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教育教学论文:新时代背景下“工程电磁场”数字课程建设与实践研究

来源:教育教学论坛 2021/12/20 13:53:20

吕殿利 王志华 张惠娟

[摘 要] “工程电磁场”课程是电气工程专业一门重要的专业基础课。通信技术与网络技术的迅速发展推动了学习方式的变革,新时代背景下,该课程迫切需要引入更先进的教学方式。分析了“工程电磁场”数字课程的建设情况,并对该数字课程在翻转课堂、移动学习中的教学应用进行探讨。数字课程的使用有效提高了学生的学习质量和效率,为电气工程专业基础课程的建设和教学模式的改革提供了有益的经验。

[关键词]  工程电磁场;在线课程;翻转课堂;移动学习

[基金项目] 2018年度河北省高等教育教学改革研究项目“新时代背景下的‘工程电磁场数字课程资源建设与实践”(2018GJJG059);2019年度河北省高等教育学会高等教育科学研究规划课题“新时代背景下打造‘工程电磁场金课的探索与研究”(GJXH2019-015)

[作者简介] 吕殿利(1979—),男,山东即墨人,博士,河北工业大学电气工程学院讲师,主要从事电磁场数值计算与优化研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324(2021)26-0009-04   [收稿日期] 2021-05-24

一、引言

教育部于2018年8月下发了《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》,明确要求各高校全面梳理各门课程的教学内容,淘汰“水课”、打造“金课”,合理提升学业挑战度,增加课程难度,拓展课程深度,切实提高课程教学质量。在这样的时代背景下,“工程电磁场”课程必须进行必要的教学改革,从课程内容到教学方法都要在前期的教学基础上进行改进和完善,真正做到以学生为中心的“教”与“学”。

“工程电磁场”课程是电气工程专业的一门专业基础课,在电气工程专业课程中占有举足轻重的地位。通过本课程的学习,可以为后续课程(如电机学、高低压电器等)的学习以及从事电磁工程的研究奠定必要的基础[1]。然而,由于“工程电磁场”课程理论性强、公式烦琐、计算困难、概念抽象等特点,一直被学生认为是“天书”级课程。如何提高该课程的教学质量和教学效果,一直是教学改革探索的课题。

在新时代下,以互联网技术和多媒体技术为根本技术特征的信息技术正以惊人的速度改变着人们的生产、生活、工作和学习方式,使得人类已经走出工业文明,步入信息时代,并且初步形成信息时代具有的虚拟化、智能化、平等化、个性化的网络学习新环境。技术的发展必然推动着学习方式的变革,互联网对大学本科教学的影响随处可见,这不仅限于目前流行的慕课、在线课堂等网络课程,还包括教师利用互联网在线指导学生学习、学生借助互联网检索知识以及借助虚拟仿真实验室平台进行虚拟仿真实验以及网络学习社区进行交流、讨论等。因此,“工程电磁场”课程也要打破传统的授课观念,不能仅仅靠课堂讲课+纸质教材的教学模式,而是要把课程数字化,利用在线课程资源平台、智能终端以及各种教学应用软件等工具,将线上资源应用到本科教学中。这样不但可以优化教学资源,改进教学方法,并且能有效解决课堂学时紧张、师生交流不足等问题,进而提高教学效率和教学质量。

二、数字课程的建设

在新时代背景下,随着互联网和移动通信技术的飞速发展以及智能终端在日常工作、生活中的普及,学生的学习不再受限于既定的物理时间与空间,除正规的学校教育之外,还广泛涉及非正规、非正式的教育,学生的学习方式更灵活、自主和多元。目前,越来越多的大学生使用博客、视频网站、慕课、在线课堂、在线会议等各种工具进行学习。斯坦福大学和麻省理工学院的教师更是将游戏和视频整合到课程设计中,以此模拟真实世界的活动,这些技术逐步成为深化学生学习的媒介[2]。因而,“工程电磁场”课程势必要与时俱进,打破“课堂板书+纸质教材”这种传统的教学模式,把课程“数字化”,结合现代化的教学工具和教学方法进行改革。

(一)数字课程的建设基础

所谓数字课程,并非简单地把纸质教材变成电子教材传送到网上平台,或者仅仅录制一些教学视频上传到网上平台,而是利用多媒体技术和网络技术把整个课程“数字化”。其中,通过录制知识点微课视频把纸质教材变成可视化、数字化,且通过平台实现在线测试、作业、讨论、答疑等各种教学功能,可以脱离线下课堂独立开展一个完整的线上教学活动。数字课程的建设,首先是线上教学资源的建设,没有丰富、完整的线上教学资源做支撑,一切都是空谈。对于“工程电磁场”课程,由于不同高校、专业的特点,每所高校课程内容的侧重点也有所不同,因此,要根据教学大纲以及学生的需求建设适合学生的线上资源。“工程电磁场”课程是河北工业大学一门传统的、优秀的专业技术基础课程,并于2013年由原“国家级精品课”成功转型为“国家级精品资源共享课”。“工程电磁场”课程组团队成员对课程的网络建设有多年的经验积累,并在2009年搭建了“工程电磁场”课程网站。经过多年建设,课程平台的资源丰富,分类清晰,并可实现在线学习、课堂互动、网上测验等多种功能。这些丰富的资源和建设经验为“工程电磁场”数字课程的建设提供了丰富的经验和可靠的保证。

(二)微课视频的制作

随着互联网技术的发展与普及,在线播放高清视频已经非常流畅,因此,通过在线观看微课视频进行学习越来越普及,也越来越被学生所接受。课程组在课程资源建设中特别重视课程视频的设计与制作。

1.微课制作前期准备。微课的设计,一定要根据教学内容来设定。录制微课前,授课人首先要明确自己的教学目的是什么,授课对象是谁,通过微课想让学习者学习哪些内容,学到什么程度。只有明确了这些,才有可能制作出好的微课,并被学习者所接受。微课首先要按照需要对授课内容进行合理取舍。内容的选择应以课程的知识谱系图为线索,依据课堂教学经验和教学目标要求筛选出知识的重点和难点作为核心主题,围绕核心主题确定整个微课的设计。具体做法是,先对课程内容的知识进行分解,然后将分解后的知识点进行梳理,依照教學大纲和教学目标对课程知识点进行选择,有侧重点地制作知识点微课视频。微课的内容并非课堂授课内容的截取,因此不能把课堂上用的课件完全照搬到微课上来,需要按照知识点的难易轻重进行重新设计。正式制作微课前,还要提前准备好相关的素材,如图像、音频、视频、动画等。录制课程时,要提前做好脚本,如果人物出镜,还要提前选好着装。如果采用绿幕或蓝幕背景的录制方式,还要注意衣服的颜色,以便后期视频的剪辑。

2.微课的制作方式。微课的制作方式有多种多样,但是对于大多数高校教师来说,可以简单分成两类:一类是专业制作团队的微课制作,一类是自制微课。采用专业团队进行微课制作,从教学视频录制到后期剪辑,完全由专业人士操作,教师仅需准备教学课件、脚本等内容即可。这种微课往往制作精良,观赏性强,但是制作起来耗时费力,制作周期长,并需要投入大量资金。另一类是自制微课,这种方式制作的微课虽然不及专业团队制作的视觉效果,但是制作简单,灵活性强,更加方便。对于高校教师来说,自己动手制作微课变得越来越重要。本文重点介绍自制微课的方法。自制微课的方法和形式并没有硬性要求,一笔一纸一手机,只要设计好,就能录制出一节非常棒的微课;一台笔记本电脑加上一个手写板,配合PPT录屏软件,也能制作出不错的微课。不管用哪种形式,它们的共同特点就是制作简单、灵活,使用起来更加方便。具体要用哪种方法制作,一般需要根据自己的授课内容来确定。拿PPT录屏制作微课为例,需要的硬件工具有电脑、麦克风、手写板和手写笔。录制前,教师需要准备好PPT课件、课程脚本。录制时,一定要保证周围环境安静,尽可能地隔绝噪音。需要手写文字或者公式推导时,一定要事先在PPT课件的相关位置留出空白。录屏工具也有很多,但在制作微课时,很多教师选择Camtasia软件。采用Camtasia软件,既可以实现屏幕录制又能进行视频剪辑。当录屏结束后,就可以直接对所录视频文件进行剪辑,合并视频、更换音频、进行转场、为视频添加备注、添加字幕效果等。

“工程电磁场”课程组制作了完整的高清微课教学视频。其中,知识点视频由专业制作团队拍摄与剪辑;对于习题的讲解,课程组教师又自制了微课视频作为拓展补充,如图1所示。每个视频的时长一般控制在6~15分钟,最长不超过20分钟。视频声音清晰,画面整洁,为MP4格式,符合短视频的一般性准则。

学生观看完视频后还可以在线记笔记、评论和提问。有了这些视频资源,学生在课堂中没有当场听懂的部分可以在课下按照自己的需求观看复习,这样就解决了由课程学时缩减而导致的上课学时紧张的问题。

(三)数字课程网络平台

微课视频是课程数字化的第一步,接下来的重点是把视频资源上线,即需要建立线上平台。课程组选择了高教出版社的数字课程云平台(亦称ICC平台)。该平台是由高等教育出版社自主设计研发的课程出版与服务平台。利用该平台,可以定制课程的应用服务支持,支持翻转课堂、线上线下混合等教学模式。课程组和高教出版社合作,线上建设了完整的“工程电磁场”课程教学资源,包含完整的课程基本要素,如教学大纲、授课计划、微课视频、教学课件、题库、作业、测试与成绩处理等,还可以发起讨论。针对每节课的课件、习题、重点和难点及相关知识点的解释,我们也做了大量工作。学生注册以后,可以在任何时间地点进行“工程电磁场”课程的学习。开课的时间、学生的权限、作业的安排以及成绩的计分方式等,都可以由教师在数字课程平台上设定。图2为“工程电磁场”数字课程首页。

借助数字课程云平台,“工程电磁场”数字课程不仅适合本校学生学习,而且打破了校园界限,任何人不管其年龄、职业以及经济状况如何,都可进行学习。

三、翻转课堂

数字课程最重要的一个功能就是可以用于翻转课堂,但需要教师对学习者的学习过程进行重构。“信息传递”是学习者在课前进行的,教师不仅提供视频,还可提供在线辅导。课堂讨论是翻转课堂的精髓,学生经过课前的微课视频学习,对本节课的知识点有了一定的了解。课堂上不再是教师讲课而是小組讨论,教师只负责最后的答疑解惑,使得学生掌握的知识得以升华[3]。

2019年春季学期,为了深入翻转课堂的教学研究,本人采用智慧教室进行小班授课,把电气17(8)班的学生分成6个小组,以小组为单位进行课上讨论,如图3所示。数字课程与翻转课堂相结合,实现了混合式教学。对于部分适合翻转的教学内容,利用ICC数字课程教学平台,课前让学生自学,课上讨论,最后教师答疑总结,取得了很好的教学效果。其间,电气17(8)班的一个小组成员在小组讨论时提出了如何重复利用笔芯的问题,在此基础上,本人指导他们参加了全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛,获得国家三等奖。

四、移动学习

随着智能移动设备的普及、4G网络的普及和5G网络的兴起,以及无线Wi-Fi覆盖范围的扩大,更为先进的学习方式——“移动学习”已经成为现实。国内三大运营商的流量资费越来越低,尤其是针对高校,大都推出了“校园套餐”,资费更加优惠,因此,很多学生利用手机观看网络视频已经趋于日常。移动学习最大的优点就是学习者可以不受时间、地域的限制,达到随时随地学习的目的。学生借助智能手机、PDA、笔记本电脑等移动终端,以WAP、微信等方式实现了随时随地、随心所欲的交流和沟通,增加了教师与教师、教师与学生、学生与学生之间的交流[4]。

我们还通过腾讯QQ建立了课程学习群,课程组中的所有任课教师都在群里,并被设置为管理员,群成员都是正在学习该课程的学生。通过这种学习群,可以共享资源,进行交流互动,建立协作学习的关系。学习资源可以通过群文件共享,有问题也可以语音、图片交流,甚至新版QQ群还提供了布置作业功能。这些功能极大地提高了学习群的及时交互性,更能满足成员之间的信息交流,达到随时随地学习的目的。比如,学生如有问题可以直接在群里提问,有时是教师及时回答,更多的时候是很多学生抢着提供答案,大大提高了成员的学习主动性。

移动学习的兴起,把学习者从学习时间和学习地点的局限中解放出来,还加强了学习者之间的交流协作,激发了学习者的参与性、主动性和积极性,极大地提高了学习效率和效果。

五、总结

网络技术与通信技术的快速发展,不仅改变了人们的生活方式,也逐渐改变了人们的学习方式。“工程电磁场”数字课程的建设和使用,给课程教学注入了新的活力。实践表明,基于“工程电磁场”数字课程的翻转课堂、移动学习等新的教学模式,可以提升学生的创新能力,增强学生学习的主动性,在共同学习与协作学习的过程中使得学生之间互相促进,激发学习兴趣。“工程电磁场”数字课程的建设与实践,也为其他专业基础课程建设和教学模式改革提供了有益的经验。

參考文献

[1]张惠娟,杨文荣,李玲玲,等.工程电磁场与电磁波基础[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2]荆全忠,邢鹏.“互联网+”背景下高校教学模式创新研究[J].教育探索,2015(9):98-100.

[3]杨文荣,丁冲,刘艳芳,等.“电路”课程混合式教学研究与实践[J].电气电子教学学报,2019,41(6):66-69.

[4]刘萍,刘青,海本斋.一种基于无线宽带连接的移动学习社群资源共享算法及其实现[J].河南师范大学学报(自然科学版),2015(5):147-152.

Study of the Construction and Practice of “Engineering Electromagnetic Field” Digital Course in the New Era

LDian-li, WANG Zhi-hua, ZHANG Hui-juan

(School of Electrical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China)

Abstract: The “Engineering Electromagnetic Field” course is an important professional basic course for electrical engineering major. The rapid developments of communication technology and network technology have promoted the transformation of learning methods. Under the background of the new era, this course urgently needs to introduce more advanced teaching methods. This paper analyzes the construction of the “Engineering Electromagnetic Field” digital course, and discusses the teaching application of the digital course in flipped classrooms and mobile learning. The use of digital courses effectively improves the quality and efficiency of students learning. It provides useful experience for the courses construction and teaching model reform of the professional basic courses of electrical engineering major.

Key words: Engineering Electromagnetic Field; online course; flipped classroom; mobile learning


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