自動控制原理課程混合式教學模式改革研究

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.22.077

摘 要 隨著信息技術與教學的深度融合，知識獲取與傳授方式發生顯著變化，軍隊院校迎來課程教學變革的重要契機。為了借助智慧教學的力量，以自動控制原理課程為例，積極探尋混合式教學新模式，并結合實例探討混合式教學模式的具體應用方法。實踐表明，本次教學改革進一步激發了學生的學習熱情，增強了教學效果，可以為專業背景類理論課程的智慧教學提供參考。

關鍵詞 軍隊院校；智慧教學；自動控制原理；混合式教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）22-00-04

0 引言

隨著MOOC、SPOC和動態學習數據分析與處理技術的發展，當代教育已經進入一個全新階段，利用“高質量MOOC/SPOC課程+強大的學習數據分析+

在線平臺高效便捷的教學與管理功能”的智慧教學，為課程教學提供了新的契機。眾多教育者積極將智慧課堂融入課程建設實踐，有目的、有計劃地探索、體驗、感悟、完善智慧化教學形式。初紅霞等[1]指出，將在線課程資源和在線教學平臺應用到課程教學中，需要先解決好混合式教學模式的問題。混合式教學模式是網絡教學模式和傳統課堂教學模式的混合，不僅融合了二者的優勢，而且可以通過優勢互補增效，充分激發學生的學習主動性、積極性和創造性，教師在引導、啟發和監管方面的教學主導作用也可以得到充分發揮。本文旨在以自動控制原理課程教學為例，借助互聯網的優質課程資源、在線教學平臺、智慧教室、課程教師團隊和多年課程教學積淀下來的成果和經驗，探索專業背景類理論課程的混合式教學模式。

1 混合式教學環境構建

智慧教學環境可為實施混合式教學模式提供環境支撐，主要包含教學資源管理平臺和教學實施平臺兩部分[2]。教學資源管理平臺為教學視頻、數字化教材、多媒體課件、試題庫、動態教學數據以及其他教學資源的承載平臺，并負責對它們進行分類管理。教學資源管理平臺是施行智慧教學的基本支撐條件，比如陸軍工程大學（簡稱“陸工”）在線課程管理平臺，就是教師課前進行教學準備和課后進行教學分析使用的平臺。教學實施平臺包括網絡教學服務平臺和各種移動App學習平臺，教師主要借助它們進行授課，開展與學生的互動和交流，比如嘉課堂智慧教學終端平臺，它以陸工在線課程管理平臺承載的課程資源為支撐，教師可以借助它開展混合式教學活動。

2 混合式教學模式構建

2.1 混合式教學模式的概念

混合式教學由史密斯·J與艾勒特·馬西埃提出，是將傳統學習理念與E-learning純技術學習理念相結合的產物。北京師范大學何克抗教授在國內首先倡導混合式教學模式。混合式教學模式重視學生的主體地位和個性發展，強調教師要給予學生有針對性的教學指導，其目的在于運用先進的信息化教學手段為課程教學賦能增效，充分激發學生的智慧，實現教育教學向智慧化教學方向發展[2]。

2.2 混合式教學模式的基礎

混合式教學模式的構建需要圍繞課程教學目標、教學內容和教學策略進行。

2.2.1 自動控制原理課程教學目標

該課程的教學目標如下。

1）知識目標：掌握自動控制的基本理論和方

法，構建自動控制理論知識體系架構。

2）能力目標：能夠利用基本理論對自動控制系統進行建模、分析和綜合校正設計，為解決武器系統中的自動控制系統問題奠定理論基礎。

3）素質目標：深刻領會控制的基本思想（系統思想、負反饋思想和動態平衡思想等），初步樹立工程意識，構建系統觀和全局觀，激發學習積極性，培養辯證思維和創新精神。

2.2.2 教學內容

教學內容是實現教學目標的載體。汪學均等[3]將課程的教學內容定義為學習知識、技能和行為經驗的總和。根據該文獻的分類方法，可將教學內容分為理論性內容（Theoretical Contents）和實踐性內容（Practical Contents）兩個方面。

2.2.3 教學策略

汪學均等[3]指出，教學策略是以一定的教學觀念和教學理論為指導，為實現教學目標和獲得預期教學效果而制定的教學總體方案。教學策略的制定要圍繞教學目標，根據教學內容的特點、學生的學習風格與特點、教師的特長與準備、具體教學環境（教學設施、教學資源）是否具備相應的條件進行酌情考慮。教學策略的種類很多，有學者按照是否具有特殊性和個性化特征，將教學策略分為一般性教學策略和特殊性教學策略[4]。還有學者主張將教學策略分為方法型、內容型、方式型和任務型四類。劉志華[5]則將教學策略分為替代性教學策略和生成性教學策略兩大類：在替代性教學策略（Substi-

tutive Instruction strategy）中，教師事先需將學生的認知過程轉化為具體的教學資源和教學實施文件，然后按照人的認知規律由淺入深、循序漸進地傳授知識給學生，學生在整個學習過程中被動接受知識；在生成性教學策略（Generative In-struction Strategy）中，教師預先按照學生學習新知識時的認知過程設計一個個彼此關聯的小問題和小任務，并為其匹配合適的情境和資源，然后引導學生學習和探究，逐個解決問題和完成任務，最終實現教學目標。

2.3 混合式教學的基本模式

按照文獻[3]的思路，從教學內容（理論和實踐）和教學策略（替代性和生成性）兩個維度，可生成四種線上線下混合式智慧教學模式，見表1。

2.4 混合式教學模式在自動控制原理課程教學中的應用設計

目前，陸軍工程大學石家莊校區專業人才培養方案中規劃的自動控制原理課程授課學時為50學時，授課內容為基本理論，因此適合采用TG和TS兩種混合式教學模式[5]。在此以教材第三章“控制系統的時域分析法”中部分內容為例，介紹TG和TS兩種混合式教學模式在該課程中的使用情況，見表2。

2.5 混合式教學模式實踐探索舉例

2.5.1 TS教學模式

TS教學模式在理論性強的課程教學中應用最廣泛，在此以表2中的“典型輸入信號”知識點為例，對TS教學模式進行介紹，如圖1所示。

1）課前階段，主要進行學情分析、教學設計與優化、學習任務的發布。

①學情分析，包含教學對象分析、教學目標分析、教學內容分析和設備環境分析四個方面[6]。

教學對象分析：主要從學生原有知識結構、現有認知能力、情感、身心特征四個方面進行分析。對于上述知識點，學生在上課前尚未完成信號與系統課程的學習，對典型信號還比較陌生，但已具備所需的基礎知識與認知能力，只是對控制系統的認識才剛剛起步，雖然學習控制系統的意愿很強烈，但需要教師的引導和幫扶。

教學目標分析：該知識點的教學目標主要為知識目標，即要求學生掌握幾種常見信號的數學描述及其拉氏變換表達式，并能繪制其波形。

教學內容分析：該知識點主要介紹自動控制系統的幾種常用輸入信號，內容淺顯易懂，除了需要一定的數學基礎之外，不需要其他理論基礎，非常適合開展TS模式的教學。

設備環境分析：主要分析智慧教學所需的教學平臺和課程資源。該知識點的教學需要學習任務單、教學視頻和測驗題等教學資源，依靠陸工在線課程管理平臺和嘉課堂教學平臺進行授課[2]。

②教學設計。教師根據上一階段學情分析的結果制定合適的教學設計方案，并著手準備所需的教學資源，如預習視頻、精講課件、課堂測驗題和作業內容等。

③預習測評。教師按計劃發布課前預習任務，向學生推送預習視頻、課件和測驗題等學習資源；學生在相應時間截止點前完成預習和測試，并結合自身學習情況進行提問和留言。

④綜合學情分析。教師利用智慧課堂信息平臺的數據分析功能，查看學生的學習時長、觀看預習視頻時出現回播的概率、任務完成情況、測試參與率和正確率，統計出現錯誤頻率較高的知識點，從學生角度出發，結合學生的信息反饋（提問、留言、交流）和自身教學經驗，分析學生在學習過程中出現困惑的原因，尋找化解困惑的方法[7]。

⑤優化教學設計。教師結合前一階段綜合學情分析的結果，對教學設計進行優化。

2）課中階段。課中階段包含情境導入、集中精講、投屏反饋、實時檢測、查看結果、總結提升等步驟。

①情境導入。在智慧教學中，由于有了課前線上導學的鋪墊和平臺大數據分析的引導，教師對學情的掌握更加精準全面，在進行課堂教學情境創設時手段更多樣，目的性和針對性更強[8]。例如，教師可以將學生在預習過程中遇到的問題聚集起來，在課堂上通過投屏進行集中展示，解決其中的普遍性問題，順勢導入新課內容；也可將優秀的預習成果拿來展示，激發學生的爭優精神。

②實時檢測。相比于傳統課堂教學，教師在智慧課堂教學中借助平臺的數據分析功能，能夠實時對學生在課堂內的參與情況快速作出診斷，并依據它實時調整教學預設；也可以通過平臺發布隨堂測試，實時檢測學生在課堂內的學習效果；還可以及時收集學生的問題，了解學生心中的疑惑，全面、高效地掌握學生的學習狀態。

③總結提升。與傳統課堂教學相比較，智慧教學可以開展針對性的總結提升。傳統課堂的總結常側重對知識的概括和重復，而智慧教學則可以根據多重數據（平臺數據分析的結果、課堂測驗的結果和學生課堂反映的問題）快速找到學生心中的難點和疑點，并圍繞難點、疑點有針對性地進行總結，幫助學生實現對弱點的鞏固與強化和對重點知識的進一步提升。

3）課后階段。傳統的課后作業由教師統一布置，由于作業題內容相同，無法有效制止學生的抄襲行為；由于學生需要等待很久才能得到上一次作業的批改反饋，存在時效性差的問題；在作業講評環節，教師主要針對共性問題進行講解，無法兼顧個體的特殊需求。智慧教學則可以改變這一現狀：教師可以結合課前、課中的診斷數據為學生定制專屬作業或進階作業，確保作業內容的多樣性，這一舉措既可以減少抄襲行為，也可以幫助學生查漏補缺和拓展提升；教師通過智慧教學平臺可以及時發布作業反饋和講解視頻，對于存在非共性問題的學生也能給予及時指導，最大限度地保證了學習的時效性，并能兼顧每位學生的個體需求，確保教學的公平

性；教師也可以利用智慧教學平臺開展教學反思，對當前的教學資源和效果進行評估。

2.5.2 TG教學模式

在專業背景類理論課程教學中，除了TS教學模式之外，TG教學模式也是一種常用的混合式教學模式。在此以“時域動態性能指標”知識點為例，介紹TG教學模式的具體實踐方法，如圖2所示。由于TG教學模式與TS教學模式的眾多步驟基本相同，在此主要介紹不同部分。

1）課前階段：學情分析。

①教學對象分析。在學習“時域動態性能指標”之前，學生已經完成教材第二章“控制系統數學建模”的學習，對控制系統的數學模型有了一定程度的認識。學習“基于微分方程的系統運動響應”使學生具備了利用微分方程求解系統運動響應的能力。學生對工程控制系統的宏觀性能要求有了感性上的認識，理論基礎較好，但對自動控制系統的認識還處于初級階段，理論分析能力尚未形成，實踐認知能力弱。

②教學目標分析，采用分類法和分層法。對于上述知識點，其教學目標分為知識目標、能力目標和素質目標三類。知識目標要求學生能夠掌握“時域動態性能指標”的具體內容，能力目標要求學生具有思維分析能力（分類法和關鍵點法），素質目標要求學生體會標準的重要性。能力目標為第一層，知識目標為第二層，素質目標為第三層。

③“時域動態性能指標”為描述系統動態性能的一套評價體系，該內容需要將“控制系統的響應”和“工程上對控制系統的動態性能要求”二者結合進行討論，確定體系中應包含的指標內容，為后續一階、二階乃至高階系統動態性能評價建立一套科學合理的評價標準。該知識點難度適中，是學習第三章重點和難點知識的基礎。該知識點中蘊含的標準意識、分類討論和抓關鍵點分析問題的思維方法，對學生的學習和生活具有重要的指導作用，適合采取TG模式開展探究學習。

2）課中階段：組織探究。智慧教學平臺有很多智慧功能，比如搶答、選人和小組討論等，因此，可以充分利用其功能組織探究式教學活動，實現翻轉課堂。對于上述知識點，可以在預習的基礎上，從討論結果中選取代表性觀點在課堂內開展小組討論，從“如何對自動控制系統進行動態性能評價”的問題出發，在假設初始條件為零和單位階躍信號激勵條件下，通過小組討論確定建立評價標準的基本思路和指標體系中的具體指標內容，最后組織學生表達與交流學習感悟。

3 結束語

以自動控制原理課程為試驗田積極開展混合式教學模式改革研究，是課程組主動迎接當代教育發展新形勢的具體舉措，是課程教學質量向高階發展的必由之路。在軍隊院校這樣一個相對封閉的環境中進行混合式教學，與地方高等院校相比既有共性又有個性，需要廣大教師和教學管理者共同探索適合軍隊院校教學的新方法和新舉措，通過實踐使混合式教學模式逐漸在軍隊院校落地，逐步積累經驗，實現軍隊院校教育與時代教育發展脈搏的同頻共振。

4 參考文獻

[1] 初紅霞，王希鳳，謝忠玉，等.混合式教學模式在自動

控制原理教學中的實踐研究[J]. 中國現代教育裝備，

2021（11）：47-50.

[2] 谷開慧，李含，梁明.大數據背景下的智慧教學模式研

究[J].黑龍江科學，2020，11（15）：76-77.

[3] 汪學均，王輝，鐘燚，等.線上線下混合式智慧教學模式構想與實踐[J].中國教育信息化，2022，28（10）：84-92.

[4] 烏美娜.教學設計[M].北京：高等教育出版社，1994.

[5] 劉志華.教學系統設計與實踐[M].北京：清華大學出版

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[6] 王娜，官邦貴，何恩節，等.大學物理智慧教學模式的

探究[J].現代計算機，2019（26）：65-68.

[7] 教育部.教育部關于一流本科課程建設的實施意見[A/

OL].（2019-10-24）[2022-09-07].http：//www.moe.gov.

cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031406269.html.

[8] 李風燕，孫建迎，李義勇.大農業慕課探討[J].中國教育技術裝備，2017（20）：113-115.

作者簡介：毛瓊，通信作者，講師；席雷平，副教授；霍曉燕、劉杰，講師。