基于“翻轉(zhuǎn)課堂”的控制系統(tǒng)工程課程教學(xué)模式探索

沈俊

摘 要：近年來(lái)，《控制系統(tǒng)工程》作為一門非自動(dòng)控制專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)課，由于其對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，本科學(xué)生掌握該課程內(nèi)容難度較大。本文擬提出“翻轉(zhuǎn)課堂”下控制系統(tǒng)工程課程教學(xué)模式改革的策略，并進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)并重的教學(xué)模式的研究與實(shí)施。本文的研究對(duì)于工科專業(yè)其他相似課程的教學(xué)模式改革也有一定的示范和輻射作用。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂 控制系統(tǒng)工程 教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（b）-0168-02

Abstract： In recent years， systems and control engineering， as an elementary course for students not majoring in automatic control， is relatively hard， since it is rather theoretical for undergraduate students. This article aims to propose a strategy for the teaching pattern reform for systems and control engineering based on flipped classroom， and carry out a teaching pattern attaching equal importance to traditional teaching and independent learning. The study carried out in this article plays an exemplary role for the teaching pattern reform of other similar courses in engineering.

Key Words： Flipped classroom； Systems and control engineering； Teaching pattern

《控制系統(tǒng)工程》課程的目標(biāo)為使學(xué)生初步了解控制方面的理論知識(shí)并對(duì)控制系統(tǒng)分析與綜合的能力，為后續(xù)專業(yè)課程提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，是本科工科專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。然而，國(guó)內(nèi)很多控制理論的教材中更注重定理結(jié)果的描述，卻忽視了如何得到結(jié)果的原理性內(nèi)容的介紹。這樣直接導(dǎo)致的問(wèn)題是學(xué)生并不理解這一結(jié)果，只能按照教材上提供的步驟機(jī)械化的演算。這種教學(xué)模式的弊端在于，學(xué)生不理解結(jié)果背后的思想，因而在今后的科研中很難靈活運(yùn)用知識(shí)。因此，針對(duì)《控制系統(tǒng)工程》課程進(jìn)行教學(xué)模式改革的探索有著重要的意義。

1 教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

國(guó)外的學(xué)生普遍自主學(xué)習(xí)能力要比國(guó)內(nèi)學(xué)生強(qiáng)。學(xué)生經(jīng)常在課堂上主動(dòng)向教師提問(wèn)。相反，國(guó)內(nèi)的課堂經(jīng)常出現(xiàn)教師提問(wèn)后卻沒(méi)有學(xué)生愿意主動(dòng)回答，或是教師要求某位學(xué)生回答而學(xué)生不愿進(jìn)行任何思考的情況。此現(xiàn)象與中國(guó)學(xué)生長(zhǎng)期以來(lái)根深蒂固的被動(dòng)學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)教學(xué)模式有很大關(guān)系。另外，國(guó)外幾乎每門課都會(huì)配備許多課外閱讀的教材與著作，而不僅僅局限于一本教材。而國(guó)內(nèi)課程往往局限于一本教材，甚至限定教材中哪幾章為考試內(nèi)容，這些做法本身極大限制了學(xué)生（尤其是能力較強(qiáng)的學(xué)生）自主學(xué)習(xí)的空間。

國(guó)內(nèi)許多課程存在通過(guò)點(diǎn)名等方式來(lái)保證學(xué)生出勤率等現(xiàn)象，這樣一方面容易造成學(xué)生厭學(xué)的心理，另一方面也在課堂教學(xué)中浪費(fèi)了大量寶貴時(shí)間。而反觀國(guó)外，則少有教師在課堂上點(diǎn)名，取而代之的是，教師在上課前設(shè)置好一些小測(cè)試的題目，通過(guò)問(wèn)卷的形式分發(fā)給學(xué)生解答，以此來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，同時(shí)也檢查了學(xué)生的出勤情況。而國(guó)外恰恰相反，即使有些結(jié)果的證明很復(fù)雜，不適合本科教學(xué)，教師也會(huì)把一些直觀的理解給學(xué)生介紹，而不是簡(jiǎn)單介紹一個(gè)定理的結(jié)果。

李培根院士指出：在主動(dòng)實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生的質(zhì)疑力、觀察力、協(xié)同力、領(lǐng)導(dǎo)力等多種素質(zhì)都能得到很大提高，會(huì)大大增加學(xué)生今后取得創(chuàng)新成果的機(jī)率。自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的主要途徑之一，也是培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力的必由之路。因而，通過(guò)以“翻轉(zhuǎn)課堂”為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)實(shí)踐的能力，改變目前國(guó)內(nèi)課堂普遍存在的學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，有著重要的意義。

2 教學(xué)模式改革的探索

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)并重的教學(xué)模式

盡管翻轉(zhuǎn)課堂在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)和提升學(xué)習(xí)效率方面，有著非常大的優(yōu)勢(shì)，但由于傳統(tǒng)教學(xué)模式的長(zhǎng)期影響，學(xué)生自學(xué)能力匱乏，大多數(shù)學(xué)生并不適應(yīng)于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。我們借鑒高水平大學(xué)的人才培養(yǎng)模式，形成以傳統(tǒng)教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)模式。對(duì)于基礎(chǔ)和入門內(nèi)容，仍然采取先教后學(xué)的傳統(tǒng)模式，目的是引導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)；對(duì)于拓展的知識(shí)內(nèi)容，則會(huì)適當(dāng)選擇“翻轉(zhuǎn)課堂”新模式來(lái)進(jìn)行。我們以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力為核心，進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的探索和研究。通過(guò)基礎(chǔ)課程講授與學(xué)生自學(xué)以及課外閱讀相結(jié)合的方式，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)探究性學(xué)習(xí)，提高本科生對(duì)專業(yè)知識(shí)的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力，進(jìn)而培養(yǎng)本科生思考和解決本領(lǐng)域工程性問(wèn)題和前沿問(wèn)題的能力。開(kāi)展啟發(fā)式、討論式、參與式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)、合作性學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生的創(chuàng)造思維在教學(xué)過(guò)程中得到激發(fā)和鼓勵(lì)。以控制理論或工程研究中遇到的問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到課堂知識(shí)學(xué)習(xí)的必要性，以基于科研問(wèn)題的探究式教學(xué)模式進(jìn)行課堂教學(xué)。

2.2 加入過(guò)程性考核方式

在教學(xué)過(guò)程中（可根據(jù)需要選擇在上課開(kāi)始時(shí)或一節(jié)課中間），用5～10min時(shí)間通過(guò)課堂小測(cè)試（通常為問(wèn)卷形式，設(shè)置1～2個(gè)問(wèn)題）考查學(xué)生對(duì)當(dāng)前章節(jié)知識(shí)的基礎(chǔ)，并由此自然引出本堂課要講授的內(nèi)容。這樣既可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)之前章節(jié)的掌握情況以及對(duì)當(dāng)前章節(jié)所具備的基礎(chǔ)，又省去了傳統(tǒng)授課中通過(guò)點(diǎn)名檢查學(xué)生出勤率在課堂上耗費(fèi)的大量時(shí)間。整合教育教學(xué)資源，建立起以“翻轉(zhuǎn)課堂”為平臺(tái)的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境；開(kāi)發(fā)、收集、組織一批豐富的教育教學(xué)信息資源，建立起與課堂內(nèi)容相配套的課外閱讀材料，形成教學(xué)資源庫(kù)。

改革單一的培養(yǎng)模式，建立傳統(tǒng)教學(xué)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)并重的教學(xué)模式，并加入過(guò)程性的考核方式，爭(zhēng)取改變學(xué)生目前以考試為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式。針對(duì)機(jī)電學(xué)院開(kāi)設(shè)的控制系統(tǒng)工程課的特點(diǎn)，建設(shè)教學(xué)資源，如課堂小測(cè)試題庫(kù)，以及課外閱讀資源的配套建設(shè)，如提供與課程相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源，或制作拓展課程相關(guān)知識(shí)的課件，供學(xué)有余力的學(xué)生閱讀。

2.3 加入Matlab仿真計(jì)算教學(xué)

在課堂上加入Matlab仿真軟件的教學(xué)，并鼓勵(lì)學(xué)生在課后作業(yè)中遇到可以用軟件仿真解決的問(wèn)題盡量采用仿真計(jì)算的方式解決，從而進(jìn)一步為學(xué)生今后參加科創(chuàng)競(jìng)賽或者研究生階段的科研提供支持。培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)仿真解決工程問(wèn)題的能力，在教學(xué)中適當(dāng)加入Matlab仿真的基本介紹，讓學(xué)生對(duì)一些簡(jiǎn)單的控制問(wèn)題能夠通過(guò)編程解決。達(dá)到科研與教學(xué)的融合，在教學(xué)中由科研中遇到的問(wèn)題引入知識(shí)的學(xué)習(xí)，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到該內(nèi)容的意義與作用，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。讓學(xué)有余力的學(xué)生在課外有針對(duì)性地進(jìn)行擴(kuò)展性閱讀，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)課程知識(shí)的精髓，學(xué)以致用。強(qiáng)調(diào)利用計(jì)算機(jī)解決工程問(wèn)題的水平，提高學(xué)生的仿真計(jì)算能力，從而為本科生參與創(chuàng)新競(jìng)賽活動(dòng)提供支持。從而使得學(xué)生學(xué)習(xí)能力、科研素質(zhì)和專業(yè)英語(yǔ)水平的全面提高。

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