自動(dòng)控制原理課程的混合式教學(xué)模式探索

陶洪峰

[摘 要]在全球依托互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開(kāi)展大規(guī)模在線開(kāi)放課程建設(shè)，實(shí)施線上教育模式的背景下，為同時(shí)解決線下傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式和線上MOOC教學(xué)模式的弊端，基于江南大學(xué)自動(dòng)控制原理課程建設(shè)，將MOOC在線課程資源建設(shè)與課堂教學(xué)相融合，開(kāi)展“線上-線下”信息融合的混合式教學(xué)模式的研究與實(shí)踐探索，全方位改革課程教學(xué)大綱、教學(xué)方法、師資隊(duì)伍、考核評(píng)價(jià)方法與實(shí)踐教育環(huán)節(jié)，從廣度與深度上全面提升校內(nèi)外學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、增加學(xué)生獲取資源的自由性，提升了課程的教學(xué)質(zhì)量和輻射影響力，能為其他相關(guān)課程建設(shè)提供借鑒思路。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)控制原理;混合式教學(xué);教學(xué)模式;MOOC

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）03-0062-03

在新媒體時(shí)代，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展，高等教育信息化程度不斷提高，大規(guī)模在線開(kāi)放課程MOOC（Massive Open Online Course）作為一種新興的教學(xué)和學(xué)習(xí)模式，在2008年由加拿大學(xué)者Dave Cormier和Bryan Alexander提出。MOOC是一種將課程資源和參與者聚集到開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行知識(shí)講解和問(wèn)題討論的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式，具有開(kāi)放性、大規(guī)模和社會(huì)性等特點(diǎn)[1]。2011年秋季，美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)設(shè)了人工智能免費(fèi)課程，網(wǎng)上注冊(cè)人數(shù)超過(guò)了16萬(wàn)，目前在Coursera、Udacity、edX等國(guó)內(nèi)知名MOOC網(wǎng)站提供的課程數(shù)量有上萬(wàn)門(mén)。2013年秋季，我國(guó)清華大學(xué)首先開(kāi)放了2門(mén)MOOC課程。隨后，國(guó)內(nèi)一流高校都相繼在中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)、學(xué)堂在線、超星等公共平臺(tái)上推出了各具特色的MOOC課程。這些課程突破了傳統(tǒng)課堂授課模式在時(shí)間和空間上的限制，實(shí)現(xiàn)了課程內(nèi)容和資源的開(kāi)放，便于學(xué)生利用碎片化時(shí)間反復(fù)學(xué)習(xí)?？傮w而言，MOOC在線教育模式是提升高質(zhì)量教學(xué)資源公開(kāi)性和教育過(guò)程公平性的一個(gè)重要舉措，現(xiàn)如今它已引起了全球教育界的廣泛關(guān)注[2-3]。

自動(dòng)控制原理課程不僅是自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化的專業(yè)核心課程和考研科目，同時(shí)也在機(jī)械制造及自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器以及系統(tǒng)工程、電力、冶金等專業(yè)開(kāi)設(shè)，具有廣泛的學(xué)生基礎(chǔ)[4-5]。另外，本課程要求掌握工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)的理論基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)理論分析聯(lián)系工程實(shí)際，在當(dāng)前工業(yè)智能自動(dòng)化制造背景下具有十分廣泛的社會(huì)需求。因此，依托自動(dòng)控制原理這門(mén)課程，將MOOC在線課程資源建設(shè)與課堂教學(xué)相融合，開(kāi)展線上與線下信息融合的混合式教學(xué)模式的研究與實(shí)踐，通過(guò)線上與線下課堂教學(xué)和互動(dòng)討論，能進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，并讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)知識(shí)表達(dá)和描述自動(dòng)控制系統(tǒng)的工程問(wèn)題，加深學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制原理這門(mén)課程的基本知識(shí)點(diǎn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的理解，同時(shí)這對(duì)提升課程的校內(nèi)外影響力和輻射力也具有重要的意義。

一、現(xiàn)狀分析

目前在中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)站開(kāi)放自動(dòng)控制原理課程的主要有華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、江南大學(xué)和南京郵電大學(xué)等，但更多的高校依然是以傳統(tǒng)課堂教學(xué)的方式開(kāi)設(shè)該課程。

該課程對(duì)于學(xué)生的預(yù)備知識(shí)，如數(shù)學(xué)、物理等自然科學(xué)和工程實(shí)踐類知識(shí)的要求較高，傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法具有可以為學(xué)生進(jìn)行面對(duì)面精講細(xì)講的優(yōu)勢(shì)，便于學(xué)生理解和掌握該課程知識(shí)，但在各高校普遍壓縮課程學(xué)時(shí)的背景下，這種傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法也隨之暴露了以下一些弊端。

1.課堂知識(shí)傳播在大多數(shù)情況下是單向的，以教師為主體，缺乏廣泛的互動(dòng)研討;2.多數(shù)采用封閉式課堂教學(xué)和課后答疑模式，教師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué)生之間缺乏大規(guī)模的交流公共平臺(tái);3.教學(xué)資源以紙質(zhì)教材、講稿和電子PPT為主，不夠豐富和生動(dòng);4.考試以筆試為主，缺乏對(duì)學(xué)生綜合能力和學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)測(cè);5.課程教學(xué)主要面向少數(shù)校內(nèi)學(xué)生，社會(huì)影響力和受益人數(shù)受限。

MOOC在線課程的開(kāi)設(shè)可以為學(xué)生學(xué)習(xí)課程帶來(lái)時(shí)間和空間上的諸多便利，但單純以MOOC在線課程平臺(tái)開(kāi)展互聯(lián)網(wǎng)線上教學(xué)活動(dòng)也存在以下一些問(wèn)題。

1.無(wú)法有效監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，當(dāng)前大多數(shù)在線開(kāi)放課程公共學(xué)習(xí)平臺(tái)上開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)僅停留在控制訪問(wèn)時(shí)間的層次上;2.對(duì)自學(xué)能力差的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有教師針對(duì)性的答疑解惑的情況下，他們對(duì)知識(shí)的掌握一知半解，反復(fù)學(xué)習(xí)的效率低下;3.網(wǎng)絡(luò)考試的真實(shí)性和公平性在現(xiàn)今的公共學(xué)習(xí)平臺(tái)上存在漏洞和爭(zhēng)議;4.學(xué)生學(xué)習(xí)自覺(jué)度較低，在MOOC課程網(wǎng)站完成整個(gè)在線學(xué)習(xí)的人數(shù)比例較低。

從上述分析可知，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，少量學(xué)生是通過(guò)固定時(shí)間、固定地點(diǎn)在課堂上獲取教師講授的知識(shí)，但課堂時(shí)間短且學(xué)習(xí)者往往是被動(dòng)的獲取知識(shí)，這使得知識(shí)理解和消化往往發(fā)生在課外。但線上MOOC課程教學(xué)的優(yōu)勢(shì)則在其開(kāi)放性和個(gè)性化，讓校內(nèi)外學(xué)生都可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在任意時(shí)間和地點(diǎn)主動(dòng)獲取知識(shí)，使其變成學(xué)習(xí)的主動(dòng)者，但總體知識(shí)深度和個(gè)體學(xué)生知識(shí)掌握的真實(shí)度不夠。

二、改革思路和措施

因此，針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)和MOOC在線課程這兩種教學(xué)模式的優(yōu)劣，將線上MOOC教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與線下傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式目前得到了廣泛的關(guān)注，尤其是對(duì)于那些知識(shí)點(diǎn)多、分析復(fù)雜、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、工程背景強(qiáng)的一些工科專業(yè)核心課程而言，混合式教學(xué)模式對(duì)提升學(xué)生知識(shí)和技術(shù)能力以及提高教師的教學(xué)水平都可以起到很好的促進(jìn)作用[6-7]。我們廣泛征求意見(jiàn)，總結(jié)教育教學(xué)方法，研究在當(dāng)今移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)新媒體的大時(shí)代背景下，在社會(huì)專業(yè)知識(shí)更新迅速、個(gè)人知識(shí)面需求廣、學(xué)習(xí)時(shí)間碎片化等條件下，該如何針對(duì)自動(dòng)控制原理課程知識(shí)點(diǎn)多、邏輯性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)、社會(huì)需求量大的特點(diǎn)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)公共平臺(tái)完善“十三五”江蘇省在線開(kāi)放課程自動(dòng)控制原理課程建設(shè);在MOOC教育背景下開(kāi)展自動(dòng)控制原理課程線上與線下信息融合的混合式教學(xué)模式的研究與實(shí)踐，融合MOOC網(wǎng)絡(luò)在線教育與課堂線下教育，全方位改革課程教學(xué)大綱、教學(xué)方法、師資隊(duì)伍、考核評(píng)價(jià)方法與實(shí)踐教育環(huán)節(jié)，從廣度與深度上全面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、增加學(xué)生獲取資源的自由性，以及運(yùn)用本課程專業(yè)知識(shí)解決各種實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐性，滿足多行業(yè)背景下自動(dòng)化專業(yè)對(duì)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”工程實(shí)踐創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需求，提升課程教學(xué)質(zhì)量并輻射影響其他相關(guān)課程建設(shè)。

（一）重新梳理知識(shí)點(diǎn)，修訂線上與線下教學(xué)融合的課程大綱

傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式以章節(jié)與固定課時(shí)為單元進(jìn)行授課，而MOOC在線課程教學(xué)則以知識(shí)點(diǎn)和10分鐘左右的不固定課時(shí)為單元進(jìn)行授課。因此，開(kāi)展混合式教學(xué)需要首先重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容以順利銜接線上教學(xué)與線下教學(xué)過(guò)程。我們以“系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)應(yīng)用”為邏輯主線重新梳理出自動(dòng)控制原理課程的58個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并通過(guò)課程組教師研討和調(diào)研學(xué)習(xí)，以MOOC知識(shí)點(diǎn)和該課程支撐的工程教育專業(yè)認(rèn)證中自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生畢業(yè)要求為目標(biāo)修訂課程大綱。同時(shí)，在課程大綱中明確校外學(xué)生的基礎(chǔ)性普適教學(xué)知識(shí)點(diǎn)范圍和校內(nèi)學(xué)生的拓展性拔尖教學(xué)知識(shí)點(diǎn)范圍，為課程組教師規(guī)范開(kāi)展自動(dòng)控制原理課程的混合式教學(xué)提供總體指導(dǎo)。

（二）開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂與引導(dǎo)式教學(xué)相融合的教學(xué)方式

在“自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念與組成、自動(dòng)控制性能要求”等知識(shí)點(diǎn)的課堂教學(xué)過(guò)程中，引用具體自動(dòng)控制工程系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)案例，以設(shè)疑的方式引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題的解決思路，然后再指引學(xué)生去不限于本校的MOOC 在線課程開(kāi)放平臺(tái)的對(duì)應(yīng)單元獲得更多的課外知識(shí)鏈接和具體講解，然后在MOOC網(wǎng)絡(luò)公共平臺(tái)上開(kāi)展線上討論與線下教師點(diǎn)評(píng)。此外，對(duì)于“控制系統(tǒng)根軌跡分析法”“控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與信號(hào)流圖”等某些相對(duì)獨(dú)立、完整的MOOC教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，考慮把這些知識(shí)點(diǎn)作為翻轉(zhuǎn)課堂的素材，要求學(xué)生在指定的時(shí)間內(nèi)完成在線學(xué)習(xí)，在確認(rèn)所有學(xué)生都完成了該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)后，再開(kāi)展圍繞這一知識(shí)點(diǎn)的課堂討論和頭腦風(fēng)暴活動(dòng)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)自由度，加深其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

（三）組建多專業(yè)教師混合的并行教學(xué)課程師資隊(duì)伍

江南大學(xué)的自動(dòng)控制原理課程除了在自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)設(shè)以外，在物聯(lián)網(wǎng)工程、計(jì)算科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程及其自動(dòng)化等專業(yè)也有類似課程開(kāi)設(shè)，教師分布在各個(gè)專業(yè)獨(dú)立教學(xué)。考慮到各專業(yè)對(duì)該課程知識(shí)點(diǎn)的側(cè)重點(diǎn)會(huì)有不同，線下教學(xué)依然以各專業(yè)教師為主，同時(shí)融合各專業(yè)教師組成MOOC課程建設(shè)師資隊(duì)伍開(kāi)展線上教學(xué)活動(dòng)。對(duì)于各專業(yè)都適用的知識(shí)點(diǎn)由MOOC在線課程教師進(jìn)行講解，專業(yè)教師線下點(diǎn)評(píng);對(duì)于各專業(yè)不同的知識(shí)點(diǎn)，先由專業(yè)教師獨(dú)立講解，然后所有專業(yè)學(xué)生都可以在MOOC課程公共平臺(tái)進(jìn)行研討，增加不同專業(yè)學(xué)生和教師間的互動(dòng)，從而構(gòu)建多位教師并行教學(xué)的課程師資隊(duì)伍。

（四）制定線上互評(píng)與線下考評(píng)融合的綜合評(píng)學(xué)方式

該課程改變單純以線下教育結(jié)果評(píng)價(jià)學(xué)生能力的評(píng)價(jià)方式，在面向校內(nèi)外全體學(xué)生的在線課程講授過(guò)程中，我們?cè)O(shè)置平時(shí)作業(yè)、單元測(cè)試、期末考試、互動(dòng)討論等教學(xué)環(huán)節(jié)，主要把MOOC在線課程的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)結(jié)果作為學(xué)生互評(píng)的基礎(chǔ)，實(shí)施在線激勵(lì)性措施，開(kāi)展互評(píng)互動(dòng)，互評(píng)結(jié)果作為校外學(xué)生學(xué)習(xí)的主要考核指標(biāo)，以及校內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)的階段性考評(píng)結(jié)果，并在最終的總分考核結(jié)果中適當(dāng)增加15%的在線學(xué)習(xí)成績(jī)比例以突出學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的評(píng)價(jià)，使學(xué)生意識(shí)到MOOC在線學(xué)習(xí)內(nèi)容與線下課堂講授內(nèi)容的同等重要性。同時(shí)，為保證校內(nèi)學(xué)生最終學(xué)習(xí)成績(jī)考核的公平性，線下的測(cè)試、討論和實(shí)踐等環(huán)節(jié)的考評(píng)結(jié)果將依然作為綜合評(píng)價(jià)校內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的重要環(huán)節(jié)。

（五）設(shè)計(jì)理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)融合的工程教育環(huán)節(jié)

考慮到自動(dòng)控制原理課程的授課對(duì)象主要是工科學(xué)生，這類學(xué)生在工程教育過(guò)程中非常重視動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)，但是校外學(xué)生受具體實(shí)驗(yàn)條件的限制，不能像校內(nèi)學(xué)生一樣開(kāi)展實(shí)物操作，因此本課程學(xué)習(xí)要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)控制仿真技能，依托MATLAB軟件，在MOOC在線教學(xué)環(huán)節(jié)中加入磁盤(pán)讀取系統(tǒng)、伺服電動(dòng)機(jī)等工程仿真案例分析，并利用線上教學(xué)與線下練習(xí)的課外時(shí)間針對(duì)這些工程對(duì)象進(jìn)行連續(xù)或離散建模、穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能分析和串聯(lián)滯后或超前校正的編程指導(dǎo)，從而讓學(xué)生通過(guò)仿真進(jìn)一步驗(yàn)證和深化所學(xué)的自動(dòng)控制理論，熟悉解決工程控制問(wèn)題的基本步驟。

自動(dòng)控制原理課程是江南大學(xué)首批卓越課程，經(jīng)過(guò)一定的建設(shè)實(shí)施課程取得了一定的實(shí)效，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.線上與線下學(xué)習(xí)資源相結(jié)合，提高了校內(nèi)外學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性與選擇性，現(xiàn)已有校內(nèi)學(xué)生300余人，校外學(xué)生近500人在中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)站進(jìn)行了學(xué)習(xí)。2.線上與線下教學(xué)相結(jié)合，增加了教師與學(xué)生間互動(dòng)交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，做到校內(nèi)學(xué)生及時(shí)答疑，校外學(xué)生網(wǎng)站答疑基本保證在48小時(shí)內(nèi)。3.線上與線下考核相結(jié)合，提升了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果與自學(xué)能力考評(píng)的全面性，校內(nèi)學(xué)生的成績(jī)優(yōu)良率提升了10%，不及格率降低了5%;校外學(xué)生完成所有課程知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)并合格的人數(shù)比例為2%，且還有持續(xù)提高的空間。

另外，該課程的混合式教學(xué)模式在實(shí)施過(guò)程中還存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步完善和探討，具體如下。

1.線上與線下混合教學(xué)的MOOC課程知識(shí)點(diǎn)與現(xiàn)有課程大綱中課堂教學(xué)知識(shí)點(diǎn)不一致，缺乏細(xì)化、精煉和模塊化改造，因此混合式教學(xué)的首要目標(biāo)是進(jìn)一步解決線上與線下教學(xué)活動(dòng)的銜接問(wèn)題，扭轉(zhuǎn)教師和學(xué)生的學(xué)習(xí)慣性思維。

2.解決線上教學(xué)內(nèi)容短而不深與線下教學(xué)內(nèi)容深而不廣的問(wèn)題，混合式教學(xué)方法改革需要根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的不同將講授式、問(wèn)題研討式、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式等多種教學(xué)方法合理融合，但在線上進(jìn)行項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的項(xiàng)目指導(dǎo)存在各種局限性，今后將考慮引入遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)教學(xué)方式。

3.混合式教學(xué)方式將不同專業(yè)背景的教師組成師資隊(duì)伍，解決了教師知識(shí)單一性的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了教師的時(shí)間和知識(shí)的互補(bǔ)，但面向大規(guī)模不同專業(yè)背景的在線學(xué)生和不同行業(yè)的工程問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)和解答時(shí)，有時(shí)需要集體討論，教師的混合式教學(xué)能力需進(jìn)一步提升。

4.混合式教學(xué)需加入學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的評(píng)學(xué)考評(píng)，可以初步解決線下考評(píng)與線上考評(píng)的綜合性評(píng)價(jià)問(wèn)題，但是對(duì)于線上考評(píng)成績(jī)的公平真實(shí)性問(wèn)題由于互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，目前尚未解決。

三、結(jié)束語(yǔ)

本次教學(xué)改革立足于江蘇省品牌江南大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)和自動(dòng)控制原理卓越課程優(yōu)勢(shì)，通過(guò)分析傳統(tǒng)課堂教學(xué)與MOOC在線教學(xué)模式的利弊，提出和探索了MOOC教育背景下自動(dòng)控制原理課程的混合式教學(xué)模式，探索了“線上-線下”信息融合的校內(nèi)外教學(xué)舉措。其主要特色和創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)為：面向“校內(nèi)-校外”不同基礎(chǔ)的學(xué)生需求，組建“專業(yè)內(nèi)-專業(yè)外”的專業(yè)師資隊(duì)伍，整合教學(xué)資源分配“課內(nèi)-課外”教學(xué)內(nèi)容，在MOOC背景下實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、多層次的自動(dòng)化人才培養(yǎng)的“線上-線下”混合式教學(xué)過(guò)程;兼顧公平性和全面性，突出自主學(xué)習(xí)、互動(dòng)研討和動(dòng)手實(shí)踐能力的評(píng)價(jià)，制定混合式教學(xué)模式下線上互評(píng)與線下考評(píng)融合的學(xué)生能力和學(xué)習(xí)過(guò)程的綜合評(píng)學(xué)機(jī)制。這些舉措對(duì)于促進(jìn)自動(dòng)化品牌專業(yè)建設(shè)、提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新性人才起到一定的促進(jìn)作用。同時(shí)該課程建設(shè)的MOOC在線學(xué)習(xí)課程立足于校內(nèi)，定位于江蘇省，目標(biāo)輻射向全國(guó)，為普及和提高社會(huì)公眾和學(xué)生的自動(dòng)化知識(shí)水平和技術(shù)技能做出一定的貢獻(xiàn)。本課程的混合式教學(xué)研究成果也可以推廣到類似專業(yè)的其他課程教學(xué)改革中去。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：陳 明]