自動(dòng)控制原理課程混合式教學(xué)模式改革研究

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.22.077

摘 要 隨著信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合，知識(shí)獲取與傳授方式發(fā)生顯著變化，軍隊(duì)院校迎來課程教學(xué)變革的重要契機(jī)。為了借助智慧教學(xué)的力量，以自動(dòng)控制原理課程為例，積極探尋混合式教學(xué)新模式，并結(jié)合實(shí)例探討混合式教學(xué)模式的具體應(yīng)用方法。實(shí)踐表明，本次教學(xué)改革進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)了教學(xué)效果，可以為專業(yè)背景類理論課程的智慧教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞 軍隊(duì)院校；智慧教學(xué)；自動(dòng)控制原理；混合式教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）22-00-04

0 引言

隨著MOOC、SPOC和動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)代教育已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)全新階段，利用“高質(zhì)量MOOC/SPOC課程+強(qiáng)大的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析+

在線平臺(tái)高效便捷的教學(xué)與管理功能”的智慧教學(xué)，為課程教學(xué)提供了新的契機(jī)。眾多教育者積極將智慧課堂融入課程建設(shè)實(shí)踐，有目的、有計(jì)劃地探索、體驗(yàn)、感悟、完善智慧化教學(xué)形式。初紅霞等[1]指出，將在線課程資源和在線教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用到課程教學(xué)中，需要先解決好混合式教學(xué)模式的問題?；旌鲜浇虒W(xué)模式是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式和傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的混合，不僅融合了二者的優(yōu)勢(shì)，而且可以通過優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)增效，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，教師在引導(dǎo)、啟發(fā)和監(jiān)管方面的教學(xué)主導(dǎo)作用也可以得到充分發(fā)揮。本文旨在以自動(dòng)控制原理課程教學(xué)為例，借助互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)課程資源、在線教學(xué)平臺(tái)、智慧教室、課程教師團(tuán)隊(duì)和多年課程教學(xué)積淀下來的成果和經(jīng)驗(yàn)，探索專業(yè)背景類理論課程的混合式教學(xué)模式。

1 混合式教學(xué)環(huán)境構(gòu)建

智慧教學(xué)環(huán)境可為實(shí)施混合式教學(xué)模式提供環(huán)境支撐，主要包含教學(xué)資源管理平臺(tái)和教學(xué)實(shí)施平臺(tái)兩部分[2]。教學(xué)資源管理平臺(tái)為教學(xué)視頻、數(shù)字化教材、多媒體課件、試題庫、動(dòng)態(tài)教學(xué)數(shù)據(jù)以及其他教學(xué)資源的承載平臺(tái)，并負(fù)責(zé)對(duì)它們進(jìn)行分類管理。教學(xué)資源管理平臺(tái)是施行智慧教學(xué)的基本支撐條件，比如陸軍工程大學(xué)（簡(jiǎn)稱“陸工”）在線課程管理平臺(tái)，就是教師課前進(jìn)行教學(xué)準(zhǔn)備和課后進(jìn)行教學(xué)分析使用的平臺(tái)。教學(xué)實(shí)施平臺(tái)包括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)服務(wù)平臺(tái)和各種移動(dòng)App學(xué)習(xí)平臺(tái)，教師主要借助它們進(jìn)行授課，開展與學(xué)生的互動(dòng)和交流，比如嘉課堂智慧教學(xué)終端平臺(tái)，它以陸工在線課程管理平臺(tái)承載的課程資源為支撐，教師可以借助它開展混合式教學(xué)活動(dòng)。

2 混合式教學(xué)模式構(gòu)建

2.1 混合式教學(xué)模式的概念

混合式教學(xué)由史密斯·J與艾勒特·馬西埃提出，是將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)理念與E-learning純技術(shù)學(xué)習(xí)理念相結(jié)合的產(chǎn)物。北京師范大學(xué)何克抗教授在國內(nèi)首先倡導(dǎo)混合式教學(xué)模式?；旌鲜浇虒W(xué)模式重視學(xué)生的主體地位和個(gè)性發(fā)展，強(qiáng)調(diào)教師要給予學(xué)生有針對(duì)性的教學(xué)指導(dǎo)，其目的在于運(yùn)用先進(jìn)的信息化教學(xué)手段為課程教學(xué)賦能增效，充分激發(fā)學(xué)生的智慧，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)向智慧化教學(xué)方向發(fā)展[2]。

2.2 混合式教學(xué)模式的基礎(chǔ)

混合式教學(xué)模式的構(gòu)建需要圍繞課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略進(jìn)行。

2.2.1 自動(dòng)控制原理課程教學(xué)目標(biāo)

該課程的教學(xué)目標(biāo)如下。

1）知識(shí)目標(biāo)：掌握自動(dòng)控制的基本理論和方

法，構(gòu)建自動(dòng)控制理論知識(shí)體系架構(gòu)。

2）能力目標(biāo)：能夠利用基本理論對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和綜合校正設(shè)計(jì)，為解決武器系統(tǒng)中的自動(dòng)控制系統(tǒng)問題奠定理論基礎(chǔ)。

3）素質(zhì)目標(biāo)：深刻領(lǐng)會(huì)控制的基本思想（系統(tǒng)思想、負(fù)反饋思想和動(dòng)態(tài)平衡思想等），初步樹立工程意識(shí)，構(gòu)建系統(tǒng)觀和全局觀，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)辯證思維和創(chuàng)新精神。

2.2.2 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的載體。汪學(xué)均等[3]將課程的教學(xué)內(nèi)容定義為學(xué)習(xí)知識(shí)、技能和行為經(jīng)驗(yàn)的總和。根據(jù)該文獻(xiàn)的分類方法，可將教學(xué)內(nèi)容分為理論性內(nèi)容（Theoretical Contents）和實(shí)踐性內(nèi)容（Practical Contents）兩個(gè)方面。

2.2.3 教學(xué)策略

汪學(xué)均等[3]指出，教學(xué)策略是以一定的教學(xué)觀念和教學(xué)理論為指導(dǎo)，為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和獲得預(yù)期教學(xué)效果而制定的教學(xué)總體方案。教學(xué)策略的制定要圍繞教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)、學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格與特點(diǎn)、教師的特長(zhǎng)與準(zhǔn)備、具體教學(xué)環(huán)境（教學(xué)設(shè)施、教學(xué)資源）是否具備相應(yīng)的條件進(jìn)行酌情考慮。教學(xué)策略的種類很多，有學(xué)者按照是否具有特殊性和個(gè)性化特征，將教學(xué)策略分為一般性教學(xué)策略和特殊性教學(xué)策略[4]。還有學(xué)者主張將教學(xué)策略分為方法型、內(nèi)容型、方式型和任務(wù)型四類。劉志華[5]則將教學(xué)策略分為替代性教學(xué)策略和生成性教學(xué)策略兩大類：在替代性教學(xué)策略（Substi-

tutive Instruction strategy）中，教師事先需將學(xué)生的認(rèn)知過程轉(zhuǎn)化為具體的教學(xué)資源和教學(xué)實(shí)施文件，然后按照人的認(rèn)知規(guī)律由淺入深、循序漸進(jìn)地傳授知識(shí)給學(xué)生，學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中被動(dòng)接受知識(shí)；在生成性教學(xué)策略（Generative In-struction Strategy）中，教師預(yù)先按照學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)的認(rèn)知過程設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)彼此關(guān)聯(lián)的小問題和小任務(wù)，并為其匹配合適的情境和資源，然后引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究，逐個(gè)解決問題和完成任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

2.3 混合式教學(xué)的基本模式

按照文獻(xiàn)[3]的思路，從教學(xué)內(nèi)容（理論和實(shí)踐）和教學(xué)策略（替代性和生成性）兩個(gè)維度，可生成四種線上線下混合式智慧教學(xué)模式，見表1。

2.4 混合式教學(xué)模式在自動(dòng)控制原理課程教學(xué)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

目前，陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中規(guī)劃的自動(dòng)控制原理課程授課學(xué)時(shí)為50學(xué)時(shí)，授課內(nèi)容為基本理論，因此適合采用TG和TS兩種混合式教學(xué)模式[5]。在此以教材第三章“控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法”中部分內(nèi)容為例，介紹TG和TS兩種混合式教學(xué)模式在該課程中的使用情況，見表2。

2.5 混合式教學(xué)模式實(shí)踐探索舉例

2.5.1 TS教學(xué)模式

TS教學(xué)模式在理論性強(qiáng)的課程教學(xué)中應(yīng)用最廣泛，在此以表2中的“典型輸入信號(hào)”知識(shí)點(diǎn)為例，對(duì)TS教學(xué)模式進(jìn)行介紹，如圖1所示。

1）課前階段，主要進(jìn)行學(xué)情分析、教學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、學(xué)習(xí)任務(wù)的發(fā)布。

①學(xué)情分析，包含教學(xué)對(duì)象分析、教學(xué)目標(biāo)分析、教學(xué)內(nèi)容分析和設(shè)備環(huán)境分析四個(gè)方面[6]。

教學(xué)對(duì)象分析：主要從學(xué)生原有知識(shí)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有認(rèn)知能力、情感、身心特征四個(gè)方面進(jìn)行分析。對(duì)于上述知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生在上課前尚未完成信號(hào)與系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)，對(duì)典型信號(hào)還比較陌生，但已具備所需的基礎(chǔ)知識(shí)與認(rèn)知能力，只是對(duì)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)才剛剛起步，雖然學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的意愿很強(qiáng)烈，但需要教師的引導(dǎo)和幫扶。

教學(xué)目標(biāo)分析：該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)主要為知識(shí)目標(biāo)，即要求學(xué)生掌握幾種常見信號(hào)的數(shù)學(xué)描述及其拉氏變換表達(dá)式，并能繪制其波形。

教學(xué)內(nèi)容分析：該知識(shí)點(diǎn)主要介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)的幾種常用輸入信號(hào)，內(nèi)容淺顯易懂，除了需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之外，不需要其他理論基礎(chǔ)，非常適合開展TS模式的教學(xué)。

設(shè)備環(huán)境分析：主要分析智慧教學(xué)所需的教學(xué)平臺(tái)和課程資源。該知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)需要學(xué)習(xí)任務(wù)單、教學(xué)視頻和測(cè)驗(yàn)題等教學(xué)資源，依靠陸工在線課程管理平臺(tái)和嘉課堂教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行授課[2]。

②教學(xué)設(shè)計(jì)。教師根據(jù)上一階段學(xué)情分析的結(jié)果制定合適的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，并著手準(zhǔn)備所需的教學(xué)資源，如預(yù)習(xí)視頻、精講課件、課堂測(cè)驗(yàn)題和作業(yè)內(nèi)容等。

③預(yù)習(xí)測(cè)評(píng)。教師按計(jì)劃發(fā)布課前預(yù)習(xí)任務(wù)，向?qū)W生推送預(yù)習(xí)視頻、課件和測(cè)驗(yàn)題等學(xué)習(xí)資源；學(xué)生在相應(yīng)時(shí)間截止點(diǎn)前完成預(yù)習(xí)和測(cè)試，并結(jié)合自身學(xué)習(xí)情況進(jìn)行提問和留言。

④綜合學(xué)情分析。教師利用智慧課堂信息平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析功能，查看學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、觀看預(yù)習(xí)視頻時(shí)出現(xiàn)回播的概率、任務(wù)完成情況、測(cè)試參與率和正確率，統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)錯(cuò)誤頻率較高的知識(shí)點(diǎn)，從學(xué)生角度出發(fā)，結(jié)合學(xué)生的信息反饋（提問、留言、交流）和自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)困惑的原因，尋找化解困惑的方法[7]。

⑤優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。教師結(jié)合前一階段綜合學(xué)情分析的結(jié)果，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

2）課中階段。課中階段包含情境導(dǎo)入、集中精講、投屏反饋、實(shí)時(shí)檢測(cè)、查看結(jié)果、總結(jié)提升等步驟。

①情境導(dǎo)入。在智慧教學(xué)中，由于有了課前線上導(dǎo)學(xué)的鋪墊和平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析的引導(dǎo)，教師對(duì)學(xué)情的掌握更加精準(zhǔn)全面，在進(jìn)行課堂教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)時(shí)手段更多樣，目的性和針對(duì)性更強(qiáng)[8]。例如，教師可以將學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中遇到的問題聚集起來，在課堂上通過投屏進(jìn)行集中展示，解決其中的普遍性問題，順勢(shì)導(dǎo)入新課內(nèi)容；也可將優(yōu)秀的預(yù)習(xí)成果拿來展示，激發(fā)學(xué)生的爭(zhēng)優(yōu)精神。

②實(shí)時(shí)檢測(cè)。相比于傳統(tǒng)課堂教學(xué)，教師在智慧課堂教學(xué)中借助平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析功能，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)學(xué)生在課堂內(nèi)的參與情況快速作出診斷，并依據(jù)它實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)預(yù)設(shè)；也可以通過平臺(tái)發(fā)布隨堂測(cè)試，實(shí)時(shí)檢測(cè)學(xué)生在課堂內(nèi)的學(xué)習(xí)效果；還可以及時(shí)收集學(xué)生的問題，了解學(xué)生心中的疑惑，全面、高效地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

③總結(jié)提升。與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比較，智慧教學(xué)可以開展針對(duì)性的總結(jié)提升。傳統(tǒng)課堂的總結(jié)常側(cè)重對(duì)知識(shí)的概括和重復(fù)，而智慧教學(xué)則可以根據(jù)多重?cái)?shù)據(jù)（平臺(tái)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果、課堂測(cè)驗(yàn)的結(jié)果和學(xué)生課堂反映的問題）快速找到學(xué)生心中的難點(diǎn)和疑點(diǎn)，并圍繞難點(diǎn)、疑點(diǎn)有針對(duì)性地進(jìn)行總結(jié)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)弱點(diǎn)的鞏固與強(qiáng)化和對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的進(jìn)一步提升。

3）課后階段。傳統(tǒng)的課后作業(yè)由教師統(tǒng)一布置，由于作業(yè)題內(nèi)容相同，無法有效制止學(xué)生的抄襲行為；由于學(xué)生需要等待很久才能得到上一次作業(yè)的批改反饋，存在時(shí)效性差的問題；在作業(yè)講評(píng)環(huán)節(jié)，教師主要針對(duì)共性問題進(jìn)行講解，無法兼顧個(gè)體的特殊需求。智慧教學(xué)則可以改變這一現(xiàn)狀：教師可以結(jié)合課前、課中的診斷數(shù)據(jù)為學(xué)生定制專屬作業(yè)或進(jìn)階作業(yè)，確保作業(yè)內(nèi)容的多樣性，這一舉措既可以減少抄襲行為，也可以幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺和拓展提升；教師通過智慧教學(xué)平臺(tái)可以及時(shí)發(fā)布作業(yè)反饋和講解視頻，對(duì)于存在非共性問題的學(xué)生也能給予及時(shí)指導(dǎo)，最大限度地保證了學(xué)習(xí)的時(shí)效性，并能兼顧每位學(xué)生的個(gè)體需求，確保教學(xué)的公平

性；教師也可以利用智慧教學(xué)平臺(tái)開展教學(xué)反思，對(duì)當(dāng)前的教學(xué)資源和效果進(jìn)行評(píng)估。

2.5.2 TG教學(xué)模式

在專業(yè)背景類理論課程教學(xué)中，除了TS教學(xué)模式之外，TG教學(xué)模式也是一種常用的混合式教學(xué)模式。在此以“時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)”知識(shí)點(diǎn)為例，介紹TG教學(xué)模式的具體實(shí)踐方法，如圖2所示。由于TG教學(xué)模式與TS教學(xué)模式的眾多步驟基本相同，在此主要介紹不同部分。

1）課前階段：學(xué)情分析。

①教學(xué)對(duì)象分析。在學(xué)習(xí)“時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)”之前，學(xué)生已經(jīng)完成教材第二章“控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模”的學(xué)習(xí)，對(duì)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有了一定程度的認(rèn)識(shí)。學(xué)習(xí)“基于微分方程的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)”使學(xué)生具備了利用微分方程求解系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的能力。學(xué)生對(duì)工程控制系統(tǒng)的宏觀性能要求有了感性上的認(rèn)識(shí)，理論基礎(chǔ)較好，但對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)還處于初級(jí)階段，理論分析能力尚未形成，實(shí)踐認(rèn)知能力弱。

②教學(xué)目標(biāo)分析，采用分類法和分層法。對(duì)于上述知識(shí)點(diǎn)，其教學(xué)目標(biāo)分為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)三類。知識(shí)目標(biāo)要求學(xué)生能夠掌握“時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)”的具體內(nèi)容，能力目標(biāo)要求學(xué)生具有思維分析能力（分類法和關(guān)鍵點(diǎn)法），素質(zhì)目標(biāo)要求學(xué)生體會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的重要性。能力目標(biāo)為第一層，知識(shí)目標(biāo)為第二層，素質(zhì)目標(biāo)為第三層。

③“時(shí)域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)”為描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的一套評(píng)價(jià)體系，該內(nèi)容需要將“控制系統(tǒng)的響應(yīng)”和“工程上對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求”二者結(jié)合進(jìn)行討論，確定體系中應(yīng)包含的指標(biāo)內(nèi)容，為后續(xù)一階、二階乃至高階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)建立一套科學(xué)合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該知識(shí)點(diǎn)難度適中，是學(xué)習(xí)第三章重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)的基礎(chǔ)。該知識(shí)點(diǎn)中蘊(yùn)含的標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、分類討論和抓關(guān)鍵點(diǎn)分析問題的思維方法，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活具有重要的指導(dǎo)作用，適合采取TG模式開展探究學(xué)習(xí)。

2）課中階段：組織探究。智慧教學(xué)平臺(tái)有很多智慧功能，比如搶答、選人和小組討論等，因此，可以充分利用其功能組織探究式教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂。對(duì)于上述知識(shí)點(diǎn)，可以在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，從討論結(jié)果中選取代表性觀點(diǎn)在課堂內(nèi)開展小組討論，從“如何對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)”的問題出發(fā)，在假設(shè)初始條件為零和單位階躍信號(hào)激勵(lì)條件下，通過小組討論確定建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基本思路和指標(biāo)體系中的具體指標(biāo)內(nèi)容，最后組織學(xué)生表達(dá)與交流學(xué)習(xí)感悟。

3 結(jié)束語

以自動(dòng)控制原理課程為試驗(yàn)田積極開展混合式教學(xué)模式改革研究，是課程組主動(dòng)迎接當(dāng)代教育發(fā)展新形勢(shì)的具體舉措，是課程教學(xué)質(zhì)量向高階發(fā)展的必由之路。在軍隊(duì)院校這樣一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境中進(jìn)行混合式教學(xué)，與地方高等院校相比既有共性又有個(gè)性，需要廣大教師和教學(xué)管理者共同探索適合軍隊(duì)院校教學(xué)的新方法和新舉措，通過實(shí)踐使混合式教學(xué)模式逐漸在軍隊(duì)院校落地，逐步積累經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)軍隊(duì)院校教育與時(shí)代教育發(fā)展脈搏的同頻共振。

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作者簡(jiǎn)介：毛瓊，通信作者，講師；席雷平，副教授；霍曉燕、劉杰，講師。