如何把电工电子技术基础课程的教学打造成有深度、有创新性、有先进性的“金课”模式，实现“人人皆学、处处能学、时时可学”的目标，是值得深入研究的问题。

本文为探索线上线下混合式“金课”教学模式，立足于整体贯通、深入浅出、凸显特色、重点突出、思政引领、内外驱动、便于自学、利于教学的原则，实施不同模块组合的教学设计，创设融教、学、练、测、赛于一体的学习情境，实现理论与实践和大赛融合以及教赛课一体的新工科创新课程；构建课前自学、线上线下混合教学、线下讨论、综合实训、创新大赛和兴趣小组电子协会六联驱动模式下的交叉融合教学方法。针对不同专业的学生列举经典实例或每年的学科竞赛案例与教学内容融合，及时跟踪前沿知识。完善网络课程资源，实现线上线下一体化教学，学生可以随时随地在线学习，方便快捷且效率高。在理论与应用的关系上，以应用为主，思政引例，强调特色，力求做到集知识性、先进性、实用性、趣味性和创新性于一体，以培养学生基础扎实、知识面宽、工程能力强、有创新意识以及赛教课融合一体为目标，重视“三个基本”，坚持以“四融合”为指导思想，优化教学内容，进行模块化重组教学，构建合理的课程体系。

1 现状分析

随着互联网、人工智能等新技术的发展，知识获取方式和传授方式、教和学的关系正在发生深刻变革，人们对教育的需求更加多样化，对更高质量、更加公平、更具个性的教育需求也更为迫切。电工电子技术基础是理工科学生的基础必修课，目前多数高校已对其教学模式进行了不同方式的改革，并且已有明显进展。但线上线下混合式教学模式还存在如下问题：

（1）线上教学缺乏现场互动交流

在线下课堂中，教师可以通过观察学生的反应来判断所讲授知识是否真正被学生理解，并根据实际情况及时调整教学计划。教师还可以随时观察学生的学习行为，现场进行监督。但在线上教学中，教师缺少直接掌握学生情感反应和学习表现的渠道，不能现场监督学生的学习行为，无法及时了解学生对所讲授知识的理解情况，缺乏教学现场感和生动性，学生也容易分心。

（2）教学内容需要优化创新和与时俱进

线下翻转课堂未能很好体现电工电子技术的前沿性和时代性，课程的创新性需要加强。例如，课程中涉及门电路、运算器、寄存器、存储器等概念时可引入新的纳米技术、64位技术、多核心技术等；结合高校举办的各类竞赛，引导学生积极参加“互联网+”和电子竞赛，提高创新能力。

在内容组织上与复杂非电专业融合仍不够，应将不同专业嵌入到电工电子技术基础课程，建立交叉学科的联系。在电工电子技术基础课程的讲授过程中应以计算机单总线结构的引入，建立课程与计算机五大部件以及现代数字产品之间的联系。例如，引入计算机和智能手机的发展、5G时代的开启、“神威太湖之光”超级计算机的国产处理器等。

（3）教学评价需要过程评价及多方位考核

目前，教学评价仍然以期中、期末阶段性考核为主，忽视了对学生学习过程的评价，无法全面客观地反映学生的学习能力和解决实际问题的能力，这使得电工电子技术基础课程线上线下混合式“金课”教学模式的优化效果非常有限。因此，应针对电工电子技术基础课程的特点，结合各个线上平台和互联网技术，在教学内容、教学模式和综合评价方式等方面进行革命式改革，实现标准的“金课”教育模式。

2 电工电子技术基础的混合式“金课”教学模式设计

2.1 课上教学改革

考虑到电工电子技术基础课程的特点，针对课上教学模式进行改革。在电路基础知识讲解的过程中，需要加强学生解决实际生活中电路问题的能力，为此可以将重要基础知识的讲解放到在线平台上，对线上和线下课堂进行翻转。针对模电和数电模块的难点和重点内容，设计相关小节和单元测试。线上教师和学生可以通过共享屏幕功能进行互动，消除线上教学无法有效互动的弊端，提高学生自主思考能力。雨课堂平台的互动工具目前已经相当完善，可以有效活跃教学气氛，充分调动学生的积极性；还可以及时了解学生针对电路知识难点的掌握情况，随时对本课程的教学进度进行调整。教师可以通过发小红包的方式调动学生上课的积极性；合理利用线上平台随机点名功能，掌握学生线上上课状态，有效防止学生在无监督情况下走神；利用各个平台进行签到，省去线下课堂的点名时间，教学时间更充足；通过弹幕提出问题，有效活跃在线课堂的教学氛围，每位学生都有机会发表自己的看法，不善言辞的学生也可以在线提出自己的问题，增加学生与老师的交流。传统的灌输式教学将逐步转变为混合式“金课”互动讨论式教学模式。电工电子技术基础课程的混合式“金课”教学模式设计如图1所示。

图1 电工电子技术基础课程的混合式“金课”课前教学设计

2.2 课后教学改革

电工电子技术基础课程的混合式“金课”课后教学设计如图2所示。根据线上平台的数据进行教学情况分析，结合线上和线下教学过程中学生的学习进度和程度，设置课后测试题；学生也可自主分组，完成课后作业，并且可以利用腾讯会议、慕课、超星等平台进行组内研讨交流。

图2 电工电子技术基础课程的混合式“金课”课后阶段教学设计

2.3 虚拟仿真实验教学资源的完善

目前，虚拟仿真实验教学资源建设存在简单化、无序化的问题，开发的虚拟仿真教学资源大多是播放式和单线程的，缺乏互动性、随机性及拓展性，不利于学生综合设计和创新能力的培养；虚拟实验与实体实验融合不足，不利于提高人才培养质量和实践创新能力。这主要是由于教学资源缺乏建设标准。因此，需要在坚持虚实结合、能实不虚的建设原则上，结合专业特色学科分布、技术储备、开发成本等因素，协调各学院有序、有步骤、分阶段地建立教学资源统筹规划建设机制；制定项目管理方案，并在立项、建设、中期检查到结项考核等阶段做到层层把关、优胜劣汰，确保资源质量；建立教学资源开发技术标准和规范，在满足模型逼真、优化、占用空间小的要求基础上，对开发引擎、模型制作、数据库等技术的选取制定统一标准，便于开放共享以及后期维护、升级；建立教学资源评价制度，如专业知识与信息技术融合的评价制度、资源分级制度、用户评价制度等，推动注重交互环节、决策判别、设计考虑的综合设计实验教学模式的建设，提高实验随机性和拓展性。

3 电工电子技术基础课程的混合式“金课”教学模式实践——以郑州航院为例

3.1 电工电子技术基础课程的混合式“金课”教学实施

（1）把牢政治方向，融入课程思政

将思政教育引入电工电子技术基础的课堂教学中去，勉励学生发奋学习、回报社会。为学生了解每个模块的学习思路和方法提供指导，彰显立德树人、价值引领的教学理念，落实课程思政目标。通过课程思政与教学内容的融合，培养学生的科学奉献精神、工匠精神和家国情怀。对学生进行科学思维教育，引导学生形成正确的世界观和方法论，提高辩证思维能力，例如将PN结及二极管单向导电性与哲学中事物普遍联系的观点结合起来，从半导体掺杂特性到载流子在内外电场作用下的运动，再到PN结的形成过程和导电特性，让学生充分了解事物之间的普遍联系；温度对三极管静态工作点的影响如同哲学上量变与质变的辩证关系，三极管特性曲线中随着温度升高，静态工作点沿直流负载线上移，进入饱和区后三极管放大电路失去放大作用，发生了质的变化，以此引申至“不以恶小而为之，不以善小而不为”的人生哲理，教育学生树立正确的人生观和价值观。

（2）重构教学内容，体现重要知识点的前沿性和时代性

电工电子技术基础的教学内容应与相关专业交叉教学，例如单片机和嵌入式等。在讲解前沿内容时可以以计算机的单总线结构，构建该课程与计算机五大部件以及当前迅速发展的新科技之间的联系，例如人工智能、“互联网+”、无人驾驶、大数据、云计算、机器学习、虚拟现实技术等；对于数电模块的门电路、运算器、寄存器、存储器等知识点，可以与纳米技术、64位技术、多核心技术等相互穿插教学，将早期的知识与现代技术相结合，体现该课程教学内容的前沿性、时代性和重要性。为了培养学生创新创业精神、提高动手实践能力，应引导学生主动参加高校举办的各类竞赛，例如大学生电子竞赛、“互联网+”竞赛等。

（3）建立区域内高校仿真实验项目资源库

以郑州航院虚拟仿真实验中心为研究对象，按照服务与资源相结合的原则，建设具有统一性、开放性、扩展性、兼容性、前瞻性的虚拟仿真实验教学管理和共享平台。高效管理实验教学资源，全面提供搜索导航服务，及时发布资源应用信息，切实扩大资源影响力度，实现校内外、本地区及更大范围的实验教学资源共享，满足多学科、多学校和多地区开展虚拟仿真实验教学的需要。探索高等学校、科研院所、行业企业共建共管共享的新模式，构建可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系，解决学生多、实验设备少的难题，提高教学质量。

3.2 非电专业电工电子技术基础课程的混合式“金课”教学实践成效

以郑州航院非电专业学生为研究对象，基于中国大学MOOC等平台进行电工电子技术基础课程的混合式“金课”教学，该模式以学生为主体，是对传统灌输式教学模式的革命式改革。充分利用现有的中国大学MOOC平台，团队教师线上授课86次，考核896人/次，发布互动167次，累计课堂活动参与总人次为2 432。

（1）学生自主完成课后测试情况

电工电子技术基础课程的理论性较强，教学内容较难理解，导致教师很难掌握授课进度。教师可以通过线上平台，统计学生在学习平台完成课后测试的情况，并针对新知识的难点问题及时进行讲解。线上课后测试成绩统计情况见表1所列。根据测试情况，教师可以及时调整教学进度，针对课程难点进行重点讲解；综合学生测试的分数，可以看出学生的知识掌握情况，能够有效提高教学效率和教学质量。

表1 线上平台课后测试分析

（2）教学考核情况

基于中国大学MOOC和雨课堂平台的线上教学可以将教学过程数据化、可视化，主要是指基于教师教学中的微视频与线上学生进行答题互动等。一方面教师可以根据微视频进行自我审查，提高自我教学能力；另一方面，教师可以根据学生完成作业情况，了解学生的学习情况，及时调整和优化教学内容。将线上教学数据化，充分调动了学生线上、线下学习的主动性。通过先进教学技术，有效地实现了师生在短时间内的交流互动。根据中国MOOC平台的数据，实现了学生学习成效的及时反馈，为教师教学质量的改善提供了可靠的信息支持。以郑州航院材料、车辆、机械和计算机等非电专业学生为研究对象，发布问卷调查，统计学生对于线上线下混合式教学的意见，具体情况如图3所示。其中网络教学平台不稳定、学生上课走神等问题均需要得到解决。

图3 学生对混合式教学的意见调查

4 结 语

本文以郑州航院材料、车辆、机械和计算机等非电专业为研究对象，针对电工电子技术基础课程，采用混合式“金课”教学模式进行课上和课后的教学设计。对线上和线下课堂进行翻转，将思政教育引入课堂教学中，并与纳米技术、64位技术、多核心技术等穿插教学。最后，以郑州航院为例对非电专业电工电子技术基础课程的混合式“金课”教学模式进行实践，通过学生完成测试情况和学习进度及问卷调查情况，证明了此教学模式能够充分调动学生积极性，打破了传统教育的满堂灌模式，在教学过程考核方面较传统教学模式有明显优势，为高校新教学模式探索和研究提供了新的方向。