翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式淺析

王波

摘? 要： 以“控制系統(tǒng)仿真”課程為例，基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，對(duì)控制系統(tǒng)仿真課程進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)研究，總結(jié)出一套基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的教學(xué)方法，以加深理論與實(shí)際的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究、獨(dú)立思考、協(xié)同合作的能力。該研究可為控制類課程的教學(xué)改革提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 翻轉(zhuǎn)課堂; 控制系統(tǒng)仿真; 教學(xué)方法; 應(yīng)用型人才

中圖分類號(hào)：G420? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2021）09-99-04

Absrtact： Taking the "Control System Simulation" course as an example， based on the flipped classroom teaching mode， this paper makes a practical research on the "Control System Simulation" course， and summarizes a set of teaching methods based on the flipped classroom teaching mode， so as to deepen the connection between theory and practice and cultivate students' abilities of active exploration， independent thinking and cooperation. This research can provide reference for the teaching reform of Control courses.

Key words： flipped classroom; control system simulation; teaching methods; application-oriented talents

0 引言

目前，在教育教學(xué)領(lǐng)域中特別是高等教育階段，綜合運(yùn)用各種信息技術(shù)手段越來(lái)越廣泛，現(xiàn)階段很多課程都采用了互聯(lián)網(wǎng)自主教學(xué)模式，如“精品開(kāi)放課程”、“微課”、“MOOC”等[1]，翻轉(zhuǎn)課堂也應(yīng)運(yùn)而生。為了適應(yīng)這種新的教學(xué)形式，作為教學(xué)“第一現(xiàn)場(chǎng)”的傳統(tǒng)課堂也正面臨著改革，教師必須在提高自己的信息能力和創(chuàng)新能力的同時(shí)，還要主動(dòng)探索新思路和新的教學(xué)方法，不斷學(xué)習(xí)適應(yīng)這種教學(xué)模式，“翻轉(zhuǎn)課堂”的出現(xiàn)正是適應(yīng)這種形式改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的一個(gè)有效途徑。

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped/Inverted Classroom）[2]，最初的教學(xué)形式就是教師創(chuàng)建教學(xué)資源，包括教學(xué)視頻及多媒體課件供學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師則通過(guò)教學(xué)終端在線答疑解惑，進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，可以快速回答學(xué)生在預(yù)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題并掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，便于課上教師調(diào)整教學(xué)方案，針對(duì)性教學(xué)，在課堂上師生可以面對(duì)面交流和完成作業(yè)的一種教學(xué)形式。與目前的網(wǎng)課還是有很大差別的，網(wǎng)課主要以教師主動(dòng)教，學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)為主，只是把教室搬到了網(wǎng)上[3]。目前，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式基本上是可以按照兩個(gè)步驟進(jìn)行，第一步是教師布置學(xué)習(xí)任務(wù)，供學(xué)生課前學(xué)習(xí)，第二步是學(xué)生通過(guò)網(wǎng)上學(xué)習(xí)消化并吸收知識(shí)的過(guò)程。

“控制系統(tǒng)仿真”課程是自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)科專業(yè)拓展課程，是繼工程數(shù)學(xué)，自動(dòng)控制理論、MATLAB程序設(shè)計(jì)課程后，以控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用MATLAB數(shù)學(xué)工具箱對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行定性研究的課程。該課程對(duì)工程數(shù)學(xué)及控制理論水平要求相對(duì)高。①理論基礎(chǔ)要求高。該課程的基礎(chǔ)課程是工程數(shù)學(xué)及自動(dòng)控制理論，公式多，難理解，極易混淆。②應(yīng)用實(shí)踐性強(qiáng)。前序課程的理論、方法和模型都只是工具，將其用于解決實(shí)際問(wèn)題才是控制系統(tǒng)仿真課程教學(xué)的目的。如果按“基本概念-控制算法-習(xí)題講解”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生在課堂上看到的主要是數(shù)學(xué)模型的堆砌和不知何用的控制模型的羅列，那么學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的興趣和學(xué)習(xí)的積極性將大打折扣，其實(shí)際應(yīng)用性價(jià)值也得不到體現(xiàn)。

因此，本文基于控制系統(tǒng)仿真這門(mén)課程，提出翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，總結(jié)出一套適用于類似于控制系統(tǒng)仿真這類實(shí)踐課程的教學(xué)模式，對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)踐研究。

1 翻轉(zhuǎn)課堂在控制系統(tǒng)仿真課程中的優(yōu)勢(shì)

⑴ 便于教師因材施教

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的最大特點(diǎn)是自主性。課前學(xué)生根據(jù)教師布置的任務(wù)自行學(xué)習(xí)，不受時(shí)空限制，學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，可以網(wǎng)上答疑，一對(duì)一有針對(duì)性的講解。課上教師可以有重點(diǎn)地講解，針對(duì)課前學(xué)生的自學(xué)情況，進(jìn)行分層次、有主次地講解。課后還可以借助視頻回放仔細(xì)推敲，慢慢深入地理解，做到以人為本，因材施教。

⑵ 有助于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，擴(kuò)展知識(shí)的范圍，啟發(fā)學(xué)生的思維

相比傳統(tǒng)教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式確實(shí)能激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。學(xué)生在課前的自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)觀看教師制作的PPT及視頻資料[4]，一定會(huì)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)一些不能理解或理解不透徹卻又在現(xiàn)有學(xué)習(xí)資料中找不到答案的問(wèn)題。學(xué)生帶著疑問(wèn)就會(huì)想方設(shè)法查找資料解決，去圖書(shū)館找相關(guān)書(shū)籍或網(wǎng)上資源，或與同學(xué)探討論證?？傊?，在這個(gè)尋找答案的過(guò)程中必定會(huì)有新發(fā)現(xiàn)，收獲更多新知識(shí)，掌握更多新本領(lǐng)，勢(shì)必提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，知識(shí)更加豐富，不斷地啟發(fā)新思維，新思想。慢慢地學(xué)生不再完全依賴教師了，依賴心理漸漸變?nèi)趿?，在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷成長(zhǎng)，學(xué)習(xí)興趣會(huì)大大提高。特別是控制系統(tǒng)仿真的課程，學(xué)生通過(guò)教師給與的課前學(xué)習(xí)內(nèi)容，自己主動(dòng)動(dòng)手仿真，看到了仿真效果，就會(huì)結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)模型和學(xué)過(guò)的知識(shí)分析仿真結(jié)果，這樣不但可以弄懂前序課程中不理解的知識(shí)點(diǎn)，還可以進(jìn)一步拓展，掌握新方法。就像很多課程實(shí)習(xí)一樣，學(xué)生動(dòng)手做了，體驗(yàn)到成功的喜悅了，自然學(xué)習(xí)興趣就濃厚了，啟發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

⑶ 增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間分配的主動(dòng)性與靈活性

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為導(dǎo)向的，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間是可以自由支配的，只要是課前能夠完成老師指定的學(xué)習(xí)任務(wù)，其余時(shí)間都可以自由安排。時(shí)間上靈活了，學(xué)生也相對(duì)自由了，通過(guò)針對(duì)性的仿真練習(xí)，能夠很好的理解課程中枯燥、晦澀難懂的公式及定理，通過(guò)練習(xí)，找到問(wèn)題，課上和老師進(jìn)行探討，深入學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)更加主動(dòng)靈活。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實(shí)施計(jì)劃

根據(jù)控制系統(tǒng)仿真課程的特點(diǎn)及大綱要求，教師需要整體把握翻轉(zhuǎn)課堂的各個(gè)環(huán)節(jié)，爭(zhēng)取最大限度地提升翻轉(zhuǎn)課堂在控制系統(tǒng)仿真課程教學(xué)中的效果。我們從翻轉(zhuǎn)課前、翻轉(zhuǎn)課中、翻轉(zhuǎn)課后三個(gè)方面闡述。

⑴ 翻轉(zhuǎn)課前

控制系統(tǒng)仿真過(guò)程總體上分為系統(tǒng)建模、仿真建模、仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析這四個(gè)步驟，結(jié)合仿真的三要素：系統(tǒng)，模型，計(jì)算機(jī)，搭建框圖如圖1所示。

教師首先要結(jié)合實(shí)際仿真案例，按照上圖仿真三要素構(gòu)思設(shè)計(jì)本節(jié)課學(xué)習(xí)任務(wù)單，針對(duì)晦澀難懂的內(nèi)容，推送引導(dǎo)式、案例式等教學(xué)資源及相應(yīng)仿真練習(xí)。然后學(xué)生自主學(xué)習(xí)并完成相關(guān)訓(xùn)練及測(cè)試，提出問(wèn)題與困惑，可以課前與同伴交流。

學(xué)習(xí)任務(wù)單的合理設(shè)計(jì)，是課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。好的任務(wù)單設(shè)計(jì)可以反應(yīng)學(xué)習(xí)效果，并成為發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的有效支架。擬設(shè)計(jì)的任務(wù)單如圖2所示。

⑵ 翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂主要是依據(jù)課前布置的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行專題講解及討論[5]?？刂葡到y(tǒng)仿真建立仿真模型包括三個(gè)基本的內(nèi)容：建模、仿真實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行仿真的主要依據(jù)，根據(jù)所建立的控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用適當(dāng)?shù)乃惴ê头抡嬲Z(yǔ)言轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以實(shí)施計(jì)算和仿真的模型。根據(jù)所使用仿真軟件語(yǔ)言編寫(xiě)仿真程序，將仿真模型載入計(jì)算機(jī)，再按照預(yù)先設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案運(yùn)行仿真模型，得到一系列仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)分析仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，來(lái)檢驗(yàn)仿真模型和仿真程序的正確性，多次反復(fù)分析和修改，最終可以得到預(yù)期或滿意的仿真結(jié)果?？梢韵葘?duì)之前布置的仿真任務(wù)完成情況進(jìn)行提問(wèn)，看掌握情況，是否得到了滿意的仿真效果，還可以設(shè)計(jì)問(wèn)題讓學(xué)生分組討論并通過(guò)仿真驗(yàn)證，對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的小組匯報(bào)、案例探討與辯論、反饋評(píng)價(jià)等。

仿真流程設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

⑶ 翻轉(zhuǎn)課后

針對(duì)重點(diǎn)及難點(diǎn)內(nèi)容，有針對(duì)性的預(yù)留仿真案例，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

控制系統(tǒng)仿真的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，不可避免地具有時(shí)間及學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備差異的局限性，仿真案例的安排也要結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)而分層次設(shè)置，要求每一位同學(xué)都能在課后通過(guò)仿真案例掌握本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，還要在仿真的過(guò)程中理解并消化本次課的內(nèi)容，根據(jù)實(shí)際情況建立團(tuán)隊(duì)合作或是分組合作的方式，在學(xué)習(xí)交流過(guò)程中共同進(jìn)步。對(duì)于學(xué)有余力的同學(xué)可以設(shè)置難度高一些的案例，以拓寬其知識(shí)面。結(jié)合課堂教學(xué)開(kāi)展探究式實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)以致用，促使學(xué)生自己搜索資料，拓寬自己的知識(shí)面，全面提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

3 課程評(píng)價(jià)體系

⑴ 過(guò)程性評(píng)價(jià)機(jī)制，客觀評(píng)價(jià)學(xué)生

控制系統(tǒng)仿真課程實(shí)踐性強(qiáng)，理論基礎(chǔ)要求高，需要結(jié)合幾門(mén)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程的知識(shí)，要有一定的綜合分析和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，需要對(duì)幾門(mén)課程綜合分析，弄懂一個(gè)問(wèn)題往往要查閱很多資料，所以單純的一張期末考試卷不能夠很好的反映學(xué)生的實(shí)際水平，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在控制系統(tǒng)仿真課程教學(xué)中可以改善原有考核的一些弊端，但還需要在實(shí)踐中觀察其應(yīng)用效果，不斷總結(jié)與完善?？刂葡到y(tǒng)仿真課程過(guò)程評(píng)價(jià)體系（圖4）中對(duì)每一個(gè)過(guò)程都有相應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

⑵ 測(cè)試與反饋評(píng)價(jià)體系的建立

目前有很多網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以搭建課程測(cè)試與反饋評(píng)價(jià)體系。測(cè)試及反饋系統(tǒng)的建立，使學(xué)生在自主學(xué)習(xí)及課堂訓(xùn)練，團(tuán)隊(duì)合作和集中討論后能夠及時(shí)評(píng)測(cè)學(xué)習(xí)效果，讓學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，不斷修正學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)習(xí)能力與知識(shí)提升。課后通過(guò)案例仿真進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果給與不同的評(píng)價(jià)，形成一套適合本類課程的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。例如仿真模型搭建、仿真結(jié)果分析、仿真過(guò)程講解及學(xué)習(xí)反思等進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，進(jìn)行打分。本門(mén)課程還要進(jìn)行合理的反饋評(píng)價(jià)，及時(shí)聽(tīng)取學(xué)生的意見(jiàn)和建議，實(shí)時(shí)調(diào)整講授方法及學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)測(cè)試及反饋評(píng)價(jià)體系，正確把握課程的講授規(guī)律和使用適合學(xué)生的學(xué)習(xí)方法。

4 翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用挑戰(zhàn)

⑴ 傳統(tǒng)觀念的束縛

翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施也受著很多因素影響。比如在疫情影響下幾乎所有課程都是在網(wǎng)上開(kāi)展的，應(yīng)用了很多網(wǎng)絡(luò)資源和教學(xué)平臺(tái)，網(wǎng)課也受到過(guò)很多質(zhì)疑，從學(xué)習(xí)效果來(lái)看，并不都是很理想的，這也和學(xué)生的自主性、主動(dòng)學(xué)習(xí)能力有很大關(guān)系。對(duì)于控制系統(tǒng)仿真這類課程來(lái)說(shuō)，是比較適應(yīng)這種課堂模式教學(xué)的，對(duì)于實(shí)操性強(qiáng)的課程，授課效果比較好。

⑵ 學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性

自覺(jué)性是翻轉(zhuǎn)課堂能否順利實(shí)施的關(guān)鍵因素，往往就是自覺(jué)性差導(dǎo)致學(xué)習(xí)成績(jī)不理想，而翻轉(zhuǎn)課堂就是需要學(xué)生自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)，要想方設(shè)法不斷增強(qiáng)學(xué)生自我約束力、時(shí)間觀念，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)習(xí)慣是翻轉(zhuǎn)課堂順利實(shí)施的重中之重。所以，在高等教育領(lǐng)域，特別是實(shí)際操作性強(qiáng)的專業(yè)課程，學(xué)生要有一定的自控能力，在教師的正確引導(dǎo)下翻轉(zhuǎn)課堂將取得比傳統(tǒng)教學(xué)更好的效果。

⑶ 教師的人格魅力

在開(kāi)展課堂教學(xué)過(guò)程中，教師儲(chǔ)備的知識(shí)會(huì)在面授過(guò)程中不自覺(jué)的加入到課堂教學(xué)中，這些隱形知識(shí)的傳輸在翻轉(zhuǎn)課堂模式下傳輸渠道被裁剪掉，所以，翻轉(zhuǎn)課堂模式教學(xué)過(guò)程中，也要注意這方面的影響。

⑷ 現(xiàn)代化教學(xué)手段對(duì)教師提出更高要求

眾所周知，目前所提及的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要的教學(xué)資源是視頻資料，有些還有教師自己錄制視頻文件，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的練習(xí)題目用于學(xué)生網(wǎng)上練習(xí)，這就要求教師掌握一定的相關(guān)技術(shù)，如信息搜索與加工、網(wǎng)絡(luò)視頻制作工具的使用、資源管理等。現(xiàn)代化教學(xué)手段的正確使用，是翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式重要的組成部分，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有著決定性的影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂可以有益的補(bǔ)充我們現(xiàn)行的教學(xué)方式，在信息技術(shù)快速發(fā)展的趨勢(shì)中，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的成功運(yùn)用勢(shì)必會(huì)給學(xué)生帶來(lái)積極、主動(dòng)、高效的學(xué)習(xí)，如何加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和自我約束力是翻轉(zhuǎn)課堂順利實(shí)施的重中之重，需要在后續(xù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實(shí)施中進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出更有效的應(yīng)對(duì)方法，保證翻轉(zhuǎn)課堂取得預(yù)期的效果。

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