雙一流建設下《現代控制理論基礎》課程混合式教學設計

邵璇 張禮慧 高俊山

摘 ?要：闡述“混合式”教學模式的起源。從不同的視角，對實施“混合式”教學外部教學環境的可行性進行分析。從四個方面，論述《現代控制理論基礎》課程混合式教學方案設計;討論《現代控制理論基礎》課程混合式教學內涵建設4項內容，探討混合式教學模式運行方式及評價標準與指標。

關鍵詞：混合式教學;Mooc課;現代控制理論;教學設計;高等教育

中圖分類號：G642 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ?文章編號：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，美國教育學家馬克·普倫斯基（MARc Prensky）提出“數字土著”和“數字移民”概念[1]?！皵底滞林笔侵赋錾谏鲜兰o80年代之后、在數字環境下成長、可熟練地操作電腦的一個特定青年群體?！皵底忠泼瘛笔侵干谏鲜兰o80年代（網絡時代）之前，靠后天學習融入數字化生活，習慣于文本閱讀的中老年群體。當下大學生基本為90后出生，正是“數字土著”一族，習慣屏幕閱讀，數字化是從小就開始的生存方式。在這樣的生源背景下，催生出混合式教學模式的現代大學教學方式，此種教學模式充分體現大學教學環境的與時俱進，體現教學手段的新與舊、傳統與創新、技術與人文等元素之間的深度融合，是一種將“課堂教學+網絡教學”相結合構成的教學環境，是“線下+線上”兩種教學方式的有機整合[2]?；旌鲜浇虒W作為信息技術與現代教學手段深度融合的有效載體，綜合運用不同教學理論、不同技術與手段、不同應用方式，匯聚“統一授課制的教學優勢與網絡教學的個性化特質”為一體，成為教師教學的一種新形態而備受推崇。

一、實施“混合式”教學外部教學環境可行性分析

（一）國家政策大力支撐高等教育信息化教學的改革

2016年，教育部公布《教育信息化“十三五”規劃》，提出“積極組織推進多種形式的信息化教學活動，鼓勵教師利用信息技術創新教學模式，推動形成‘課堂用、經常用、普遍用’的信息化教學新常態?！盵3]以信息技術引領高等教育現代化，信息技術在高等教育教學中的應用正在迎來教師“互動+課堂”教學模式，同時，對教學的組織者和管理者將帶來深刻影響。

（二）信息技術與高等教育的深度融合成就“混合式”教學模式

隨著國家“十二五”發展規劃的勝利完成，我國高等教育信息化工作取得顯著的進展，網絡校校通、資源班班通、空間人人通及教育資源服務平臺和教育管理服務平臺的建成，快速推進“三通兩平臺”[4]的應用，此項工程的完成為高等教育實施“混合式”教學模式提供了堅實技術支撐，同時，催生師生信息技術應用能力的不斷提升。

（三）師生信息技術應用能力提升是實施“混合式”教學模式基礎

高等教育有效的教學是將技術知識、學科知識、教學法知識相互作用形成三者之間的有機結合?，F代的生源是“數字土著”，生長在一個數字包圍的時代，習慣使用信息技術進行信息交流和人際互動。大部分教師屬于“數字移民”，后天學習融入數字化生活，具備網絡教學能力。

（四）開展混合式教學的理論依據

互聯網時代，學生面臨需掌握的知識量超載且知識碎片化兩大問題，為此，王竹立教授提出了選擇原則和零存整取學習策略的新建構主義教學法[5]：根據個人興趣和問題解決需要，選擇相關的信息與知識，采用零存整取式策略進行學習，建立起個性化知識體系。基于此，建立混合式教學模式：課下，學生在網上靈活自主學習，課上，師生分享與交流，開展協作與探究，在教師引導下，實現知識的加工與整合，解決復雜的工程問題，將知識引入更深更廣，實現知識創新，課后，總結、反思、答疑、討論、私聊，師生間、生生間開展更深入互動。

二、《現代控制理論基礎》課程混合式教學設計

控制理論作為最為活躍的學科之一，歷經三個階段的發展：經典控制理論、現代控制理論、智能控制理論，設計思想已在各個學科領域得到廣泛應用，現代控制理論在控制理論中占有重要的承前啟后地位。

（一）教學理念的確定

本課程教學秉承“開放式”、“以人為本”的教育理念。把重視學生，尊重學生，提升學生的精神貫注于本課程教學全過程中，注重學生現階段需要和未來發展需求。經本課程教學實踐活動，注重開發學生自身的潛能，使學生認識到自身的價值，并致力于培養學生的自尊、自信、自愛、自立、自強意識，不斷提升學生的學習能力。充分尊重每一位學生的主體地位，“教師教”始終圍繞“學生學”開展，以點撥、啟發、引導、開發和訓練學生的創造力才能為基本教學目標。

（二）教學目標設計

《現代控制理論基礎》課程是自動化專業基礎課，針對現代控制學科的內涵，以最低限度的數學工具（線性代數）和恰當的物理淺釋，全面、系統、深入淺出地講授現代控制系統狀態空間數學模型建立方法、內部結構的能控性、能觀測性及穩定性等特性、狀態變量及系統反饋調節和最優設計、觀測器設計實驗等知識。通過本課程的學習，培養學生運用現代控制理論的基本概念、原理、模型、表示方法、控制與優化方法等用于分析、解決自動化領域復雜工程問題（畢業要求指標點1.4）;能夠運用現代控制理論的相關概念和專業術語，對控制系統的特性進行正確的描述、分析（畢業要求指標點2.1），具備運用微分方程、狀態向量方程、矩陣、狀態空間模型等理論和方法對自動化領域復雜工程對象進行建模、分析和設計的能力（畢業要求指標點2.2），能夠識別自動化領域中的復雜工程問題，正確運用物理規律和數學方法建立狀態空間模型（畢業要求指標點2.3）;并能夠熟練運用自動化專業術語就自動化工程控制問題與業界同行及社會公眾進行有效的交流與溝通（畢業要求指標點10.2）。

（三）教學內容設計

本課程教學內容主要涉及狀態空間模型建立及求解、控制系統內部結構的特性（能控性、能觀測性及穩定性）及最優設計、狀態變量及系統反饋調節和最優設計、基于MATLAB觀測器設計實驗等知識內容。

（四）教學方法與手段選擇

教學方法：依據《現代控制理論基礎》教學內容與學生特點，綜合運用啟發式、研討式、過程導向式、任務驅動式等教學方法組織教學。特別注意結合典型案例進行教學，營造良好的專業氛圍，使學生在接受專業課程教育的同時，受到工程實踐教育。

教學手段：在保留傳統教學方法的基礎上，為取得更好的教學效果，采用多種教學手段相結合的方式進行教學，積極引進現代教育技術，采用多媒體現代教學手段。采用“線上+線下+實驗”的混合式教學模式，課堂教學時數3/5，線上課時數1/5，實驗時數1/5（暫定）。

三、《現代控制理論基礎》課程混合式教學模式內涵建設

（一）《現代控制理論基礎》網上平臺建設

網課教學平臺是混合式教學模式的基礎保障，依賴于校園信息化建設。我校建有智慧樹（網課）平臺，本課程充分利用學校網課平臺，在此平臺上構建《現代控制理論基礎》網課平臺。構建實時課堂直播（錄播）和先進電子雙板教學系統的“全時域，全地域”網絡教學環境，構建教師教學和學生自主學習的“一體化”服務平臺，實現資源和服務“一體化”云端集成式管理的硬件系統和環境建設。

（二）《現代控制理論基礎》網上平臺內容設計

1. 教學視頻

教學視頻以西北工業大學郭建國教授帶領團隊制作的教學軟件為基礎，配合本課程教師的講解視頻（45分鐘X8次=360分鐘）。主要技術指標：H.264編碼、MP4格式，分辨率720P，時長45分鐘。因視頻較長，在視頻制作中，為避免學生拖拉視頻，快速播放，設計了視頻彈題，保證學生全程參與。

2. 教學資料

教學資料主要有每個教學單元的PPT課件、PDF電子教案、教學大綱、教學日歷、教學設計、電子版教材及參考文獻及鏈接網址等。

3. 單元測試與作業

每個教學單元學習結束后，配有單元測試題目，主要由選擇題、判斷題、填空題、計算題等構成（10%），對于客觀題平臺自動判分，計算題等由教師批改。

單元作業由控制系統數學建模及求解題、控制系統內部特性及優化設計題目、綜合設計題目等組成。要求7天內完成并提交作業。采用學生互評后教師復查的批改方式，并給出最終成績，計入學生的平時成績（20%）。

（三）課堂講授與討論

線下討論是彌補線上討論不足的重要舉措，每個單元安排2-3次課堂講授與討論課，講授內容、討論的題目由教師根據學生網上學習、測試及作業完成情況設定，對于大多數學生共同感興趣或有疑問的問題，學生匯總到班長處統一提交給教師，可作為候選內容或題目。討論題提前公布在網上，學生可提前準備，查找相關文獻資料，還可以讓學生在線預熱，制作幾分鐘的PPT，屆時課堂討論會熱烈，避免冷場。教師根據學生發言表現給出每個學生的成績，計入平時成績（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的考試方式，即：紙質課堂測試（60%）。本課程最終成績由網上單元測驗、作業、課上討論和期末考試組成，其中單元測驗占10%，單元作業占20%，課上討論占10%，期末考試占60%。

四、《現代控制理論基礎》混合式教學運行方式設計

混合式教學沒有規定的模式，如何操作由課程負責人自由選擇，經本課程組研究分析后，制定《現代控制理論基礎》混合式教學運行方式如下：課前，學生同步學習網課（部分內容上網）：觀看視頻、參與討論、完成單元測試和作業。學生需向任課教師提供網課學習成果截屏，教師以此給出成績;課上，教師結合網課學習內容，組織課內教學與討論題目，學生必須參加課內學習;課后，教師和學生都要及時總結反思。

五、《現代控制理論基礎》混合式教學課程評價指標及標準設計

混合式教學模式是一種創新的教學模式，評價標準包括網絡教學和傳統教學的兩部分，側重網絡教學的評價，特制定表1評價指標及標準。

六、結束語

《現代控制理論基礎》課程采用“線上+線下”混合式教學模式教學，既可發揮教師在教學活動中的引導、啟發、監控的主導作用，又將促進學生自主學習的主動性、自覺性，將傳統“面對面”課堂教學與網絡教學相結合，可獲得令人欣喜教學效果。

參考文獻：

[1]林妮·施倫普.課程領導者與教育技術[M].華東師范大學出版社，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”規劃[教技〔2016〕2號][S].2016-6.

[4]蔣東興，吳海燕，袁芳.“三通兩平臺”建設內容與實施模式分析[J].中國教育信息化，2014，318（03）：7-10.

[5]王竹立.新建構主義教學法初探[J].現代教育技術，2014（05）：5-11.