基于EECAE环的课程教学改革探索

龚玉萍  陈瑾  崔丽  宋绯

（陆军工程大学 通信工程学院，江苏 南京 210007）

［摘 要］ 随着无线通信技术的飞速发展，“现代短波通信”课程教学的广度和深度不断增加，这对学员自主知识体系的建构能力提出了更高的要求。针对这一问题，结合“现代短波通信”课程特点改进了传统“5E”教学模式，进一步凸显知识创生和实践运用环节，探索了“吸引—探究—创生—运用—评价”的教学新模式。新教学模式结合智慧教学平台实现线上线下有机联动和双向激励，能够充分挖掘学员主体地位，激发学员认知兴趣和思维过程，有效促进学员对科学概念的理解和知识体系的建构。

［关键词］ “5E”教学模式；EECAE环；智慧教学

［基金项目］ 2021年度陆军工程大学教育教学研究立项课题“‘现代短波通信’课程思政建设”（GJ21ZX013）

［作者简介］ 任国春（1965—），男，江苏常熟人，硕士，陆军工程大学通信工程学院教授，主要从事短波通信教育理论与方法研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）36-0042-05 ［收稿日期］ 2022-07-21

短波通信具有全球覆盖、通联便捷、组网灵活、抗毁性强的优点［1］。与其他通信方式不同，短波通信传播机理复杂，信道干扰严重，其通信效能的发挥，严重依赖运用者对短波通信理论和设备的理解掌握。

“现代短波通信”是陆军工程大学一门岗位任职课，在课程体系中具有承上启下的重要地位，对新型军事通信人才的培养具有重要支撑作用。其教学主要围绕短波通信的基本原理、技术特点和运用方法展开。在多年教学实践中我们发现，随着无线技术的飞速发展，教学内容的广度和深度不断增加，教学考核对学员自主知识体系的建构能力提出了更高的要求，传统的课堂教学模式已经无法适配这种需求。为解决这一问题，结合“现代短波通信”课程特点，对建构主义“5E”教学模式进行改进，进一步凸显知识创生和实践运用环节，探索形成“吸引（engaement）—探究（exploration）—创生（creation）—运用（application）—评价（evaluation）”教学新模式，并通过线上线下有机联动和双向激励，充分挖掘了学生主体地位，激发他们的认知兴趣和思维过程，促进学生对科学概念的理解和知识体系建构，提升学生创新发展能力和实践运用能力。

一、“5E”教学模式

“5E”教学模式是由美国生物学课程研究者开发的一种基于建构主义教学理论的模式［2］。这里的”5E”分别对应了5个阶段，即吸引（engaement）、探究（exploration）、解释（explantion）、迁移（extension）和评价（evaluation）。建构主义“5E”教学模式的核心思想是“学生为主体”，通过吸引兴趣、探究实践、解释原理、迁移知识和评价反馈，引导学生积极开展基于自身内循环的理解性学习，为学生构建具有较高认知水平层次的辅助学习支架，迭代提升对知识的获取能力，打通各种知识和现象间建立联通关系，从而逐渐建立自身的知识体系，具备解决实际问题的科学素养的思维能力。下面对建构主义“5E”教学模式各阶段的主要功能进行简单介绍。

一是吸引阶段。从教学内容中抽取出可以牵引后续教学环节的主线问题，并结合学生已有的知识体系设置问题情境，激发学生主动建构知识体系的兴趣。

二是探究阶段。通过适当的提示和指导，引导学生开展自主探究，体验并掌握获取知识、提升技能的学习方法。

三是解释阶段。将探究阶段的结果深度内化为自身的知识，根据学生自己的理解，表达知识对应的原理概念，解释存在疑惑的问题现象，并对探究的问题做出结论。

四是迁移阶段。对解释阶段获得的知识进行拓展延伸，通过构造新场景，分析出场景变化中的核心影响要素，对已有知识进行迁移，得到要素变化后的新知识。学生从中学会从特殊到一般的知识迁移过程，掌握扩充完善自身知识体系的具体方式方法。

五是评价阶段。采用多元化的评价方式对“5E”教学涉及的各个阶段进行评价，通过评价及时确定学生对所学知识和技能的掌握程度，并在教学过程中做出快速反馈。

二、基于EECAE环的智慧教学法

为满足学生自主知识体系建构能力的更高要求，结合“现代短波通信”课程特点，在教学改革中，将智慧教学手段有机融入教学过程，在建构主义“5E”教学模式的基础上，进一步凸显知识创生和实践运用，提出了基于EECAE环的智慧教学法，通过“吸引（engaement）—探究（exploration）—创生（creation）—运用（application）—评价（evaluation）”5个环节，实施“线上线下有机联动+双向激励”，多维度激发学生的探究意愿，不仅实现知识的传授，还为学生获取自主建构知识体系能力的发展提供有力支撑。

基于EECAE环的智慧教学法在各个环节中都体现出教师和学生、学生和学生之间的积极互动，而支持线上线下混合的智慧教学平台可以提供多种样式的互动，包括知识推送、分组讨论、自由讨论、互评、抢答、课堂测试等多种形式。在线上线下有机联动方面，线上通过智慧学习平台向学生推送预习微课、课前测试题、实践性课题等多种类型的前置性学习内容；线下结合前置性学习内容，优化线下教学过程中重点内容和教学方法，有机融入翻转教学和互动环节。在双向激励方面，前向链接未来的岗位应用需求，明确教学目标，让学生直观理解学习内容的效用和应用场合；后向关联已有知识体系，从熟悉的知识内容出发创设问题情境，引导学生对学习内容进行主动思考，激发他们对学习任务的探究兴趣。

（一）吸引环节

吸引环节通过课前布置预习任务和实践课题和实践激发学生对学习任务产生兴趣，核心要点是链接岗位应用和激发探究意愿。链接岗位应用可以让学生了解将要学习的知识的用途，知道“为何学”，明确学习的重要性。而激发探究意愿，则可以利用智慧学习平台向学生推送预置学习内容，创设问题情境来激发学生的学习兴趣，让学生在将要学习的新知识与已有的知识和经验间建立关联，将所学知识与实际问题联系起来，激发他们对新知识的好奇心，通过情境中的问题能够吸引学生，通过“厘清需求+发现问题”激发学生的主动探究意愿。

（二）探究环节

探究环节的核心要点是支架辅助引导探究，以学生发现的问题为主设置知识支架，通过“刨根问底+讨论探究”启发导学，引导学生开展持续深入的探究。一方面，以学生为主体，设置知识支架，辅助引导学生开展探究，让学生体验获得新知识、掌握新技能技巧的学习过程，通过研究、探寻、交流、释疑，在反馈和检查中掌握知识内在的关系。利用智慧学习平台的分组讨论、小组交流功能，可以便捷地将学生的思维过程呈现在课堂上，有利于充分进行思想的碰撞和经验的相互印证，科学准确地对现象进行观察和分析，探究事物之间的本质联系。在这一阶段，可利用智慧教学平台提供的课堂测试等手段，分析学生的行为，快速诊断出仍未达到学习效果的教学内容，及时提出针对性的调整反馈意见，为学生有效、正确地开展探究提供支架辅助。另一方面，还可以针对学生的自主探究过程设置合适的引导，通过问题牵引主导探究过程。

（三）创生环节

创生环节的核心要点是深入分析厘清原理，将思维过程内化为线条鲜明的知识点，通过“小组讨论+指导课题”等方式助力学生实现知识创生。这一阶段的主要目的是帮助学生在新的学习场景下理解关键知识和概念，巩固新旧知识和概念间的联系、理解，进一步将学习的知识转化为学生个体内化的经验和认知。在这个阶段，可以利用智慧教学平台，便捷地实施小组讨论和展示，引导学生利用在探索环节中获得的实验结果等证据与需要解释的科学问题关联起来，深入分析创生得到的知识和探究获得的证据间建立逻辑关系，从而透彻理解科学原理，确认创生知识的正确性。

（四）运用环节

运用环节的主要功能是学以致用，促进知识和概念转化，通过“创设情境+应时而用”助力提升学生解决实际问题的创新能力。在这一环节，通过创设不同的应用场景，为学生提供利用创生阶段得到的知识和概念解决具体场景下的应用问题的机会，帮助他们实践、验证和总结一般性规律，最终完成“发现问题—探究原因—创生知识—总结规律—拓展运用”的知识建构过程，通过不断地深入理解、精炼、内化来拓展对新创生知识的理解，不断充实和完善自身的知识体系。

（五）评价环节

评价环节的主要任务是以教学目标为导向，构建多元评价体系，通过课前/课堂/课后测试、自我评估、小组互评、教师评价等方式，重视探究的过程、学生的参与程度，科学评估学生对新概念及方法的理解情况，自身新知识的创生情况，检验学生运用知识、技能解决实际应用问题的能力。教师可以利用这一环节，根据学习内容和方法设计量规评价标准，客观、全面和真实地反映学生的学习情况，发现学生学习过程中遇到的难点，评估学生所达到的技能水平，为动态优化教学过程提供依据。

三、基于EECAE环的智慧教学设计案例

下面以“短波天波传播”知识点为例，阐述基于EECAE环的智慧教学方法在实际教学中的运用。

为了更好地实现线上线下有机联动，线上通过陆军工程大学在线平台向学生推送前置预习微课《高空魔镜——电磁波的电离层反射传播》，并设置了在线课前测试题。前置预习微课对“电离层对电磁波反射传播”进行了生动的讲述，这一知识点是本节课中较难理解又非常重要的教学内容。通过前置预习微课激发学生对短波通信和短波信道的探究兴趣，再以线上课前测试题为辅助，对预习效果进行初步评价，并据此优化线下教学过程中应重点探讨和讲述的内容。

实践是获取知识的有效途径，可以充分发挥学生的主观能动性，并快速将他们引入课堂教学环节。通过课前调查，我们发现大部分学生没有接触过短波通信，对将要学习的知识非常陌生。为此，设计了一个不需要太多专业背景知识的课前实践性试验。利用假期学生分布在全国各地的有利条件，对学生进行分组，为各小组配备了短波收音机，要求学生按试验大纲接收位于西安的国家授时中心发送的短波授时信号。通过试验记录不同时段全国多个地区对授时信号的接收情况，并根据试验数据撰写试验总结报告，为线下环节中的翻转教学和互动环节打好基础。动手实践，可以让学生对短波信道的传播特点产生一定的认知，而对试验结果的分析将作为一条主线，自然引出短波通信所需要解决的一系列问题，贯穿课程教学过程，实现理论与实践的多次迭代。

通过前向链接未来的岗位应用需求，明确本次课的教学目标，让学生直观理解学习内容的效用和应用场合。在知识目标方面，通过学习可以让学生掌握短波信道传播特性，理解复杂电磁环境对短波通信的影响。在能力目标方面，能够从短波通信传输的基本理论与方法等方面解释短波通信为什么“离不了”又“通不好”，为更好地理解和使用后续短波数据传输技术、短波建链与组网技术、短波天线技术等奠定基础。后向关联已有知识体系，从学生熟悉的光线传播进行知识迁移，结合各小组完成的短波信号接收试验结果，设计了“破解短波信号的空中旅途”这一问题情境，引导学生对短波信道的本质定义和短波通信信号的传播方式进行主动思考，激发他们对学习任务的探究兴趣。下面介绍基于EECAE环的短波天波信道教学具体实施过程。

（一）吸引环节

短波通信是一种重要的中远距离无线通信手段，掌握短波通信基本概念、信道传播特性，对高效合理选择工作频率，提高短波通信的可通率和通信质量具有重要的意义。针对这一教学目标，在吸引环节，从学生利用短波收音机自主完成的短波授时信号接收实验活动出发，创设“破解短波信号的空中旅途”这一问题情境。信号接收实验的具体位置遍布全国，包括内蒙古、黑龙江、河北、甘肃、陕西、山东、河南、江苏、安徽、浙江、江西、福建、广东、湖北、新疆、贵州、云南和广西等多个省级行政区，分布在陕西西安发射台站的各个方向，距离发射台站的距离也从几百千米到上千千米不等。通过对实验结果的推送和分享，层层设问引导学生根据实验结果思考：短波通信信号如何通过不同的空中旅程？为什么短波通信可以传播几百到上千千米？短波信号传播与通信方向、通信距离之间是否存在对应关系？