基于MOOC的MATLAB與系統仿真課程混合式教學探索與實踐

任佳 潘海鵬

摘 ?要：文章探討了基于MOOC的混合式教學模型的課前-課堂-課后三環節實現思路，并以MATLAB與系統仿真課程為例進行了在線課程開發與混合式教學實踐。實踐表明：該模式對提高學生學習自主性，激發學生內在學習驅動力，提高教學質量具有積極作用。

關鍵詞：混合式教學;MOOC;教學模式;MATLAB與系統仿真

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：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，隨著計算機技術與網絡技術的快速發展，一股E-learning的浪潮席卷了全世界的各個領域，沖擊著傳統教學模式。慕課（Massive Open Online Course，MOOC）作為其中一種重要的在線學習形式，受到越來越多的關注[1]。國內外涌現出眾多的優質MOOC平臺及網站：MOOC學院、學堂在線、Coursera、Share Course、Proera等。如何利用（開發）MOOC資源提高教學質量是作者近年來在教學實踐中一直在思考和探索的問題。

混合式教學（Blended Learning，Hybrid learning）就是把傳統的學習方式優勢和E-learning（即數字化或網絡化學習）的優勢結合起來的一種有效方式[2]。在該過程中既可以發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又能充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性。該教學模式受到了廣泛的探索與實踐，形成了很多優秀的教學成果[3-6]。

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

一、基于MOOC的混合式教學模式改革思路

（一）課程及平臺資源

MATLAB與系統仿真課程是一門介紹MATLAB/Simulink程序設計的入門基礎課程，共32學時，2學分，講授內容包括：MATLAB基礎，繪圖基礎，程序的流程控制，腳本文件和函數文件，數據分析與多項式計算，MATLAB方程數值求解、優化問題求解， Simulink系統仿真基礎，以及基于MATLAB的控制系統設計（包括經典控制理論和現代控制理論）。

課程線上依托浙江省高等學校在線開放課程共享平臺。基于該平臺，作者開發了MATLAB與系統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，疑難解答，期中、期末線上測試等內容。微課制作基于OBE理念，按照學習目標、學習內容、動手實操的思路完成，方便學生進行有效學習和自檢。

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習目標。（2）同一主題，理論講解與實操講解互相配合，重點習題點評講解。（3）工具箱的拓展應用講解。（4）注重基礎的訓練，關注能力的培養。

（二）教學活動設計

首先，需要對學情進行分析，掌握學生學習前的狀態，具體的學情情況如下：

（1）選課學生基礎不一（部分參加過數學建模的同學已有一定的基礎）;（2）學習風格和方法也不同，有些喜歡自學，有些喜歡結合老師講解后學習，有些同學喜歡在挑戰中學習;（3）學習興趣有淺層學習、動機學習和深層學習三類。

因此在混合式教學設計中需要以學生為中心，充分結合上述特點進行設計，設計能夠滿足多層次學生學習需求的資源和教學模式。整個混合式教學活動的設計基于OBE理念，首先依據畢業要求分解指標點確定課程目標，然后設定每周的分解目標;基于每周分解目標，進行混合式教學的設計。設計思路如下：

（1）按照知識結構，分專題進行課程設計、講解。（2）每個專題都制定有明確的學習目標，學、練、測結合，理論講解與實操講解互相配合，重點習題點評講解。（3）結合課程特點，進行其他核心專業課與MATLAB結合的拓展開發。（4）注重基礎的訓練，關注能力的培養。

混合式教學活動的實現由課前自學、課堂講授、課后總結三部分組成。其中課前自學、課后總結基于MOOC平臺線上完成，課堂講授線下實現。結合MATLAB與系統仿真課程知識點多而散，且實操性強的特點，制定了圖3所示的混合式教學活動方案。

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

（三）教學評價設計

合理的教學評價是OBE教學理念順利實施的重要環節，它為課程的持續改進提供了有效依據。對應“課前-課堂-課后”三階段教學活動，混合式教學的教學評價由“課前評價-課堂評價-課后評價”三部分構成（圖4）。

二、基于MOOC的混合式教學實施及效果分析

將混合式教學模式應用于2018級自動化專業學生的MATLAB與系統仿真課程教學，持續開展了一學期的教學實踐，并于2017級基于傳統教學實踐的班級進行對比分析。兩屆學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，期末成績如表2所示。

由表2可知：采用混合式教學的2018級成績優良率達到81.35%，為2017級采用普通方式授課班級優良率（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分數段的人數比較集中，而2017級相對集中的分數段位于60-69分和80-89分之間。這些都反映了混合式教學的效果。

通過問卷調查以及對自動化專業學生的訪談，超過90%的學生認為：實施混合式教學很有必要，該模式可以滿足學生個性化自主學習的需求，充分調動學生的積極性，提高學習效率。

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

課程目標1：通過控制系統工具箱的練習，培養學生系統、創新的科學思維;鼓勵學生自主編寫程序，上傳MATLAB文件交互區，培養其開放、共享的價值理念。

課程目標2：熟練掌握MATLAB程序設計的基礎知識，包括繪圖、流程控制、線性方程、微分方程的求解、基本的數據分析，以及曲線擬合、常用SIMULINK模塊以及控制系統仿真函數;

課程目標3：具有初步的數據分析、建模以及對模型進行解釋的能力;

課程目標4：具有初步的基于MATLAB對常規控制系統進行分析與設計的能力;

課程目標5：通過MATLAB的學習和上機實驗，使學生具備在英文環境下進行程序設計、調試和通過閱讀英文HELP文檔進行自主學習的能力。

五個課程目標的達成度如圖5所示。

由圖5可知，5個課程目標的達成度均大于0.7，課程目標達成。其中課程目標1和課程目標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改進：在在線平臺中增加相應測試題目，鼓勵學生閱讀英文幫助其進行學習，同時增加自選性程序設計題目，進一步提高課程的挑戰度。

三、結束語

線上、線下相結合的混合式教學為提高課堂教學質量、實現個性化自主學習提供了一種有效的途徑。但要真正做到以學生為中心，有效達成課程目標，需要授課教師在教學實踐中根據學情進行螺旋式動態調整，不斷持續改進，這些對教師的教學能力和精力投入提出了巨大的挑戰。

作者認為，做好混合式教學，至少需做好“四要”：在線資源要優質、線下課堂要高效、互動輔導要及時、考核評價要準確。與各位老師共勉。

參考文獻：

[1]Kaplan Andreas M， Haenlein Michael. Higher education and the digital revolution： About MOOCs， SPOCs， social media， and the Cookie Monster[J]. Business Horizons， 2016（59）：441-450.

[2]Friesen， Norm. Report： Defining Blended Learning[EB/OL].https：//www.normfriesen.info/papers/Defining_Blended_Learning_NF.pdf.

[3]陳道泉.MOOC背景下的混合式教學模式探索與實踐[J].高教學刊，2020（3）：116-117+121.

[4]汪凌，姜凌.基于MOOC+SPOC的混合式教學模式在運籌學課程教學中的應用[J].實驗技術與管理，2020，37（8）：211-215.

[5]葉潮流，李德才，檀明，等.基于MOOC的“數據庫原理與應用”混合式教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2020，37（7）：217-221.

[6]王曉明.“課前-課上-課后”結合的數據結構教學模式探索與實踐[J].高教學刊，2020（8）：91-94.

[7]浙江省在線課程開放平臺[EB/OL].https：//www.zjooc.cn/ucenter/teacher/course/build/mooc.