“以學生為中心”理念下《自動控制原理》課程的教學改革探索與實踐

李曉梅 陳學軍 郭曉君

（莆田學院，福建 莆田 351100）

0 引言

《自動控制原理》課程是自動化專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)《自動控制原理》的課堂講授一般存在教學內(nèi)容偏多、理論基礎(chǔ)知識多、課時受限、以教為主等問題，導致學生對該課程所學知識的應(yīng)用能力不夠高，缺少自主思考，而且傳統(tǒng)的考核分為平時成績及期末成績，考核形式較單一，難以反映學生的真實學習狀況。

改革是解決問題的途徑，為提升教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用專業(yè)理論和技術(shù)手段去解決實際問題的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，與學校應(yīng)用型高級人才培養(yǎng)的需要相適應(yīng)，以及為學生參加大學生科研、機器人大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、技能競賽及做本科畢業(yè)設(shè)計進行有效的知識儲備，本課程在教學設(shè)計及實施過程遵循以學生為中心原則，結(jié)合線上線下混合式教學法，不斷推動教學改革探索與實踐，同時將科技發(fā)展前沿成果、思政元素等引入課程，落實立德樹人根本任務(wù)。

1 采用線上線下混合式教學法，培養(yǎng)學生的自主學習能力

1.1 教學模式改革，推動課堂革命

充分利用慕課與實體課堂各自的優(yōu)勢，本課題引進中國大學MOOC 平臺的國家級精品課程《自動控制原理》，結(jié)合本校學生學習基礎(chǔ)，進行異步SPOC 線上線下混合式教學。 異步SPOC 教學頁面如圖1 所示。

圖1 異步SPOC 教學頁面

堅持以學生發(fā)展為中心的教學理念，在混合式教學過程中注重采取有效的教學手段，如案例式教學法、討論式教學法、合作式教學法、練習法等，積極采用信息化教學手段，提供多樣化的學習任務(wù)，激發(fā)學生的學習熱情和積極主動性，從而提升教學質(zhì)量。

例如，線上教學部分采用自主學習法、練習法、課程討論相結(jié)合，引導學生積極自主學習和完成線上（中國大學MOOC）測試、作業(yè)，通過后臺學習數(shù)據(jù)分析，為線下課堂精準教學鋪墊；然后，線下教學部分利用智慧教學工具（慕課堂），基于在線學習內(nèi)容，主要采用案例式教學法、研討式教學法、合作學習法、任務(wù)驅(qū)動法相結(jié)合。

其中，線下教學過程中，采用研討式教學法情況，主要分為兩方個面， 一方面基于學生線上學習完成情況，將其中章節(jié)測驗的情況投屏展示給學生，特別的正確率較低的題目再現(xiàn)， 讓學生之間相互探討對錯之分；另一方面，教師根據(jù)知識點，拋出一些主題討論，實現(xiàn)對知識點鞏固、強化或拓展等。采用練習法情況，一方面針對學生線上測驗等暴露的問題，在課堂上進行集中講評，特別是一些重難點、分析方法和設(shè)計方法，引導學生分析和認識問題；另一方面，線下采用練習法，當堂檢測學生對重難點的掌握情況，如采用搶答形式，調(diào)動學生的學習興趣，并引導學生討論總結(jié)，保證學生當堂掌握相關(guān)知識點。 采用案例式教學法、合作學習法、任務(wù)驅(qū)動法情況[1]，一方面，以小組為單位，布置探究性案例、綜合性案例分析或應(yīng)用設(shè)計的學習任務(wù)，各小組合作完成并匯報，然后進行小組互評；另一方面，以教學實驗現(xiàn)場為中心，可提前將實驗操作過程進行錄屏發(fā)布到平臺，學生進行預(yù)先觀摩， 然后現(xiàn)場對學生實驗過程出現(xiàn)的問題進行指導，對教學內(nèi)容進行實踐升華。

1.2 多元化教學評價，提高學生學習的積極性

秉承以學生為中心的理念，同樣需要對教學評價方式進行改革，注重過程化與個性化相結(jié)合、形成性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合的考核方式，具體實施中主要有線上評價通過利用中國大學MOOC 平臺發(fā)布學習資源和測驗、作業(yè)、課程討論等，線下評價利用慕課堂智慧教學工具采集課堂學習過程，線上線下評價相結(jié)合來加強對學生課堂內(nèi)外、課前課中課后學習的評價，如小組互評、生生互評、師生互評、線上學習考核、線下課堂學習考核、線下作業(yè)考核、期末考試、課堂活動參與度等方式相結(jié)合[2]，從多環(huán)節(jié)多維度考察學生的學習投入度、學習成果和差異化能力，激發(fā)學生的學習動力和積極性，不斷促進學生對課程學習的持續(xù)投入，讓學生的自主學習行為真正發(fā)生，培養(yǎng)學生自主學習的能力。 以某個班級為例，學生考核成績分布圖如圖2 所示。

圖2 某班級考核評價結(jié)果

2 堅持問題導向，培養(yǎng)自主思考能力

教學設(shè)計過程中注重以問題導向， 引發(fā)學生思考，在線下課堂中，對教學內(nèi)容多利用慕課堂智慧教學工具發(fā)布主題討論，引導學生思考問題、分析問題來尋找答案。

例如，在講到典型外作用函數(shù)知識點時，可以一問學生“這些典型外作用力可以模擬哪些情況？ 并進行舉例”，引發(fā)學生思考，如此典型外作用函數(shù)就不是純粹的數(shù)學表達式，讓學生將理論學習和實際應(yīng)用聯(lián)系，方能更好地理解該函數(shù)的作用。 在學生參與討論回答之后，可以從中選典型案例進行二問讓學生針對性地深入剖析，比如學生回答“室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以采用階躍函數(shù)作為典型輸入信號”， 則二問就讓學生剖析“為什么室溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以采用階躍函數(shù)作為典型輸入信號？該階躍信號模擬的是什么量？”如此循環(huán)相扣，培養(yǎng)學生知其然知其所以然的嚴謹?shù)目茖W思維。

另外，通過線上學習監(jiān)測和智慧教學工具監(jiān)測的學生學習數(shù)據(jù)， 及時發(fā)現(xiàn)學生暴露的薄弱點和問題，堅持問題導向，進行知識點補強教學設(shè)計環(huán)節(jié)，讓學生善于思考、明于思辨，比較分析自己知識點薄弱或容易做錯的原因。

3 開展翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論等多樣化的教學活動，培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力

《自動控制原理》理論知識偏多，學習起來比較枯燥，在教學過程中，除了利用信息技術(shù)手段和多元化的教學評價方式來調(diào)動學生的學習積極外，還可以通過開展翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論等多元化、差異化的教學活動[3-4]，充分從內(nèi)在激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力。 引入MATLAB 軟件進行自動控制系統(tǒng)實例的分析與設(shè)計，引導學生用技術(shù)學習，理論和應(yīng)用相結(jié)合，讓學生學會從實踐中尋找答案，舉一反三，培養(yǎng)學生深度分析、發(fā)散思維、創(chuàng)新思維。

例如，講授完“控制系統(tǒng)的數(shù)學模型”教學內(nèi)容部分[5]，可分組進行實例建模設(shè)計任務(wù)，實例包含電樞控制直流電動機系統(tǒng)、雙容水槽系統(tǒng)（無延遲）、電加熱爐、電壓測量裝置、電力牽引電機車速控制系統(tǒng)、磁盤驅(qū)動讀取系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)。每個任務(wù)點基本要求：含工作原理圖/方框圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、數(shù)學建模過程，單位階躍信號輸入下的MATLAB 仿真結(jié)果演示，并對結(jié)果進行分析。翻轉(zhuǎn)課堂過程中，可以小組合作、討論，小組展示，然后小組互評。

但是，翻轉(zhuǎn)課堂得到小組互評結(jié)果后，還可以進一步升華， 要求每個人活動結(jié)束后應(yīng)該學會總結(jié)、思考和反思。例如，活動后可以要求撰寫小組總結(jié)，小結(jié)中需要針對翻轉(zhuǎn)課堂上小組表現(xiàn)進行總結(jié)、回答思考題及自我評價。以上述翻轉(zhuǎn)示例為例，思考題可設(shè)：本實例屬于什么典型環(huán)節(jié)？ 為什么會出現(xiàn)這種情況？ 如果調(diào)整參數(shù)，結(jié)果會有什么變化呢？ 本實例適用于什么行業(yè)？ 而自我評價基本點可引導如下：本次控制系統(tǒng)實例建模設(shè)計任務(wù)中， 本人表現(xiàn)不錯的地方有哪些？哪方面需要進一步提升？因此，翻轉(zhuǎn)課堂活動最終成績由兩部分組成， 小組互評結(jié)果占總成績的70%，小組總結(jié)報告占總成績的30%。翻轉(zhuǎn)課堂活動圖如圖3 所示。

圖3 翻轉(zhuǎn)課堂活動圖

4 潤物細無聲，落實立德樹人任務(wù)

授之以魚不如授之以漁，當今時代，知識、技術(shù)發(fā)展迅速，對人才培養(yǎng)更是提出了更高的要求，這就要求教師不僅要關(guān)注學生學習，還要關(guān)注學習效果和學生發(fā)展，必須將知識傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)養(yǎng)成有機融合。 因此，在教學過程中，有效利用信息技術(shù)手段，以學生為中心理念進行教學設(shè)計，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課堂授課模式， 充分調(diào)動學生的學習積極性和自主學習的熱情，提升學生的學習效率和學習質(zhì)量，鍛煉學生理論聯(lián)系實際、 應(yīng)用知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作、友善溝通的良好社交習慣，達到潤物無聲、潛移默化的教書育人的效果，從而實現(xiàn)立德樹人的目標。

5 結(jié)論

技術(shù)為教育賦能，靈活應(yīng)用教學平臺（中國大學MOOC）、智慧教學工具（慕課堂）和MATLAB 軟件進行《自動控制原理》課程的教學改革探索和實踐，秉承以學生為中心的教育理念，針對不同學習問題采用多樣化的教學手段和多元化的教學評價方式，激發(fā)了學生的求知欲，讓主動學習真正發(fā)生，驅(qū)動了學生自主學習、自主思考、自主創(chuàng)新的能力，落實了立德樹人根本任務(wù)，培養(yǎng)了學生綜合應(yīng)用專業(yè)理論和技術(shù)手段去解決實際問題的創(chuàng)新思維、 創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，并且該課程的教學改革實踐手段在相關(guān)專業(yè)課程中具有較好的示范應(yīng)用價值和推廣價值。