基于“翻转课堂”的控制系统工程课程教学模式探索

沈俊

摘 要：近年来，《控制系统工程》作为一门非自动控制专业学生的基础课，由于其对数学基础要求较高，本科学生掌握该课程内容难度较大。本文拟提出“翻转课堂”下控制系统工程课程教学模式改革的策略，并进行传统教学与学生自主学习并重的教学模式的研究与实施。本文的研究对于工科专业其他相似课程的教学模式改革也有一定的示范和辐射作用。

关键词：翻转课堂 控制系统工程 教学模式

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：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

《控制系统工程》课程的目标为使学生初步了解控制方面的理论知识并对控制系统分析与综合的能力，为后续专业课程提供坚实的理论基础，是本科工科专业知识结构中的重要组成部分。然而，国内很多控制理论的教材中更注重定理结果的描述，却忽视了如何得到结果的原理性内容的介绍。这样直接导致的问题是学生并不理解这一结果，只能按照教材上提供的步骤机械化的演算。这种教学模式的弊端在于，学生不理解结果背后的思想，因而在今后的科研中很難灵活运用知识。因此，针对《控制系统工程》课程进行教学模式改革的探索有着重要的意义。

1 教学过程中存在的问题

国外的学生普遍自主学习能力要比国内学生强。学生经常在课堂上主动向教师提问。相反，国内的课堂经常出现教师提问后却没有学生愿意主动回答，或是教师要求某位学生回答而学生不愿进行任何思考的情况。此现象与中国学生长期以来根深蒂固的被动学习的传统教学模式有很大关系。另外，国外几乎每门课都会配备许多课外阅读的教材与著作，而不仅仅局限于一本教材。而国内课程往往局限于一本教材，甚至限定教材中哪几章为考试内容，这些做法本身极大限制了学生（尤其是能力较强的学生）自主学习的空间。

国内许多课程存在通过点名等方式来保证学生出勤率等现象，这样一方面容易造成学生厌学的心理，另一方面也在课堂教学中浪费了大量宝贵时间。而反观国外，则少有教师在课堂上点名，取而代之的是，教师在上课前设置好一些小测试的题目，通过问卷的形式分发给学生解答，以此来检验学生对知识的掌握情况，同时也检查了学生的出勤情况。而国外恰恰相反，即使有些结果的证明很复杂，不适合本科教学，教师也会把一些直观的理解给学生介绍，而不是简单介绍一个定理的结果。

李培根院士指出：在主动实践过程中，学生的质疑力、观察力、协同力、领导力等多种素质都能得到很大提高，会大大增加学生今后取得创新成果的机率。自主学习能力的培养，是提高学生综合素质的主要途径之一，也是培养科技创新能力的必由之路。因而，通过以“翻转课堂”为基础，培养学生自主学习实践的能力，改变目前国内课堂普遍存在的学生被动学习的现象，有着重要的意义。

2 教学模式改革的探索

2.1 传统教学与学生自主学习并重的教学模式

尽管翻转课堂在培养学生自主学习意识和提升学习效率方面，有着非常大的优势，但由于传统教学模式的长期影响，学生自学能力匮乏，大多数学生并不适应于翻转课堂的教学模式。我们借鉴高水平大学的人才培养模式，形成以传统教学和学生自主学习相结合的教学模式。对于基础和入门内容，仍然采取先教后学的传统模式，目的是引导学生掌握基础知识；对于拓展的知识内容，则会适当选择“翻转课堂”新模式来进行。我们以提高学生自主学习能力为核心，进行“翻转课堂”教学模式的探索和研究。通过基础课程讲授与学生自学以及课外阅读相结合的方式，引导学生通过探究性学习，提高本科生对专业知识的独立学习能力，进而培养本科生思考和解决本领域工程性问题和前沿问题的能力。开展启发式、讨论式、参与式教学，调动学生主动学习、研究性学习、合作性学习的积极性，使学生的创造思维在教学过程中得到激发和鼓励。以控制理论或工程研究中遇到的问题为出发点，引导学生认识到课堂知识学习的必要性，以基于科研问题的探究式教学模式进行课堂教学。

2.2 加入过程性考核方式

在教学过程中（可根据需要选择在上课开始时或一节课中间），用5～10min时间通过课堂小测试（通常为问卷形式，设置1～2个问题）考查学生对当前章节知识的基础，并由此自然引出本堂课要讲授的内容。这样既可以检验学生对之前章节的掌握情况以及对当前章节所具备的基础，又省去了传统授课中通过点名检查学生出勤率在课堂上耗费的大量时间。整合教育教学资源，建立起以“翻转课堂”为平台的数字化教学环境；开发、收集、组织一批丰富的教育教学信息资源，建立起与课堂内容相配套的课外阅读材料，形成教学资源库。

改革单一的培养模式，建立传统教学与学生自主学习并重的教学模式，并加入过程性的考核方式，争取改变学生目前以考试为导向的学习模式。针对机电学院开设的控制系统工程课的特点，建设教学资源，如课堂小测试题库，以及课外阅读资源的配套建设，如提供与课程相关的网络资源，或制作拓展课程相关知识的课件，供学有余力的学生阅读。

2.3 加入Matlab仿真计算教学

在课堂上加入Matlab仿真软件的教学，并鼓励学生在课后作业中遇到可以用软件仿真解决的问题尽量采用仿真计算的方式解决，从而进一步为学生今后参加科创竞赛或者研究生阶段的科研提供支持。培养学生利用计算机仿真解决工程问题的能力，在教学中适当加入Matlab仿真的基本介绍，让学生对一些简单的控制问题能够通过编程解决。达到科研与教学的融合，在教学中由科研中遇到的问题引入知识的学习，从而让学生认识到该内容的意义与作用，提升学生的学习兴趣。让学有余力的学生在课外有针对性地进行扩展性阅读，进一步领会课程知识的精髓，学以致用。强调利用计算机解决工程问题的水平，提高学生的仿真计算能力，从而为本科生参与创新竞赛活动提供支持。从而使得学生学习能力、科研素质和专业英语水平的全面提高。

参考文献

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