雙一流建設(shè)下《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

邵璇 張禮慧 高俊山

摘 ?要：闡述“混合式”教學(xué)模式的起源。從不同的視角，對(duì)實(shí)施“混合式”教學(xué)外部教學(xué)環(huán)境的可行性進(jìn)行分析。從四個(gè)方面，論述《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程混合式教學(xué)方案設(shè)計(jì);討論《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程混合式教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)4項(xiàng)內(nèi)容，探討混合式教學(xué)模式運(yùn)行方式及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);Mooc課;現(xiàn)代控制理論;教學(xué)設(shè)計(jì);高等教育

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2019）22-0107-03

Abstract： Explain the origin of the "mixed" teaching model.From different perspectives， the feasibility of implementing the "mixed" teaching mode of the external teaching environment is analyzed.From four aspects， the design of the mixed teaching scheme of the course "The Foundation of Modern Control Theory"; Discuss the four contents of the connotation construction of the mixed teaching mode of the course "The Foundation of Modern Control Theory".Exploring the operation mode of the hybrid teaching mode and evaluation criteria and indicators.

Keywords： Mixed teaching model; Mooc class; modern control theory; instructional design; higher education

前言

2001年，美國(guó)教育學(xué)家馬克·普倫斯基（MARc Prensky）提出“數(shù)字土著”和“數(shù)字移民”概念[1]?！皵?shù)字土著”是指出生在上世紀(jì)80年代之后、在數(shù)字環(huán)境下成長(zhǎng)、可熟練地操作電腦的一個(gè)特定青年群體?！皵?shù)字移民”是指生于上世紀(jì)80年代（網(wǎng)絡(luò)時(shí)代）之前，靠后天學(xué)習(xí)融入數(shù)字化生活，習(xí)慣于文本閱讀的中老年群體。當(dāng)下大學(xué)生基本為90后出生，正是“數(shù)字土著”一族，習(xí)慣屏幕閱讀，數(shù)字化是從小就開(kāi)始的生存方式。在這樣的生源背景下，催生出混合式教學(xué)模式的現(xiàn)代大學(xué)教學(xué)方式，此種教學(xué)模式充分體現(xiàn)大學(xué)教學(xué)環(huán)境的與時(shí)俱進(jìn)，體現(xiàn)教學(xué)手段的新與舊、傳統(tǒng)與創(chuàng)新、技術(shù)與人文等元素之間的深度融合，是一種將“課堂教學(xué)+網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”相結(jié)合構(gòu)成的教學(xué)環(huán)境，是“線下+線上”兩種教學(xué)方式的有機(jī)整合[2]。混合式教學(xué)作為信息技術(shù)與現(xiàn)代教學(xué)手段深度融合的有效載體，綜合運(yùn)用不同教學(xué)理論、不同技術(shù)與手段、不同應(yīng)用方式，匯聚“統(tǒng)一授課制的教學(xué)優(yōu)勢(shì)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的個(gè)性化特質(zhì)”為一體，成為教師教學(xué)的一種新形態(tài)而備受推崇。

一、實(shí)施“混合式”教學(xué)外部教學(xué)環(huán)境可行性分析

（一）國(guó)家政策大力支撐高等教育信息化教學(xué)的改革

2016年，教育部公布《教育信息化“十三五”規(guī)劃》，提出“積極組織推進(jìn)多種形式的信息化教學(xué)活動(dòng)，鼓勵(lì)教師利用信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式，推動(dòng)形成‘課堂用、經(jīng)常用、普遍用’的信息化教學(xué)新常態(tài)。”[3]以信息技術(shù)引領(lǐng)高等教育現(xiàn)代化，信息技術(shù)在高等教育教學(xué)中的應(yīng)用正在迎來(lái)教師“互動(dòng)+課堂”教學(xué)模式，同時(shí)，對(duì)教學(xué)的組織者和管理者將帶來(lái)深刻影響。

（二）信息技術(shù)與高等教育的深度融合成就“混合式”教學(xué)模式

隨著國(guó)家“十二五”發(fā)展規(guī)劃的勝利完成，我國(guó)高等教育信息化工作取得顯著的進(jìn)展，網(wǎng)絡(luò)校校通、資源班班通、空間人人通及教育資源服務(wù)平臺(tái)和教育管理服務(wù)平臺(tái)的建成，快速推進(jìn)“三通兩平臺(tái)”[4]的應(yīng)用，此項(xiàng)工程的完成為高等教育實(shí)施“混合式”教學(xué)模式提供了堅(jiān)實(shí)技術(shù)支撐，同時(shí)，催生師生信息技術(shù)應(yīng)用能力的不斷提升。

（三）師生信息技術(shù)應(yīng)用能力提升是實(shí)施“混合式”教學(xué)模式基礎(chǔ)

高等教育有效的教學(xué)是將技術(shù)知識(shí)、學(xué)科知識(shí)、教學(xué)法知識(shí)相互作用形成三者之間的有機(jī)結(jié)合?，F(xiàn)代的生源是“數(shù)字土著”，生長(zhǎng)在一個(gè)數(shù)字包圍的時(shí)代，習(xí)慣使用信息技術(shù)進(jìn)行信息交流和人際互動(dòng)。大部分教師屬于“數(shù)字移民”，后天學(xué)習(xí)融入數(shù)字化生活，具備網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能力。

（四）開(kāi)展混合式教學(xué)的理論依據(jù)

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，學(xué)生面臨需掌握的知識(shí)量超載且知識(shí)碎片化兩大問(wèn)題，為此，王竹立教授提出了選擇原則和零存整取學(xué)習(xí)策略的新建構(gòu)主義教學(xué)法[5]：根據(jù)個(gè)人興趣和問(wèn)題解決需要，選擇相關(guān)的信息與知識(shí)，采用零存整取式策略進(jìn)行學(xué)習(xí)，建立起個(gè)性化知識(shí)體系?；诖?，建立混合式教學(xué)模式：課下，學(xué)生在網(wǎng)上靈活自主學(xué)習(xí)，課上，師生分享與交流，開(kāi)展協(xié)作與探究，在教師引導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的加工與整合，解決復(fù)雜的工程問(wèn)題，將知識(shí)引入更深更廣，實(shí)現(xiàn)知識(shí)創(chuàng)新，課后，總結(jié)、反思、答疑、討論、私聊，師生間、生生間開(kāi)展更深入互動(dòng)。

二、《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

控制理論作為最為活躍的學(xué)科之一，歷經(jīng)三個(gè)階段的發(fā)展：經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、智能控制理論，設(shè)計(jì)思想已在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代控制理論在控制理論中占有重要的承前啟后地位。

（一）教學(xué)理念的確定

本課程教學(xué)秉承“開(kāi)放式”、“以人為本”的教育理念。把重視學(xué)生，尊重學(xué)生，提升學(xué)生的精神貫注于本課程教學(xué)全過(guò)程中，注重學(xué)生現(xiàn)階段需要和未來(lái)發(fā)展需求。經(jīng)本課程教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，注重開(kāi)發(fā)學(xué)生自身的潛能，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身的價(jià)值，并致力于培養(yǎng)學(xué)生的自尊、自信、自愛(ài)、自立、自強(qiáng)意識(shí)，不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。充分尊重每一位學(xué)生的主體地位，“教師教”始終圍繞“學(xué)生學(xué)”開(kāi)展，以點(diǎn)撥、啟發(fā)、引導(dǎo)、開(kāi)發(fā)和訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)造力才能為基本教學(xué)目標(biāo)。

（二）教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程是自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)課，針對(duì)現(xiàn)代控制學(xué)科的內(nèi)涵，以最低限度的數(shù)學(xué)工具（線性代數(shù)）和恰當(dāng)?shù)奈锢頊\釋，全面、系統(tǒng)、深入淺出地講授現(xiàn)代控制系統(tǒng)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型建立方法、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能控性、能觀測(cè)性及穩(wěn)定性等特性、狀態(tài)變量及系統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)和最優(yōu)設(shè)計(jì)、觀測(cè)器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等知識(shí)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代控制理論的基本概念、原理、模型、表示方法、控制與優(yōu)化方法等用于分析、解決自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題（畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.4）;能夠運(yùn)用現(xiàn)代控制理論的相關(guān)概念和專業(yè)術(shù)語(yǔ)，對(duì)控制系統(tǒng)的特性進(jìn)行正確的描述、分析（畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1），具備運(yùn)用微分方程、狀態(tài)向量方程、矩陣、狀態(tài)空間模型等理論和方法對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域復(fù)雜工程對(duì)象進(jìn)行建模、分析和設(shè)計(jì)的能力（畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2），能夠識(shí)別自動(dòng)化領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問(wèn)題，正確運(yùn)用物理規(guī)律和數(shù)學(xué)方法建立狀態(tài)空間模型（畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.3）;并能夠熟練運(yùn)用自動(dòng)化專業(yè)術(shù)語(yǔ)就自動(dòng)化工程控制問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效的交流與溝通（畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)10.2）。

（三）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本課程教學(xué)內(nèi)容主要涉及狀態(tài)空間模型建立及求解、控制系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特性（能控性、能觀測(cè)性及穩(wěn)定性）及最優(yōu)設(shè)計(jì)、狀態(tài)變量及系統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)和最優(yōu)設(shè)計(jì)、基于MATLAB觀測(cè)器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等知識(shí)內(nèi)容。

（四）教學(xué)方法與手段選擇

教學(xué)方法：依據(jù)《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生特點(diǎn)，綜合運(yùn)用啟發(fā)式、研討式、過(guò)程導(dǎo)向式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式等教學(xué)方法組織教學(xué)。特別注意結(jié)合典型案例進(jìn)行教學(xué)，營(yíng)造良好的專業(yè)氛圍，使學(xué)生在接受專業(yè)課程教育的同時(shí)，受到工程實(shí)踐教育。

教學(xué)手段：在保留傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，為取得更好的教學(xué)效果，采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，積極引進(jìn)現(xiàn)代教育技術(shù)，采用多媒體現(xiàn)代教學(xué)手段。采用“線上+線下+實(shí)驗(yàn)”的混合式教學(xué)模式，課堂教學(xué)時(shí)數(shù)3/5，線上課時(shí)數(shù)1/5，實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)1/5（暫定）。

三、《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程混合式教學(xué)模式內(nèi)涵建設(shè)

（一）《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》網(wǎng)上平臺(tái)建設(shè)

網(wǎng)課教學(xué)平臺(tái)是混合式教學(xué)模式的基礎(chǔ)保障，依賴于校園信息化建設(shè)。我校建有智慧樹(shù)（網(wǎng)課）平臺(tái)，本課程充分利用學(xué)校網(wǎng)課平臺(tái)，在此平臺(tái)上構(gòu)建《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》網(wǎng)課平臺(tái)。構(gòu)建實(shí)時(shí)課堂直播（錄播）和先進(jìn)電子雙板教學(xué)系統(tǒng)的“全時(shí)域，全地域”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，構(gòu)建教師教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)的“一體化”服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源和服務(wù)“一體化”云端集成式管理的硬件系統(tǒng)和環(huán)境建設(shè)。

（二）《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》網(wǎng)上平臺(tái)內(nèi)容設(shè)計(jì)

1. 教學(xué)視頻

教學(xué)視頻以西北工業(yè)大學(xué)郭建國(guó)教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)制作的教學(xué)軟件為基礎(chǔ)，配合本課程教師的講解視頻（45分鐘X8次=360分鐘）。主要技術(shù)指標(biāo)：H.264編碼、MP4格式，分辨率720P，時(shí)長(zhǎng)45分鐘。因視頻較長(zhǎng)，在視頻制作中，為避免學(xué)生拖拉視頻，快速播放，設(shè)計(jì)了視頻彈題，保證學(xué)生全程參與。

2. 教學(xué)資料

教學(xué)資料主要有每個(gè)教學(xué)單元的PPT課件、PDF電子教案、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教學(xué)設(shè)計(jì)、電子版教材及參考文獻(xiàn)及鏈接網(wǎng)址等。

3. 單元測(cè)試與作業(yè)

每個(gè)教學(xué)單元學(xué)習(xí)結(jié)束后，配有單元測(cè)試題目，主要由選擇題、判斷題、填空題、計(jì)算題等構(gòu)成（10%），對(duì)于客觀題平臺(tái)自動(dòng)判分，計(jì)算題等由教師批改。

單元作業(yè)由控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模及求解題、控制系統(tǒng)內(nèi)部特性及優(yōu)化設(shè)計(jì)題目、綜合設(shè)計(jì)題目等組成。要求7天內(nèi)完成并提交作業(yè)。采用學(xué)生互評(píng)后教師復(fù)查的批改方式，并給出最終成績(jī)，計(jì)入學(xué)生的平時(shí)成績(jī)（20%）。

（三）課堂講授與討論

線下討論是彌補(bǔ)線上討論不足的重要舉措，每個(gè)單元安排2-3次課堂講授與討論課，講授內(nèi)容、討論的題目由教師根據(jù)學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)、測(cè)試及作業(yè)完成情況設(shè)定，對(duì)于大多數(shù)學(xué)生共同感興趣或有疑問(wèn)的問(wèn)題，學(xué)生匯總到班長(zhǎng)處統(tǒng)一提交給教師，可作為候選內(nèi)容或題目。討論題提前公布在網(wǎng)上，學(xué)生可提前準(zhǔn)備，查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，還可以讓學(xué)生在線預(yù)熱，制作幾分鐘的PPT，屆時(shí)課堂討論會(huì)熱烈，避免冷場(chǎng)。教師根據(jù)學(xué)生發(fā)言表現(xiàn)給出每個(gè)學(xué)生的成績(jī)，計(jì)入平時(shí)成績(jī)（10%）。

（四）期末考試方式

由于目前條件還不成熟，期末考試仍沿用傳統(tǒng)的考試方式，即：紙質(zhì)課堂測(cè)試（60%）。本課程最終成績(jī)由網(wǎng)上單元測(cè)驗(yàn)、作業(yè)、課上討論和期末考試組成，其中單元測(cè)驗(yàn)占10%，單元作業(yè)占20%，課上討論占10%，期末考試占60%。

四、《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》混合式教學(xué)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)

混合式教學(xué)沒(méi)有規(guī)定的模式，如何操作由課程負(fù)責(zé)人自由選擇，經(jīng)本課程組研究分析后，制定《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》混合式教學(xué)運(yùn)行方式如下：課前，學(xué)生同步學(xué)習(xí)網(wǎng)課（部分內(nèi)容上網(wǎng)）：觀看視頻、參與討論、完成單元測(cè)試和作業(yè)。學(xué)生需向任課教師提供網(wǎng)課學(xué)習(xí)成果截屏，教師以此給出成績(jī);課上，教師結(jié)合網(wǎng)課學(xué)習(xí)內(nèi)容，組織課內(nèi)教學(xué)與討論題目，學(xué)生必須參加課內(nèi)學(xué)習(xí);課后，教師和學(xué)生都要及時(shí)總結(jié)反思。

五、《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》混合式教學(xué)課程評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

混合式教學(xué)模式是一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的兩部分，側(cè)重網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的評(píng)價(jià)，特制定表1評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)。

六、結(jié)束語(yǔ)

《現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)》課程采用“線上+線下”混合式教學(xué)模式教學(xué)，既可發(fā)揮教師在教學(xué)活動(dòng)中的引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控的主導(dǎo)作用，又將促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、自覺(jué)性，將傳統(tǒng)“面對(duì)面”課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合，可獲得令人欣喜教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]林妮·施倫普.課程領(lǐng)導(dǎo)者與教育技術(shù)[M].華東師范大學(xué)出版社，2015.

[2]劉錦，安珍珍，徐麗芳.MOOC用戶使用意愿影響因素實(shí)證研究[J].高等教育研究，2015（11）：69-76.

[3]教育部.教育信息化“十三五”規(guī)劃[教技〔2016〕2號(hào)][S].2016-6.

[4]蔣東興，吳海燕，袁芳.“三通兩平臺(tái)”建設(shè)內(nèi)容與實(shí)施模式分析[J].中國(guó)教育信息化，2014，318（03）：7-10.

[5]王竹立.新建構(gòu)主義教學(xué)法初探[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2014（05）：5-11.