“自動控制原理”課程多元混合式教學模式探索與實踐

王瑞芳，張 姣

（重慶移通學院智能工程學院，重慶 合川 401520）

0 引言

“自動控制原理”是高等院校自動類、電氣類、電子信息類專業的專業核心課程，涉及專業廣，學生受眾面多。該課程主要涉及經典控制理論的主要內容，廣泛應用于各類工程和非工程領域。該門課程的特點是：理論知識點豐富，涉及知識領域較廣，信息量較大，內容有較強的邏輯性，課程在學習過程中需要學生具備一定先修的數學以及物理基礎：積分變換、電路基礎等。目前，純講授滿堂灌的教學模式已不能滿足當代大學生的學習特點，且不能應對各類特殊情況對教育教學的挑戰。該門課程內容知識點多且抽象，課堂教學中學生學習積極性需全面調動，此外課程理論學時有限，不能在課堂上全面細致的講授，這些問題給該門的教與學均帶來的極大困擾[1]。

為了充分調動學生的課上課下的學習積極性，拓展學生學習的時間與空間，該課程堅持以學生為中心，以目標達成為核心的教學理念，依托重慶市高校線上一流課程的優勢，通過在線開放課程平臺上的豐富教學資源、討論發帖區等，師生之間形成良好的教學互動。線上學習有效節約了線下專業知識的授課時間，為多元化的教學手段與教學模式的創新提供時間保證，如實體課堂教學中輔助利用“雨課堂”“學習通”等智慧教學工具豐富課堂形式。課程組通過在線開放平臺與多元信息手段相結合對學生實施全方位的教學管理，廣泛開展“線上+線下”混合式教學模式與多元化教學評價方式的探索與實踐。下面主要從課程簡介、課程團隊能力提升、教學資源建設、教學模式改革等幾個方面進行具體闡述。

提升學生的韓語導游職業技能和向韓國旅游者傳播中國文化是導游韓語教材的兩個重要目的。學生是直接受眾群體，是旅游文化傳播的媒介。來華旅游的韓國旅游者是間接受眾群體，是促進中韓文化交流的重要力量。為此，導游韓語教材在最大限度傳播當地旅游文化內容的同時也要充分考慮兩個受眾群體對目的地文化的接受程度，用能夠同時滿足二者需求的方式去傳播文化。

1 “自動控制原理”的課程特點

“自動控制原理”課程研究的不是某一個實際具體的系統控制過程與結構，而是研究各類控制系統共同規律的科學理論[2]，是自動控制技術的基礎理論。課程主要講解經典控制理論的內容，其先修課程為控制信號與系統，后續課程為現代控制理論及應用，該課程是自動化類專業的一門理論與實踐并重的專業核心課，在整個專業體系及培養計劃中具有承上啟下作用。

石門位于武陵山向洞庭湖平原過渡帶上，地貌大體輪廓為西北寬，東南窄，縣境邊界似一彎把“葫蘆”， 地勢自西向東南傾斜。境內地層發育較全，從元古界冷家溪群到新生界第四紀均有出露。地層巖性以沉積巖為主，主要包括灰巖、板頁巖及砂頁巖；區內土壤類型主要為水稻土、紅壤和黃壤。

2 課程團隊與教學資源建設

2.1 教學團隊的能力提升路徑

注重線上資源的建設的同時，團隊同樣重視供課堂使用的線下教學資源建設，線下課堂教學資源主要包括兩方面，理論資源與實驗資源。理論教學資源建設方面，注重不斷完善傳統教學資源，如教學大綱、授課計劃、教案、課件等，還不斷積累、挖掘課程思政元素與案例，形成課程思政資源案例庫，使教師在講授必要自動控制技術理論知識的同時，也能夠潛移默化適當融入思政元素，培養和提高學生的德育與工程素養。課堂上根據應用習慣師生需借助網絡使用“超星學習通”或“雨課堂”等智慧教學工具，因此，團隊教師也構建了相應的試題庫和以課件為主的資源庫，課堂上可通過學習通或雨課堂，對學生進行“簽到、隨堂測試、搶答、隨機選人、主題討論、分組任務、問卷”等一系列的過程管理，加強師生之間的交流互動。實驗教學資源方面：為了使學生加深對經典控制理論的理解和認識，同時培養其理論聯系實際、獨立思考、動手解決實際問題的能力，課程構建了實驗教學資源。除了必要的實驗指導書、課件、大綱等資源外，還錄制了實驗軟件使用視頻與實驗仿真演示視頻，可供學生全方面使用多種工具驗證理論知識。具體的線下課堂使用的教學資源主要內容如圖2 所示。

2.2 線上教學資源建設

本門課程以學生為中心，基于OBE 教學理念，自建在線視頻資源基礎上，注重課程資源的有效應用，并適當地開展翻轉課堂，逐漸形成“線上學習+線下學習”的混合式互助教學模式。特別注重學習效果，根據學生的課堂反饋、實驗操作、匿名問卷調查及隨堂測試、在線課程測試等結果，對教學過程靈活調整，形成以學生為中心的閉環教學模式。有效改善了傳統課程，教師不能把握幫扶學生的課下學習且課堂講授內容壓力大，不能和學生進行更好互動的情況，較好地解決了豐富課程知識內容與有限理論課時之間的矛盾，拓展了學習時間和空間，豐富了學生的學習形式與體驗。

圖1 線上資源主要內容

2.3 線下教學資源建設

教學團隊整體實力對提升課程教學質量非常重要，團隊利用“老帶新”模式來幫助新進青年教師更好地理清課程教學范圍、重點，難點、有效設計教學過程等。并采用多種形式促進青年教師成長，課程與教學、學科競賽結合，團隊教師通過參加各類教學比賽，如：青年教師教學競賽、教學創新大賽、課程思政教學競賽等，教師在教學比賽中學習教學技巧、提升教學能力；同時課程教學與指導學科競賽相結合，注重理論應用于實踐的能力，提高知識應用挑戰度，避免理論講授脫離實際應用，同時刺激學生的求知欲，在學科競賽中發揮創新性，提升理論應用能力。此外支持課程組教師積極參與各類線上線下與課程教學相關的培訓，拓展教師的視野,提升教師的能力。

圖2 線下資源主要內容

3 課程教學方式轉變

3.1 線上+線下混合式教學模式

自動控制原理是一門較為成熟的科學技術理論，教學資源是課程的物質基礎，課程團隊教師于2018年開始致力于建設具有應用型本科院校特色的精品課程，并合理利用多媒體資源、網絡資源，開始建設微課視頻、微課PPT、習題庫等教學資料，初步去構建該門課程的線上教學資源庫，2019 年團隊教師將課程教學內容細分成39 個知識點作為微課視頻講解內容，各個教學視頻前后連貫，涵蓋課程重點章節的大部分內容，可以滿足該門課程不同專業不同學分所需學習的理論共同部分。2020 年9 月完成課程的全部視頻的制作，并于重慶市高校在線開放課程平臺（現更名為重慶高等教育智慧教育平臺）第一次開放運行該門課程，開始探索線上+線下混合式的教學方式。目前已在在線開放平臺運行完三期課程，線上方便學生進行更好的課前與課后的自主學習。線上平臺教學資源主要包括：章節微課視頻、章節課件、試題庫、課后作業庫、答疑討論等，有助于學生進行自主地課前預習、課后復習與鞏固，同時交互式的學習實現了對學生的監測，有利于教師及時掌握學生學習情況。具體的線上教學資源如圖1 所示。

以各指標基尼系數總和最小為目標函數，設各地區分配的醫療衛生資源為決策變量，確定最優分配方案，具體目標函數可表述為：

3.2 課堂融入思政元素

課程設計主要考慮通過創新型實踐項目展開“任務驅動式”教學，團隊教師在該環節中根據學生的特點布置難易程度合適的實踐項目，將工程實際、科研工作與實驗實踐教學相結合，設計開發一些創新型的實踐課題，通過工程實際中的難易程度合適的系統，充分應用自動控制原理、MATLAB 軟件、硬件實驗平臺，實現理論、工程應用軟件與已有實驗平臺相結合，要求學生完成自動控制系統的系統建模、系統分析、系統設計以及仿真驗證的一個整體設計過程。在課程設計實踐過程中，針對由教師布置的實踐項目，學生自主制定工作方案。在此過程中可充分調動學生學習的自主性與積極性，激發學生的創新思維，使工程應用能力得以有效提升，同時也使學生在實踐項目中體悟到不同課程間的內在聯系。并且課程設計分小組進行，小組成員共同完成教師分配的課題，培養團隊協作能力。

3.3 課程理論與實踐結合

在對核心課程進行有效改革的同時，注重不斷拓展應用能力以及創新能力的培養渠道與培養途徑，近兩年主要以優化專業課程的實踐環節、如隨課實驗、課程設計等來加強學生的應用能力，此外調動學生參與學科競賽提高創新能力。

該課程設置有8 學時驗證性實驗，理論與實踐相結合，可有效加深學生對自動控制原理的深入理解，同時也初步鍛煉學生對自動化儀器儀表的使用能力，如示波器、萬用表、信號發生器、實驗箱等，通過對這些儀器的多次使用，也為后面的創新性實踐環節打下基礎，用實踐去驗證理論，同時，實驗部分除應用硬件實踐平臺外，團隊教師錄制Multisim 電路設計軟件的安裝以及使用視頻，通過課程平臺發布，布置應用軟件繼續驗證實驗操作結果的任務，通過比較電路模擬結果與具體實驗操作結果，引導學生深入自主思考與不斷糾正實驗操作，得到較好的實訓效果。如應用Multisim 軟件進行三階系統電路的搭建與該系統臨界穩定狀態的模擬如圖3 所示。同時也提升了學生進一步學習與應用計算機工具解決實際問題的能力，教會學生如何自主學習，真正做到授之以魚不如授之以漁，初步鍛煉學生具備一定科學研究的基礎能力，為參與學科競賽儲備更多工具。

圖3 Multisim 軟件模擬三階系統臨界穩定狀態

自動控制原理的理論內容中蘊含著許多深刻的工程哲理，課堂上教學中不僅注重知識傳授，同時注重深入挖掘課程的德育要素，重視學生德育與工程素質的培養，課堂講授中注重在不同的章節恰當融入不同思政要點，如第一章在講解控制理論的發展歷程中通過學科代表人物的事跡、代表作等進行德育素質教育，融入工程控制論創始人錢學森的艱難歸國路、為國奉獻與嚴謹治學精神，激發學生的愛國主義情懷，引導學生在學習上積極進取。第二章講解控制系統的數學模型時，構建學生科學的世界觀，對自動控制系統的數學建模過程，實際是對客觀世界認識的實踐過程，認識到客觀世界中的控制系統的不同環節互相關聯、互相影響的對立統一特點，要運用哲學思維幫助學生構建科學的世界觀，講解結構圖的等效變換時，在系統結構進行方框圖等效變換的運用中，把握好化簡規則，無規矩不成方圓，在化簡過程中引導學生主動發現問題、自主分析問題、獨立思考問題。第三章時域分析法，講解穩定性的概念時強調穩定的重要性，穩定是系統能夠正常工作的必要條件，系統不穩定，就沒有必要討論系統的性能指標，融入穩定高于一切，培養學生的大局觀。在從系統的抗擾動性提高講解中，闡述加強自身能力的提高等，從而幫助學生養成科學思維與創新習慣，培養學生的大工程觀，

由圖1可看出，1號和2號菌呈短桿狀，3號和4號為球狀，根據其菌落形態、菌體形態等特征判斷，具有細菌的典型性，均為單細胞。

此外引導學生積極參與學科競賽，在競賽過程中可充分將自動控制原理的理論知識與單片機、PLC 以及多種實踐平臺等交叉融合應用，通過理論、實訓與競賽相結合使學生的實踐及創新能力得以提高。學科競賽在提高學生應用能力的同時，也為師生間的深度交流與溝通提供了更便捷的平臺，同時競賽實例融入課堂教學，達到了以賽促教，以賽促學，教學相長的良好效果。

3.4 智慧記錄學習行為，優化課程評價

該課程較傳統的考核方式由期末考試的卷面成績、實驗成績以及平時成績三部分組成，主要考察學生對于專業理論知識的掌握情況。這樣的考核方式無法全面考察學生對整個學習過程的參與度。因此，在教學實踐過程中豐富過程評價內容，不斷優化學生的過程管理與考核，如平時成績構成項包括：考勤、隨堂測驗及討論、期中測試、實驗成績、在線開放課程平臺成績。最后結合期末考試卷面成績，綜合評定總成績。平時成績各項的比重、平時成績占總成績的比重會根據前期課程的情況分析在后期課程開課前進行合理優化設計。

在課程教學中，一個完整教學過程分為“課前線上導學-課堂多元化教學-課后線上鞏固答疑拓展”三個主要階段，在教學設計上要有效把握好導學、促學、拓展學習的教學實施。課前利用線上平臺，讓學生自主進行課前知識點的預習、課前測試，教師通過平臺了解到學生的理解誤區，以便線下有效開展翻轉課堂并精準施教，課中合理構建與線上相銜接的教學環節，結合小組討論、問題導向式教學，并在合適的教學內容有效利用項目導入式教學，利用競賽實例等激發學習興趣，引導學生自主思考問題、解決問題。此外廣泛利用“學習通”或“雨課堂”等信息手段創新課程形式，調動學生課堂學習積極性，課后通過線上平臺鞏固學習內容，完成課后測試與線上作業，也可通過平臺的答疑討論區與師生交流、討論、拓展學習。在完成課后作業過程中，引導學生復雜的數學計算問題除了手動計算外，可以應用Matlab 工具加以思考驗證，如應用Matlab 軟件計算二階欠阻尼系統不同阻尼比情況下系統的超調量、調節時間與上升時間等，同時與專業課“Matlab 及其工程應用”結合學習，減輕復雜數學計算的難度，促進了課程間的交叉融合，提升軟件應用于解決實際問題的能力，有助于課程深化學習。

除此以外，在課程多元混合式教學實踐中，學習行為記錄方式也發生轉變。如在線平臺智慧記錄并評價學生學習行為，導出的學習數據作為在線開放課程平臺成績，更具真實與公平性，教師可根據學生線上數據及互動的情況，匹配好課堂的難易程度，給予及時引導與鼓勵，逐漸加大學生對課程的參與度。同時也縱向根據學習數據進一步調節優化下期課程的成績策略。

學生課堂行為利用“學生通”“雨課堂”的數據記錄，包括參與課堂討論、問題搶答、測試、課外作業等完成情況，輔助作為平時成績其它項考核依據，全方位地了解學生的課堂學習情況等。并根據學生表現情況，對于學生的進步，及時給予贊賞及激勵，引導學生積極思考，主動參與課堂教學，培養學生的學習自信。

經濟全球化的背景下，越來越激烈的市場競爭導致企業賒銷成為常態。市場經濟在經歷了無數次國內外的沖擊之后，對市場內部眾多參與者的要求越來越高。信用，作為交易達成的必備條件，越來越受到市場的重視。雖然加強客戶信用管理并不能完全避免企業在經營過程中面對的應收賬款風險，但是對客戶信用的深入了解可以提高企業辨別高風險客戶的能力，能夠提高企業應收賬款的管理水平，使企業在達到銷售最大化的同時將信用風險降至最低，保障企業的正常經營。

學習評價與學習行為的逐步優化，合理考察學生對理論的掌握度以及全過程的學習行為。

4 結語

通過教學實踐，課程已經形成線上線下多元化混合式互助教學模式，課堂與網絡無縫結合，逐漸形成教師精準教和學生主動學的良性循環，教師團隊導學、講學、助學、督學不斷引領，混合式協同工作，切實提高了學生學習自主性和成就感。但也存在一些問題，比如，翻轉課堂如何有效切入才能更加提高學生的學習興趣和積極性、如何保持學生對教學模式的積極性，以及如何有效提高學生線上學習的自覺性等，仍需要專業授課教師不斷探索與實踐。