基于學(xué)習(xí)共同體的混合式教學(xué)
——以“控制工程基礎(chǔ)”課程為例

周洪波 張 敬 李 鍶 李榮華 舒凱斌

（湖南理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 湖南·岳陽 414006）

0 引言

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》是一門理論性、系統(tǒng)性和邏輯性非常強(qiáng)的機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課，是控制論與機(jī)械工程技術(shù)理論之間的交叉學(xué)科。該課程的學(xué)習(xí)具有如下兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）課程本身要大量用到Laplace變換、復(fù)變函數(shù)理論，所以要想學(xué)好該課程，必須具備良好的高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，如線性代數(shù)、微積分以及復(fù)變函數(shù)；

（2）相關(guān)專業(yè)知識的能力要求高。比如構(gòu)建實(shí)際系統(tǒng)的物理模型，需要有良好的電路（主要是模擬電路）、大學(xué)物理、電機(jī)與拖動(dòng)、機(jī)械原理的基礎(chǔ)。

因而在學(xué)習(xí)過程中，部分?jǐn)?shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)差的學(xué)生，會(huì)逐漸喪失對于該課程的學(xué)習(xí)興趣；還有部分學(xué)生把該課程當(dāng)成數(shù)學(xué)來學(xué)，掌握的只是一些方程的變換和圖形的畫法，忽略了控制的基本思想以及這些數(shù)學(xué)方程背后的物理定律與規(guī)律，陷入紙上談兵的怪圈，難以應(yīng)用所學(xué)理論知識去解決實(shí)際工程問題。此外，該課程不同于那些上手相對容易、結(jié)果直觀的實(shí)踐設(shè)計(jì)類課程或應(yīng)用技術(shù)類課程，必須深入理解每一個(gè)相關(guān)的概念和理論實(shí)現(xiàn)過程，才能很好地掌握控制科學(xué)的相關(guān)知識點(diǎn)。

傳統(tǒng)的一言堂式的教學(xué)模式已經(jīng)明顯無法解決出現(xiàn)的問題，課堂上師生互動(dòng)越來越少，問題分析、算法設(shè)計(jì)、結(jié)果仿真分析的具體過程被幻燈片一帶而過，理論知識消化困難，越學(xué)越難，學(xué)生的自信心受到嚴(yán)重挫折，學(xué)習(xí)興趣自然消失殆盡如何構(gòu)建高效、高質(zhì)量的學(xué)習(xí)模式，將被動(dòng)式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)，是教學(xué)管理中急需解決的問題。

2020年，公共衛(wèi)生事件突發(fā)使得教育進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)在大家的生活、學(xué)習(xí)、工作中變得越來越重要。混合式教學(xué)，即將在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來的一種“線上+線下”教學(xué)。該模式以學(xué)生為教學(xué)主體，以過程考核為導(dǎo)向，在線上和線下統(tǒng)籌開展教學(xué)活動(dòng)。建立基于混合式教學(xué)模式的師生學(xué)習(xí)共同體，達(dá)到師生之間相互影響、共同進(jìn)步，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，是實(shí)現(xiàn)線上和線下教學(xué)活動(dòng)有序進(jìn)行的重要手段。

1 基于學(xué)習(xí)共同體的混合式教學(xué)模式構(gòu)建

基于學(xué)習(xí)共同體的混合式教學(xué)模式構(gòu)建分三階段進(jìn)行，以教室里的實(shí)體教學(xué)為中心，設(shè)為課中、課前和課后。課前以線上學(xué)習(xí)為主，課中以實(shí)體教學(xué)為主，課后以線上與線下學(xué)習(xí)相結(jié)合為主，三個(gè)環(huán)節(jié)均在專業(yè)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行，做到線上與線下相貫通。具體教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)如圖1所示：

圖1：混合式學(xué)習(xí)模式教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

1.1 課前環(huán)節(jié)

課前環(huán)節(jié)主要由學(xué)生使用移動(dòng)終端，采用在線學(xué)習(xí)的方式完成。具體是給予學(xué)生充分的學(xué)習(xí)自主權(quán)。為保證教學(xué)效果，教師需要在前期教學(xué)資料設(shè)計(jì)和督促鼓勵(lì)學(xué)習(xí)方面下足功夫。第一，課前推送給學(xué)生的學(xué)習(xí)資料，主要包括教研室教師共同設(shè)計(jì)和錄制的微課、微課上所使用的PPT、相關(guān)的以記憶和理解為主的練習(xí)題、還有一些教師精心尋找設(shè)計(jì)的與課題相關(guān)或者與育人有關(guān)的各種資料，目的是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的道德修養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)。教學(xué)視頻的設(shè)計(jì)宜短小精悍、內(nèi)容不能太難。預(yù)習(xí)測驗(yàn)設(shè)計(jì)的題目也應(yīng)該是基礎(chǔ)性的，不能太難以至于打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。培養(yǎng)學(xué)生道德水平和職業(yè)素養(yǎng)的視頻應(yīng)力求豐富、貼近學(xué)生的實(shí)際，容易使學(xué)生產(chǎn)生共鳴。第二，在課前環(huán)節(jié)教師還應(yīng)做到監(jiān)督鼓勵(lì)。一方面利用軟件的功能進(jìn)行監(jiān)督管理。例如，學(xué)習(xí)時(shí)長排名，視頻學(xué)習(xí)，作業(yè)完成情況等，教師應(yīng)及時(shí)表揚(yáng)并給予一定獎(jiǎng)勵(lì)，用以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心。另一方面教師應(yīng)及時(shí)關(guān)注學(xué)生的預(yù)習(xí)測驗(yàn)結(jié)果和預(yù)習(xí)反饋，及時(shí)掌握學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況和動(dòng)態(tài)，以便對學(xué)生進(jìn)行督促學(xué)習(xí)和課堂上有針對性的講解。

1.2 課中環(huán)節(jié)

課堂的實(shí)體教學(xué)是該混合式教學(xué)模式的重點(diǎn)教學(xué)環(huán)節(jié)。教師進(jìn)行多媒體教學(xué)，采用工程導(dǎo)向式教學(xué)方式，著重講解課程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)問題。針對學(xué)生預(yù)習(xí)情況，學(xué)生難以理解的問題重點(diǎn)闡述，學(xué)生能夠依據(jù)自己的能力解決的問題，交由學(xué)生思考解決，教師起輔助作用。課程講解完成后，教師布置作業(yè)。

為促進(jìn)學(xué)生間的交流協(xié)作，根據(jù)超星學(xué)習(xí)通平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，將學(xué)生分組。建立教師負(fù)責(zé)制的層次性學(xué)習(xí)群體和組長負(fù)責(zé)制的學(xué)習(xí)共同體，然后指導(dǎo)小組討論學(xué)習(xí)。討論完畢后，由小組代表輪流發(fā)言，教師點(diǎn)評。該學(xué)習(xí)共同體將學(xué)習(xí)好的和差的學(xué)生綁定到一起，通過完成小組任務(wù)實(shí)現(xiàn)幫帶。同時(shí)為分散的學(xué)習(xí)個(gè)體配置學(xué)習(xí)同伴，增強(qiáng)同伴學(xué)習(xí)的激勵(lì)作用，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

1.3 課后環(huán)節(jié)

課后環(huán)節(jié)也是教學(xué)環(huán)節(jié)中重要的一環(huán)，主要先由學(xué)生在線完成，再由教師與學(xué)生在線下反思總結(jié)。首先由學(xué)生完成教師推送的課后作業(yè)，學(xué)生做錯(cuò)的題由軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后便于教師對學(xué)生掌握情況進(jìn)行反饋。學(xué)生有什么問題也可以寫在指定的區(qū)域發(fā)送給教師，便于教師對學(xué)生的疑難問題進(jìn)一步釋疑。其次，一個(gè)單元結(jié)束后，要進(jìn)行一個(gè)在線單元測驗(yàn)，題目不宜多，考核重要的和學(xué)生平時(shí)易錯(cuò)的知識和技能點(diǎn)。最后，在實(shí)體課堂上組織一次學(xué)習(xí)體會(huì)分享會(huì)。組織學(xué)生對學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容的收獲、進(jìn)步及不足、改進(jìn)進(jìn)行發(fā)言，教師跟進(jìn)表揚(yáng)和鼓勵(lì)。

2 教學(xué)實(shí)施過程

2.1 構(gòu)建課前/課后線上資源

課程組本著“學(xué)生為中心”的教育理念，采用線下多媒體教學(xué)為主，輔以線上資源作為有效和必要補(bǔ)充的形式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。錄播“微課”小視頻，將課程按知識點(diǎn)進(jìn)行分解，對應(yīng)每個(gè)知識點(diǎn)錄制不多于20分鐘的小視頻；錄制復(fù)習(xí)視頻資源，對每章重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行梳理、總結(jié)；整理客觀題目，針對每節(jié)課知識點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的客觀題目；整理章節(jié)試題資源，針對每章重點(diǎn)內(nèi)容設(shè)計(jì)試題，包含主觀題和客觀題；建設(shè)課程試卷庫，針對全課程內(nèi)容設(shè)計(jì)綜合性題目，結(jié)合基礎(chǔ)試題，進(jìn)行合理組合形成課程試卷庫。

2.2 課中線下教學(xué)策略

一個(gè)優(yōu)異的教學(xué)系統(tǒng)如何以最優(yōu)的路徑實(shí)現(xiàn)最佳收斂呢？課堂教學(xué)策略便是實(shí)施的最佳手段。本課程總體的教學(xué)策略是：理論模塊采用工程問題式導(dǎo)向教學(xué)；實(shí)驗(yàn)?zāi)K采用工程任務(wù)式導(dǎo)向教學(xué)。具體教學(xué)策略是融合現(xiàn)代教育技術(shù)手段，應(yīng)用具體的教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)計(jì)來實(shí)施。

2.3 教學(xué)反饋

為了持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量，我們利用網(wǎng)絡(luò)平臺大數(shù)據(jù)的功能，尋找學(xué)習(xí)“漏洞”，合理調(diào)整課前、課中和課后環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容安排。如根據(jù)課前任務(wù)完成度和達(dá)成度，合理調(diào)整上課教學(xué)方式和制定后續(xù)課前任務(wù)；又如根據(jù)平臺對學(xué)生學(xué)習(xí)參與度、試題正確率等方面的數(shù)據(jù)分析，調(diào)整上課內(nèi)容和設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)。總之，本著持續(xù)改進(jìn)的原則，建立完整的反饋機(jī)制，形成學(xué)習(xí)—反饋—再學(xué)習(xí)的閉環(huán)。提高本課程培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成度。

3 教學(xué)案例

以“控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型”一節(jié)為例，進(jìn)行教學(xué)過程設(shè)計(jì)。

3.1 課前自學(xué)

教師課前3天發(fā)布教學(xué)目標(biāo)和課輔資料，學(xué)生以組為單位自由學(xué)習(xí)討論，完成測試。

3.2 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）提出問題——啟發(fā)式教學(xué)。從教師實(shí)際參與的無人直升機(jī)自主飛行控制案例simulink模型導(dǎo)入，如何建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型？

（2）案例分析。在課堂具體化建模的內(nèi)容，進(jìn)行詳細(xì)講解。

（3）小組討論。教師總結(jié)知識點(diǎn)并強(qiáng)調(diào)重難點(diǎn)，提出拓展問題：運(yùn)動(dòng)的模態(tài)有哪些？

4 結(jié)語

本文構(gòu)建基于學(xué)習(xí)共同體的混合式教學(xué)模式，借助信息技術(shù)開展線上和線下的師生互動(dòng)，在控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)造性、主動(dòng)性，能有效提高教師及學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，提升學(xué)生的創(chuàng)新潛能。