基于“雨课堂”和思维导图的《电路》课堂教学研究

中国民航大学电子信息与自动化学院 薛 倩 马 敏

《电路》作为电类专业学生接受工程教育的启蒙课和主干专业基础课，有必要也有责任在课程中激发学生对专业的兴趣，为相关领域工程人才的培养奠定坚实的专业知识基础。针对当前《电路》教学中普遍存在的问题，为提高课堂教学效果，本文通过构建思维导图优化知识结构，利用“雨课堂”工具丰富师生互动形式，多手段结合以增强课堂吸引力，切实提升课堂学习效果，为提高人才培养质量做出积极贡献。

前言：2018年6月，教育部召开新时代全国高等学校本科教育工作会议，提出对大学生要合理“增负”，提升学业挑战度，激发学生的学习动力和专业志趣，真正把内涵建设、质量提升体现在每一个学生的学习成果上。《电路》课程作为电类专业学生接受工程教育的启蒙课、有必要也有责任在课程中激发学生对专业的兴趣，培养学生分析和解决实际问题的能力，为卓越工程人才的培养奠定坚实的专业知识和工程意识的基础。以我校电气专业为例，《电路》作为专业培养方案中的主干基础理论课，其教学效果直接影响后继课程如模拟电子技术、电力电子技术、电机拖动等专业课的学习。而近年来的专业基础课教学中，学生出勤率逐年下滑、试题难度持续偏低，直接影响了人才培养质量。

《电路》课程知识点繁多，理论知识本身的枯燥、教学方法的陈旧、考核方式的单一、教师管理的无力使学生对课堂失去兴趣，课堂对学生失去约束力（朱姝姝,刘闯.民航电子电气工程专业的电路教学方法研究[J].教育教学论坛,2018(37):160-161;刘荣科,杨昕欣,洪韬.面向新工科建设的电子电路系列课程教学的思考与实践[J].高教论坛,2018(9):20-23）。在近些年的课程改革中，不断有教师对新型教学模式进行探索，然而案例教学、翻转课堂等好的教学模式（何丹.《电路分析基础》“翻转+合作”教学法教学成效之实验研究[J].电子世界,2018(14):8-10）]具体怎么落地，还有很多路要走。

针对教学内容多、理论枯燥等问题，本文用学科思维导图（汪子君,任玉琢,梁伟.学科思维导图在模拟电路基础中的应用[J].实验科学与技术,2018,16(1):51-56）优化知识结构，以点代章重组教学内容，注重知识点的融会贯通。针对教学方法陈旧、考核方式单一等问题，利用“雨课堂”工具实现智能化教学（贾生尧,王燕杰,李弘洋.基于雨课堂的“电路分析基础”课堂教学改革与实践[J].教育现代化,2017,4(28):77-79），线上推送预习课件，课堂中继续深入学习，丰富教学环节，使学生在课上实现对知识点的内化吸收。本文基于“雨课堂”和思维导图进行《电路》教学改革实践，以切实提高课堂参与度和学生学习能力，进一步为提高人才培养质量做出积极贡献。

1 基于思维导图的教学内容重组

思维导图是表现思维过程，发现不同知识间联系和冲突的重要工具。思维导图的绘制是学习材料内容及其思维过程的反映和再现，是一个思维路径层层展开、脑力被充分调动的过程，对所学习材料之内涵进行层层细化揭示和全面梳理把握的过程（汪子君,任玉琢,梁伟.学科思维导图在模拟电路基础中的应用[J].实验科学与技术,2018,16(1):51-56;林莹,袁雷,陈姝,马丽梅.思维导图在“电路与信号分析”课程中的应用初探[J].工业和信息化教育,2018(8):38-41）。通过绘制思维导图，实现知识点的整合串联，以点代章组织教学内容，注重知识点的融会贯通，帮助学生把握知识点的来龙去脉，从而更深刻理解其含义和用法。以戴维宁定理为例，与其作为一条新的定理来引入，不如归入等效变换的框架内，如图1所示，无源一端口因其端口VCR形式为：u=±Ri，故可等效为一个输入电阻（高等教育出版社《电路》第5版（后文简称教材）2-7节），而含源一端口因独立源给端口VCR中引入了常数项，其形式为：

与实际电源模型（教材2-6节）中电压源串联电阻模型的VCR一致，故任意含源一端口可等效为一个电压源串联一个电阻，至于电压源和电阻的参数值，完全可以由之前所学的替代定理（教材4-2节）和叠加定理（教材4-1节）推导得到：假定端口电流为一定值I，将一端口所接的外电路用电流值为I电流源替代，则根据叠加定理，端口电压u为两个电压的代数和，一个是将电流源I置零（即一端口开路电压），由一端口内部电源作用产生的端口电压u’(应为常数),另一个是将一端口内独立源置零，由电流源I在一端口的输入电阻R上产生的电压u’’=RI,由此得到结论：

通过上述推导，学生可以明白为什么戴维宁等效电路中，电压源的值为一端口开口开路电压，而内阻值为一端口的输入电阻。同时，这一推导过程也展示了计算Uoc和Req的方法：在端口加电流源（或电压源），用任意前学方法（常用教材第3-6节结点电压法和3-5节回路电流法）求端口VCR，表达式中常数项即Uoc，i前面的系数即Req。

通过图示思维导图的绘制，在戴维宁定理这一当前节点上，引导学生联系起6个前学知识点，同时对戴维宁定理有了深入的理解并掌握了其计算方法。教学实践表明，思维导图可缩短讲授时间，从而把更多课堂时间用于学生实现知识的内化和拓展，另外，学生在发现教师讲授内容结构与课本安排不一致时，会投入更多精力来听课。

图1 “等效变换”思维导图

此外，通过分析思维导图，对与重点知识联系不大、工程应用不多的内容进行删减，并通过联系模拟电子技术、传感器等后续课程中的相关知识点，拓展对实际器件、实际电路的认知，使学生在入门时就明确整体专业知识构架，既见树木，也见森林。

2 基于“雨课堂”的课堂教学设计

利用思维导图组织好教学内容后，具体每个子主题的教学效果很大程度上还依赖于具体教学设计。一般实践性较强的课程宜采用案例教学和小组合作，理论性较强的课程宜采用探究式和小组合作为主，同时，选部分难度适宜的教学内容采用自学-辅导式。我校《电路》课程属于理论性专业基础课（实验课程由工程训练中心集中开设），本身以方法、定理、分析、计算为主，而其方法和分析又是为实际工程设计服务，虽然现阶段学生的知识储备不足以完成工程实践，但学习过程中应注重工程意识和应用能力的培养。基本的课堂环节应是设计实际情境引出知识点—以探究、启发式学习该知识点—对所学方法进行练习巩固—应用于实际问题。具体到每节课的课堂设计，可根据课程的不同、教学内容的不同、老师的不同和学生的不同而不同，甚至在一次课堂设计的不同环节吸收不同教学方式的特点。清华大学推出的智慧教学解决方案——“雨课堂”，为线上与线下相结合的“混合式”教学的实施提供了极好的手段（生尧,王燕杰,李弘洋.基于雨课堂的“电路分析基础”课堂教学改革与实践[J].教育现代化,2017,4（28）:77-79;李晓英,王晓兰,曾贤强.雨课堂对《模拟电子技术》混合式教学的启示[J].中国教育信息化,2017(12):82-84）。线上推送预习课件，课堂中继续深入学习，利用雨课堂实现智能化教学，加强师生互动。基于“雨课堂”提出混合式《电路》教学设计流程如图4，主要包含以下环节：

预习：课前编写3-5页的预习课件推送至学生手机（如图2所示），轻量级新知识介绍，辅以轻松幽默的设计风格，适合学生在茶余饭后或卧谈会时浏览；雨课堂可将学生预习情况和答题结果实时反馈到教师手机，为备课提供参考；

图2 手机课件与预习情况反馈示例

导课：预设实际情境，导出本节问题，回顾前学方法尝试解决新问题，并根据预习内容提出解决新问题的思路或设想；

上新：用思维导图引导学生推理新知识点，适当应用Multisim软件进行仿真验证（王建华,刘勇,刘丹,黄惠娴,杨意,徐海涛.Multisim仿真软件对提高电路实验教学质量的影响探索[J].教育现代化,2018,5(27):170-172），对此方法的具体步骤进行总结并要求学生做笔记，这一环节中可视学生听课状态插入2-3道客观题，“雨课堂”将题目发送至学生微信，学生用手机限时作答，答题情况可进行投屏展示，学生能看到正确答案和全班答案分布（如图3所示），调节课堂气氛同时加深对新知识的印象；将Multisim引入课堂辅助实验教学，除通过仿真分析和仿真演示帮助学生理解电路理论中的各知识点外，还可利用Multisim元件库学习更多实用元件特性，认识电子测量中各种常用的仪器仪表，引入集成运放、电源电路中的应用实例；

讨论：针对前述内容中的难点、易错点设置题目进行讨论，若学生反应热烈则不予干涉，若学生配合度不高则手机推送2-3个选项，根据学生选择划分派别开展辩论，内敛型学生可使用雨课堂的弹幕功能发表意见；

练习测试：PPT打出3道左右习题（主观题），进行课堂测验，教师巡视学生做题情况，并对个别同学作单独辅导；

总结提高：对测试情况进行总结分析，结合思维导图对新知识点及其与相关知识的联系做小结；综合应用所学知识解决实际问题，并在实际问题中获取一定课外知识；

复习：设计2-5页的复习课件推送至学生手机，引导学生及时复习；

图3 学生答题情况实时统计数据

图4 教学设计流程图

上述教学方式各环节用到的手机PPT、雨课堂课件、情景设计、应用案例等资源可在课题组共享，因此易于向教师推广，同时实践表明学生的配合度较高。此外，利用雨课堂的统计数据评定平时成绩，突出对学习过程的重视。

3 总结

如何提升教学质量，增加课堂吸引力，激发学生的学习动力和专业志趣，成为每一位高校教师关注的问题。思维导图能有效帮助教师更合理地组织教学内容，帮助学生建立清晰的知识架构，而“雨课堂”以简单易用的方式丰富了具体的教学环节，加强了师生互动。通过合理应用好的教学工具，可明显改进课堂教学效果。而《电路》课堂教学是一项需要在长期教学实践中不断探索的课题，也需要根据教师的经验与反馈不断修正，最终提高教学质量。