“以學生為中心”理念下《自動控制原理》課程的教學改革探索與實踐

李曉梅 陳學軍 郭曉君

（莆田學院，福建 莆田 351100）

0 引言

《自動控制原理》課程是自動化專業及相關專業的專業基礎課程，傳統《自動控制原理》的課堂講授一般存在教學內容偏多、理論基礎知識多、課時受限、以教為主等問題，導致學生對該課程所學知識的應用能力不夠高，缺少自主思考，而且傳統的考核分為平時成績及期末成績，考核形式較單一，難以反映學生的真實學習狀況。

改革是解決問題的途徑，為提升教學質量，培養學生綜合應用專業理論和技術手段去解決實際問題的創新思維、創新精神和創新能力，與學校應用型高級人才培養的需要相適應，以及為學生參加大學生科研、機器人大賽、創新創業、技能競賽及做本科畢業設計進行有效的知識儲備，本課程在教學設計及實施過程遵循以學生為中心原則，結合線上線下混合式教學法，不斷推動教學改革探索與實踐，同時將科技發展前沿成果、思政元素等引入課程，落實立德樹人根本任務。

1 采用線上線下混合式教學法，培養學生的自主學習能力

1.1 教學模式改革，推動課堂革命

充分利用慕課與實體課堂各自的優勢，本課題引進中國大學MOOC 平臺的國家級精品課程《自動控制原理》，結合本校學生學習基礎，進行異步SPOC 線上線下混合式教學。 異步SPOC 教學頁面如圖1 所示。

圖1 異步SPOC 教學頁面

堅持以學生發展為中心的教學理念，在混合式教學過程中注重采取有效的教學手段，如案例式教學法、討論式教學法、合作式教學法、練習法等，積極采用信息化教學手段，提供多樣化的學習任務，激發學生的學習熱情和積極主動性，從而提升教學質量。

例如，線上教學部分采用自主學習法、練習法、課程討論相結合，引導學生積極自主學習和完成線上（中國大學MOOC）測試、作業，通過后臺學習數據分析，為線下課堂精準教學鋪墊；然后，線下教學部分利用智慧教學工具（慕課堂），基于在線學習內容，主要采用案例式教學法、研討式教學法、合作學習法、任務驅動法相結合。

其中，線下教學過程中，采用研討式教學法情況，主要分為兩方個面， 一方面基于學生線上學習完成情況，將其中章節測驗的情況投屏展示給學生，特別的正確率較低的題目再現， 讓學生之間相互探討對錯之分；另一方面，教師根據知識點，拋出一些主題討論，實現對知識點鞏固、強化或拓展等。采用練習法情況，一方面針對學生線上測驗等暴露的問題，在課堂上進行集中講評，特別是一些重難點、分析方法和設計方法，引導學生分析和認識問題；另一方面，線下采用練習法，當堂檢測學生對重難點的掌握情況，如采用搶答形式，調動學生的學習興趣，并引導學生討論總結，保證學生當堂掌握相關知識點。 采用案例式教學法、合作學習法、任務驅動法情況[1]，一方面，以小組為單位，布置探究性案例、綜合性案例分析或應用設計的學習任務，各小組合作完成并匯報，然后進行小組互評；另一方面，以教學實驗現場為中心，可提前將實驗操作過程進行錄屏發布到平臺，學生進行預先觀摩， 然后現場對學生實驗過程出現的問題進行指導，對教學內容進行實踐升華。

1.2 多元化教學評價，提高學生學習的積極性

秉承以學生為中心的理念，同樣需要對教學評價方式進行改革，注重過程化與個性化相結合、形成性評價與結果性評價相結合的考核方式，具體實施中主要有線上評價通過利用中國大學MOOC 平臺發布學習資源和測驗、作業、課程討論等，線下評價利用慕課堂智慧教學工具采集課堂學習過程，線上線下評價相結合來加強對學生課堂內外、課前課中課后學習的評價，如小組互評、生生互評、師生互評、線上學習考核、線下課堂學習考核、線下作業考核、期末考試、課堂活動參與度等方式相結合[2]，從多環節多維度考察學生的學習投入度、學習成果和差異化能力，激發學生的學習動力和積極性，不斷促進學生對課程學習的持續投入，讓學生的自主學習行為真正發生，培養學生自主學習的能力。 以某個班級為例，學生考核成績分布圖如圖2 所示。

圖2 某班級考核評價結果

2 堅持問題導向，培養自主思考能力

教學設計過程中注重以問題導向， 引發學生思考，在線下課堂中，對教學內容多利用慕課堂智慧教學工具發布主題討論，引導學生思考問題、分析問題來尋找答案。

例如，在講到典型外作用函數知識點時，可以一問學生“這些典型外作用力可以模擬哪些情況？ 并進行舉例”，引發學生思考，如此典型外作用函數就不是純粹的數學表達式，讓學生將理論學習和實際應用聯系，方能更好地理解該函數的作用。 在學生參與討論回答之后，可以從中選典型案例進行二問讓學生針對性地深入剖析，比如學生回答“室溫調節系統可以采用階躍函數作為典型輸入信號”， 則二問就讓學生剖析“為什么室溫調節系統可以采用階躍函數作為典型輸入信號？該階躍信號模擬的是什么量？”如此循環相扣，培養學生知其然知其所以然的嚴謹的科學思維。

另外，通過線上學習監測和智慧教學工具監測的學生學習數據， 及時發現學生暴露的薄弱點和問題，堅持問題導向，進行知識點補強教學設計環節，讓學生善于思考、明于思辨，比較分析自己知識點薄弱或容易做錯的原因。

3 開展翻轉課堂、小組討論等多樣化的教學活動，培養自主創新能力

《自動控制原理》理論知識偏多，學習起來比較枯燥，在教學過程中，除了利用信息技術手段和多元化的教學評價方式來調動學生的學習積極外，還可以通過開展翻轉課堂、小組討論等多元化、差異化的教學活動[3-4]，充分從內在激發學生的學習興趣，培養學生的自主創新能力。 引入MATLAB 軟件進行自動控制系統實例的分析與設計，引導學生用技術學習，理論和應用相結合，讓學生學會從實踐中尋找答案，舉一反三，培養學生深度分析、發散思維、創新思維。

例如，講授完“控制系統的數學模型”教學內容部分[5]，可分組進行實例建模設計任務，實例包含電樞控制直流電動機系統、雙容水槽系統（無延遲）、電加熱爐、電壓測量裝置、電力牽引電機車速控制系統、磁盤驅動讀取系統、位置隨動系統。每個任務點基本要求：含工作原理圖/方框圖、系統結構圖、數學建模過程，單位階躍信號輸入下的MATLAB 仿真結果演示，并對結果進行分析。翻轉課堂過程中，可以小組合作、討論，小組展示，然后小組互評。

但是，翻轉課堂得到小組互評結果后，還可以進一步升華， 要求每個人活動結束后應該學會總結、思考和反思。例如，活動后可以要求撰寫小組總結，小結中需要針對翻轉課堂上小組表現進行總結、回答思考題及自我評價。以上述翻轉示例為例，思考題可設：本實例屬于什么典型環節？ 為什么會出現這種情況？ 如果調整參數，結果會有什么變化呢？ 本實例適用于什么行業？ 而自我評價基本點可引導如下：本次控制系統實例建模設計任務中， 本人表現不錯的地方有哪些？哪方面需要進一步提升？因此，翻轉課堂活動最終成績由兩部分組成， 小組互評結果占總成績的70%，小組總結報告占總成績的30%。翻轉課堂活動圖如圖3 所示。

圖3 翻轉課堂活動圖

4 潤物細無聲，落實立德樹人任務

授之以魚不如授之以漁，當今時代，知識、技術發展迅速，對人才培養更是提出了更高的要求，這就要求教師不僅要關注學生學習，還要關注學習效果和學生發展，必須將知識傳授、能力培養和素質養成有機融合。 因此，在教學過程中，有效利用信息技術手段，以學生為中心理念進行教學設計，轉變傳統課堂授課模式， 充分調動學生的學習積極性和自主學習的熱情，提升學生的學習效率和學習質量，鍛煉學生理論聯系實際、 應用知識解決實際問題的能力和創新思維，培養學生團隊協作、友善溝通的良好社交習慣，達到潤物無聲、潛移默化的教書育人的效果，從而實現立德樹人的目標。

5 結論

技術為教育賦能，靈活應用教學平臺（中國大學MOOC）、智慧教學工具（慕課堂）和MATLAB 軟件進行《自動控制原理》課程的教學改革探索和實踐，秉承以學生為中心的教育理念，針對不同學習問題采用多樣化的教學手段和多元化的教學評價方式，激發了學生的求知欲，讓主動學習真正發生，驅動了學生自主學習、自主思考、自主創新的能力，落實了立德樹人根本任務，培養了學生綜合應用專業理論和技術手段去解決實際問題的創新思維、 創新精神和創新能力，并且該課程的教學改革實踐手段在相關專業課程中具有較好的示范應用價值和推廣價值。