基于MOOC的MATLAB與系統(tǒng)仿真課程混合式教學(xué)探索與實踐

任佳 潘海鵬

摘 ?要：文章探討了基于MOOC的混合式教學(xué)模型的課前-課堂-課后三環(huán)節(jié)實現(xiàn)思路，并以MATLAB與系統(tǒng)仿真課程為例進行了在線課程開發(fā)與混合式教學(xué)實踐。實踐表明：該模式對提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)驅(qū)動力，提高教學(xué)質(zhì)量具有積極作用。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);MOOC;教學(xué)模式;MATLAB與系統(tǒng)仿真

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2022）01-0115-04

Abstract： This paper discusses the realization idea of MOOC based hybrid teaching model： pre-class，classroom，after-class， and takes MATLAB and system simulation course as an example to carry out online course development and hybrid teaching practice. The practice shows that the blended learning mode has a positive effect on improving students' learning autonomy， stimulating students' internal learning driving force and improving teaching quality.

Keywords： blended learning; MOOC; teaching mode; MATLAB and System Simulation

從20世紀80年代末開始，隨著計算機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，一股E-learning的浪潮席卷了全世界的各個領(lǐng)域，沖擊著傳統(tǒng)教學(xué)模式。慕課（Massive Open Online Course，MOOC）作為其中一種重要的在線學(xué)習(xí)形式，受到越來越多的關(guān)注[1]。國內(nèi)外涌現(xiàn)出眾多的優(yōu)質(zhì)MOOC平臺及網(wǎng)站：MOOC學(xué)院、學(xué)堂在線、Coursera、Share Course、Proera等。如何利用（開發(fā)）MOOC資源提高教學(xué)質(zhì)量是作者近年來在教學(xué)實踐中一直在思考和探索的問題。

混合式教學(xué)（Blended Learning，Hybrid learning）就是把傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式優(yōu)勢和E-learning（即數(shù)字化或網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)）的優(yōu)勢結(jié)合起來的一種有效方式[2]。在該過程中既可以發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。該教學(xué)模式受到了廣泛的探索與實踐，形成了很多優(yōu)秀的教學(xué)成果[3-6]。

本文以作者所授課程MATLAB與系統(tǒng)仿真為例，探討混合式教學(xué)在高校工科類教學(xué)中的改革及實踐情況。

一、基于MOOC的混合式教學(xué)模式改革思路

（一）課程及平臺資源

MATLAB與系統(tǒng)仿真課程是一門介紹MATLAB/Simulink程序設(shè)計的入門基礎(chǔ)課程，共32學(xué)時，2學(xué)分，講授內(nèi)容包括：MATLAB基礎(chǔ)，繪圖基礎(chǔ)，程序的流程控制，腳本文件和函數(shù)文件，數(shù)據(jù)分析與多項式計算，MATLAB方程數(shù)值求解、優(yōu)化問題求解， Simulink系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)，以及基于MATLAB的控制系統(tǒng)設(shè)計（包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論）。

課程線上依托浙江省高等學(xué)校在線開放課程共享平臺?；谠撈脚_，作者開發(fā)了MATLAB與系統(tǒng)仿真課程的線上資源[7]（圖1，圖2），包括10個專題，75個微視頻（約500分鐘），電子課件，課前測試，課后作業(yè)，疑難解答，期中、期末線上測試等內(nèi)容。微課制作基于OBE理念，按照學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、動手實操的思路完成，方便學(xué)生進行有效學(xué)習(xí)和自檢。

課程具有如下特色：

（1）重點突出，每個專題都制定有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。（2）同一主題，理論講解與實操講解互相配合，重點習(xí)題點評講解。（3）工具箱的拓展應(yīng)用講解。（4）注重基礎(chǔ)的訓(xùn)練，關(guān)注能力的培養(yǎng)。

（二）教學(xué)活動設(shè)計

首先，需要對學(xué)情進行分析，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)前的狀態(tài)，具體的學(xué)情情況如下：

（1）選課學(xué)生基礎(chǔ)不一（部分參加過數(shù)學(xué)建模的同學(xué)已有一定的基礎(chǔ)）;（2）學(xué)習(xí)風(fēng)格和方法也不同，有些喜歡自學(xué)，有些喜歡結(jié)合老師講解后學(xué)習(xí)，有些同學(xué)喜歡在挑戰(zhàn)中學(xué)習(xí);（3）學(xué)習(xí)興趣有淺層學(xué)習(xí)、動機學(xué)習(xí)和深層學(xué)習(xí)三類。

因此在混合式教學(xué)設(shè)計中需要以學(xué)生為中心，充分結(jié)合上述特點進行設(shè)計，設(shè)計能夠滿足多層次學(xué)生學(xué)習(xí)需求的資源和教學(xué)模式。整個混合式教學(xué)活動的設(shè)計基于OBE理念，首先依據(jù)畢業(yè)要求分解指標(biāo)點確定課程目標(biāo)，然后設(shè)定每周的分解目標(biāo);基于每周分解目標(biāo)，進行混合式教學(xué)的設(shè)計。設(shè)計思路如下：

（1）按照知識結(jié)構(gòu)，分專題進行課程設(shè)計、講解。（2）每個專題都制定有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)、練、測結(jié)合，理論講解與實操講解互相配合，重點習(xí)題點評講解。（3）結(jié)合課程特點，進行其他核心專業(yè)課與MATLAB結(jié)合的拓展開發(fā)。（4）注重基礎(chǔ)的訓(xùn)練，關(guān)注能力的培養(yǎng)。

混合式教學(xué)活動的實現(xiàn)由課前自學(xué)、課堂講授、課后總結(jié)三部分組成。其中課前自學(xué)、課后總結(jié)基于MOOC平臺線上完成，課堂講授線下實現(xiàn)。結(jié)合MATLAB與系統(tǒng)仿真課程知識點多而散，且實操性強的特點，制定了圖3所示的混合式教學(xué)活動方案。

在該實現(xiàn)方案中，教師和學(xué)生各司其職：教師按照課程目標(biāo)合理安排課程知識點的學(xué)習(xí)方式、評價方式。課前環(huán)節(jié)的目標(biāo)是：讓學(xué)生明確本周的學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過微視頻、課件資源和編程練習(xí)掌握基本的知識點。課堂環(huán)節(jié)要實現(xiàn)的主要目標(biāo)是：重點難點知識點的探討、拓展，通常按照小組形式組織，讓學(xué)生帶著問題而來，通過小組探討、教師引導(dǎo)，自我思考、動手實操，獲得解答后滿載而歸。課后環(huán)節(jié)的目標(biāo)是檢驗學(xué)生對本周學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握程度，及時總結(jié)，幫助安排下一周的教學(xué)內(nèi)容和持續(xù)改進。下面以課程專題7中的“數(shù)據(jù)分析（數(shù)據(jù)插值和曲線擬合）”為例進行具體說明（表1）。

（三）教學(xué)評價設(shè)計

合理的教學(xué)評價是OBE教學(xué)理念順利實施的重要環(huán)節(jié)，它為課程的持續(xù)改進提供了有效依據(jù)。對應(yīng)“課前-課堂-課后”三階段教學(xué)活動，混合式教學(xué)的教學(xué)評價由“課前評價-課堂評價-課后評價”三部分構(gòu)成（圖4）。

二、基于MOOC的混合式教學(xué)實施及效果分析

將混合式教學(xué)模式應(yīng)用于2018級自動化專業(yè)學(xué)生的MATLAB與系統(tǒng)仿真課程教學(xué)，持續(xù)開展了一學(xué)期的教學(xué)實踐，并于2017級基于傳統(tǒng)教學(xué)實踐的班級進行對比分析。兩屆學(xué)生使用相同的課程教材，課時量相同，期末考試均采用試題庫命題方式進行，期末成績?nèi)绫?所示。

由表2可知：采用混合式教學(xué)的2018級成績優(yōu)良率達到81.35%，為2017級采用普通方式授課班級優(yōu)良率（46.83%）的近2倍，平均成績高出近12分。從成績分布來看，2018級處于90-100分數(shù)段的人數(shù)比較集中，而2017級相對集中的分數(shù)段位于60-69分和80-89分之間。這些都反映了混合式教學(xué)的效果。

通過問卷調(diào)查以及對自動化專業(yè)學(xué)生的訪談，超過90%的學(xué)生認為：實施混合式教學(xué)很有必要，該模式可以滿足學(xué)生個性化自主學(xué)習(xí)的需求，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)效率。

接下來，我們將進行課程目標(biāo)達成度的分析。該課程共有5個課程目標(biāo)，具體描述如下：

課程目標(biāo)1：通過控制系統(tǒng)工具箱的練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)、創(chuàng)新的科學(xué)思維;鼓勵學(xué)生自主編寫程序，上傳MATLAB文件交互區(qū)，培養(yǎng)其開放、共享的價值理念。

課程目標(biāo)2：熟練掌握MATLAB程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識，包括繪圖、流程控制、線性方程、微分方程的求解、基本的數(shù)據(jù)分析，以及曲線擬合、常用SIMULINK模塊以及控制系統(tǒng)仿真函數(shù);

課程目標(biāo)3：具有初步的數(shù)據(jù)分析、建模以及對模型進行解釋的能力;

課程目標(biāo)4：具有初步的基于MATLAB對常規(guī)控制系統(tǒng)進行分析與設(shè)計的能力;

課程目標(biāo)5：通過MATLAB的學(xué)習(xí)和上機實驗，使學(xué)生具備在英文環(huán)境下進行程序設(shè)計、調(diào)試和通過閱讀英文HELP文檔進行自主學(xué)習(xí)的能力。

五個課程目標(biāo)的達成度如圖5所示。

由圖5可知，5個課程目標(biāo)的達成度均大于0.7，課程目標(biāo)達成。其中課程目標(biāo)1和課程目標(biāo)5的達成度相對較低，在下一輪的課程講授中，將重點圍繞這兩點進行持續(xù)改進：在在線平臺中增加相應(yīng)測試題目，鼓勵學(xué)生閱讀英文幫助其進行學(xué)習(xí)，同時增加自選性程序設(shè)計題目，進一步提高課程的挑戰(zhàn)度。

三、結(jié)束語

線上、線下相結(jié)合的混合式教學(xué)為提高課堂教學(xué)質(zhì)量、實現(xiàn)個性化自主學(xué)習(xí)提供了一種有效的途徑。但要真正做到以學(xué)生為中心，有效達成課程目標(biāo)，需要授課教師在教學(xué)實踐中根據(jù)學(xué)情進行螺旋式動態(tài)調(diào)整，不斷持續(xù)改進，這些對教師的教學(xué)能力和精力投入提出了巨大的挑戰(zhàn)。

作者認為，做好混合式教學(xué)，至少需做好“四要”：在線資源要優(yōu)質(zhì)、線下課堂要高效、互動輔導(dǎo)要及時、考核評價要準(zhǔn)確。與各位老師共勉。

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