線上線下混合式教學在“MATLAB與計算機仿真”課程中的實踐

高揚 胡卉 王來軍 趙嬌 付穎斌

摘 要 線上線下混合教學模式正在成為現(xiàn)代高等教育教學的一大發(fā)展方向。該模式基于傳統(tǒng)的課堂授課教學，并融合新興的網(wǎng)絡教學，可以達到更好的教學效果?！癕ATLAB與計算機仿真”屬于專業(yè)軟件應用與專業(yè)基礎相結合的課程，具有較強的應用性、實踐性與專業(yè)特點。而傳統(tǒng)的MATLAB課程側(cè)重于對軟件與語法的線下教學，如何結合線上教學平臺資源，實現(xiàn)更好的教學具有現(xiàn)實的研究價值。

關鍵詞 MATLAB與計算機仿真 混合教學 高等教育

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.01.074

Abstract The online and offline mixed teaching mode is becoming a major development direction of modern higher education teaching. The model combines the traditional classroom teaching mode with the online teaching mode to achieve better teaching results. "MATLAB and Computer Simulation" belongs to the professional course of computer field and has strong application and practicality. However， the traditional MATLAB course focuses on offline teaching of software and grammar. How to combine online teaching platform resources to achieve better teaching has realistic research value.

Keywords MATLAB and computer simulation; mixed teaching; higher education

“MATLAB與計算機仿真”課程因MATLAB 特有的語法特點，廣泛的專業(yè)使用范圍、Simulink 仿真的各種較為專業(yè)的設置等，體現(xiàn)出一定的難度。在課程學習過程中學生需要教師的指導與解惑，而學生自主學習與教師的講解有機結合是關鍵。一方面，MATLAB作為一種在實踐中應用極為廣泛的仿真軟件，它擁有大量的線上教學、討論、學習視頻，手冊、教程應用資料等等各種豐富的資源。另一方面，傳統(tǒng)教學模式中主要抓住課堂教學環(huán)節(jié)，其余課前與課后環(huán)節(jié)均需要依靠學生自主線下完成。從兩者的優(yōu)勢特點來看，線上平臺教學的主要優(yōu)勢包括：背靠網(wǎng)絡平臺，信息資源豐富;[1]信息獲取模式采用主動獲取模式;可綜合圖片、多媒體、語音交流、文字等多種方式實現(xiàn)信息傳遞，因此信息傳遞手段多樣化;傳輸時間自由靈活，學習時間全覆蓋。線下教學的主要優(yōu)勢在于：當面授課帶來的語言、眼神等多維度直接交流，直接互動帶來的教學效果以及課堂教學本身帶來的氛圍與討論感。因此，線上線下兩種平臺體現(xiàn)出不同的優(yōu)勢與特點，如何結合線上教學平臺資源，實現(xiàn)更好的教學具有現(xiàn)實的研究價值。

1 線上平臺教學模式的特點

Piazza，是國外大學中非常流行的教師與學生問答互動與輔助教學平臺，是一家專門面向?qū)W生和老師的問答平臺，它集wiki和論壇模式為一體，能夠幫助老師和學生更好的提問和解答學習中遇到的問題。由于支持PC端、移動手機端如iOS和Android等手機平臺而得到廣泛的運用。其校園用戶活躍人數(shù)已超過10萬，用戶范圍涵蓋美國主要院校，例如斯坦福，哥倫比亞，哈佛，MIT，普林斯頓等著名高校。經(jīng)統(tǒng)計登陸Piazza的學生每天平均花費在Piazza的時間均在4小時以上。超星學習通由國內(nèi)世紀超星信息技術發(fā)展有限公司開發(fā)，是一種專業(yè)的線上學習平臺，可在PC電腦，手機，平板電腦等多種終端使用。該平臺相比其他線上教學平臺而言，結合超星數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支撐，超星學習通能夠無縫提供包括電子資源下載，圖書館藏書借閱查詢，課程學習，資訊瀏覽，小組討論等功能。綜合兩種線上教學與互動平臺軟件特點，不難發(fā)現(xiàn)線上平臺教學的主要優(yōu)勢包括：背靠網(wǎng)絡平臺，信息資源豐富;信息的獲取主要采用主動獲取模式;可綜合圖片、多媒體、語音交流、文字等多種方式實現(xiàn)信息傳遞，因此信息傳遞手段多樣化;傳輸時間自由靈活，學習時間全覆蓋。

2 線上線下混合教學模式特點

線上線下混合教學模式是一種綜合運用各種網(wǎng)絡服務，將線上網(wǎng)絡學習形式與線下傳統(tǒng)的課堂教學模式形式相結合的一種新型教學模式。[2，3]傳統(tǒng)教學模式將教學過程劃分為三個環(huán)節(jié)：課前預習準備、課堂教學、課后復習鞏固。[4]傳統(tǒng)教學模式中主要抓住課堂教學環(huán)節(jié)，課前與課后環(huán)節(jié)均需要依靠學生自主線下完成?；旌鲜浇虒W模式的特點則首先在于將線上資源覆蓋到學生的課前與課后環(huán)節(jié)。通過使用在線學習平臺完成，預先發(fā)布課程視頻、學習材料，并督促學生完成課前預習。[5-6]課后，則通過在線學習平臺發(fā)布課后任務，進行課后答疑、交流，提供學生交流論壇。在混合式教學模式中，學生將由知識接受者轉(zhuǎn)變成為教學主體，教師主要承擔起引導者、指導者的角色，將課堂上教師的主導作用轉(zhuǎn)化為學生、教師雙主導，學生的學習主動性、積極性將調(diào)動起來，課堂效率大大提高。[7，8]

3MATLAB仿真課程特點

MATLAB是一種由美國MathWorks公司開發(fā)的一款強大的商業(yè)數(shù)學、仿真軟件。主要應用涵蓋算法開發(fā)研究，數(shù)據(jù)分析與可視化處理，數(shù)值計算，交互式環(huán)境等領域。得益于MATLAB強大的計算與優(yōu)化能力、高水平的圖形圖像處理能力、功能強大的工具箱和高度封裝帶來的易上手等特點使得MATLAB在眾多仿真軟件中脫穎而出，成為計算機仿真領域的主要工具之一。[8]MATLAB仿真技術課程的教學內(nèi)容適用于翻轉(zhuǎn)課堂與混合教學模式。這主要由于以下特點確定：MATLAB 仿真技術課程可以劃分為多個教學模塊，易于實現(xiàn)知識碎片化，且可實現(xiàn)漸進式教學安排，特別適于學生課下在寬松的學習環(huán)境下按自己喜歡的方式進行教學內(nèi)容的學習。同時，MATLAB 獨特的程序設計技巧、Simulink 仿真模型的復雜設置、MATLAB/Simulink 靈活多樣的仿真應用等，具有一定的難度，一方面學生在課程學習過程中離不開教師的指導與解惑。[9]另一方面作為一種在實踐中應用極為廣泛的仿真軟件，MATLAB在線上擁有大量的教學視頻、應用資料等等各種豐富的資源，有利于學生自我學習與提升，并激發(fā)學習興趣。因此該課程學生的自主學習與教師的講解有效地結合，非常適用于線上線下混合教學模式

4混合教學在MATLAB與計算機仿真課程中的應用

4.1 課前準備

課前為學生布置自主學習內(nèi)容，提供豐富多彩的多媒體資料。

（1）教師搜集、篩選、組織、制作、整理學習資源，包括視頻，PPT、文檔、例程等，在piazza、超星網(wǎng)絡教學平臺上進行MATLAB仿真技術課程建設。尤其提供制作精良的視頻資料能夠激發(fā)學生興趣并使之進行課前自主學習掌握知識。同時提供一些練習題目使學生自己對照練習能夠提升預習效果。

（2）教師布置課前學習任務時體現(xiàn)專業(yè)背景與層次性要求。課程學習的學生專業(yè)背景不盡相同，每個學生的的學習主動性，自主學習能力也各不相同，不能一概而論。因此必須在預先布置的學習任務中針對性的設計不同專業(yè)背景的練習題目，學習內(nèi)容安排由易到難，循序漸進地引導學生完成學習內(nèi)容，練習題目也應有不同層次的難度，滿足不同層次學生的需求。教師依據(jù)具體學習任務決定是否要求學生完成課前小練習。學生可自行根據(jù)答案對比判斷自己學習結果，教師則據(jù)此判斷學生掌握情況。

（3）開放課程討論論壇供學生互相交流。依托Piazza平臺開放MATLAB仿真技術課程的討論專區(qū)，由學生們在網(wǎng)上互相討論交流自學過程中碰到的難點與經(jīng)驗，同時安排1位學生助教協(xié)助論壇管理，定期發(fā)放教學計劃、教學課件，提前給出預習目標安排，并搜集學生預習后對課堂教學重點的意見反饋以支持下一步課堂教學活動有的放矢提升教學效果。

4.2 課堂活動設計

課堂教學是知識內(nèi)化、細化的關鍵環(huán)節(jié)，也是傳統(tǒng)教學活動中的主要環(huán)節(jié)。通過學生的提前預習，MATLAB的基礎語法（少數(shù)較難部分除外）均應已掌握。因此課堂教學中，首先安排對基礎語法的講解，講解應安排較短時間，本部分的主要內(nèi)容為重溫語法內(nèi)容的同時通過與學生的當面互動檢查知識點的掌握情況。其次，大部分課堂時間應根據(jù)預習環(huán)節(jié)中的練習結果、互動中的檢查結果，對部分難點進行講解。最后，依據(jù)各學生背景安排專業(yè)背景對應的仿真案例與實操題目，實現(xiàn)對課堂主要知識點、難點的重點演練、講解。考慮到學生學習水平的差異性，應安排部分難度較高的選做練習題供學生操作使用。與此同時，對于掌握較好的知識點，可以組織部分知識掌握較好的同學上臺為其他同學進行講解，形成一種學生主導課堂學習的翻轉(zhuǎn)氛圍。

4.3課后復習

課后復習是鞏固學生學習成果，擴展學習范圍的主要環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)主要基于課堂教學內(nèi)容，安排學生進行更多的練習鞏固與課后討論。因此課后復習主要分為課程練習與課程大作業(yè)兩部分，復習內(nèi)容主要在線上發(fā)布、答疑、結果提交、評分，并在課堂環(huán)節(jié)予以講解。

（1）課程練習，每次課程結束后安排進行。教師在本環(huán)節(jié)設計具有專業(yè)背景的練習題2-4道，教師提供題目以及資料由學生完成后通過網(wǎng)上平臺提交。提供討論平臺安排引導學生對練習題目進行自主討論、互相解答問題，激發(fā)學習主動性。

（2）課程大作業(yè)，通常每5～8節(jié)課程或完成一大部分課程內(nèi)容后安排一次課程大作業(yè)。本環(huán)節(jié)中，安排或?qū)W生自由組合2～5位學生組成項目小組，教師應為每個小組安排1個具有實踐背景的小課題，課題應包含數(shù)據(jù)處理、算法運行、結果展示、文檔形成環(huán)節(jié)。使學生通過聯(lián)合組隊合作完成實踐項目鍛煉項目能力。大作業(yè)完成后通過成績排名激發(fā)學生互相探討、學習的興趣，激發(fā)競爭向上的課程學習氛圍。

5總結

線上線下混合教學模式在傳統(tǒng)的教學模式基礎上，深度融合了線上教學資源，利用了線上資源與平臺的主要優(yōu)點。在這種模式中，如何發(fā)揮混合教學的優(yōu)點，調(diào)動學生主觀能動性，激發(fā)學生興趣，使學生由被動接受者變成了主動學習者，體現(xiàn)學生的主體作用，是混合教學的主要難點。本文以MATLAB與計算機仿真課程為例，探討了線上線下混合教學與具體課程結合的方式與安排，為線上線下混合教學模式在該課程中的應用方法提供有益嘗試。

參考文獻

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