基于MOOC的MATLAB與系統(tǒng)仿真課程混合式教學(xué)探索與實(shí)踐

任佳 潘海鵬

摘 ?要：文章探討了基于MOOC的混合式教學(xué)模型的課前-課堂-課后三環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)思路，并以MATLAB與系統(tǒng)仿真課程為例進(jìn)行了在線課程開發(fā)與混合式教學(xué)實(shí)踐。實(shí)踐表明：該模式對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)力，提高教學(xué)質(zhì)量具有積極作用。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);MOOC;教學(xué)模式;MATLAB與系統(tǒng)仿真

中圖分類號(hào)：G640 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2022）01-0115-04

Abstract： This paper discusses the realization idea of MOOC based hybrid teaching model： pre-class，classroom，after-class， and takes MATLAB and system simulation course as an example to carry out online course development and hybrid teaching practice. The practice shows that the blended learning mode has a positive effect on improving students' learning autonomy， stimulating students' internal learning driving force and improving teaching quality.

Keywords： blended learning; MOOC; teaching mode; MATLAB and System Simulation

從20世紀(jì)80年代末開始，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，一股E-learning的浪潮席卷了全世界的各個(gè)領(lǐng)域，沖擊著傳統(tǒng)教學(xué)模式。慕課（Massive Open Online Course，MOOC）作為其中一種重要的在線學(xué)習(xí)形式，受到越來越多的關(guān)注[1]。國內(nèi)外涌現(xiàn)出眾多的優(yōu)質(zhì)MOOC平臺(tái)及網(wǎng)站：MOOC學(xué)院、學(xué)堂在線、Coursera、Share Course、Proera等。如何利用（開發(fā)）MOOC資源提高教學(xué)質(zhì)量是作者近年來在教學(xué)實(shí)踐中一直在思考和探索的問題。

混合式教學(xué)（Blended Learning，Hybrid learning）就是把傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式優(yōu)勢(shì)和E-learning（即數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)）的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來的一種有效方式[2]。在該過程中既可以發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。該教學(xué)模式受到了廣泛的探索與實(shí)踐，形成了很多優(yōu)秀的教學(xué)成果[3-6]。

本文以作者所授課程MATLAB與系統(tǒng)仿真為例，探討混合式教學(xué)在高校工科類教學(xué)中的改革及實(shí)踐情況。

一、基于MOOC的混合式教學(xué)模式改革思路

（一）課程及平臺(tái)資源

MATLAB與系統(tǒng)仿真課程是一門介紹MATLAB/Simulink程序設(shè)計(jì)的入門基礎(chǔ)課程，共32學(xué)時(shí)，2學(xué)分，講授內(nèi)容包括：MATLAB基礎(chǔ)，繪圖基礎(chǔ)，程序的流程控制，腳本文件和函數(shù)文件，數(shù)據(jù)分析與多項(xiàng)式計(jì)算，MATLAB方程數(shù)值求解、優(yōu)化問題求解， Simulink系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)，以及基于MATLAB的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論）。

課程線上依托浙江省高等學(xué)校在線開放課程共享平臺(tái)。基于該平臺(tái)，作者開發(fā)了MATLAB與系統(tǒng)仿真課程的線上資源[7]（圖1，圖2），包括10個(gè)專題，75個(gè)微視頻（約500分鐘），電子課件，課前測(cè)試，課后作業(yè)，疑難解答，期中、期末線上測(cè)試等內(nèi)容。微課制作基于OBE理念，按照學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、動(dòng)手實(shí)操的思路完成，方便學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí)和自檢。

課程具有如下特色：

（1）重點(diǎn)突出，每個(gè)專題都制定有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。（2）同一主題，理論講解與實(shí)操講解互相配合，重點(diǎn)習(xí)題點(diǎn)評(píng)講解。（3）工具箱的拓展應(yīng)用講解。（4）注重基礎(chǔ)的訓(xùn)練，關(guān)注能力的培養(yǎng)。

（二）教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

首先，需要對(duì)學(xué)情進(jìn)行分析，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)前的狀態(tài)，具體的學(xué)情情況如下：

（1）選課學(xué)生基礎(chǔ)不一（部分參加過數(shù)學(xué)建模的同學(xué)已有一定的基礎(chǔ)）;（2）學(xué)習(xí)風(fēng)格和方法也不同，有些喜歡自學(xué)，有些喜歡結(jié)合老師講解后學(xué)習(xí)，有些同學(xué)喜歡在挑戰(zhàn)中學(xué)習(xí);（3）學(xué)習(xí)興趣有淺層學(xué)習(xí)、動(dòng)機(jī)學(xué)習(xí)和深層學(xué)習(xí)三類。

因此在混合式教學(xué)設(shè)計(jì)中需要以學(xué)生為中心，充分結(jié)合上述特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)能夠滿足多層次學(xué)生學(xué)習(xí)需求的資源和教學(xué)模式。整個(gè)混合式教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)基于OBE理念，首先依據(jù)畢業(yè)要求分解指標(biāo)點(diǎn)確定課程目標(biāo)，然后設(shè)定每周的分解目標(biāo);基于每周分解目標(biāo)，進(jìn)行混合式教學(xué)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路如下：

（1）按照知識(shí)結(jié)構(gòu)，分專題進(jìn)行課程設(shè)計(jì)、講解。（2）每個(gè)專題都制定有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)、練、測(cè)結(jié)合，理論講解與實(shí)操講解互相配合，重點(diǎn)習(xí)題點(diǎn)評(píng)講解。（3）結(jié)合課程特點(diǎn)，進(jìn)行其他核心專業(yè)課與MATLAB結(jié)合的拓展開發(fā)。（4）注重基礎(chǔ)的訓(xùn)練，關(guān)注能力的培養(yǎng)。

混合式教學(xué)活動(dòng)的實(shí)現(xiàn)由課前自學(xué)、課堂講授、課后總結(jié)三部分組成。其中課前自學(xué)、課后總結(jié)基于MOOC平臺(tái)線上完成，課堂講授線下實(shí)現(xiàn)。結(jié)合MATLAB與系統(tǒng)仿真課程知識(shí)點(diǎn)多而散，且實(shí)操性強(qiáng)的特點(diǎn)，制定了圖3所示的混合式教學(xué)活動(dòng)方案。

在該實(shí)現(xiàn)方案中，教師和學(xué)生各司其職：教師按照課程目標(biāo)合理安排課程知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)方式、評(píng)價(jià)方式。課前環(huán)節(jié)的目標(biāo)是：讓學(xué)生明確本周的學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過微視頻、課件資源和編程練習(xí)掌握基本的知識(shí)點(diǎn)。課堂環(huán)節(jié)要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)是：重點(diǎn)難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的探討、拓展，通常按照小組形式組織，讓學(xué)生帶著問題而來，通過小組探討、教師引導(dǎo)，自我思考、動(dòng)手實(shí)操，獲得解答后滿載而歸。課后環(huán)節(jié)的目標(biāo)是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)本周學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握程度，及時(shí)總結(jié)，幫助安排下一周的教學(xué)內(nèi)容和持續(xù)改進(jìn)。下面以課程專題7中的“數(shù)據(jù)分析（數(shù)據(jù)插值和曲線擬合）”為例進(jìn)行具體說明（表1）。

（三）教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

合理的教學(xué)評(píng)價(jià)是OBE教學(xué)理念順利實(shí)施的重要環(huán)節(jié)，它為課程的持續(xù)改進(jìn)提供了有效依據(jù)。對(duì)應(yīng)“課前-課堂-課后”三階段教學(xué)活動(dòng)，混合式教學(xué)的教學(xué)評(píng)價(jià)由“課前評(píng)價(jià)-課堂評(píng)價(jià)-課后評(píng)價(jià)”三部分構(gòu)成（圖4）。

二、基于MOOC的混合式教學(xué)實(shí)施及效果分析

將混合式教學(xué)模式應(yīng)用于2018級(jí)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的MATLAB與系統(tǒng)仿真課程教學(xué)，持續(xù)開展了一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，并于2017級(jí)基于傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐的班級(jí)進(jìn)行對(duì)比分析。兩屆學(xué)生使用相同的課程教材，課時(shí)量相同，期末考試均采用試題庫命題方式進(jìn)行，期末成績(jī)?nèi)绫?所示。

由表2可知：采用混合式教學(xué)的2018級(jí)成績(jī)優(yōu)良率達(dá)到81.35%，為2017級(jí)采用普通方式授課班級(jí)優(yōu)良率（46.83%）的近2倍，平均成績(jī)高出近12分。從成績(jī)分布來看，2018級(jí)處于90-100分?jǐn)?shù)段的人數(shù)比較集中，而2017級(jí)相對(duì)集中的分?jǐn)?shù)段位于60-69分和80-89分之間。這些都反映了混合式教學(xué)的效果。

通過問卷調(diào)查以及對(duì)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的訪談，超過90%的學(xué)生認(rèn)為：實(shí)施混合式教學(xué)很有必要，該模式可以滿足學(xué)生個(gè)性化自主學(xué)習(xí)的需求，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)效率。

接下來，我們將進(jìn)行課程目標(biāo)達(dá)成度的分析。該課程共有5個(gè)課程目標(biāo)，具體描述如下：

課程目標(biāo)1：通過控制系統(tǒng)工具箱的練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)、創(chuàng)新的科學(xué)思維;鼓勵(lì)學(xué)生自主編寫程序，上傳MATLAB文件交互區(qū)，培養(yǎng)其開放、共享的價(jià)值理念。

課程目標(biāo)2：熟練掌握MATLAB程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括繪圖、流程控制、線性方程、微分方程的求解、基本的數(shù)據(jù)分析，以及曲線擬合、常用SIMULINK模塊以及控制系統(tǒng)仿真函數(shù);

課程目標(biāo)3：具有初步的數(shù)據(jù)分析、建模以及對(duì)模型進(jìn)行解釋的能力;

課程目標(biāo)4：具有初步的基于MATLAB對(duì)常規(guī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的能力;

課程目標(biāo)5：通過MATLAB的學(xué)習(xí)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生具備在英文環(huán)境下進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和通過閱讀英文HELP文檔進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的能力。

五個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度如圖5所示。

由圖5可知，5個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度均大于0.7，課程目標(biāo)達(dá)成。其中課程目標(biāo)1和課程目標(biāo)5的達(dá)成度相對(duì)較低，在下一輪的課程講授中，將重點(diǎn)圍繞這兩點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)：在在線平臺(tái)中增加相應(yīng)測(cè)試題目，鼓勵(lì)學(xué)生閱讀英文幫助其進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)增加自選性程序設(shè)計(jì)題目，進(jìn)一步提高課程的挑戰(zhàn)度。

三、結(jié)束語

線上、線下相結(jié)合的混合式教學(xué)為提高課堂教學(xué)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)個(gè)性化自主學(xué)習(xí)提供了一種有效的途徑。但要真正做到以學(xué)生為中心，有效達(dá)成課程目標(biāo)，需要授課教師在教學(xué)實(shí)踐中根據(jù)學(xué)情進(jìn)行螺旋式動(dòng)態(tài)調(diào)整，不斷持續(xù)改進(jìn)，這些對(duì)教師的教學(xué)能力和精力投入提出了巨大的挑戰(zhàn)。

作者認(rèn)為，做好混合式教學(xué)，至少需做好“四要”：在線資源要優(yōu)質(zhì)、線下課堂要高效、互動(dòng)輔導(dǎo)要及時(shí)、考核評(píng)價(jià)要準(zhǔn)確。與各位老師共勉。

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