“电路”课程个性化教学辅助系统设计与应用_龚光红.pdf

第 卷第 期 年 月电气电子教学学报 收稿日期：；修回日期：基金项目：基于目标导控的电路课程教学模式研究与实践（）；北航“凡舟”教学团队建设（）第一作者：龚光红（），女，博士，教授，主要从事“电路”课程的教学和系统仿真技术的研究工作，：“电路”课程个性化教学辅助系统设计与应用龚光红 闫 蓓 黎可为 王丽婷 杨 波（北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院，北京）摘要：设计一种集题目编辑、测试发布、在线测试和成绩分析等功能于一体的“电路”课程个性化教学辅助系统，学生在测试和练习时可以逐级获得解题提示，系统根据学生答题情况，自动分析学生学习信息，推送个性化练习题和测试试卷，促进学生个性化知识点的强化训练。教师可全面掌握学生个性化学习信息。经过探索和实践，该系统增强了学生对课程知识点的系统认识，有效促进了课程教学目标的达成。关键词：电路课程；个性化教学；教学辅助系统中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，：；“电路”是电气信息类专业的必修课程，是数理基础课程与专业课之间的桥梁，是自动化等专业学生学习的第一门电类基础课程，在专业培养上起到了举足轻重的作用。课程内容涵盖时域、频域、复频域的电路分析方法，课程内容多、逻辑性强，学习挑战度大，常被学生戏称为“四大杀手”课程之一。学生课程学习能力的差异性客观存在，在教学中不容忽视，而课程的教学目标是由专业人才培养目标来确定，同一个专业的学生，培养目标达成度标准是统一的。那么如何针对学生的差异化状态开展有针对性的个性化教学、因材施教，使得每位学生都能掌握知识，得到能力与素质的提升，开展这方面的教学研究与探索具有重要的意义。个性化教学需求个性化教学在教学中具有重要的意义，东南大学“电机与电力电子联盟”教学团队，认真分析学生的个体差异，在工科研究生培养中进行了因材施教方法的探索与实践，取得了较为显著的成效。上海交通大学针对本科生生源的差异性，设置分层分级课程体系满足了学生个性化教学需求，构建了多样化人才培养模式和个性化创新人才培养方案，从而提高了本科教学质量，。个性化培养要求教师根据学生的具体情况，进行有依据、有针对性的培养。由于课程教学班级学生人数多、水平参差不齐，课堂上教师往往很难按照差异化、个性化培养的方式开展教学。近年来，计算机与互联网等信息技术在教育行业中的应用为个性化培养的实施提供了技术可能性。利用计算机软件开发辅助教学系统，可以快速全面获取每个学生的学习情况，教师也可以依据这些信息针对性地安排教学活动。北京航空航天大学近年来实行大类招生、大类培养模式，选择自动化、电气工程等专业的学生大二上学期开始“电路”课程的学习。同一个教学班的学生数理基础、对电类课程的兴趣、学习习惯等均有较大差异，因此在课程教学中有的学生觉得教师讲得慢、课堂效率没有那么高，而有的学生却跟不上教师的讲课进度，未掌握的知识点会越积越多。“电路”课程教学团队针对课程教学中的个性化需求，设计了面向个性化培养的个性化教学辅助系统，该系统的主要功能包括：教师端知识点题库构建，测试题编辑与发布，教师在线批改和在线评价；学生端在线测试和在线练习，制定学生个性化测试 评估 练习的课外教学模式；学生测试成绩的自动统计、分析和评估，为教师线下教学提供依据。目前该系统作为教学辅助手段，已在北京航空航天大学“电路”课程的教学中投入使用 年，效果显著。个性化教学辅助系统设计与实现个性化教学辅助系统面向教师和学生两类用户。教师试题编辑与发布个性化测试的题目类型包含单选题、多选题、不定项选择、填空题和计算题等。在设计教师测试题编辑界面的时候，系统会将题目内容和测试信息整合在一起，方便教师修改测试的相关内容。教师进入编辑试题的时候，能够快速生成一个测试并且发布。教师题目编辑页面主要分为题目目录和题目内容，教师可以灵活调整测试试题的结构，系统同时支持以图片和 两种形式编辑题目，方便公式和电路变量录入。页面下部为试卷的发布信息，包括试卷作答时间和发布对象等。图 所示为教师第三单元测试题编辑发布界面，该测试包含了相量法、正弦电路功率、串并联谐振、谐波分析以及三相电路五个部分的知识，每个部分继续细分，如正弦电路功率包含正弦电路功率分析、功率因数和最大功率三个子测试分类。测试题目的个性化推送试题的基本组成单位是“单元”，每个单元包含多道针对该单元的一个或多个知识点的多道题目。单元之间相对独立，会分别进行分数计算和时间记录。对于每个学生根据测试需要动态组卷，试卷推送的题目具有差异性，形成具有针对性的个性化测试题。在测试过程中，学生选取某一单元开始答题后，系统会按预先设定向学生推送题目，并根据解答情况动态变更后续推送题目。如果学生回答错误，系统会向学生提供逐级递进的附加提示，直到学生得到正确答案。之后，系统会继续向学生推送同一知识点的题目，直到学生熟练掌握该知识点并回答正确为止。如果学生一次性做对题目，系统判定学生已经掌握了该单元的知识，就会顺序推送其他知识点测试题目。图 教师测试题目编辑与发布界面 学生参与测试测试题发布后，在测试时间内学生可以进入线上平台开始测试，学生测试界面中主要包含了个性化测试信息、题目内容、单元列表和作答区四个部分，如图 所示。学生个性化测试在线信息包含：测试标题、测试介绍、测试时间以及总用时长。在题目内容中，会显示出题目名称以及题目信息。如果学生回答错误，系统还会在下方逐级弹出提示信息。同时在单元列表中，学生可以了解到测试所包含的单元以及自己在每单元的用时信息，做题顺序可以由学生自主安排。图 学生在线测试界面第 期龚光红，等：“电路”课程个性化教学辅助系统设计与应用 教师在线批改测试结束后，系统将会自动计算学生填空题、选择题和判断题的得分。计算题需要教师进入如图 所示的批改页面进行批改和评分，之后系统计算测试总成绩。教师可以浏览所有学生的测试情况，给出个性化评语。图 教师在线批量改卷界面 学生测试成绩分析系统设计了教师端学生测试成绩分析，方便教师查看学生测试成绩与成绩的统计分析，该模块包含测试成绩分析、各单元成绩分析、各专业班成绩分析和各题目正确率统计等，均为反映学生答题情况的统计数据，如图 所示。（）学生完成测试的情况（）学生测试成绩的分布（）各测试题的完成用时情况（）各测试题的正确率图 学生测试成绩分析界面学生测试成绩统计分析功能在测试模式中可以记录学生得分、作答结果、正确作答人数及每题每人作答时间，生成测试完成情况、总体成绩分布及完成所用时间等分析数据，可以为教师提供全方位教学效果评估，帮助教师及时调整教学内容，查漏补缺。学生端的测试成绩评价反馈通过分析全体参加测试学生同一题目的解答时间和正确率，系统会自动评估测试难度，并依据这些信息，从用时、完成度和成绩等方面自动对每个学生进行客观的评价。学生在测试结束后会收到一份成绩分析报告，包含有系统自动生成的分析报告和教师评语，如图 所示。学生可根据自己知识点的薄弱情况，在测试结束后自行返回系统进行复习与强化训练，完成学生个性化的学习。课程个性化教学辅助系统应用成效 教学班整体实施效果在 年北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院“电路”课程的教学过程中，根据知识模电气电子教学学报 第 卷图 学生成绩分析报告块和教学进度，共发布了 次个性化测试，参与的 级学生共计 人。统计了学生在个性化测试中的平均成绩，并与期末考试中的卷面成绩进行了对比分析。通过多项式线性回归，得出个性化测试成绩和期末理论考试得分呈正比例线性关系，如图 所示，两组数据的线性相关系数 （，）数值为，表现出较强的相关性。说明学生通过个性化测试平台的练习，学习成绩有显著提升。图 个性化测试均分与期末卷面分数情况此外，对比了两届学生的期末成绩，级学生未使用个性化测试系统，级的学生使用了个性化测试系统进行练习。学生期末卷面和总评成绩如表 所示，级学生对各知识点的熟练掌握程度高于 级学生。表 级与 级教学学生成绩对比学生入学年级卷面平均分总评成绩平均分 级 级 学生个体化培养的实施效果个性化教学辅助系统对于学生知识点的个性化训练效果显著。选取了 级两位学生 和，详细分析他们各知识点的学习情况。学生 在个性化测试回转器知识点中，正确率不高（三道题只对了一道题）。通过个性化测试平台对测试结果的反馈，学生 在之后对该知识薄弱点进行了个性化强化训练，并在期末考试里相同知识点的题目中取得了满分（满分为 分），如图 所示。学生 在回转器知识点个性化测试和期末考试中该知识点的得分均为满分，说明该学生完全掌握了这个知识点，如图 所示。（）知识点测试情况（）期末小题得分图 学生 知识点测试情况与期末考试情况（）知识点测试情况（）期末小题得分图 学生 知识点测试情况与期末考试情况上述分析表明，个性化测试系统能够通过测试发现学生的知识薄弱点，并根据学生掌握程度的差异给出不同的强化训练方案，有助于学生全面掌握课程内容。第 期龚光红，等：“电路”课程个性化教学辅助系统设计与应用 结语目前，“电路”课程个性化教学辅助系统已经由课程五位主讲教师推广应用于四届学生，个教学班级，学生使用后反馈良好，并获得了较好的应用效果。相对于传统的教学模式，个性化教学辅助系统能为学生个性化培养助力，增强了学生对电路基础理论知识的掌握，促进了学生的电子设计与应用工程实践能力的课程教学目标达成。个性化教学辅助系统提供的题目编辑、测试发布和成绩分析等功能，有助于教师全面掌握每位学生的学习情况。个性化教学辅助系统不只适用于“电路”课程的教学，也适用于大学理工科所有理论课程的教学，便于教学过程中量化分析学生学习状况，因材施教，可以有效提高教师的工作效率。参考文献程明，王伟，花为，等 精准识材协同育才 工科研究生因材施教培养方法的探索与实践 研究生教育研究，（）：李莹，仝月荣，张亭亭，等 基于生源差异的个性化培养模式运行实践研究 教育教学论坛，（）：唐庆杰，吴文荣，程敢，等 大学课堂常见教学模式探究 高教学刊，（）：崔馈讽，徐君姬 互联网 背景下高职院校课堂教学模式的创新探析 科技风，（）：田莉，胡鹤宇，李延平 基于“雨课堂”的 教学模式的应用 以“电路理论”课程为例 湖南工程学院学报（社会科学版），（）：王红，莫金海，马维勇 基于移动互联网下电力电子技术“智慧课堂”的构建 科技风，（）：闫蓓，龚光红，杨波，等“电路”课程线上线下混合教学实 践 电 气 电 子 教 学 学 报，（）：电气电子教学学报 第 卷