基于“微課+泛雅+學習通”的“自動控制原理”課程趣味課堂教學實踐*

鄭秀麗，陳明杰，遲明路，張星紅

（1.河南工學院，河南 新鄉 453000；2.哈爾濱工程大學，黑龍江 哈爾濱 150001）

0 引言

“自動控制原理”是自動化專業重要的專業基礎課之一，也是從事工業控制領域工作必要的技術儲備。“自動控制原理”課程的特點是理論性較強[1-2]，應用的先修數學知識包括復變函數、積分變換等，因此，該課程是偏理論、抽象化的。傳統的填鴨式、哺喂式教學方式會使課堂教學枯燥乏味，學生缺乏興趣，最終導致上課注意力不集中。如何增強課堂的趣味性，提高課堂教學效率，抓住學生注意力，在生動有趣的教學環境中讓學生掌握知識點，是任課教師需要思考的問題。

微課是一種新的課堂教學方式，利用現有的視頻制作軟件，預先將課程教學重點或難點制作成簡短的視頻資料，不考慮復雜的課程體系，因此，微課具有“碎片化”特征。在微課的制作過程中，可以利用錄屏軟件或者攝像機等設備，將課程的主要內容制作成約10 min~15 min的短視頻。因為微課具有重點突出、教學時間短、趣味性強等特點，所以這種教學方法在創新型教學模式中已經被廣泛使用；同時，隨著信息技術和互聯網技術的高速發展，其在遠程教學中的優勢越發明顯。實際教學過程中，任課教師預先將微課資料上傳，便于學生預習，在課堂上則將主要教學內容以微課的形式播放，剩余課堂時間主要進行課堂的互動，包括解答學生學習過程中的疑惑、課堂提問、課后習題的疑問等。這種“微課+翻轉課堂”的教學模式已經廣泛應用在很多大學的教學中。因此，微課在實際教學過程中體現出了較高的適用價值。但是，若課堂教學過程單純地依靠微課形式，必然會引起其他弊端。例如，如果采用純視頻教學，會使課堂互動減少，教師不能掌握教學節奏，無法得到學生學習狀態的實時反饋；同時，對于自我約束能力較差和注意力易分散的學生，采用純視頻教學可能導致學生課堂開小差，教學效果不理想。

SPOC（Small Private Online Course）是“小規模限制性在線課程”的縮寫[3-4]，其主要針對滿足選課要求的一部分學生，具有針對性的特點。因此，SPOC擁有較強的交互性，更注重線上、線下的互動，同時，還可以實時跟蹤學生的學習軌跡。此外，當代學生喜歡使用手機、筆記本等電子產品獲取信息，采用“學習通”APP的課堂教學，可以加強學生的參與度，師生互動的手段更加靈活，可以提高學生的學習興趣。

所以在具體應用時，基于提高課堂趣味性的目的，“自動控制原理”課程在教學過程中嘗試采用小班上課形式，利用“微課+泛雅+學習通”的混合式課堂教學模式[5]，最大限度地發揮微課的優點。通過讓學生在課堂教學中占主導作用，增強學生獲取知識的主觀能動性；并且在課堂教學過程增加一些與學生密切相關的問題，以問題為導向，展開理論知識的學習，增強學生獨立分析問題解決問題的能力。

1 “微課+泛雅+學習通”模式的趣味課堂

“自動控制原理”課程主要由系統基本概念、系統數學建模、系統時域分析、系統根軌跡分析、系統頻域分析、系統校正、離散系統分析與設計、非線性系統分析八章內容組成，課程內容多，學習時間長，基本都是從期初到期末的長時間戰線，單純依靠課堂講授，學生容易疲憊，學習效率越來越差。因此，“自動控制原理”課程依托超星泛雅學習平臺，構建“自動控制原理”的SPOC網站，在課程的SPOC平臺上，可預先將相關微課、教學課件、習題、教材等資料上傳，以學生為課堂教學的主導，教師起到查缺補漏的作用，實施翻轉課堂的教學模式。

SPOC平臺最主要的特點就是具有交互優勢，教師可以使用電腦端平臺方便地編輯制作課程資料，或者使用手機中的“學習通”APP實現課堂教學的互動操作。學生也是采取相似的操作，可以使用電腦端泛雅平臺完成學習任務，也可以使用手機中的“學習通”APP進行學習，充分利用碎片化時間。

基于學生可以預先學習，在課堂教學過程中，可有效利用手機中的“學習通”APP。通過手機端超星（http://x.chaoxing.com/）投屏功能將“學習通”中的簽到、搶答、選人、評分等課堂互動活動投放到教室的電腦屏幕，使“學習通”互動環節的操作公開可視化，提高了學生教學過程的參與度，增強了課堂的趣味性與互動性，實現了每位參與者得分情況的實時顯示，提升了學習的競爭樂趣和學生的積極性。“學習通”課堂活動庫包括簽到、投票、選人、搶答、主題討論、課堂聯系、問卷、評分、分組任務等多種形式，因此，在課堂活動的過程中有多種方式提高課堂趣味性。例如：可以利用搶答的形式，加深學生對一些基本概念的理解；可以利用主題討論的方式，以問題的形式把主要知識點涵蓋進去；還可以采用課堂練習的形式，把重點內容再次進行強調，加深印象；對于不善于表達和不活躍的學生，可以利用問卷的形式，讓學生在線上回答問題，而不需要在眾目睽睽之下進行回答，避免因為緊張無法回答而失去學習好本課程的信心。

在課堂互動過程中，可以將學生學習生活中的例子引入課堂的問題及練習中，提高理論與實際的聯系程度，讓學生體會到“自動控制原理”課程的具體應用，提高學習理論知識的興趣。例如：講到時域分析中穩態誤差部分時，可以將學生的考研作為一個閉環控制系統，期望的考研成績為給定輸入信號，學生的實際考研成績為輸出信號。學習過程中的玩游戲、吃飯、娛樂等都是干擾信號，全國統一的研究生入學考試為檢測裝置，制定學習計劃等為控制器，被控對象就是學生自身。同時，還可有一個內環反饋系統，實時調整控制策略。具體的閉環系統結構如圖1所示。

圖1 閉環系統結構圖

圖1 可以看到平時生活中常見的語言對應著控制系統中每個部分的概念，可以讓學生直觀地理解閉環控制系統及誤差的概念。比如，同學們制定了非常好的學習計劃，但是在具體執行過程中卻不是出去吃飯，就是用手機玩游戲，學習進度受到外界干擾，不能達到預定目標；此時，可以采用削弱干擾的方法提高學習效率，將手機等電子產品關閉，硬性規定自己不外出，堅持一段時間會有良好的效果。還有的同學在平時做測試題時經常要翻書，這樣做的結果是不能了解自己實際的學習效果，相當于測量裝置沒有起作用，反饋信號不準確。學生根據每次的測驗結果的誤差調整學習計劃類似于自適應控制算法，最終目標是使得實際考研成績與期望考研成績之間的穩態誤差最小。

2 “微課+泛雅+學習通”模式的趣味課堂教學過程設計

基于“微課+泛雅+學習通”模式的趣味課堂教學過程設計如圖2所示，分為課前環節（主要是課前發布習題及線上自學教學課件等）、課中環節（主要是課堂練習、師生實時交流、課堂討論等）和課后環節（“學習通”交流答疑）三個部分。教師和學生通過“微課+泛雅+學習通”的教學模式實現在各個階段需要完成的教與學任務目標，教學過程中體現了以學生為主導、教師為引導的混合式趣味課堂教學方式的特點。

圖2 趣味課堂教學過程設計

2.1 課前環節的準備

在基于“微課+泛雅+學習通”的線上、線下混合式趣味教學中，課前環節的準備是在課堂教學開始的前一周在SPOC平臺上發放課前需要預學習的任務單，以便學生能夠有充足的學習時間。為學生量身定制學習計劃，學生預先按照時間節點完成視頻學習和課前作業任務，在課前學習任務單中說明課堂上將要進行的教學活動流程和方式，為趣味課堂提前做好布置。同時，教師需要將教學內容相關的PPT、課程教學大綱、課程教學計劃、上課方式等上傳到SPOC平臺上，以供學生課前自學參考。

2.2 課中環節的互動學習

在基于“微課+泛雅+學習通”的線上、線下混合式趣味教學中，教學模式將從教師主導整個課堂教學過程的形式過渡到以教師為引導、學生為主導，教師掌控課堂教學節奏的教學模式。課堂教學過程呈現自主交流、互助學習的模式，課堂成為教師進行簡短講解，重點進行考評及點評，師生、生生之間進行交流以及課前和課中問題答辯匯報及分享的場所。

基于上述目的，將基于“泛雅+學習通”形式的趣味課堂教學活動設計成分段式教學模式，以集中學生的注意力，課堂教學內容分為五個階段：

1）知識考評。對學生的自學內容進行考評，考評采用快問快答的形式，幫助學生加深理解和記憶。題目主要有搶答題和必答題兩種類型，題型主要是填空、選擇和判斷，實現手段主要是“學習通”活動庫中的選人、搶答以及課堂提問等方式。

2）內容講解。在課堂教學中，結合微課對復雜教學內容進行講解，教師對課程內容的難點進行凝練總結，有針對性地調整課堂講解的節奏和速度，并針對性地回答學生的問題。

3）課堂學習。針對所教內容進行課堂練習，以便加深學生對所學知識的理解及記憶。如一階系統時域性能分析可以以溫度計的性能指標為例。

4）學習競賽。要求學生以小組形式對課前環節發布的問題進行分析及討論，給出解決方案，并進行現場的答辯分享。例如，可以根據對液位系統的穩定性分析和控制精度分析，加深對穩定性和穩態誤差的理解。

5）總結評價。在小組匯報的基礎上進行點評，由教師和學生共同進行所有課堂教學過程中的活動評分。教師在課堂教學的最后著重對課堂學習過程中所涉及的綜合理解及應用的知識點進行總結，并針對學生的錯誤進行分析，給出正確的解決方案，起到幫助學生鞏固、提高所學知識和技能的作用。

2.3 課后環節的提升

為實現學生課程知識的內化與遷移，課后環節主要進行學生學習的跟蹤、指導與交流答疑工作。主要手段是教師在SPOC平臺上或課堂教學的最后發布課后作業任務，學生線下完成作業任務并在線上提交。同時，師生之間可以通過SPOC平臺在線上交流課后任務及學習過程中遇到的問題，從而實現學生實時在“學習通”消息版塊或學習討論區進行師生或生生之間的討論互動，進一步鞏固、提高課堂學習效果。

2.4 考核方式的改善

學生課程學習過程的合理評價對教學效果有很大的影響[6]，提高過程性考評的比重，能夠有效調動學生的學習熱情，提高學生自主學習的原始動力，從而促進學生對知識的理解和吸收。“微課+泛雅+學習通”的線上、線下混合式趣味教學模式的優勢恰恰在于學生可以實時得到自己的過程性成績積分。學生通過課堂的搶答、測試、競賽、答辯及課后作業的完成等相關活動獲得相應的過程性成績積分，提高自己的平時成績，促進了學生自主學習的積極性，形成了教學過程的正反饋。

按照“微課+泛雅+學習通”線上、線下混合式趣味教學的步驟，“自動控制原理”課程總成績由期末成績和過程性成績構成，其中，過程性成績占總成績的40%，期末成績占總成績的60%。過程性成績主要有四個部分，即過程性成績=在線學習成績（10%）+過程化評價成績（25%）+階段性測驗成績（25%）+作業成績（40%）。其中，在線學習成績是學生在線學習課的成績，一般采用微課的形式考核學生對基礎知識的理解，通過“學習通”統計學生的學習時間和答題情況，成績由系統自動生成，占過程性成績的10%；過程化評價成績由課堂表現給定，包括“學習通”活動庫中各個環節如簽到、選人、搶答、分組討論等課堂活動，由教師和學生共同評定，占過程性成績的25%；階段性測驗成績是學期進行到一半或1/3時進行的試卷測試，由教師根據學生卷面給分，占過程性成績的25%；作業成績是由課后作業的完成情況評定，通過教師批閱和學生互相批閱的方式，由老師和學生共同評定，占過程性成績的40%。

同時，“自動控制原理”課程將過程性成績的占比提高到了40%，可以有效調動學生的學習積極性并形成正反饋。因此，“泛雅+學習通”教學模式能夠把學生的課堂表現體現在最終的總成績上，激發了學生自主學習的動力，促進了學生對知識的理解和吸收。

3 “微課+泛雅+學習通”模式的趣味課堂實踐效果

可以在“微課+泛雅+學習通”平臺網站的后臺看到學生在線學習情況的統計數據。從SPOC平臺得到的學生學習時間的統計數據可以看出，大多數學生喜歡在下午和晚上進行學習，但也有一定數量的學生喜歡在夜深人靜的時候學習。大約96.71%的學生是通過移動端即手機進行學習的，因為手機便攜、快捷，通過手機可以隨時利用碎片化時間學習，在學生中應用比較普遍，這也恰恰體現了SPOC平臺移動端的易用便利性。

從SPOC平臺還可以看到學生的綜合成績有了顯著提高，如圖3所示，全體學生成績均在80~100分。“微課+泛雅+學習通”的教學方式提高了課堂教學的趣味性，活躍了課堂氛圍，極大地促進了學生學習積極性，學生的獨立思考能力得到了提升，學生在遇到問題時可以很熟練地運用各種方式解決問題。

圖3 學生綜合成績分布情況

4 結論

通過“微課+泛雅+學習通”進行教與學，基于翻轉課堂的混合式教學在“自動控制原理”課程中實現了預期目標，增強了課堂的趣味性，有效地彌補了傳統教學的不足，提升了學生的學習積極性，增強了學生的自信心與創造力，學生的學習能力得到了較大提高。“微課+泛雅+學習通”模式的趣味課堂體現了以學生為主導、教師為引導的理念，實現了知識傳授和知識內化的混合，提高了學生的自主學習能力和對知識的理解及運用能力，為未來的繼續深入學習打下了穩固的基礎。