以實際項目案例為導(dǎo)向的專業(yè)課混合式教學(xué)模式研究
——以智能控制導(dǎo)論課程為例

劉 輝

（昆明理工大學(xué) 信息工程與自動化學(xué)院，云南 昆明 650500）

0 引言

近年來，隨著教育部提出具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的“金課”建設(shè)，以及在面向工程教育的“新工科”實施背景下，傳統(tǒng)課堂教學(xué)改革有了更高的目標(biāo)和方向[1]。在現(xiàn)有慕課資源的基礎(chǔ)上，如何制定達(dá)成課程目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計以及實施線上資源、線下翻轉(zhuǎn)的混合式教學(xué)，是達(dá)成混合式“金課”兩性一度要求的核心和關(guān)鍵。

工科專業(yè)是以研究科學(xué)技術(shù)的原理，解決實際問題，研究應(yīng)用技術(shù)為主的學(xué)問。在智能控制導(dǎo)論課程教學(xué)過程中，傳統(tǒng)教學(xué)需要更多的時間講解課程理論知識，而對于理論的應(yīng)用部分主要是依靠課內(nèi)實驗，考核的重點仍然是對理論問題的解答能力[2]，存在著較為嚴(yán)重的“工科專業(yè)理科化”問題，學(xué)生運用知識的能力沒有從根本上得到提升，難以符合工程專業(yè)認(rèn)證背景下對學(xué)生能力的培養(yǎng)要求[3]。

以實際項目為導(dǎo)向的線上線下混合式教學(xué)模式和已有案例式教學(xué)模式[4-5]相比，充分利用線上慕課資源、線下案例設(shè)計以及信息化教學(xué)平臺，為實現(xiàn)深度翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)提供實施的基礎(chǔ)，即在保證掌握理論基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上使翻轉(zhuǎn)課堂更具有可行性和可操作性，詳細(xì)設(shè)計課前、課中和課后教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生將注意力主要集中在實踐項目的問題分析[6]、解決思路、實施方案、仿真研究以及分享和互動討論中。

1 課程的整體教學(xué)設(shè)計思路

本教學(xué)模式重點突出理論與實踐應(yīng)用相結(jié)合的特點，基礎(chǔ)理論知識通過慕課視頻在課前掌握，線下階段主要實現(xiàn)對知識的內(nèi)化、提升和運用。課程采用圖1 所示的教學(xué)過程結(jié)構(gòu)圖，分為了課前、課中和課后3 個部分，每個部分又包括不同環(huán)節(jié)。

實施混合式教學(xué)模式之前，需要提前完成所有線上和線下資源的建設(shè)，如圖2 所示，線上部分主要完成慕課資源建設(shè)，按照慕課視頻相對獨立性和簡短的特點，將課程內(nèi)容重新進(jìn)行碎片化處理以及梳理整合。線上資源包括課程視頻、多媒體課件以及課外擴(kuò)展閱讀資料。其次是線下項目案例的設(shè)計與課程內(nèi)容的融合，項目案例具有較強(qiáng)的應(yīng)用背景，具有可行性和拓展性，本課程中篩選的3 個實際項目案例見表1。

圖1 本課程教學(xué)過程和環(huán)節(jié)

圖2 課程線上線下資源建設(shè)內(nèi)容

2 課前學(xué)習(xí)

課前學(xué)習(xí)目標(biāo)是為了完成對基礎(chǔ)知識的掌握，主要完成方式為線上慕課學(xué)習(xí)。表2 展示了課前學(xué)習(xí)階段的教學(xué)活動內(nèi)容。

教學(xué)資源：引導(dǎo)性材料是為了引起學(xué)生的興趣和思考，為后續(xù)學(xué)習(xí)線上慕課提供前導(dǎo)知識，使學(xué)生帶著問題和目標(biāo)學(xué)習(xí)慕課資料；線上慕課資源是解決基礎(chǔ)理論知識，完成傳統(tǒng)課堂內(nèi)容的任務(wù)；通過測試性習(xí)題的答題情況反饋學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，并通過建設(shè)的課外資料拓展知識面。

技術(shù)工具：線下課前環(huán)節(jié)會用到智慧樹平臺學(xué)習(xí)慕課和作為討論互動的平臺，以及使用雨課堂推送引導(dǎo)性材料和測試題。

教師端：線下課前教師需要提前發(fā)布引導(dǎo)性材料，預(yù)留適當(dāng)?shù)臅r間給學(xué)生學(xué)習(xí)慕課資料并完成測試題，根據(jù)平臺反饋的數(shù)據(jù)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，并據(jù)此設(shè)計和調(diào)整線下教學(xué)活動。

表1 本課程中混合式教學(xué)實踐項目內(nèi)容和要點

學(xué)生端：學(xué)生需要在課前完成導(dǎo)入性材料的閱讀，并帶著問題完成慕課視頻的觀看，標(biāo)注出其中的難點知識，并及時在智慧教學(xué)平臺中發(fā)布和討論。

效果評價：課前主要考評慕課視頻觀看完整度和測試題的完成度和準(zhǔn)確率。

3 課堂學(xué)習(xí)

課堂學(xué)習(xí)是混合式教學(xué)實施的重點和關(guān)鍵，其核心是進(jìn)行以實際項目案例為導(dǎo)向的翻轉(zhuǎn)課堂，在本課程中設(shè)計的課堂環(huán)節(jié)內(nèi)容見表3。

表3 課堂教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)活動介紹

首先通過習(xí)題測驗的方式進(jìn)一步深化學(xué)生對知識內(nèi)容的掌握，這是能夠順利進(jìn)行案例翻轉(zhuǎn)課堂的前提。之后就要以實際項目案例的解決為目標(biāo)，分析和討論控制需求、需要解決的問題以及提出可行的解決方案并驗證通過。案例式學(xué)習(xí)的過程是隨著課程內(nèi)容的進(jìn)行逐步推進(jìn)的，每節(jié)課的任務(wù)就是將不同階段的理論知識與當(dāng)前項目進(jìn)展的需要相結(jié)合，逐步分析和討論，直至達(dá)到預(yù)期的控制效果。

以“BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程”這一節(jié)為例，用圖3 所示的線下課程實施流程圖。其中單元目標(biāo)1、2 為掌握基礎(chǔ)理論知識，單元目標(biāo)3 為對知識的運用能力。課前推送了能夠引導(dǎo)學(xué)生更形象理解網(wǎng)絡(luò)權(quán)值調(diào)整過程的視頻，然后再學(xué)習(xí)慕課。在線下課程中對重難點知識通過習(xí)題、做游戲以及動畫演示實現(xiàn)對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。之后重點討論人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在轉(zhuǎn)爐煉鋼終點預(yù)報方面的應(yīng)用，向?qū)W生布置問題清單以引導(dǎo)學(xué)生研究的方向，旁聽并參與學(xué)生的討論，給予一些引導(dǎo)和鼓勵，最后由隨機(jī)指定的小組代表作發(fā)言總結(jié)。最后是對本次課的總結(jié)和布置需要進(jìn)一步查閱資料完成的任務(wù)，供課后深化學(xué)習(xí)和討論。

4 課后學(xué)習(xí)

課后學(xué)習(xí)階段的目標(biāo)是實現(xiàn)對課堂知識的內(nèi)化，以小組為單位繼續(xù)推進(jìn)和完成實踐項目的任務(wù)，并對拓展查閱的資料在智慧教學(xué)平臺上進(jìn)行和討論互動，具體見表4。

課后學(xué)習(xí)重在復(fù)習(xí)并內(nèi)化知識，小組繼續(xù)討論推進(jìn)項目進(jìn)展。教師在其中起答疑和引導(dǎo)作用，解答學(xué)生在課堂中未完成的理論知識，并制作添加了語音注解的雨課件供學(xué)生復(fù)習(xí)。課后引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，擴(kuò)展知識面，并能夠在交流平臺上分享和互動交流。

圖3 “BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程”課程實施流程圖

5 教學(xué)過程中的信息技術(shù)應(yīng)用和教學(xué)評價

5.1 信息技術(shù)的應(yīng)用

在課程實施的不同階段，充分使用信息技術(shù)的支持更好完成課程目標(biāo)，如圖4 所示。

（1）課前通過網(wǎng)頁版雨課堂發(fā)送引導(dǎo)性的視頻或者其他材料，再通過智慧樹平臺查看學(xué)生學(xué)習(xí)的狀態(tài)，以及雨課堂測驗試題，反饋數(shù)據(jù)可以反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

（2）課中使用雨課件中插入的測試題，統(tǒng)計和分析學(xué)生對知識的掌握情況，以及雨課堂互動功能，記錄參與教學(xué)活動的學(xué)生平時成績，鼓勵學(xué)生參與討論和分享。

（3）課后通過雨課件加入語音注解發(fā)送給學(xué)生，以及雨課堂討論區(qū)、智慧樹APP 平臺（知到、教師圈）、E-mail 電子郵件與學(xué)生之間答疑、交流互動。

5.2 教學(xué)評價

學(xué)習(xí)評價細(xì)則見表5。在實施混合式教學(xué)中采用此表記錄學(xué)生狀態(tài)數(shù)據(jù)作為平時成績，平時成績評價方式涵蓋了線上和線下的多個環(huán)節(jié)。除了對學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價，另外在教學(xué)過程中使用“問卷星”平臺調(diào)查學(xué)生對教學(xué)效果的反饋，根據(jù)學(xué)生的建議持續(xù)改進(jìn)課程實施方案。

6 實施效果

每學(xué)年第二學(xué)期會有240 人左右修讀該課程，共分3 個普通班級授課，實驗班采用混合式教學(xué)模式，將慕課資源和線下活動互補(bǔ)配合達(dá)成課程目標(biāo)；對照班采用傳統(tǒng)授課模式，將慕課資源作為學(xué)生學(xué)習(xí)的課外資料。以最近一次的期末考試為例，采用集體命題，考后采用流水閱卷，卷面成績可以作為對比，見表6。

表5 課程教學(xué)評價細(xì)則

表6 實驗班與對照班卷面成績對比

從表6 中可以看出，對于簡答題和計算題，各班的差別不大。對于最后的兩道設(shè)計綜合題，實驗班具有一定的優(yōu)勢，可以看出學(xué)生在經(jīng)過了混合式教學(xué)訓(xùn)練后，對于知識的運用能力得以提升。

此外，使用“問卷星”對課堂教學(xué)效果進(jìn)行反饋統(tǒng)計，結(jié)果見表7，其中A 代表較好、B 代表一般、C 代表不滿意。

調(diào)查對象為實驗班中的83 位同學(xué)，返回有效問卷80 份，多數(shù)同學(xué)反應(yīng)自身學(xué)習(xí)意識和能力得到了提高，并對翻轉(zhuǎn)課堂以及所使用的案例效果表示肯定。總之，通過期末考試的卷面成績和學(xué)生評教，在智能控制導(dǎo)論課程中實施混合式教學(xué)模式具有較好的效果，對提高學(xué)生對知識的應(yīng)用能力有較大的幫助。

表7 調(diào)查問卷及反饋結(jié)果

7 結(jié)語

混合式教學(xué)模式是以學(xué)生為中心而開展的教學(xué)活動設(shè)計，在工科生的培養(yǎng)中，通過在混合式教學(xué)中引入實際的案例項目教學(xué)，使學(xué)生帶著問題和需求學(xué)習(xí)知識再回歸到知識的運用中，一方面通過慕課資源解決原有的理論知識，再通過線下合理的教學(xué)設(shè)計和活動深化對知識的理解和運用，二者互補(bǔ)搭配達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)。混合式教學(xué)模式重在對教學(xué)過程的細(xì)化和設(shè)計，合理組織和利用線上資源，并制定線下教學(xué)活動和環(huán)節(jié)，使學(xué)生在可接受的壓力范圍內(nèi)，有興趣積極參與教學(xué)過程，這需要有好的資源、有效的激勵措施以及合理可行、思路清晰的教學(xué)設(shè)計。以智能控制導(dǎo)論為例的混合式教學(xué)設(shè)計和細(xì)節(jié)，對于工科類專業(yè)的實踐教學(xué)具有一定的借鑒或參考價值。