基于“翻轉(zhuǎn)課堂”的控制系統(tǒng)工程課程教學模式探索

沈俊

摘 要：近年來，《控制系統(tǒng)工程》作為一門非自動控制專業(yè)學生的基礎課，由于其對數(shù)學基礎要求較高，本科學生掌握該課程內(nèi)容難度較大。本文擬提出“翻轉(zhuǎn)課堂”下控制系統(tǒng)工程課程教學模式改革的策略，并進行傳統(tǒng)教學與學生自主學習并重的教學模式的研究與實施。本文的研究對于工科專業(yè)其他相似課程的教學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 教學模式

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：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》課程的目標為使學生初步了解控制方面的理論知識并對控制系統(tǒng)分析與綜合的能力，為后續(xù)專業(yè)課程提供堅實的理論基礎，是本科工科專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。然而，國內(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。這樣直接導致的問題是學生并不理解這一結(jié)果，只能按照教材上提供的步驟機械化的演算。這種教學模式的弊端在于，學生不理解結(jié)果背后的思想，因而在今后的科研中很難靈活運用知識。因此，針對《控制系統(tǒng)工程》課程進行教學模式改革的探索有著重要的意義。

1 教學過程中存在的問題

國外的學生普遍自主學習能力要比國內(nèi)學生強。學生經(jīng)常在課堂上主動向教師提問。相反，國內(nèi)的課堂經(jīng)常出現(xiàn)教師提問后卻沒有學生愿意主動回答，或是教師要求某位學生回答而學生不愿進行任何思考的情況。此現(xiàn)象與中國學生長期以來根深蒂固的被動學習的傳統(tǒng)教學模式有很大關(guān)系。另外，國外幾乎每門課都會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生（尤其是能力較強的學生）自主學習的空間。

國內(nèi)許多課程存在通過點名等方式來保證學生出勤率等現(xiàn)象，這樣一方面容易造成學生厭學的心理，另一方面也在課堂教學中浪費了大量寶貴時間。而反觀國外，則少有教師在課堂上點名，取而代之的是，教師在上課前設置好一些小測試的題目，通過問卷的形式分發(fā)給學生解答，以此來檢驗學生對知識的掌握情況，同時也檢查了學生的出勤情況。而國外恰恰相反，即使有些結(jié)果的證明很復雜，不適合本科教學，教師也會把一些直觀的理解給學生介紹，而不是簡單介紹一個定理的結(jié)果。

李培根院士指出：在主動實踐過程中，學生的質(zhì)疑力、觀察力、協(xié)同力、領導力等多種素質(zhì)都能得到很大提高，會大大增加學生今后取得創(chuàng)新成果的機率。自主學習能力的培養(yǎng)，是提高學生綜合素質(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，通過以“翻轉(zhuǎn)課堂”為基礎，培養(yǎng)學生自主學習實踐的能力，改變目前國內(nèi)課堂普遍存在的學生被動學習的現(xiàn)象，有著重要的意義。

2 教學模式改革的探索

2.1 傳統(tǒng)教學與學生自主學習并重的教學模式

盡管翻轉(zhuǎn)課堂在培養(yǎng)學生自主學習意識和提升學習效率方面，有著非常大的優(yōu)勢，但由于傳統(tǒng)教學模式的長期影響，學生自學能力匱乏，大多數(shù)學生并不適應于翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式。我們借鑒高水平大學的人才培養(yǎng)模式，形成以傳統(tǒng)教學和學生自主學習相結(jié)合的教學模式。對于基礎和入門內(nèi)容，仍然采取先教后學的傳統(tǒng)模式，目的是引導學生掌握基礎知識；對于拓展的知識內(nèi)容，則會適當選擇“翻轉(zhuǎn)課堂”新模式來進行。我們以提高學生自主學習能力為核心，進行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式的探索和研究。通過基礎課程講授與學生自學以及課外閱讀相結(jié)合的方式，引導學生通過探究性學習，提高本科生對專業(yè)知識的獨立學習能力，進而培養(yǎng)本科生思考和解決本領域工程性問題和前沿問題的能力。開展啟發(fā)式、討論式、參與式教學，調(diào)動學生主動學習、研究性學習、合作性學習的積極性，使學生的創(chuàng)造思維在教學過程中得到激發(fā)和鼓勵。以控制理論或工程研究中遇到的問題為出發(fā)點，引導學生認識到課堂知識學習的必要性，以基于科研問題的探究式教學模式進行課堂教學。

2.2 加入過程性考核方式

在教學過程中（可根據(jù)需要選擇在上課開始時或一節(jié)課中間），用5～10min時間通過課堂小測試（通常為問卷形式，設置1～2個問題）考查學生對當前章節(jié)知識的基礎，并由此自然引出本堂課要講授的內(nèi)容。這樣既可以檢驗學生對之前章節(jié)的掌握情況以及對當前章節(jié)所具備的基礎，又省去了傳統(tǒng)授課中通過點名檢查學生出勤率在課堂上耗費的大量時間。整合教育教學資源，建立起以“翻轉(zhuǎn)課堂”為平臺的數(shù)字化教學環(huán)境；開發(fā)、收集、組織一批豐富的教育教學信息資源，建立起與課堂內(nèi)容相配套的課外閱讀材料，形成教學資源庫。

改革單一的培養(yǎng)模式，建立傳統(tǒng)教學與學生自主學習并重的教學模式，并加入過程性的考核方式，爭取改變學生目前以考試為導向的學習模式。針對機電學院開設的控制系統(tǒng)工程課的特點，建設教學資源，如課堂小測試題庫，以及課外閱讀資源的配套建設，如提供與課程相關(guān)的網(wǎng)絡資源，或制作拓展課程相關(guān)知識的課件，供學有余力的學生閱讀。

2.3 加入Matlab仿真計算教學

在課堂上加入Matlab仿真軟件的教學，并鼓勵學生在課后作業(yè)中遇到可以用軟件仿真解決的問題盡量采用仿真計算的方式解決，從而進一步為學生今后參加科創(chuàng)競賽或者研究生階段的科研提供支持。培養(yǎng)學生利用計算機仿真解決工程問題的能力，在教學中適當加入Matlab仿真的基本介紹，讓學生對一些簡單的控制問題能夠通過編程解決。達到科研與教學的融合，在教學中由科研中遇到的問題引入知識的學習，從而讓學生認識到該內(nèi)容的意義與作用，提升學生的學習興趣。讓學有余力的學生在課外有針對性地進行擴展性閱讀，進一步領會課程知識的精髓，學以致用。強調(diào)利用計算機解決工程問題的水平，提高學生的仿真計算能力，從而為本科生參與創(chuàng)新競賽活動提供支持。從而使得學生學習能力、科研素質(zhì)和專業(yè)英語水平的全面提高。

參考文獻

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