混合式理實一體化教學改革探索與實踐
——以自動控制原理課程為例

樊樓英，樓贛菲，王 野，黃曉艷，沈偉華

（麗水學院工學院，浙江 麗水323000）

0 引言

應用型本科人才培養(yǎng)，強調的就是應用與實踐，如何在人才培養(yǎng)方案、課程設置、教學內容、教學方法、教學模式及教學評價等環(huán)節(jié)實現(xiàn)真正的“應用型”特色，是一個需要進行長期研究、不斷改進的過程[1]。在此大背景下，麗水學院電子專業(yè)提出著眼工程教育的“多元結合、分層遞進”的探索與實踐教學成果獎培育建設[2]，將應用型人才培養(yǎng)落實到課程建設，實現(xiàn)以“能力”培養(yǎng)為核心，達到“華盛頓協(xié)議”工程教育認證要求，培養(yǎng)高質量的工程技術人才。

1 現(xiàn)狀分析

近年來，麗水學院電子類課程陸續(xù)開展一系列的理實一體化教學改革與實踐[3]，即將理論教學課堂與實驗教學課堂相融合，實現(xiàn)理論教學與實踐教學在知識內容、實施時間和空間上緊密結合，使教、學、做相互滲透，相互促進，實現(xiàn)理論知識與實踐動手能力同步提高，但也存在以下問題：

（1）重實理不“實”的問題。理實一體的課堂教學模式，將理論教學課堂與實驗教學課堂相融合，但所有的理論教學基本上要在課內完成，又要在課內開展大量的實驗和討論，容易出現(xiàn)理論基礎不扎實、理論深度不夠等問題。

（2）理實銜接不緊密的問題。理實一體化教學對理論和實驗內容進行拆分和混合，由于理論體系和實驗體系不一定完全同步，容易出現(xiàn)兩者知識碎片化、理實銜接不緊密等問題。

（3）理實一體評價難的問題。理實一體化教學中實驗的拆分容易出現(xiàn)實踐能力評價難的問題，同時傳統(tǒng)教學方式不易實現(xiàn)學習過程自動記錄與評價，學生的學習效果不能及時反饋。課前預習情況、課中掌握情況、課后內化情況不能及時反饋給老師，任課教師不能根據學生的實際掌握情況及時做出調整。

為此本課題組在原有理實一體化教學模式改革基礎上，引入線上線下混合式教學模式，進一步深化課程改革，著力解決理論深度、理實銜接、能力考核等關鍵難題。

2 改革內容

2.1 構建理實一體化教學基礎上的混合式教學實施框架

整個教學實施框架將學習過程分為課前、課中和課后3 部分，如圖1 所示[4]。課前將理論知識和實驗內容碎片化，理論部分選擇重點、難點知識錄制微視頻，實驗部分選擇操作類的內容制作微視頻，每個視頻控制在5～15 分鐘的范圍內，方便學生課前預習和反復觀看。配套有預習任務卡和課前測試環(huán)節(jié)，以及相應的評價指標，督促學生開展課前自主學習，教師將課前學生的學習情況收集后，設計課堂教學環(huán)節(jié)。布置給學生預習的內容可以在課堂上通過與學生一起總結討論的方式進行，教師強調重點、難點和易錯點，然后針對重點內容的應用開展主題討論，讓學生成為課堂上的主體，教師則擔當主導的角色，及時總結點評。課后學生及時完成理論及實踐作業(yè)，所有作業(yè)上傳到網絡平臺，教師及時批閱，及時掌握學生課堂掌握情況，并通過平臺開展一對一個性化指導。每個教學環(huán)節(jié)中融入理實一體化教學理念，并配套相應的考核評價機制，注重過程性評價和學生能力評價。

2.2 重構基于混合式教學的理實一體化教學內容

2.2.1 基于工程實例法的理實一體化教學

經典控制理論以線性連續(xù)系統(tǒng)為主要研究對象，包含系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計三個模塊[5-6]，如圖2 所示。拆分小實驗與理論融合，繼續(xù)發(fā)揮理實一體的優(yōu)勢，同時引入工程案例，比如直流電動機調速控制系統(tǒng)，將其貫穿整個教學過程，按工程設計的思路建模、分析、設計與實現(xiàn)開展教學，幫助學生構建整體感和系統(tǒng)感?；诠こ虒嵗睦韺嵰惑w化教學，旨在用實踐促進理論應用，培養(yǎng)學生工程意識，強化實踐動手能力。可在授課之初先提出設計要求，待相應理論介紹完畢后，完成階段設計，在課程結束的時候學生便可以得到真實的可應用的控制系統(tǒng)。整個教學環(huán)節(jié)由淺入深、層層遞進，可按以下4 個階段進行。

圖1 教學實施框架示意圖

圖2 線性連續(xù)系統(tǒng)教學內容

第一階段：緒論。緒論作為課堂教學的第一課對培養(yǎng)學生學習興趣具有非常重要的作用?？裳埥淌诨虿┦?，結合自身的科研經歷給同學們上一堂生動的緒論課，通過生動的實例，將課程學習的目的、意義告訴學生，將學科的發(fā)展和存在的問題展示給學生，引起學生學習和探索的欲望。

第二階段：建立數(shù)學模型。在控制系統(tǒng)數(shù)學模型學習之后，要求學生完成上述電機調速控制系統(tǒng)建模的作業(yè)。通過建立實例的數(shù)學模型，學生們不僅應用了所學到的知識，而且將具體的物理系統(tǒng)轉換為定量的數(shù)學描述，保證后面能順利進行系統(tǒng)分析與設計。

第三階段：系統(tǒng)分析與設計。學習系統(tǒng)分析與設計期間，引導學生借助MATLAB 仿真軟件進行系統(tǒng)性能分析，并按照設計目標完成控制器或補償裝置的設計，要求學生針對該調速系統(tǒng)整定PID 控制器或補償裝置的參數(shù)。

第四階段：實例分析與設計。訓練學生綜合應用知識的能力，并拓展思維，實現(xiàn)與工程實踐接軌。

2.2.2 基于線上線下的理實一體化教學

為順利開展線上線下混合式教學，一方面要做好線上資源建設，借助超星泛雅平臺，將課程標準、教學進度表、微視頻、課件、實驗指導書、習題、作業(yè)、試卷等資源發(fā)布到網上，并對學生開放；另一方面，將教學內容深入分析后，分解成基本內容和深入內容，基本內容以簡單基本且容易理解的知識點為主，由學生自主學習，而學生較難理解或綜合性較強的內容，由教師課堂講解或學生課堂討論。線上線下理實一體化教學的開展，課內課外的相互延伸和補充，實現(xiàn)了重實理也實的目標。MATLAB 操作類的內容錄成微視頻，由學生自主學習，課堂上基本不需要花太多時間介紹MATLAB 軟件的使用，可以直接借助該軟件開展系統(tǒng)分析和設計，以使理實銜接得更加緊密。線性控制系統(tǒng)頻率特性法一章中的教學劃分，見表1。

表1 頻率特性法的基本內容及深入內容

2.3 改革混合式+理實一體化教學模式的課程評價方法

學習成績考核辦法實行教學全過程考核。借助超星學習通，記錄學生課前、課中、課后等每個環(huán)節(jié)的學習情況，方便成績的實時統(tǒng)計。以下是考核評價參考，可由不同任課教師酌情調整加分內容和百分比。期末試卷考核占總成績50%，平時成績占總成績50%。平時成績由課外自主學習10%、課堂考勤5%、課堂表現(xiàn)5%、實驗10%、隨堂測驗5%、課堂討論5%、課后作業(yè)10%組成，平時成績的每個部分都將制定相應考核評價措施。平時打分情況不定時向學生公布，讓學生及時看到自己的積分情況，可以每周開展積分排行榜，根據排名情況給予額外積分獎勵，納入課后作業(yè)積分。每周積分清零重新累計，提高學生學習的積極性和趣味性?？己嗽u價系統(tǒng)詳見表2，在過程性考核的同時強調對學生能力的考核，讓學生明白作為工科生都應該提高自己哪些方面的能力。

表2 考核評價系統(tǒng)

3 結語

在教育信息化的發(fā)展背景下，混合式的理實一體化教學將成為電子類課程的主流教學方法[7-10]，該方法可充分利用網絡教學資源，實現(xiàn)教學環(huán)節(jié)課內和課外的延伸和互補，以便師生在課堂上更有針對性地、更充分地開展重難點內容的學習和討論，課后可隨時開展一對一的個性指導，解決傳統(tǒng)理實一體化教學中重實理不實的難題。新模式下的教學內容重構，按工程設計的思路建模、分析、設計與實現(xiàn)開展教學，線上線下理實一體教學內容的合理安排，實現(xiàn)了理實緊密銜接。網絡平臺以及過程性考核評價體系的建立，實現(xiàn)了成績的實時評價，強調學生學習過程中的能力考核。自動控制原理課程的混合式理實一體化教學改革活動經過一年多的實踐取得較好的實施效果，目前在線教學資源豐富，結合學校精品課程和浙江省一流本科建設，在線教學平臺的教學資源充分地服務于混合式理實一體化教學活動，后續(xù)本課題組將進一步將該教學模式在電子類其他課程中開展教學嘗試。