高校“計算機控制技術”課程線上線下混合式教學探索

王佳慶 楊汝 王曉剛

摘 要：混合式教學模式集合了線上教學和線下教學的優勢，將線上線下混合式教學模式應用到專業課程教學中，有利于激發學生的學習積極性，提高課程教學效果。文章結合教學實際，對“計算機控制技術”課程中“數字PID改進算法”的線上線下混合式教學模式設計進行探索。

關鍵詞：計算機控制技術;線上線下;教學模式;教學效果

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2021）26-0026-02

“計算機控制技術”課程是電氣與自動化類專業的主要專業課程之一。通過學習該課程，可以掌握離散控制系統的基本理論、輸入/輸出接口硬件電路設計，以及常規計算機控制系統的分析、設計和集成，形成分析和解決計算機控制系統工程復雜問題的能力。傳統“計算機控制技術”課程教學中，主要有兩個教學環節：一個是課堂教學環節，另一個是實驗課環節。學生需要完成一定量的作業和實驗報告，教師最后通過作業、實驗報告和期末考試來評定成績。在傳統教學中，教師與學生的交流少，學生處于被動學習狀態。而線上線下混合式教學，能夠充分發揮在線教學和傳統教學的優勢，克服傳統教學模式的弊端，大大提高教學效果。本文以筆者所在學校實際教學為例，對計算機控制技術課程中“數字PID改進算法”的線上線下混合式教學模式設計進行探索。

一、線上線下混合式教學模式設計

線上線下混合式教學可以將每一堂課設計成三個教學階段：課前環節、課中環節和課后環節，每個環節都有教師的教學要求和學生的學習要求。“數字PID改進算法”包括積分分離PID算法、微分先行PID算法、時間最優的PID算法、帶死區的PID算法、變速積分PID算法等，內容豐富，有些知識點較難理解。設計該教學內容的線上線下混合教學模式時，可以設計三個教學環節：一是課前線上自主學習，二是線下課堂集中解決疑難問題，進行知識點拓展和討論，三是完成課后線下作業，進行課外實踐鍛煉和課后線上交流。

1.課前線上自主學習

教師通過本校MOOC平臺發布教學課件和用于PID改進控制算法的實驗平臺的相關資料，供學生自主學習。每學完一種算法要提供一道自測題，幫助學生檢查和鞏固所學內容。學生在自主學習過程中遇到問題可以通過MOOC平臺、微信學習交流群與教師進行交流，教師需參與討論，并在線答疑。教師可以根據查詢測試結果和學生提出的問題，掌握學生的自主學習情況，以便線下針對性地回答學生面臨的共性問題和難點，確定線下課堂教學目標，適當調整教學內容和策略。為提高學生線上自主學習的積極性，教師應該將線上自主學習時長、線上習題自測情況及討論參與度算作一定比例的平時成績。

2.線下課堂集中解決疑難問題，拓展知識點和討論

對學生課前自主學習的數據做出分析后，教師需要對線下教學內容進行適當調整。要在遵循教學大綱的前提下，對學生理解不到位、認識有偏差或沒有理解的知識點進行重點講解，幫助學生建立知識體系。首先，教師要利用10分鐘左右時間解答線上學習中比較集中的問題。接著，可以深入講解各種算法的不同控制效果、用Matlab語言完成控制算法的程序流程圖，并解決編程過程中遇到的問題。教師應該對各章節具有連貫性的知識點進行串解，便于學生發現各知識點之間的聯系，幫助學生更深層次地掌握課程內容。另外，教師要重視知識點的拓展，拓展內容主要包括PID改進控制算法的程序流程圖和需要實現的功能等。最后，教師應該設置15分鐘以內的討論環節，可以針對上課內容，或提出討論題目（問題1：不同的控制對象如何選擇算法？問題2：如何用自己熟悉的編程語言實現算法？），讓學生展開討論。

3.完成課后線下作業，進行課外實踐鍛煉和課后線上交流

完成課堂教學后，教師可以通過本校MOOC平臺布置作業題：利用Matlab編寫兩種PID改進控制算法的程序。完成作業后，學生可以申請開放實驗室驗證控制算法的程序。學生在完成作業和實驗過程中遇到問題時，可以隨時發布在微信學習群，供教師和其他學生討論，最后找到解決問題的方法和思路。

二、提高線上線下混合式教學模式效果的措施

1.加強線下實踐教學，培養學生的創新能力

為提高教學質量，教師可考慮減少驗證性實驗內容，增加設計性、綜合性和研究性實驗內容。教師只需要提出實驗項目的要求，由學生自行設計實驗方案、完成實驗內容。通過這種線下實驗，學生能夠獲得自由想象和大膽創新的機會，從而激發創新欲望、培養創新能力。

2.利用現代信息科學技術拓展學習內容

教師應按照精品在線開放課程的教學流程組織教學，讓學生在線上通過電子教材、課件、視頻進行自主學習。教師要及時在線答疑，并利用視頻、文字、仿真技術等將有關計算機控制技術的國內外發展動態介紹給學生。有能力的學生可以在線上學習更多專業知識。

3.結合教師的科研工程實例進行教學內容改革

教師在教學中應適時介紹該學科發展前沿，并將自己的科研成果融入授課內容，把最新的知識和信息傳遞給學生，從而豐富課堂教學內容。教師可以從科研項目和成果中提煉整理出一批研究創新性實驗，以激發學生的科研興趣，培養學生的科研素養和創新精神。

4.制定合理的考核制度

教師要針對各教學環節，設置詳細的考核內容。線上考核內容包括：預習時間、小測驗、提問、討論、線上作業。線下考核內容包括：課堂討論、實驗、作業。平臺可以記錄學生的考核內容，線下考核則需要教師隨堂做好記錄。考核不能只關注結果，還要關注過程。

5.加入課程思政元素，培養學生學習的主動性

教師要深入挖掘課程中的思政元素，采用嵌入式滲透教學的方式，將控制系統的主要設備的現狀、優秀的控制領域專家信息等內容滲透在教學中。如講計算機控制系統發展章節時，可以讓學生了解我國控制系統的主要軟硬件目前都是從西方國家進口;講控制系統算法章節時，可以介紹一些從國外回來的控制領域的科學家對我國科技發展的卓越貢獻。這些思政元素的融入，可以激發學生的學習主動性和創造力，培養學生的集體主義和愛國主義精神。