高职院校电路分析基础课程有效教学设计
——以 “正弦量的基本概念”教学实施过程为例

刘家念

(天津市河西区职工大学,天津 300203)

一、 电路分析基础课程研究现状

(一)理论学习+验证性实验的授课模式

电路分析基础课程是高职电子专业的专业基础课,一般在第一学期开设,主要是研究电路的基本分析方法和电路定理的应用,使学生具备电路的基本知识、方法和技能,为学习后续专业课程、提高全面素质、形成综合职业技能打下基础。目前,大部分高职院校对该课程的授课模式仍主要是课堂集中理论学习+验证性实验,教学过程缺乏交互性,教学中也存在着学生学习积极性不高,学习效果差的主要问题,因此,教师们一直在积极努力地探索更匹配职业教育特点、更符合高职学生学习需求的教学对策。

(二)教学实施过程中面临的困境

近年来,随着信息技术的迅猛发展,信息化手段也在不断影响着教育教学的方方面面,全国各级各类线上教学普遍开展,互联网技术也使线上教学有了一定的积累,但随着此项工作的推进,教育工作者在教学实施过程中也面临着一些困境:

一是教学资源与教学目标并不能完全契合,一些主要的线上教学平台不能满足高职学生实践能力和动手能力的培养。

二是教学环节的设计难以达到教学效果,线上教学的教学资源一般都是基础知识片段化,对于被动学习型的高职学生而言很难根据自身实际去有效获取相关知识,然而设置科学灵活的教学环节,优化教学过程还不能很好地通过线上教学来实现。

三是学生学习效果难以保证,线上教学无法实现面对面教学的交流互通,线上教学过程对学习效果的检测具有局限性。

因而,高职院校线上教学困境还有待解决,教师目前还应从自身出发,根据教学实际去挖掘出更好的教学设计。

(三)信息化技术对课堂教学的影响

诸多信息化技术的涌现对教师的课堂教学产生了很大的冲击。一些教师认为将这些信息化技术用在课堂中就是信息化教学了,却忽略了教学效果,反而降低了课堂教学的有效性。信息化教学技术仅是为课堂教学服务的手段,是为了更好地实现教学目标,增强教学效果。如果教师不能很好地利用信息化手段,真正与面授教学有机融合,那么就是舍本逐末,偏离了教学本质。那么,如何有效利用信息化手段提升课堂教学质量呢?教师应该在深入钻研教材的基础上,根据教学目标和学生特点,恰当运用信息技术,将信息技术与职业教育课程教学深度融合,发挥创造才能、创造性思考,设计出低耗高效、构思独特的教学过程。

总之,与其套用辅助的信息化手段,不如研究探讨更适合高职学生特点的教学设计。在课堂教学设计中,需要对学习需求、学习内容和学习者进行客观分析,然后明确教学目标,科学地制定教学策略,合理地选用教学媒体,拟定教学进度,准确地测定和分析教学结果,使课堂教学最优化。信息化手段可以为教学添光加彩,激发学生兴趣,但需要建立在有效的教学设计基础之上。随着教学发展,信息化课堂也对教师提出更高的要求,教师要根据学生实际情况因材施教,花费更多的精力和时间做好教学设计,改进教学方法,跟紧时代要求有效利用信息化手段,提升课堂教学能力。

二、有效的教学设计研究

有效的教学设计应包含教学背景分析、教学分析、学法分析,采用合适的教学策略、教学逻辑层层递进,教师应巧妙地将信息化教学手段应用于教学过程中,使得课堂教学内容有代入感,轻松有趣,能激发学生兴趣。

(一)优秀的课堂教学设计

优秀的课堂教学设计是成功教学的最主要因素。只有重视课堂教学,重视课堂教学设计,才能真正改善高职课堂教学效果,提高高职教育教学质量,对于学生来说,即使手机在手,他们依然会被教学所带来的精彩课堂环节所吸引,而自主地放下手机融入课堂。

教学设计的重点是知识的前后衔接,让学生充分了解本节课的内容将应用前面课程所学到的哪些知识,让学生清楚地知道各章节内容之间并不是相互独立的,而是前后呼应、相辅相成的。在教学过程中为了让学生可以更好地掌握在何时何地如何运用相关的电路分析方法进行电路的求解,以及求解的具体过程如何进行,应在教学过程中需要将板书教学、实例教学、多媒体教学以及线上教学平台有机结合起来,使生硬的知识点变得具体化、生动化,让学生能够更好地参与进来,多思考、多联想,这样既丰富了课堂内容又增加了学生学习兴趣,提高课堂教学的效率。

(二)三部曲的教学思想

在教学思想上,打破教师教、学生学的“满堂灌”的教学模式,提出由教师来引导、学生自主探索式的教学模式,教师在教学过程中运用启发式、案例式、互动式等多种教学方式。在课程学习中通过课前自学、课中启发引导、课后拓展三部曲的方式强化学生的理论学习并深化实践,在学习过程中锤炼学生的职业素养。教学中要注重基本概念、基本定律的理解。电路分析基础课程要求对知识点的把握要细致严谨,准确掌握电路规律,这就需要教师反复强调使学生掌握基本概念和基本规律,否则,就会增加后续教学的难度。

根据多年电路分析基础课程的教学经验,结合该课程的教学特点,以本课程的一个章节内容“正弦量的基本概念”为例,提出优化教学过程的方案设计。

三、“正弦量的基本概念”教学设计案例

(一)教学背景分析

“正弦量的基本概念”选自高职高专机电类规划教材《电工基础》第五章正弦稳态电路第一节。从电工基础的知识体系来看,正弦信号是一种基本信号,“正弦量的基本概念”在正弦交流电路中处于核心地位,起到贯穿整个正弦交流电路的主线作用,但学生对正弦交流电的理性认识还很少。通过本课的学习,学生能对正弦交流电有一个初步认识,理解不能把直流电路中的规律简单地套用到交流电路中去。

在学习本课内容之前,大部分学生已具备了直流电路基本概念和基本定律的知识,掌握了直流电阻电路的分析方法,并通过Multisim仿真软件演示验证了戴维南定理的正确性,具有一定的应用软件仿真、实验的能力。本课的授课对象为高职电子专业学生,他们理论基础薄弱,学习主动性不强,更偏重于动手操作实践。本课将由实际案例导入,使教学内容与生活实际相对接,让枯燥乏味的书本知识形象化、生动化,便于学生接受。为给学生提供动手操作实践的平台,本课利用信息化教学手段,将计算机仿真软件作为学生“合作探究式”学习的载体,增强学生学习的信心。

根据教学大纲和学生特点,本课确立了以合作、严谨、逻辑为培养核心的三维教学目标,分别是知识目标、能力目标和情感目标。而在整个教学过程中,应特别注重三维目标的有机整合。依据教学目标、结合教学内容,将正弦交流电的三要素——幅值、频率和初相位确立为本课的教学重点。正弦交流电的瞬时值表达式与其波形图一一对应,理解波形图的变化原因才能深入理解正弦交流电的基本概念,同时,将波形图的画法确立为本课的教学难点。

(二)教法分析

为了实现以上教学目标,更好地突出教学重点、突破教学难点,将采用以下教学方法。一是讲授法:通过简明生动的口头语言,系统地向学生传授知识,容易控制教学进程,让学生对本课内容有一个整体脉络的把握;二是问题引导法:为调动学生学习积极性,由发电机产生正弦交流电的实际案例引出本课内容,学生带着疑问去学习,更能提高专注力;三是课堂讨论法:在课堂讲授环节,适时让学生展示课前准备情况,活跃课堂气氛,学生小组讨论,教师总结发言;四是实践导向法:为培养学生理论指导实践的能力,应用Multisim仿真软件完成本课实验任务,可提高教学效果。

(三)教学设计与实施

为突出学生主体地位,本课将引导学生采取自主学习、合作探究、学练结合的学习方式。

一是为充分拓宽学生视野,培养学生自主学习能力,要求学生课后利用网络资源丰富相关知识体系。

二是在利用Multisim仿真软件完成实验任务的过程中,学生自发地形成“合作探究”的学习氛围,教师辅助指导。本课教学内容安排为教室讲授1学时,学生机房仿真实验1学时,学练结合,加深对所学内容的理解和巩固。

三是教学环节设计,分为课前准备、创设情境、内容精讲、实操演练、课堂延伸五个环节。

第一,在课前准备环节,通过手机微信群向学生发布任务,收集有关用电器铭牌数据,让课堂新知与生活实际相对接,打破新知的陌生感,拉近与学生的距离。另外,在学生微信群分享生动形象的微课小视频“直流电和交流电的相同点和不同点”,带领学生走进课堂。

第二,在课堂教学伊始,利用多媒体技术,播放交流发电机发电原理的flash动画来创设情境,并向学生提问为什么在发电机线圈转动的过程中,灯泡亮度会忽亮忽暗呢?学生观察思考,激发求知欲与好奇心,如图1所示。

图1 交流发电机发电原理图

第三,学生带着疑问进入“内容精讲”环节。众所周知,高职学生普遍存在着理论基础薄弱的问题,如果只是一味地追求诸如一体化、项目、任务驱动等多种新颖的教学模式,而弱化了课堂集中理论教学这个重要环节,势必会影响学生对本课知识体系的整体把握。因此,要强化课堂集中理论教学。

又基于高职电路的理论教学应本着“轻教学推导,着重阐述电路工作过程”的原则,这里将向学生播放多媒体课件,直接给出在发电机线圈旋转一周的过程中产生的正弦交流电波形图的变化,直观形象,减少了数学理论的赘述。接着根据波形图引出正弦交流电的瞬时值表达式,以此为切入点,展开正弦量三要素、和的相关讨论,突出教学重点。

为突破本课教学难点,在课堂“内容精讲”环节中,将采用仿真动画来演示发电机线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程,当线圈平面逆时针转过中性面90°、180°、270°、360°时,由电流表的指针变化显示正弦交流电的波形变化。在连续播放此动画时,向学生演示在不同的起始时刻,线圈平面与中性面的夹角为φ,那么t时刻线圈平面与中性面的夹角即为ωt+φ,从而让学生深入理解了相位和初相位的概念。这样,就可以帮助学生掌握波形图的画法,突破了本课教学难点,如图2所示。

图2 交流发电机的工作原理图

在课堂“内容精讲”环节中,应特别注重师生互动交流的教学氛围,适时向学生提问课前准备的用电器铭牌数据,借机又加强了交流电有效值概念的讲解;穿插生活小常识,跟学生交流我国及其他国家动力和照明用电标准,在此可以将价值引领与知识传授相结合,告诉学生,生活中的事情跟“用电标准”一样,不以规矩,不能成方圆,都是要在一定的框架内,遵守一定的法律法规,人才能够在社会上正常有序地工作和生活;在课前要求学生观看了《交流电和直流电》微课小视频,在此将组织学生小组讨论其相同点和不同点,教师总结发言,最后,由课堂练习的完成情况检验学生对讲授内容的理解程度,教师查漏补缺,并对本课内容总结归纳。

第四,在完成了课堂理论教学之后,进入“实操演练”的教学环节。为做到在教学模式上理论与实践相结合,加深学生对所学内容的理解和巩固,组织学生在机房计算机仿真平台上完成实验任务,用示波器观察正弦交流电的三要素。实验报告的完成质量计入平时成绩,给予学生过程性评价,如图3所示。接着在计算机仿真软件上完成本课实验任务,既为学生提供了一个“合作探究式”学习的载体,突出了学生主体地位,体现了“做中学、做中教”的教学理念,又可以增强学生对计算机的应用能力,如图4所示。

图3 仿真实验任务书

图4 Multisim仿真软件实验任务图

最后是本课教学的“课堂延伸”环节,要求学生课后自主登录网易云课堂、爱课程网等网络平台,充分利用网络资源进行自主学习,拓宽视野,丰富相关知识体系,培养学生自主学习能力。

在进行了本课教学设计并实施后,有如下几点教学反思:学生总体对本课内容掌握较好,本课教学提高了学生的学习兴趣,增强了学生对知识的应用能力;同时,笔者认为高职电路分析基础课程教学不能空套新颖的教学模式,还是要结合学生实际,以课堂集中理论教学为中心展开;另外希望教师能够开发出更多的激发学生学习主动性的教学项目,引入“真实项目”来开展教学,真正提升教学实效。