基于iMOOC平臺和云教室的混合式教學設計與實踐

李洪波+解武杰+董文瀚+李瑾+孔星煒+陳勇

摘 要： 將傳統教學與信息化條件下的教學有機融合，基于iMOOC平臺和云教室對自動控制原理課程進行混合式教學。課前，通過微課學習、實驗和分組任務來收集存在的疑問；課上，通過工程實例來引發(fā)學習興趣，請學生利用“實驗微視頻”和“云教室”對實驗和分組任務進行互動闡述，引導學員突破教學重點、難點；課后，通過思考題加深對所學知識的理解。信息化資源和手段的綜合應用有效提升了教學效果。

關鍵詞： iMOOC平臺； 云教室； 混合式教學； 信息化

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）05-72-03

The design and practice of blended teaching on iMOOC platform and cloud classroom

Li Hongbo， Xie Wujie， Dong Wenhan， Li Jin， Kong Xingwei， Chen Yong

（Aeronautics and Astronautics Engineering College， Air Force Engineering University， Xi'an， Shaanxi 710038， China）

Abstract： The traditional teaching and the teaching with information technology are integrated organically， and the blended teaching of principle of automatic control is conducted on the iMOOC platform and cloud classroom. Before the class， the existing questions are collected through the completion of micro-class learning， experimentation and grouped tasks. On the class， the study interest is stimulated through the engineering examples， and the students are invited to describe the experiments and grouped tasks interactively by using "micro-video" and "cloud classroom"， to be guided to break through the key point and difficult point of teaching. After the class， the questions are raised to the students for their further understanding of the knowledge learnt. The comprehensive application of information resources and means can effectively improve the teaching effect.

Key words： iMOOC platform； cloud classroom； blended teaching； informatization

0 引言

教育信息化從“基礎設施建設”階段向“強調教學應用”階段發(fā)展。以MOOC（Massive Open Online Course）為代表的在線學習平臺的興起，促進了教育教學改革，使教育方法和模式發(fā)生了深刻的變化。學生可以利用在線網絡教學平臺按照自己的節(jié)奏和學習風格進行學習，有利于發(fā)揮其學習的主動性。但自2006年以后，面臨“教育信息化的高期望值與實際效果之間存在較大落差”的現實，世界各國紛紛進行多方面的反省與思考，進入到“反思探索”階段[1]。

如何既發(fā)揮在線教學的特色及優(yōu)勢，又充分發(fā)揮傳統教學中教師起到的引導、啟發(fā)和監(jiān)控作用值得關注。

1 混合式學習

混合式學習（Blended Learning）是指，綜合運用不同的學習理論、不同的技術和手段以及不同的應用方式來實施教學的一種策略，它通過有機地整合面對面的課堂學習（Face to Face）和在線學習（On line learning或E-learning）而將兩者的優(yōu)勢結合起來?！盎旌稀痹谛问缴鲜窃诰€學習（On-line）與面對面學習（Off-line）的混合，其更深層次包括基于不同教學理論（如建構主義、行為主義和認知主義）的教學模式的混合，教師主導活動和學生主體參與的混合，課堂教學與在線學習不同學習環(huán)境的混合，不同教學媒體的混合，課堂講授與虛擬教室的混合等[2]。

傳統“以教師為中心”的教育思想強調以“傳遞—接受”為標志的教與學活動，而“以學生為中心”的教育思想強調以“自主—探究—合作”為標志的教與學活動。在以B-Learning為標志的混合式教育思想則兼取“傳遞—接受”和“自主—探究”二者之所長，強調“有意義的傳遞與教師主導下的自主探究相結合”為標志的教與學活動[1]。通過融合“以教為主”和“以學為主”兩種教學思想，形成“學教并重”的教學理念，既發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學過程的主導作用，又充分體現學生作為認知過程主體的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

2 iMOOC平臺和云教室

軍隊院校的信息化教學環(huán)境和地方高校存在較大差異，首先軍校宿舍、教學辦公場地禁止接入互聯網，其次學員在學校的學習生活以集體活動為主，因此不能照搬地方高校的MOOC教學模式，必須根據軍校的特色和實際情況開展教學模式改革[3-4]。

2016年，我院邀請陜西師范大學教師發(fā)展中心老師舉辦了“教學信息資源建設暨教學模式創(chuàng)新”專題研修班，并依托軍網引進iMOOC教學平臺，構建具有軍校特色的SPOC（Small Private Online Course）教學環(huán)境，以推動課程教學模式改革落到實處。

iMOOC平臺是由陜西師范大學教師發(fā)展中心開發(fā)的E-learning教學系統，提供課程資源共享、在線作業(yè)、在線考試、在線討論以及各類統計等豐富的功能，滿足開展在線、自主學習的要求。

同時，引進“銳捷云課堂系統”建設了云教室，能夠實現發(fā)送文件、屏幕廣播、學生演示、鎖屏等師生互動，具有電子點名、分組教學、隨堂測試、語音廣播、語音對講等教學功能，能夠有效提升學員的學習主動性和學習效率。

3 基于iMOOC平臺的混合式教學實踐

在陜西省精品資源共享課和大學重點課程建設基礎上，積極探索利用新建的iMOOC平臺和云教室，采用在線學習和傳統課堂教學相結合的方式，建設立體化教學資源，采取多樣性的教學方法，組織形式豐富的教學內容進行混合式教學實踐。

3.1 試點課程

自動控制原理是空軍航空工程領域一門重要的專業(yè)基礎課，服務對象幾乎涵蓋了飛機發(fā)動機、武器、飛行控制、導航等所有航空關鍵子系統。課程主要立足自動控制理論的應用，研究自動控制系統的共同規(guī)律，重點講授如何判斷武器裝備的控制系統是否穩(wěn)定工作，以及如何計算工作精度和考量工作動態(tài)過程，是發(fā)動機控制系統、飛行控制系統、火力控制系統等多個專業(yè)課程不可或缺的先導課。而自動控制原理相關知識點卻比較抽象、不易理解，容易導致學員的學習主動性、積極性不夠。

因此，利用信息化技術優(yōu)化教學過程，進行混合式教學改革試點是提升教學效果的一個有效途徑。

3.2 教學內容分析

以自動控制原理課程第五章第一部分內容—頻率特性的基本概念為例，詳細介紹混合式教學設計。

本次課教學內容主要包括深刻理解頻率特性的概念、掌握頻率特性的分析與計算方法。其中，頻率特性的概念簡單，但是其包含的物理含義卻難以理解，是學習過程中的重點內容；在分析系統頻率響應特點和理解頻率特性的概念基礎上，掌握頻率特性的分析與計算方法是難點內容。

在實現知識目標的同時，還需要考慮如何通過教學過程培養(yǎng)學員自主學習、表達溝通、協作學習、分析解決問題、實際動手、創(chuàng)新等能力素質目標。

3.3 教學組織實施

基于iMOOC平臺和云教室，將本次課混合式教學過程設計為“課前”、“課上”和“課后”三個階段。

3.3.1 課前

通過iMOOC平臺，發(fā)布自主學習任務單，本次課的課前任務主要包括：

⑴ 登錄iMOOC平臺，學習微課—頻率特性的概念；

⑵ 分組在實驗室完成實驗，觀察給RC網絡輸入正弦信號時系統的穩(wěn)態(tài)響應，并改變輸入信號頻率觀察系統響應如何變化；

⑶ 完成分組任務，例如第一組以RC網絡為對象，輸入正弦信號時，計算系統的頻率響應，第二組根據RC網絡的傳遞函數，計算G（jω）的模值和相角。

完成自主學習任務后，學員可以在討論區(qū)提出疑問，并進行討論。教員可以根據學員的疑問了解學習情況，并結合教學重/難點內容進行總結、歸納，主要圍繞以下兩個方面問題：

一是系統輸入為正弦信號時，輸出的變化有沒有規(guī)律？有什么樣的規(guī)律？相同頻率下這些規(guī)律和系統本身的結構參數有什么關系？

二是一階系統得到的規(guī)律是否具有普遍性？

同時，要求學員錄制分組實驗微視頻、制作演示文檔，準備在課上就觀察到的實驗現象和計算結論，進行闡述分析。

3.3.2 課上

本次課的課堂組織流程如圖1所示。

首先通過飛行控制系統縱向通道法向加速度反饋回路的工程實例，引發(fā)學員的學習興趣。根據噪聲信號的周期特性，思考能否從系統在正弦信號作用下具有的響應特性入手解決該實際工程問題。

針對課前總結的疑問一，首先請各組學員分析觀察到的實驗現象，并總結規(guī)律，得到系統頻率響應定性的規(guī)律；然后分別闡述分組計算結論，引導學員得到頻率響應定量的變化規(guī)律，以及和系統本身結構、參數的本質聯系。

針對課前總結的疑問二，引導學員完成從典型一階系統到一般系統的推導，注意講清推導過程中的兩個關鍵問題，即找到輸出表達式中的穩(wěn)態(tài)部分，以及G（jω）和G（-jω）模值、相角之間的關系，并最終得到頻率響應普遍的規(guī)律。

在講清頻率特性基礎上，為加深理解，設置課堂討論：在某一特定頻率下，系統輸入輸出的幅值比與相位差是確定的數值時，能否認為是系統的頻率特性？學員分組發(fā)言后，強調隨著頻率的變化，系統幅頻特性和相頻特性的變化規(guī)律才是系統的頻率特性。

以分析典型的RC網絡為例，繪制其幅頻和相頻特性曲線，總結得出其低通濾波特性，最后引導學員回到工程實例，即可以通過一階慣性環(huán)節(jié)抑制法向加速度反饋回路的高頻噪聲。并給出某型飛機飛行控制系統的縱向結構圖，驗證在實際的裝備上就是采用該方法來抑制高頻噪聲信號。

3.3.3 課后

課后，學員完成兩個拓展任務：

⑴ 利用Matlab軟件仿真分析其他典型環(huán)節(jié)在正弦信號作用下的響應；

⑵ 某型飛機飛行控制系統縱向通道俯仰角速度反饋回路中，俯仰角速度經過一個二階微分和振蕩相乘的環(huán)節(jié)，分析該環(huán)節(jié)的頻率特性，思考其起到什么作用。

要求完成拓展任務報告并上傳至iMOOC平臺，就思考題在討論區(qū)進行討論。

3.4 教學效果評價

為了全面考核學生的學習效果，將考試成績比重降低為60%，平時成績的比重占40%，把學習過程的各環(huán)節(jié)都納入到評價指標，實現了全過程評價。

平時成績（百分制）由課前、課上和課后各項目得分情況，按照設定的比重綜合得到，分值比例如表1所示。

]

通過相關調查問卷和考核評價分析，結果表明，采取混合式教學以后，學員不僅對理論知識理解更加深刻，而且在溝通表達、協作學習等方面的能力也有不同程度的提高。本次課的教學，大幅提高了學員對頻率特性概念的理解，有利于其進一步掌握如何在頻域對控制系統性能進行分析、校正，并緊密聯系實際裝備，對培養(yǎng)學員的創(chuàng)新意識，提升其分析問題、解決問題的能力具有較好的借鑒意義。

4 結束語

秉承“學教并重”的教學理念，基于iMOOC平臺和云教室對自動控制原理課程進行混合式教學改革，其特色主要體現為以下幾點。

一是以“學教并重”理念為根本進行一體化設計。結合本專業(yè)人才培養(yǎng)和課程教學目標，貫徹“學教并重”的教學理念，對教學模式、教學組織實施等進行一體化設計，確保教學設計本身的系統性、合理性和有效性。

二是充分運用信息化教學資源和手段提升教學效果。依托iMOOC信息化教學平臺和云教室，綜合運用微課、微視頻、討論區(qū)、課堂演示等資源和手段開展混合式教學，激發(fā)學員的學習熱情，提升其學習過程的參與感。

三是緊密聯系實際裝備開展教學。從學員專業(yè)背景出發(fā)，在專業(yè)基礎課中引入武器裝備實際存在的問題，有利于其加深對基礎知識的理解和認識，同時也能夠提升學員的學習積極性。

實踐表明，該混合式教學模式對于專業(yè)基礎課的學習具有較好的教學效果，具有一定的借鑒意義。

參考文獻（References）：

[1] 何克抗.教育信息化發(fā)展新階段的觀念更新與理論思考[J].課程·教材·教法，2016.36（2）：3-10

[2] 李克東，趙建華.混合式學習的原理與應用模式[J].電化教育研究，2004.5（7）：1-6

[3] 王瑞敏，曾韻，王立新等.基于SPOC的軍隊院校混合式教學模式[J].計算機教育，2016.2：26-29

[4] 李祁.面向MOOC的軍隊院校大學計算機基礎課程教學設計與實施[J].計算機教育，2015.19：98-101