“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革

于焰均，朱誯秋，孫宇新

（江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013）

0 引言

20世紀(jì)90年代，美國(guó)邁阿密大學(xué)的莫里·拉吉（Maureen J．Lade）和格蘭·波蘭特（Gleen J．Platt）首次提出翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂又稱(chēng)為反轉(zhuǎn)課堂（Inverted Classrom）或者是顛倒課堂（Reverse Classrom）。其主要思想是“將原本應(yīng)該在課上進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)放在課前，而課堂變成了教師學(xué)生之間或者學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)合”。即翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式體現(xiàn)了逆序創(chuàng)新的思想，通過(guò)教學(xué)流程的改變突破了教與學(xué)在時(shí)間和思維的限制，使得學(xué)生由淺表學(xué)習(xí)過(guò)度到深度學(xué)習(xí)。

我國(guó)當(dāng)前的教育改革的方向與趨勢(shì)是尊重教育的規(guī)律、關(guān)注學(xué)生身心發(fā)展、同時(shí)為學(xué)生提供個(gè)性化的教育［1］。而翻轉(zhuǎn)課堂的課內(nèi)外持續(xù)的個(gè)性化教學(xué)體現(xiàn)了“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念，與我國(guó)當(dāng)代教育改革的方向相符。

“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”這門(mén)課程具有綜合性強(qiáng)、工程實(shí)用性高的特點(diǎn)，該課程教學(xué)質(zhì)量的好壞和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的高低一定程度影響到學(xué)生就業(yè)或繼續(xù)深造［2］。它一般被安排在大三下學(xué)期或者大四上學(xué)期進(jìn)行學(xué)習(xí)。

從筆者多年的教學(xué)經(jīng)歷來(lái)看，教師按照教學(xué)大綱進(jìn)行單一枯燥的“填鴨式”教學(xué)模式使得學(xué)生一直處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，無(wú)法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，更無(wú)法激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)還存在“學(xué)”和“用”相脫節(jié)的問(wèn)題。隨著我國(guó)信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)模式迎來(lái)了變革的機(jī)遇，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”這門(mén)課程，將知識(shí)傳授和知識(shí)內(nèi)化環(huán)節(jié)相互顛倒，能夠充分展現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1 翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)勢(shì)及傳統(tǒng)教學(xué)之困境

1．1 翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)

圖1為傳統(tǒng)教學(xué)模式與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的教學(xué)流程主結(jié)構(gòu)對(duì)比圖［3］。從圖中可以看出，傳統(tǒng)教學(xué)模式主結(jié)構(gòu)可精煉為：講解、練習(xí)和評(píng)閱三個(gè)環(huán)節(jié)，講解環(huán)節(jié)以教師講授為主，教師精心編排知識(shí)快餐幫助學(xué)生消化吸收，在此環(huán)節(jié)中學(xué)生處于被動(dòng)聽(tīng)講，有不少學(xué)生可能會(huì)跟不上教師的節(jié)奏；練習(xí)環(huán)節(jié)是學(xué)生完成作業(yè)或相關(guān)操作的環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生可能會(huì)遇到不同的困難，有時(shí)無(wú)法得到教師及時(shí)幫助；評(píng)閱的環(huán)節(jié)一般是教師批改作業(yè)與講解的環(huán)節(jié)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)反饋嚴(yán)重滯后的現(xiàn)象，使得問(wèn)題不能夠得到及時(shí)解決。久而久之，不會(huì)的問(wèn)題就像“滾雪球”一樣越積越多，不少學(xué)生就會(huì)因此失去學(xué)習(xí)的興趣。

圖1 傳統(tǒng)教學(xué)模式與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式則可歸納為自學(xué)、測(cè)評(píng)和總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)。在自學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生可以利用微視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，同時(shí)學(xué)生可以自主控制學(xué)習(xí)的進(jìn)度和時(shí)間，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；測(cè)評(píng)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以通過(guò)在線練習(xí)進(jìn)行診斷所存在的問(wèn)題，做到測(cè)練融合，以評(píng)促學(xué)；總結(jié)環(huán)節(jié)中，教師和學(xué)生可以一起攻克比較難的問(wèn)題，收到拓展及提升知識(shí)的成效。

可以看出翻轉(zhuǎn)課堂從幾個(gè)方面進(jìn)行了“翻轉(zhuǎn)”：形式上由“先教后學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋葘W(xué)后教”；師生角色也隨之發(fā)生了轉(zhuǎn)變；學(xué)習(xí)形態(tài)上由低投入（被動(dòng)型）轉(zhuǎn)向高投入（主動(dòng)型），這幾個(gè)方面的“翻轉(zhuǎn)”將會(huì)促使學(xué)生掌握知識(shí)和技能，同時(shí)獲得更高思維品質(zhì)的提升。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在美國(guó)得到較大范圍的推廣，同時(shí)受到美國(guó)師生的高度贊揚(yáng)，而在我國(guó)高校中已經(jīng)有不少課程實(shí)行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的嘗試，如“大學(xué)英語(yǔ)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“醫(yī)學(xué)免疫學(xué)”、“電力拖動(dòng)”等。

1．2 “電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”教學(xué)之困境

隨著我院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的不斷改進(jìn)，“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程從最初的純理論教學(xué)逐步演變?yōu)槔碚撆c實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式。筆者總結(jié)多年對(duì)這門(mén)課程的教學(xué)經(jīng)歷，可以歸納出在傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在幾點(diǎn)不足之處：

1）學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差、上課效率低

本專(zhuān)業(yè)采用的教材是機(jī)械工業(yè)出版社出版的《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第4版）》，一共45個(gè)教學(xué)學(xué)時(shí)，其中包括8個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。該教材包括三部分內(nèi)容：直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)?？梢钥闯觯撻T(mén)課程教學(xué)內(nèi)容較多。由于學(xué)時(shí)分配較少，教師必須在課堂上抓緊時(shí)間完成教學(xué)計(jì)劃，同時(shí)單純而枯燥的理論知識(shí)的講解難以給學(xué)生一個(gè)真實(shí)的畫(huà)面感，容易導(dǎo)致一些對(duì)前面所學(xué)知識(shí)掌握不牢固的學(xué)生跟不上教師的節(jié)奏，會(huì)產(chǎn)生厭學(xué)情緒，這就越發(fā)跟不上節(jié)奏，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差、效率差。

2）拓展知識(shí)面較窄

由于本課程學(xué)時(shí)數(shù)有限，內(nèi)容較多，從教師對(duì)所有基礎(chǔ)知識(shí)的講解，到學(xué)生消化吸收，再到學(xué)生的反饋這一過(guò)程是需要時(shí)間的，根本沒(méi)有太多的課堂時(shí)間去拓展相關(guān)的課外知識(shí)。加之該門(mén)課程涉及的內(nèi)容更新速度較快，如交直流調(diào)速的控制方法、晶閘管的類(lèi)型等，如果不拓展相關(guān)知識(shí)面使會(huì)使學(xué)生跟不上最前沿的技術(shù)水平，影響到學(xué)生以后的發(fā)展和就業(yè)等方面。

3）理論和工程實(shí)踐結(jié)合較差

為了達(dá)到本專(zhuān)業(yè)提出的強(qiáng)弱電結(jié)合、軟件與硬件結(jié)合、信息控制與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合、獲得較好的工程實(shí)踐訓(xùn)練等培養(yǎng)要求，“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程就必須與實(shí)際的工程相結(jié)合。然而本課程只安排有8學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)、一周的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，每次實(shí)驗(yàn)安排3～4名學(xué)生為一組，內(nèi)容包括直流調(diào)速和交流調(diào)速兩大塊。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，目前尚無(wú)法進(jìn)行實(shí)際工程中電機(jī)高性能的調(diào)速實(shí)驗(yàn)。雖然要求學(xué)生具備分析實(shí)際工程問(wèn)題的能力，但是實(shí)際教學(xué)無(wú)法對(duì)每個(gè)不同廠家提供的成套設(shè)備的共通性原理進(jìn)行講解，導(dǎo)致理論與工程實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)。

2 翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用的可行性分析

總結(jié)國(guó)內(nèi)外各機(jī)構(gòu)提出的翻轉(zhuǎn)課堂有效開(kāi)展的條件，可歸納為如下幾點(diǎn)：①具備信息化教學(xué)能力的教師；②調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的舉措；③便捷的學(xué)習(xí)平臺(tái)；④優(yōu)質(zhì)的微課程視頻開(kāi)發(fā)；⑤導(dǎo)學(xué)過(guò)程中啟發(fā)式問(wèn)題的設(shè)計(jì)；⑥針對(duì)性的在線練習(xí)；⑦課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)；⑧多樣性和個(gè)性化的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)及干預(yù)等。

隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和云技術(shù)等科技的快速發(fā)展及日益普及，高校教師和學(xué)生的教學(xué)已經(jīng)離不開(kāi)數(shù)字化教學(xué)方式。教師加以培訓(xùn)后都能夠制作出融入課程重點(diǎn)、難點(diǎn)的精美視頻，同時(shí)基于多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛟O(shè)計(jì)出符合要求的導(dǎo)學(xué)和檢測(cè)練習(xí)題，保證制作的微視頻能夠引導(dǎo)學(xué)生完成導(dǎo)學(xué)及相應(yīng)的知識(shí)傳遞。

現(xiàn)在大學(xué)中都開(kāi)設(shè)與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)相關(guān)的課程，同時(shí)計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等大面積普及，使得學(xué)生完全具備數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。學(xué)生可以利用數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和課前的針對(duì)性練習(xí)，找出疑難問(wèn)題所在，就可以帶著問(wèn)題走進(jìn)教室與教師和同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)交流，達(dá)到“知識(shí)內(nèi)化”的目的。為了提高學(xué)習(xí)效果，學(xué)校提倡小班化教學(xué)模式，教師可以為每個(gè)學(xué)生進(jìn)行答疑解惑，這一切都說(shuō)明采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)已經(jīng)具備了良好的成長(zhǎng)條件。

3 翻轉(zhuǎn)課堂的具體實(shí)施策略

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制”課程中能夠順利實(shí)施，主要通過(guò)如下三個(gè)方面開(kāi)展工作：①課前學(xué)習(xí)資料的制作和發(fā)布；②課堂活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施；③總結(jié)和評(píng)價(jià)。

這三個(gè)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)、相輔相成，每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須要經(jīng)過(guò)縝密的設(shè)計(jì)才能夠具體實(shí)施。

3．1 課前學(xué)習(xí)資料的制作和發(fā)布

該環(huán)節(jié)具體又包括三個(gè)部分：微視頻的制作、自主學(xué)習(xí)任務(wù)單的制作以及視頻和作業(yè)的發(fā)布。微視頻的制作的邏輯框架一般采用總-分-總的模式，一個(gè)小節(jié)中通常包括4個(gè)微視頻。第一個(gè)視頻是對(duì)本節(jié)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總體的概括和梳理，為了吸引學(xué)生的興趣通常都是采用問(wèn)題引入、動(dòng)畫(huà)的方式進(jìn)行講解，最后一個(gè)視頻中提出與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的問(wèn)題，引起學(xué)生思考，學(xué)生若不明白可以進(jìn)行反復(fù)觀看。根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，每段視頻的錄制時(shí)間都不超過(guò)8分鐘，同時(shí)錄制視頻的畫(huà)面由空到滿，各知識(shí)點(diǎn)都采用動(dòng)畫(huà)的形式出現(xiàn)，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［4］。

自主學(xué)習(xí)任務(wù)單中包括：學(xué)習(xí)指南、測(cè)試題和課堂活動(dòng)預(yù)習(xí)。學(xué)習(xí)指南中包括視頻與要求掌握的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，測(cè)試題中包括教師視頻中提出的問(wèn)題和與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的自測(cè)題，學(xué)生通過(guò)測(cè)試題發(fā)現(xiàn)自學(xué)的情況，教師也可以通過(guò)測(cè)試題了解學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握的情況。課堂活動(dòng)預(yù)習(xí)告訴學(xué)生課堂的設(shè)置內(nèi)容、流程安排等，使得學(xué)生提前做好上課準(zhǔn)備。

最后微視頻和自主學(xué)習(xí)任務(wù)清單在三天前通過(guò)班級(jí)的QQ群發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生做好測(cè)試題以后，通過(guò)QQ群及時(shí)將信息反饋給教師，教師根據(jù)反饋信息在上課之前就可以重新微調(diào)課堂安排和節(jié)奏。

3．2 課堂活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

開(kāi)學(xué)初，全班學(xué)生按5～6人組成一個(gè)學(xué)習(xí)小組，每個(gè)學(xué)習(xí)小組由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)課堂活動(dòng)。課堂活動(dòng)一般分為四大塊內(nèi)容，分別為：答疑解惑環(huán)節(jié)；小組內(nèi)化吸收環(huán)節(jié)；必答積分環(huán)節(jié)；知識(shí)拓展環(huán)節(jié)。

在答疑解惑環(huán)節(jié)中，教師發(fā)布測(cè)試題的參考答案，并對(duì)學(xué)生提出的疑問(wèn)進(jìn)行解答；

小組內(nèi)化吸收環(huán)節(jié)中，各小組對(duì)發(fā)布的測(cè)試題參考答案進(jìn)行討論，不同小組之間針對(duì)同一問(wèn)題也可以相互討論，每個(gè)組的組長(zhǎng)要確保每個(gè)組員都能夠?qū)?nèi)容消化吸收；

在必答積分環(huán)節(jié)中，教師隨機(jī)抽取每個(gè)小組中的任何一名成員，對(duì)其進(jìn)行提問(wèn)，如果回答正確，則該小組獲得相應(yīng)積分；

在知識(shí)拓展環(huán)節(jié)中，教師將與本知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)延伸和深化，拓展學(xué)生的思維，開(kāi)闊學(xué)生的眼界。

3．3 總結(jié)和評(píng)價(jià)

總結(jié)和評(píng)價(jià)即為平常所說(shuō)的學(xué)生課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)，學(xué)生課程成績(jī)包括四部分：課前成績(jī)（占比20%）、課堂成績(jī)（占比 25%）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)（占比20%）、期末成績(jī)（35%）。課前成績(jī)即為完成測(cè)試題的完成情況，主要關(guān)注的是學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、題目完成率、提問(wèn)情況等；課堂成績(jī)即為團(tuán)隊(duì)成績(jī)，以每個(gè)小組所獲得的積分作為課堂成績(jī)；實(shí)驗(yàn)成績(jī)是考察學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力；期末成績(jī)即為考試成績(jī)，考察學(xué)生對(duì)整個(gè)知識(shí)體系的掌握情況。

4 結(jié)語(yǔ)

將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程中，能夠充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、展現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體位置、促進(jìn)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、增強(qiáng)師生之間的交流互動(dòng)、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和自信心的建立，同時(shí)順應(yīng)我國(guó)當(dāng)前教育改革的方向，符合教育部提出的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》。翻轉(zhuǎn)課堂的順利實(shí)施將會(huì)彌補(bǔ)我?！半娏ν蟿?dòng)自動(dòng)控制”課程教學(xué)的缺陷，有效地促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行更有意義的學(xué)習(xí)。