曹春雷

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基于“趨同進化”理論的微課教學(xué)設(shè)計研究——以”電工基礎(chǔ)”課程教學(xué)為例

曹春雷

摘要：針對中職生的特點，借鑒Multisim的技術(shù)優(yōu)勢，引進生物學(xué)領(lǐng)域的“趨同進化”理論，以中職”電工基礎(chǔ)”課程教學(xué)為例，從理論上提出微課“趨同進化”教學(xué)設(shè)計策略，并以“用仿真實驗處理三相負載的星型聯(lián)結(jié)問題”為教學(xué)案例進行詳細闡述。通過微課的有效應(yīng)用,達到提高學(xué)生問題解決能力和使知識內(nèi)化得到優(yōu)化的目的。

關(guān)鍵詞：中職；微課；教學(xué)設(shè)計；趨同進化

一、相關(guān)概念

（一）Multisim

Multisim是全球獨一無二的交互式電路仿真軟件，Multisim整個操作界面如同一個實驗工作臺，有虛擬電子元器件庫、虛擬儀器儀表庫和進行仿真分析的各種操作命令，在“電工基礎(chǔ)”課程教學(xué)中，師生可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并方便的使用虛擬儀器對電路進行仿真實驗。如同置身于實驗室使用真實儀器調(diào)試電路一樣，非常真實。對于實驗設(shè)備匱乏的中職學(xué)校，使用Multisim可以起到優(yōu)化教學(xué)過程的作用。

（二）微課

“微課”是指為更好的幫助學(xué)生解決某一個問題或者知識點或者教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的教與學(xué)的活動，并將活動過程以視頻的形式記錄呈現(xiàn)。微課的出現(xiàn)能使知識傳授得到提前和知識得到內(nèi)化優(yōu)化。其前提是微課的教學(xué)設(shè)計足以吸引學(xué)生的興趣并能維持其學(xué)習(xí)毅力，因此，微課的教學(xué)設(shè)計理念尤為重要。

二、學(xué)習(xí)者分析和課程分析

目前的中職學(xué)校普遍存在“課難上，生難管”的現(xiàn)象，特別是理工科類專業(yè)存在不同程度的學(xué)生上課睡覺、玩手機現(xiàn)象。分析中職學(xué)生的特點可以發(fā)現(xiàn)：一是他們具有潛意識的學(xué)習(xí)主動性，但缺乏促使其外顯的動力和維持其學(xué)習(xí)毅力的學(xué)習(xí)環(huán)境；二是中職學(xué)生基礎(chǔ)知識（特別是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)）薄弱，且基礎(chǔ)和素質(zhì)參差不齊，但普遍喜歡在計算機上學(xué)習(xí)。因此，需要結(jié)合學(xué)生的特點設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)策略。

在電學(xué)知識需要實驗設(shè)備輔助教學(xué)但又缺乏實驗設(shè)備的情況下，“電工基礎(chǔ)“課程可以利用電路仿真軟件Multisim有效彌補這一缺陷，同時恰好切合學(xué)生喜歡計算機操作的特點。

三、趨同進化理論及教學(xué)設(shè)計策略

趨同進化理論指的是不同的生物，甚至在進化上相距甚遠的生物，如果生活在條件相同的環(huán)境中，在相同選擇壓的作用下，有可能產(chǎn)生功能相同或十分相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)相同的條件。將生物學(xué)領(lǐng)域的趨同進化理論遷移到教育領(lǐng)域，同樣會產(chǎn)生巨大的影響。[1]借鑒趨同進化理論，合理設(shè)計微課，并借助信息技術(shù)的優(yōu)勢，為學(xué)生掌握學(xué)習(xí)提供視頻材料，學(xué)生可以通過反復(fù)學(xué)習(xí)，達到掌握學(xué)習(xí)的目標(biāo)。本文在對中職生特點分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程特點，基于趨同進化教學(xué)理論開展相關(guān)教學(xué)設(shè)計策略的研究，以期通過合理的微課教學(xué)設(shè)計策略，使微課得到有效應(yīng)用，并達到提高學(xué)生問題解決能力的目的。

（一）選擇壓設(shè)計策略

“選擇壓”的產(chǎn)生可以是學(xué)習(xí)支架，也可是任務(wù)目標(biāo)，還可以是思維框架等能為學(xué)生設(shè)計產(chǎn)生能驅(qū)動、引導(dǎo)學(xué)生思考并行動的一切支架，均能稱之為選擇壓。[2]當(dāng)前中職生經(jīng)常處于無問題狀態(tài)，從而導(dǎo)致學(xué)生因無所事事而上課睡覺、玩手機。因為問題使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的需要，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，所以可以采用問題支架作為選擇壓。根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和素質(zhì)參差不齊的特點，要吸引學(xué)生的興趣并能維持其學(xué)習(xí)毅力，教學(xué)中需要為學(xué)生提供多樣化、分梯度的問題支架，制造選擇壓從而保證每個學(xué)生均能上架，只是快慢不同，但最終都能上升到同樣的高度。[3]所以在教學(xué)中采用鼓勵跟進式的問題設(shè)計策略，在設(shè)計問題時將問題分解成初始問題、跟進性問題、拓展性問題，按照學(xué)生的認知規(guī)律使學(xué)生問題解決能力的提升就像解決問題的過程一樣，有一個循序漸進、逐層提高的過程。

（二）問題解決支架設(shè)計策略

微課在課程教學(xué)中起到支撐學(xué)習(xí)的作用，而微課本身也需要支撐學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)生支架的有效設(shè)計。學(xué)生在選擇壓作用下，嘗試解決問題，但是學(xué)生往往缺乏的是學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)和解決問題方法的支撐。因此，支撐學(xué)生問題解決的支架設(shè)計尤為重要。借鑒網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺Moodle的優(yōu)勢，教師可以提供以下幾種支架（見表1）。

根據(jù)對中職生的特點以及課程特點分析，本文更多的是利用Multisim直觀形象、操作方便的優(yōu)勢，利用仿真實驗操作示范來支撐學(xué)生的問題解決。對于不同層次的問題設(shè)計對應(yīng)層次的仿真實驗。

表1　支撐學(xué)生問題解決的支架設(shè)計

（三）問題解決效果評價設(shè)計策略

為檢驗學(xué)生問題解決和知識內(nèi)化的程度，要設(shè)計學(xué)生預(yù)備知識測評，對應(yīng)不同層次的問題選擇壓和仿真實驗，設(shè)計了相應(yīng)層次的學(xué)生課前個人知識測驗，問題、仿真實驗、測驗是一一對應(yīng)的關(guān)系。[4]同時為了進一步促進學(xué)生知識的內(nèi)化，設(shè)計了反思問題環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生通過小組討論、展示自我等環(huán)節(jié)，加深知識內(nèi)化。

（四）“教學(xué)做評合一”教學(xué)方法

將以上的趨同化教學(xué)設(shè)計理念通過“教學(xué)做評合一”的教學(xué)方法體現(xiàn)。圍繞教學(xué)目標(biāo)對應(yīng)“教學(xué)做評”4個環(huán)節(jié)，將趨同化教學(xué)設(shè)計理念具體化為學(xué)生的4個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：想一想；學(xué)一學(xué)；做一做；說一說。

四、微課教學(xué)設(shè)計案例分析——“用仿真實驗處理三相負載的星型聯(lián)結(jié)問題”

（一）教學(xué)背景

1.學(xué)習(xí)者分析。本次微課的學(xué)習(xí)對象是電工電子專業(yè)高一年級的學(xué)生，他們的主要特征是：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，特別對于三角函數(shù)的學(xué)習(xí)和利用平行四邊形法則分析相量圖存在困難，但是喜歡計算機操作（學(xué)校中午2個小時和下午3個小時機房對學(xué)生開放），喜歡電工電子專業(yè)，但實踐經(jīng)驗不足，經(jīng)培訓(xùn)具有一定的Multisim軟件操作能力，但需不斷的強化。已學(xué)習(xí)了三相電源的聯(lián)結(jié)等相關(guān)知識，具備了學(xué)習(xí)三相負載的星型聯(lián)結(jié)的知識起點。

2.教材分析。三相負載的聯(lián)結(jié)是“電工基礎(chǔ)”的一個重點內(nèi)容，而三相負載的星型聯(lián)結(jié)是三相負載的一種常用聯(lián)結(jié)方式。其中三相負載作星型聯(lián)結(jié)時中性線電流大小和作用是本節(jié)課的難點，而突破中性線電流大小這個難點問題，成為突破中性線的作用這個難點問題的關(guān)鍵。

在教材中求中性線電流大小一般采用畫相量圖求三相電流的相量和或者利用三角函數(shù)知識直接求三相電流瞬時值的和來求中性線電流大小，或者做實驗驗證。根據(jù)前面對學(xué)習(xí)者的分析，在實驗設(shè)備匱乏、真實實驗無法完成的情況下，采用電路仿真軟件Multisim操作簡單、方便、直觀，剛好切合了學(xué)生喜歡動手實踐更喜歡計算機操作的特點，能激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣。

（二）教學(xué)目標(biāo)

認知目標(biāo)：掌握三相負載作星型聯(lián)結(jié)時中性線電流的大小。

情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析和解決問題、交流合作的能力以及求真務(wù)實的科學(xué)態(tài)度。

技能目標(biāo)：學(xué)會運用仿真軟件Multisim9繪制常用電路，并分析仿真結(jié)果。

（三）教學(xué)方法

教學(xué)做評合一教學(xué)法，講授法，示范教學(xué)法，任務(wù)驅(qū)動法，仿真實驗法，小組討論法。

（四）教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)流程

根據(jù)趨同教學(xué)理論，教師設(shè)計對應(yīng)目標(biāo)任務(wù)的3個梯度的問題支架，同時設(shè)計對應(yīng)3個問題的3個仿真實驗，讓學(xué)生帶著問題看微視頻，可以邊看邊學(xué)邊做，布置學(xué)生自己動手畫電路圖并仿真的任務(wù)，完成對應(yīng)目標(biāo)任務(wù)的測驗，主要考察學(xué)生掌握知識的程度以及發(fā)展水平，測評結(jié)果可為教師設(shè)計下一個微課問題支架提供依據(jù)。同時通過開展小組討論，給學(xué)生留出展示和評價的時間，合理設(shè)計討論的主題，達到既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團隊合作，促進學(xué)習(xí)者之間互相學(xué)習(xí)、互相影響、最終趨同發(fā)展的效果，又能為銜接下一次課的內(nèi)容做準(zhǔn)備。

根據(jù)以上理論，本微課設(shè)計了4個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：想一想；學(xué)一學(xué)；做一做；說一說。

1.想一想環(huán)節(jié)。首先開門見山提出學(xué)習(xí)目標(biāo)，介紹“三相負載的星形聯(lián)結(jié)”和“三相對稱負載”兩個概念，并圖示中性線電流大小。接著給出3個梯度的問題支架：

（1）三相對稱負載做星型聯(lián)結(jié)時的中性線電流iN=？（初始問題對應(yīng)本節(jié)課的認知目標(biāo)）

（2）三相四線制變成三相三線制的條件是什么？（跟進性問題）

（3）三相不對稱負載做星型聯(lián)結(jié)時的中性線電流iN=？（拓展性問題）

2.學(xué)一學(xué)環(huán)節(jié)。對應(yīng)3個問題設(shè)計3個仿真實驗，教師示范操作。

仿真實驗一：三相四線制三相對稱負載作星型聯(lián)結(jié)時中型線電流大?。ㄒ妶D1）。

仿真實驗二：去掉中性線變成三相三線制觀察三個線電流的變化（見圖2）。

總結(jié)實驗一、二：從這兩個實驗中可以看出，三相對稱負載作星型聯(lián)結(jié)時，中性線電流為0，中性線上沒有電流流過，所以可以省去中性線，此時并不影響三相電路的工作。各相負載的相電壓仍為對稱的電源相電壓，線電流不改變。這樣三相四線制就變成了三相三線制。顯然在這種情況下，達到了既節(jié)約線路成本又不會影響線路正常工作的目的。

仿真實驗三：三相不對稱負載作星型聯(lián)結(jié)時中性線電流大小（見圖3）。

圖1　仿真實驗一　

圖2　仿真實驗二

圖3　仿真實驗三

總結(jié)3個實驗，得出結(jié)論，與前面3個問題呼應(yīng)。結(jié)論為三相對稱負載作星型聯(lián)結(jié)時中性線電流等于0，三相不對稱負載作星型聯(lián)結(jié)時中性線電流不等于0，只有在負載為三相對稱負載的時候，三相四線制才可以變成三相三線制。

3.做一做環(huán)節(jié)。對應(yīng)學(xué)一學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生邊看邊學(xué)邊做，讓學(xué)生動手畫電路圖仿真，完成測驗來檢驗學(xué)習(xí)效果。對應(yīng)問題的深度設(shè)計相應(yīng)深度的測驗。

（1）通過第一個仿真實驗，測得中性線電流=（），它的實現(xiàn)條件是什么?

（2）當(dāng)中性線電流=（），三相四線制就變成了三相三線制。

（3）當(dāng)U相負載電阻為6Ω，感抗為8Ω，V相和W相負載電阻也為6Ω，但容抗為8Ω，請問中性線電流還等于0嗎？

4.說一說環(huán)節(jié)。讓學(xué)生分小組開展討論和評價，為學(xué)生設(shè)計了自我報告任務(wù)，通過討論展示自我，培養(yǎng)交流合作能力，為下一節(jié)學(xué)習(xí)中性線的作用做準(zhǔn)備。

（1）三相四線制供電系統(tǒng)中，中性線起什么作用？

（2）為什么不允許在中性線上安裝熔斷器或者開關(guān)？

五、教學(xué)反思

在“趨同化”理論指導(dǎo)下進行微課教學(xué)，在新課程“以學(xué)生為中心”的理念支撐下，對促進教師和學(xué)生的共同發(fā)展有其積極的意義，不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，而且有利于改善學(xué)生思維方法，促進學(xué)生認知能力的提高。

參考文獻：

[1]郭紹青.高校微課“趨同進化”教學(xué)設(shè)計促進翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)策略研究[J]，中國電化教育，2014（4）：77-79.

[2]董玉冰.Multisim9在電子電工技術(shù)中的應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2008.

[3]人力資源和社會保障部教材辦公室.電工基礎(chǔ)[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2010.

[4]趙興龍.翻轉(zhuǎn)課堂中知識內(nèi)化過程及教學(xué)模式設(shè)計[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2014（2）:55-57.

[責(zé)任編輯陳國平]

中圖分類號：G712

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-7747（2016）03-0004-04

作者簡介：曹春雷，女，浙江商貿(mào)學(xué)校講師，主要研究方向為電路仿真。