独立学院“自动控制原理”课程教学改革_徐文.pdf

第 45 卷第 3 期2023 年 6 月电气电子教学学报Journal of Electrical and Electronic EducationVol 45No 3Jun 2023收稿日期:2021-10-23;修回日期:2022-03-20基金项目:四川大学锦江学院校级一流课程第一作者:徐文(1992)，女，硕士，讲师，主要从事“自动控制原理”课程的教学和图像处理、人工智能领域的研究工作，E-mail:scuxuwen sina com独立学院“自动控制原理”课程教学改革徐文田巧玉雷毅龙廖均梅(四川大学锦江学院 电气与电子信息工程学院，眉山 620860)摘要:介绍混合教学模式在应用型独立学院教学中的特点，以“自动控制原理”课程为示例，针对传统课堂教学现状中存在的问题，从教学形式，教学内容，教学设计，评价体系等方面提出了教学改革的思路。基于独立学院培养应用型人才的目标，开展混合式教学，其主要的作用是在“自动控制原理”课程实践中引导学生主动解决问题，互动探讨问题，深刻认识问题，改进教学效果的同时提升师生能力。关键词:应用型;独立学院;混合教学;自动控制原理;教学改革中图分类号:G426文献标识码:A文章编号:1008-0686(2023)03-0030-05Discussion on Blended Teaching eform of Automatic ControlPrinciple Course in Applied Independent CollegeXU WenTIAN QiaoyuLEI YilongLIAO Junmei(School of Electrical and Electronic Information Engineering，Sichuan University Jinjiang College，Meishan 620860，China)Abstract:This paper introduces the characteristics of blended teaching in the application-oriented college Taking the course ofPrinciples of Automatic Control as an example，aiming at the problems existing in the current situation of traditional classroomteaching，this paper puts forward the ideas of teaching reform from the aspects of teaching form，teaching content，teaching de-sign，evaluation system，etc Based on the goal of cultivating application-oriented talents in independent colleges，the blendedteaching mode has played a positive role in improving the teaching effect and enhancing the ability of teachers and students byguiding students to actively solve problems，interactively discuss the problem and get a deep understanding of the problem in thepractice of Automatic Control Principle CourseKeywords:applied;independent college;blended learning;principles of automatic control;educational reform知识经济的诞生和知识产业的发展提高了高等教育的地位，扩大了高等教育的规模。知识经济和知识经济产业的不断发展对知识劳动力的需求程度逐步上升，我国高等教育服务长期供不应求，供需处于失衡状态，为适应高校多元化办学制度改革，独立学院应运而生。二级型学院依托母体公立大学优质的教学资源，积极培养素质实践一体的应用型社会技术人才。独立学院旨在培养社会应用型人才，对比与研究型大学学术性人才的培养，独立学院更注重“务实致用”，知行合一，教育和劳动实践相结合的人才培养模式1。近年来独立学院重视对特色专业的培养，基础专业的转型受限，表现在基础专业课程内容上沿袭母体高校，课程知识重复和老化，因人设课的情形严重，新知识的传授难以实现。课程设置缺乏专业性和创新性，课程内容也缺乏实践性。“自动控制原理”课程是自动化专业的基础理论课，也是其他相关专业的基础理论课，目前开设该课程的专业还有计算机、电子信息以及检测技术等专业。课程主要讲授自动控制系统的基本组成和结构、自动控制系统的性能指标、自动控制系统的类型(连续、离散、线性、非线性等)及特点、自动控制系统的分析(时域法、频域法等)等共 64 课时，实践 16 课时，课程内容丰富，但较抽象，理论内容复杂，理论和实践融合困难，导致学生毕业之后在其工作岗位上难以学以致用。四川大学锦江学院学生就业区域主要分布在西南地区，其中电气类就业岗位相对集中，其余学生就业分布在互联网、信息、智能建筑以及轨道交通行业。这类岗位不仅需要学生具有扎实的基础理论知识，更要求学生自身要具备一定的创新能力，培养的学生应属于应用型技术专门人才。学院依据学生就业实情，就“自动控制原理”专业基础课程提出改革思考，响应教育部新工科培养要求，进一步探索教学改革。2019 年底随着全球新冠疫情的爆发，高校教学逐步进入混合式线上线下教育改革。混合式教学模式于 1982 年出现在美国教育领域，自 2001 年之后，开启了开放式课程运动2。我国混合式教学活动开启较晚，以“教师讲评+翻转课堂式教学+微课+慕课”、线上与线下相结合等模式为主3，教学活动的改革意义重大，为适应时代教育要求，高校在课程内容的改革中也需要遵循“淘汰水课，打造金课”的原则。1线上线下混合教学模式混合式教学是将线下传统式教学方式和线上慕课资源结合式的教学模型，混合式教学没有固定的统一形式，对于线上教学平台的选择具有多样性，将学习的形式从传统的线下课堂式教学，转变为结合线上的学习的形式，充分利用线上丰富的教学资源，提高学生学习的主动性，调动起学习的积极性。目前，慕课学习平台作为国内最大的自主性线上学习平台，具有丰富的课程资源，包括各大高校的精品课程视频，线上作业，测试答疑讨论等4，相对于传统的教师讲解，学生可以利用课前和课后的时间，基于问题式的学习方法充分利用慕课资源，对专业知识点进行理解，教师通过课堂上讨论课前布置的问题，通过翻转课堂，学生和教师参与到整个讨论中，教师充分解答学生课前问题，并深入讲解分析专业知识点，提升学习深度，完整地实现授教解惑。超星又名“学习通”，也是线上学习资源整合平台，超星得益于其建设课程的简易性，内置大量教学资源，可实现分组学习、在线视频学习、教学互动、在 线 作 业、在 线 考 试、各 种 统 计 分 析 等 功能5 6，学校和教师可以线上统一管理学生的考勤签到与课后讨论等活动，在课堂辅助教学方面有不错的评价。基于上述平台的优势及资源特色，学院依托于两大线上教学平台的优势，在“自动控制原理”这门课程的混合教学模式线上教学改革中，选择慕课中的高校精品课程作为学生课前学习的辅助资源，超星平台作为课堂中辅助教学手段，开展混合式教学实践，将学生自主性学习和教师在课堂中讲解、解答学生问题相结合，通过配套实践性课程，达成学生知行和合一的人才培养目标。2基于新工科混合式教学模式研究2 1优化课程资源“自动控制原理”的传统课堂教学，主要以纯理论讲解为主，结合公式推导，再到实际系统分析。整体教学侧重于教师的讲授，知识传授范围受限于单个教师固有的知识体系。讲授内容难以融合当前工业界实际主流系统的先进科学技术，没有完全做到优质资源的整合。学院基于新工科型混合式教学模式理念，旨在培养能深度且独立思考的学生。以 OBE(成果导向教育)理念为指导，应更注重线上资源的优化。教师在课前依据教学内容，根据知识点的难易程度，将基础的简单易懂的知识点通过超星平台，录制成小视频，上传到学习资料库，供学生自主学习。并且根据教学内容背景，例如讲解伺服系统章节，选取军事领域中伺服系统运用实例相关的视频资料作为学生的课前参考资料，引入课程思政元素。在此之后选取章节中具有代表性、启发性的问题，通过超星平台设置，发布为学生准备的课前任务，督促学生学习。备课阶段充分利用优质线上平台，在拓展丰富参考资源的同时，上传与课程相关的典型例题解析，能有效帮助学生在完成课后作业的同时，快速查阅参考其他的内容解析资源，解决所面临的问题。目前学院利用慕课和超星平台建立了高校之间的自动控制课程论坛，联合母校教师和独立学院教师在两大平台上定时定点解决学生提出的问题，也促进了多校学生之间的交流。超星平台丰富的资源库能链接到慕课，在课程内容改革上，鼓励学生观看更具深度和拓展性的慕课内容讲解。此外，将理论课程的实践引入课后创新课堂。2 2实际课堂教学设计基于学习目标的混合授课模式，是一种“学”和“习”的混合性模型，表 1 所示为在 2021 年 9 月开展的“自动控制原理”中传递函数7 的45 min 混合教学设计，展示了各阶段学生和教师的需要完成的任务和活动。2 3混合式课堂教学设计分析独立学院课程教学中，教师的工作更多是“探囊取物”的过程，课堂从教师主导过渡到教师引导，课前的任务学习过程中，学生已储备了本章节课程的相关知识，但是学生此时的认识是不全面的，通过课13第 3 期徐文，等:独立学院“自动控制原理”课程教学改革索表 1基于混合式教学的传递函数章节任务设计阶段任务学生教师时间分配学习方式课前1 观看慕课视频了解“传递函数”的定义2 思考问题:“系统若能够建立传递函数，必须满足什么条件?”3 自主学习中记录自己疑惑的问题1 制作“传递函数”定义小视频发布，列举讲解一些基本的系统例如 C 一阶惯性系统。2 布置课前习题“非线性时变系统能不能建立其传递函数?”3 准备课堂讲授内容和值得深入讨论的问题。20 min线上10 min线下5 min线下课中1 认真听讲2 回答课前任务给出的问题“系统若能够建立传递函数，必须满足什么条件”1 通过建立系统时域中动态微分方程，分析讲解拉普拉斯变换和反变换，基于微分方程描述系统动态性能的不足引入传递函数概念。2 讲解传递函数的性质，提问课前问题，检测学生是否完成布置任务，进一步巩固知识点。10 min线下2 课堂练习，巩固课程内容2 讲解“线性定常系统”的定义，以及“非线性时变系统”的定义。5 min线下3 认真听课，解决疑惑3 配合课程资源视频，举例讲解:线性定常系统线性时变系统非线性定常系统非线性时变系统5 min线下4 认真听讲，适当课堂讨论，分享自己的观点4 重点分析一阶系统传递函数模型的建立，并使用 Matlab 仿真演示。15 min线下5 课堂测试5 巩固传递函数的概念及特性。5 min6 认真听讲回顾课程内容。6 主持课堂讨论总结，超星平台发起讨论活动，提出延展性的问题。5 min线下小组课后1 完成传递函数章节作业1 问题答疑60 min2 再次观看知识点小视频理解课程内容2 批改作业20 30min3 选取一个已知系统建立其传递函数3 制作发布 Matlab 仿真视频。30 min线下自主中设置问题解答环节，能够让学生解决困惑，并通过仿真平台展示，能有效巩固加深学生对于知识点的理解。专业课程课堂教学活动的重点在于教师讲授和引导学生讨论，讨论主要以两种形式 “学生小组内讨论”和“教师引导的课堂讨论”展开，对于专业课程内容讲授控制讨论时间在 5 min 以内，根据学生掌握情况选取不同的讨论形式。对于学生比较模糊的知识点选取小组讨论形式，对于学生熟悉的知识点可选择教师引导式课堂讨论。小组讨论中学生提出自己在线下学习中的疑惑，将问题集中整理出来，教师也可从小组整理的问题中发现大部分学生所疑惑的知识点，并逐一进行讲解。教师引导全体讨论环节旨在扩展学生的思考范围，教师和学生都记录小组和小组之间提出的不同的问题，并做相互解答，讨论的形式多样，借助于超星平台的“提问抢答”活动，充分调动学生积极性，组织学生参与到课堂讨论中，再由教师评定学生的回答是否正确，有针对性地解答课程内容的重难点。此后的课程阶段进入课堂练习和巩固延伸，加深学生的理解和记忆，也能考查学生掌握的能力，并能将讲授内容的深度再次延拓，提出更具深度的讨论问题。课堂问题的设计不能过于简单，也不能通过教材查阅，必须是与实践相结合性的问题，有意识地调动学生课后完成实践任务，锻炼学生理论和实践相结合的能力。独立学院课程时间安排紧密，学生基本在实践课上能完成理论模型的仿真，但实践课程课时逐年变少，只能有效利用学生课后的作业时间，不断地提升自主实践的能力。线上线下混合式的教学模式中，基于慕课和超星平台丰富的学习活动，有效地将学生组织成学习群的模式，在学习群中可以集中解决问题，交流自23电气电子教学学报第 45 卷己的学习经验。平台实时作业批改和测试评分考核都能让学生和教师快速掌握学习的进度，考查教学效果，线上教学平台已逐渐成为学生和教师交互交流的有效手段和重要的互动工具。3混合式教学方法评价改革3 1考评体系特征分析基于信息化教学的专业课课堂，相对于传统的课堂有一些明显的特征，教学形式从讲授式转变为线上线下混合式教学，课堂也逐渐从教师主持转变为教师辅助，线上的学习转变为必备的课程环节，线下的教育也更是对于线上知识点问题的解析和延展。相关考评体系的改革也是值得探讨的问题。考评体系需要从多维度对学生进行学习成果的考评，考评的持续时间较长，对于每个环节应有不同的考评权重，本文就独立学院的教师教学和学生情况，对考评体系大致分为两大环节的过程考评 理论和实践考评。每种考评环节都应该涵盖线上线下课程目标的实现，课程任务的完成，以及课程效果的评价。3 2理论考评环节“自动控制原理”课程考核的目的是为了解学生对控制方法的掌握情况，传统的考核方式以平时成绩(40%)+期末成绩(60%)的形式，严格按照教学大纲中的考核环节执行，四川大学锦江学院在未执行混合式教学方式的改革之前一直延续理论环节的考核形式和考核权重。经过两学期的混合式教学，我们逐渐意识到，在平时成绩的考核中不仅要注重课前的签到，课中的活动参与，以及课后的习题任务的完成，还要关注学生的课前和课后线上活动的考评。混合教学模式的课前活动需要学生借助慕课和超星平台进行课程或知识点小视频的学习，四川大学锦江学院目前属于四川地区国家 985 高校的二级独立学院，在慕课资源的共享上充分利用了平台的优势，独立学院的学生和母体学校的学生一起注册慕课平台参与活动，学生的详细活动数据，例如参与课前课后讨论的数据或是学生互助回答问题的数据都能有效地呈现在慕课的后台，所以对于平时成绩中线上环节的考评，我们更多地参考相关学习平台的后台数据来作评价，但是不免会出现“刷题，刷分”情形，所以会适当调整所占比例。对于慕课和超星平台的活动数据选择占比平时成绩中的 30%，另外的部分由 40%的作业占比和 10%的签到占比以及 20%的课堂活动参与构成。期末成绩的考评仍坚持考试方式，基于“自动控制原理”课程性质，期末考试方式严格按照教学大纲执行，只是在试卷版块设计阶段，适当地增加更多的系统性的题目，不再是传统的题型，系统性的题目能有助于学生增强知识内化及应用的能力。经过混合式教学改革之后，考核方式占比继续沿用之前的比例，平时成绩(40%)+期末成绩(60%)，但在平时成绩环节增加了平台学习的活动数据考核，占平时总成绩的 30%，增加了学生平时成绩的考核的多样性，充分调动学生线上学习的主动性。3 3实践考评环节实践教学环节是应用型独立院校的特色，四川大学锦江学院的“自动控制原理”实践环节主要以Matlab/Multisim虚拟仿真为主8 9，借助其他 A+D LAB 口袋实验模块完成一些前期电路模型的搭建。以实践课程中存在的问题为契机，建立课程的“1234”实践教学体系10。基于程序语言型仿真的Matlab 软件具有强大的数据处理能力，学生能基于程序语言知识的基础，完成控制模型搭建，同时结合 Matlab/Simulink 以及 Multisim 模块化仿真功能4，从编程语言维度和模块化系统搭建维度都能有效考核学生的动手实践能力，帮助学生更好地理解信号在电子元件模块中的存在形式。“自动控制原理”实验前期课程教师会以指导学生基础操作为主，后期开展大型系统的仿真。从混合形式教学方式思考，将课后的仿真训练加入实践考评环节，每一章节结束后的课后仿真训练，安排学生在创新实验室开展实践，学生可以选择课后习题中的目标系统进行仿真训练，并验证理论部分。为充分调动学生参与到实践训练的积极性，将理论知识与实际工程应用相结合，学院准备在未来的“自动控制原理”教学过程中加大实践考核的权重，还将实施实践课程的讨论环节，从模型存在的问题、适配工程环境的能力，以及未来的技术改进方向引领学生进行多方位的探讨，以培养社会工程岗位应用型技术人才为主旨，深化改革教学考评方式，助推独立学院优秀人才就业。4混合式教学所面临的问题和挑战混合式学习方式强调学习方法、学习资源和媒体的融合，更强调混合的“效率”，混合式教学方式的学习时长从课堂的 45 min 扩展到课后的自主学习时间，学生在海量的学习的资源中容易感到困惑，作为教师要重视提升学生课后学习的效率，加强对于学生课前和课后的学习监督。通过学习平33第 3 期徐文，等:独立学院“自动控制原理”课程教学改革索台后台活动数据，对每位学生的学习情况深入了解，加强和学生的沟通，解决学生对于课前和课后学习的需求，帮助学生更好地完成知识的内化。授课过程中，以专业讲授为主增加一些活动，可以使用翻转课堂的教学模式，教师作为辅助角色辅导学生解决专业问题，利用混合式教学平台的互动提问模式，制定课堂游戏、奖励激励等活动形式，有意识地检查学生的线下活动完成情况，高效地指导学生，鼓励他们以团体合作的方式，完成课程任务。混合教学模式中学生需要角色转换，从被动型的吸收学习转换为主动型的内化学习，如何高效地解决教师布置的课前任务，怎样有效地检索信息，都需要学生长时间的实践积累经验，面对海量的优质学习资源，要从解决问题的角度出发，高效地查找问题的解决方案，培养自主独立学习的能力。课堂中不再以听课为主，加强发散思考，能有自己的理解和想法并能大胆地和同学教师交流沟通，充分利用线上线下的活动形式和教师对话、探讨，培养学生自主学习的意识。对于教师自身而言，混合式教学模式对于教师自身的知识储备有一定的要求，教师应更新教学理念，加强自身科研能力，培养系统性项目的创新能力，讲授的课程更多地基于慕课的基础再做进一步的提升，可以适当地以综合性系统分析为例，延展性讲解分析知识点，不拘泥于媒体教学形式，同样可以将实践带入课堂，作为新工科型教学教师更应该提升自身信息技术能力，不管是在慕课微课的制作、视频的剪辑，还是学习平台的灵活使用中，都要随时变通5，为混合式教学提供技术保障。课程考评环节中同样也面临一些信息的挑战，多维度的考评体系需要教师使用更高效的评分工具，建立新的评价机制尤为重要，不仅是教师评价学生，学生也应该也要建立体系评价教师以激励教师更好地提升教学能力。5结语疫情的缘故推进了混合式教学在国内的发展，让我们充分感受到互助知识共享经济的到来，混合式的教学方式保留了传统课堂讲学的特点，也融合了优质的信息化资源，特别对于一些像“自动控制原理”专业理论课程，抽象化的理论和动态性实践能够融合到一起，基于问题驱动式的教学方式，以解决学生问题为培养目标，学生在依附慕课和超星平台学习基础知识的同时又能和教师探讨更深刻的问题，加强了师生之间的互动，促进了独立学院课程的改革发展。参考文献 1 杨阳 独立学院人才培养研究 J 青年与社会:中外教育研究，2011(7):99，117 2 王宝珠，刘翠响，曾成，等 基于新工科的混合式教学模式与评价方法研究J 中国现代教育装备，2020(7):39 42 3 苗宇，蒋大明，刘泽“自动控制原理”混合式教学实践 J 电 气 电 子 教 学 学 报，2020，42(1):86 90，94 4 董红生，朱东山，林娟，等 应用型本科院校自动控制原理课程教学改革探讨J 中国现代教育装备，2020，343(15):72 74 5 张晓慧 混合式学习模式下教师面临的挑战及应对策略 J 赤峰学院学报(哲学社会科学版)，2018，39(11):153 155 6王惠萍“慕课+翻转课堂”混合式教学设计与实践 以“英汉互译”课程为例 J 黑龙江教育(理论与实践)，2021(10):60 61 7 王家林，尹洋，杨宣访“自动控制原理”课程的传递函数性质部分教学探讨 J 课程教育研究:学法教法研究，2017(13):1 8 李春卉，张文斌，董帅，等 MATLAB/SIMULINK 在自动控制原理 教学中的应用 J 青年与社会:中外教育研究，2011(11):54 55 9 周兰，周少武 Matlab 数字仿真在自动控制原理教学中的应用 J 2014(6):68 70 10 姜文娟，张茂川，黄俊峰 以 自动控制原理 实验改革入手，构建“1234”实践教学体系J 亚太教育，2015(24):243电气电子教学学报第 45 卷