以實際項目案例為導向的專業課混合式教學模式研究
——以智能控制導論課程為例

劉 輝

（昆明理工大學 信息工程與自動化學院，云南 昆明 650500）

0 引言

近年來，隨著教育部提出具有高階性、創新性和挑戰度的“金課”建設，以及在面向工程教育的“新工科”實施背景下，傳統課堂教學改革有了更高的目標和方向[1]。在現有慕課資源的基礎上，如何制定達成課程目標的教學設計以及實施線上資源、線下翻轉的混合式教學，是達成混合式“金課”兩性一度要求的核心和關鍵。

工科專業是以研究科學技術的原理，解決實際問題，研究應用技術為主的學問。在智能控制導論課程教學過程中，傳統教學需要更多的時間講解課程理論知識，而對于理論的應用部分主要是依靠課內實驗，考核的重點仍然是對理論問題的解答能力[2]，存在著較為嚴重的“工科專業理科化”問題，學生運用知識的能力沒有從根本上得到提升，難以符合工程專業認證背景下對學生能力的培養要求[3]。

以實際項目為導向的線上線下混合式教學模式和已有案例式教學模式[4-5]相比，充分利用線上慕課資源、線下案例設計以及信息化教學平臺，為實現深度翻轉課堂和混合式教學提供實施的基礎，即在保證掌握理論基礎知識的基礎上使翻轉課堂更具有可行性和可操作性，詳細設計課前、課中和課后教學任務和學習活動，使學生將注意力主要集中在實踐項目的問題分析[6]、解決思路、實施方案、仿真研究以及分享和互動討論中。

1 課程的整體教學設計思路

本教學模式重點突出理論與實踐應用相結合的特點，基礎理論知識通過慕課視頻在課前掌握，線下階段主要實現對知識的內化、提升和運用。課程采用圖1 所示的教學過程結構圖，分為了課前、課中和課后3 個部分，每個部分又包括不同環節。

實施混合式教學模式之前，需要提前完成所有線上和線下資源的建設，如圖2 所示，線上部分主要完成慕課資源建設，按照慕課視頻相對獨立性和簡短的特點，將課程內容重新進行碎片化處理以及梳理整合。線上資源包括課程視頻、多媒體課件以及課外擴展閱讀資料。其次是線下項目案例的設計與課程內容的融合，項目案例具有較強的應用背景，具有可行性和拓展性，本課程中篩選的3 個實際項目案例見表1。

圖1 本課程教學過程和環節

圖2 課程線上線下資源建設內容

2 課前學習

課前學習目標是為了完成對基礎知識的掌握，主要完成方式為線上慕課學習。表2 展示了課前學習階段的教學活動內容。

教學資源：引導性材料是為了引起學生的興趣和思考，為后續學習線上慕課提供前導知識，使學生帶著問題和目標學習慕課資料；線上慕課資源是解決基礎理論知識，完成傳統課堂內容的任務；通過測試性習題的答題情況反饋學生學習狀態，并通過建設的課外資料拓展知識面。

技術工具：線下課前環節會用到智慧樹平臺學習慕課和作為討論互動的平臺，以及使用雨課堂推送引導性材料和測試題。

教師端：線下課前教師需要提前發布引導性材料，預留適當的時間給學生學習慕課資料并完成測試題，根據平臺反饋的數據掌握學生學習狀態，并據此設計和調整線下教學活動。

表1 本課程中混合式教學實踐項目內容和要點

學生端：學生需要在課前完成導入性材料的閱讀，并帶著問題完成慕課視頻的觀看，標注出其中的難點知識，并及時在智慧教學平臺中發布和討論。

效果評價：課前主要考評慕課視頻觀看完整度和測試題的完成度和準確率。

3 課堂學習

課堂學習是混合式教學實施的重點和關鍵，其核心是進行以實際項目案例為導向的翻轉課堂，在本課程中設計的課堂環節內容見表3。

表3 課堂教學環節和教學活動介紹

首先通過習題測驗的方式進一步深化學生對知識內容的掌握，這是能夠順利進行案例翻轉課堂的前提。之后就要以實際項目案例的解決為目標，分析和討論控制需求、需要解決的問題以及提出可行的解決方案并驗證通過。案例式學習的過程是隨著課程內容的進行逐步推進的，每節課的任務就是將不同階段的理論知識與當前項目進展的需要相結合，逐步分析和討論，直至達到預期的控制效果。

以“BP 神經網絡的學習過程”這一節為例，用圖3 所示的線下課程實施流程圖。其中單元目標1、2 為掌握基礎理論知識，單元目標3 為對知識的運用能力。課前推送了能夠引導學生更形象理解網絡權值調整過程的視頻，然后再學習慕課。在線下課程中對重難點知識通過習題、做游戲以及動畫演示實現對基礎知識的理解和掌握。之后重點討論人工神經網絡在轉爐煉鋼終點預報方面的應用，向學生布置問題清單以引導學生研究的方向，旁聽并參與學生的討論，給予一些引導和鼓勵，最后由隨機指定的小組代表作發言總結。最后是對本次課的總結和布置需要進一步查閱資料完成的任務，供課后深化學習和討論。

4 課后學習

課后學習階段的目標是實現對課堂知識的內化，以小組為單位繼續推進和完成實踐項目的任務，并對拓展查閱的資料在智慧教學平臺上進行和討論互動，具體見表4。

課后學習重在復習并內化知識，小組繼續討論推進項目進展。教師在其中起答疑和引導作用，解答學生在課堂中未完成的理論知識，并制作添加了語音注解的雨課件供學生復習。課后引導學生查閱文獻資料，擴展知識面，并能夠在交流平臺上分享和互動交流。

圖3 “BP 神經網絡的學習過程”課程實施流程圖

5 教學過程中的信息技術應用和教學評價

5.1 信息技術的應用

在課程實施的不同階段，充分使用信息技術的支持更好完成課程目標，如圖4 所示。

（1）課前通過網頁版雨課堂發送引導性的視頻或者其他材料，再通過智慧樹平臺查看學生學習的狀態，以及雨課堂測驗試題，反饋數據可以反應學生的學習狀態。

（2）課中使用雨課件中插入的測試題，統計和分析學生對知識的掌握情況，以及雨課堂互動功能，記錄參與教學活動的學生平時成績，鼓勵學生參與討論和分享。

（3）課后通過雨課件加入語音注解發送給學生，以及雨課堂討論區、智慧樹APP 平臺（知到、教師圈）、E-mail 電子郵件與學生之間答疑、交流互動。

5.2 教學評價

學習評價細則見表5。在實施混合式教學中采用此表記錄學生狀態數據作為平時成績，平時成績評價方式涵蓋了線上和線下的多個環節。除了對學習效果進行評價，另外在教學過程中使用“問卷星”平臺調查學生對教學效果的反饋，根據學生的建議持續改進課程實施方案。

6 實施效果

每學年第二學期會有240 人左右修讀該課程，共分3 個普通班級授課，實驗班采用混合式教學模式，將慕課資源和線下活動互補配合達成課程目標；對照班采用傳統授課模式，將慕課資源作為學生學習的課外資料。以最近一次的期末考試為例，采用集體命題，考后采用流水閱卷，卷面成績可以作為對比，見表6。

表5 課程教學評價細則

表6 實驗班與對照班卷面成績對比

從表6 中可以看出，對于簡答題和計算題，各班的差別不大。對于最后的兩道設計綜合題，實驗班具有一定的優勢，可以看出學生在經過了混合式教學訓練后，對于知識的運用能力得以提升。

此外，使用“問卷星”對課堂教學效果進行反饋統計，結果見表7，其中A 代表較好、B 代表一般、C 代表不滿意。

調查對象為實驗班中的83 位同學，返回有效問卷80 份，多數同學反應自身學習意識和能力得到了提高，并對翻轉課堂以及所使用的案例效果表示肯定。總之，通過期末考試的卷面成績和學生評教，在智能控制導論課程中實施混合式教學模式具有較好的效果，對提高學生對知識的應用能力有較大的幫助。

表7 調查問卷及反饋結果

7 結語

混合式教學模式是以學生為中心而開展的教學活動設計，在工科生的培養中，通過在混合式教學中引入實際的案例項目教學，使學生帶著問題和需求學習知識再回歸到知識的運用中，一方面通過慕課資源解決原有的理論知識，再通過線下合理的教學設計和活動深化對知識的理解和運用，二者互補搭配達成課程教學目標。混合式教學模式重在對教學過程的細化和設計，合理組織和利用線上資源，并制定線下教學活動和環節，使學生在可接受的壓力范圍內，有興趣積極參與教學過程，這需要有好的資源、有效的激勵措施以及合理可行、思路清晰的教學設計。以智能控制導論為例的混合式教學設計和細節，對于工科類專業的實踐教學具有一定的借鑒或參考價值。