双一流建设下《现代控制理论基础》课程混合式教学设计

邵璇 张礼慧 高俊山

摘  要：阐述“混合式”教学模式的起源。从不同的视角，对实施“混合式”教学外部教学环境的可行性进行分析。从四个方面，论述《现代控制理论基础》课程混合式教学方案设计;讨论《现代控制理论基础》课程混合式教学内涵建设4项内容，探讨混合式教学模式运行方式及评价标准与指标。

关键词：混合式教学;Mooc课;现代控制理论;教学设计;高等教育

中图分类号：G642         文献标志码：A      文章编号：2096-000X（2019）22-0107-03

Abstract： Explain the origin of the "mixed" teaching model.From different perspectives， the feasibility of implementing the "mixed" teaching mode of the external teaching environment is analyzed.From four aspects， the design of the mixed teaching scheme of the course "The Foundation of Modern Control Theory"; Discuss the four contents of the connotation construction of the mixed teaching mode of the course "The Foundation of Modern Control Theory".Exploring the operation mode of the hybrid teaching mode and evaluation criteria and indicators.

Keywords： Mixed teaching model; Mooc class; modern control theory; instructional design; higher education

前言

2001年，美国教育学家马克·普伦斯基（MARc Prensky）提出“数字土著”和“数字移民”概念[1]。“数字土著”是指出生在上世纪80年代之后、在数字环境下成长、可熟练地操作电脑的一个特定青年群体。“数字移民”是指生于上世纪80年代（网络时代）之前，靠后天学习融入数字化生活，习惯于文本阅读的中老年群体。当下大学生基本为90后出生，正是“数字土著”一族，习惯屏幕阅读，数字化是从小就开始的生存方式。在这样的生源背景下，催生出混合式教学模式的现代大学教学方式，此种教学模式充分体现大学教学环境的与时俱进，体现教学手段的新与旧、传统与创新、技术与人文等元素之间的深度融合，是一种将“课堂教学+网络教学”相结合构成的教学环境，是“线下+线上”两种教学方式的有机整合[2]。混合式教学作为信息技术与现代教学手段深度融合的有效载体，综合运用不同教学理论、不同技术与手段、不同应用方式，汇聚“统一授课制的教学优势与网络教学的个性化特质”为一体，成为教师教学的一种新形态而备受推崇。

一、实施“混合式”教学外部教学环境可行性分析

（一）国家政策大力支撑高等教育信息化教学的改革

2016年，教育部公布《教育信息化“十三五”规划》，提出“积极组织推进多种形式的信息化教学活动，鼓励教师利用信息技术创新教学模式，推动形成‘课堂用、经常用、普遍用’的信息化教学新常态。”[3]以信息技术引领高等教育现代化，信息技术在高等教育教学中的应用正在迎来教师“互动+课堂”教学模式，同时，对教学的组织者和管理者将带来深刻影响。

（二）信息技术与高等教育的深度融合成就“混合式”教学模式

随着国家“十二五”发展规划的胜利完成，我国高等教育信息化工作取得显著的进展，网络校校通、资源班班通、空间人人通及教育资源服务平台和教育管理服务平台的建成，快速推进“三通两平台”[4]的应用，此项工程的完成为高等教育实施“混合式”教学模式提供了坚实技术支撑，同时，催生师生信息技术应用能力的不断提升。

（三）师生信息技术应用能力提升是实施“混合式”教学模式基础

高等教育有效的教学是将技术知识、学科知识、教学法知识相互作用形成三者之间的有机结合。现代的生源是“数字土著”，生长在一个数字包围的时代，习惯使用信息技术进行信息交流和人际互动。大部分教师属于“数字移民”，后天学习融入数字化生活，具备网络教学能力。

（四）开展混合式教学的理论依据

互联网时代，学生面临需掌握的知识量超载且知识碎片化两大问题，为此，王竹立教授提出了选择原则和零存整取学习策略的新建构主义教学法[5]：根据个人兴趣和问题解决需要，选择相关的信息与知识，采用零存整取式策略进行学习，建立起个性化知识体系。基于此，建立混合式教学模式：课下，学生在网上灵活自主学习，课上，师生分享与交流，开展协作与探究，在教师引导下，实现知识的加工与整合，解决复杂的工程问题，将知识引入更深更广，实现知识创新，课后，总结、反思、答疑、讨论、私聊，师生间、生生间开展更深入互动。

二、《現代控制理论基础》课程混合式教学设计

控制理论作为最为活跃的学科之一，历经三个阶段的发展：经典控制理论、现代控制理论、智能控制理论，设计思想已在各个学科领域得到广泛应用，现代控制理论在控制理论中占有重要的承前启后地位。

（一）教学理念的确定

本课程教学秉承“开放式”、“以人为本”的教育理念。把重视学生，尊重学生，提升学生的精神贯注于本课程教学全过程中，注重学生现阶段需要和未来发展需求。经本课程教学实践活动，注重开发学生自身的潜能，使学生认识到自身的价值，并致力于培养学生的自尊、自信、自爱、自立、自强意识，不断提升学生的学习能力。充分尊重每一位学生的主体地位，“教师教”始终围绕“学生学”开展，以点拨、启发、引导、开发和训练学生的创造力才能为基本教学目标。

（二）教学目标设计

《现代控制理论基础》课程是自动化专业基础课，针对现代控制学科的内涵，以最低限度的数学工具（线性代数）和恰当的物理浅释，全面、系统、深入浅出地讲授现代控制系统状态空间数学模型建立方法、内部结构的能控性、能观测性及稳定性等特性、状态变量及系统反馈调节和最优设计、观测器设计实验等知识。通过本课程的学习，培养学生运用现代控制理论的基本概念、原理、模型、表示方法、控制与优化方法等用于分析、解决自动化领域复杂工程问题（毕业要求指标点1.4）;能够运用现代控制理论的相关概念和专业术语，对控制系统的特性进行正确的描述、分析（毕业要求指标点2.1），具备运用微分方程、状态向量方程、矩阵、状态空间模型等理论和方法对自动化领域复杂工程对象进行建模、分析和设计的能力（毕业要求指标点2.2），能够识别自动化领域中的复杂工程问题，正确运用物理规律和数学方法建立状态空间模型（毕业要求指标点2.3）;并能够熟练运用自动化专业术语就自动化工程控制问题与业界同行及社会公众进行有效的交流与沟通（毕业要求指标点10.2）。

（三）教学内容设计

本课程教学内容主要涉及状态空间模型建立及求解、控制系统内部结构的特性（能控性、能观测性及稳定性）及最优设计、状态变量及系统反馈调节和最优设计、基于MATLAB观测器设计实验等知识内容。

（四）教学方法与手段选择

教学方法：依据《现代控制理论基础》教学内容与学生特点，综合运用启发式、研讨式、过程导向式、任务驱动式等教学方法组织教学。特别注意结合典型案例进行教学，营造良好的专业氛围，使学生在接受专业课程教育的同时，受到工程实践教育。

教学手段：在保留传统教学方法的基础上，为取得更好的教学效果，采用多种教学手段相结合的方式进行教学，积极引进现代教育技术，采用多媒体现代教学手段。采用“线上+线下+实验”的混合式教学模式，课堂教学时数3/5，线上课时数1/5，实验时数1/5（暂定）。

三、《现代控制理论基础》课程混合式教学模式内涵建设

（一）《现代控制理论基础》网上平台建设

网课教学平台是混合式教学模式的基础保障，依赖于校园信息化建设。我校建有智慧树（网课）平台，本课程充分利用学校网课平台，在此平台上构建《现代控制理论基础》网课平台。构建实时课堂直播（录播）和先进电子双板教学系统的“全时域，全地域”网络教学环境，构建教师教学和学生自主学习的“一体化”服务平台，实现资源和服务“一体化”云端集成式管理的硬件系统和环境建设。

（二）《现代控制理论基础》网上平台内容设计

1. 教学视频

教学视频以西北工业大学郭建国教授带领团队制作的教学软件为基础，配合本课程教师的讲解视频（45分钟X8次=360分钟）。主要技术指标：H.264编码、MP4格式，分辨率720P，时长45分钟。因视频较长，在视频制作中，为避免学生拖拉视频，快速播放，设计了视频弹题，保证学生全程参与。

2. 教学资料

教学资料主要有每个教学单元的PPT课件、PDF电子教案、教学大纲、教学日历、教学设计、电子版教材及参考文献及链接網址等。

3. 单元测试与作业

每个教学单元学习结束后，配有单元测试题目，主要由选择题、判断题、填空题、计算题等构成（10%），对于客观题平台自动判分，计算题等由教师批改。

单元作业由控制系统数学建模及求解题、控制系统内部特性及优化设计题目、综合设计题目等组成。要求7天内完成并提交作业。采用学生互评后教师复查的批改方式，并给出最终成绩，计入学生的平时成绩（20%）。

（三）课堂讲授与讨论

线下讨论是弥补线上讨论不足的重要举措，每个单元安排2-3次课堂讲授与讨论课，讲授内容、讨论的题目由教师根据学生网上学习、测试及作业完成情况设定，对于大多数学生共同感兴趣或有疑问的问题，学生汇总到班长处统一提交给教师，可作为候选内容或题目。讨论题提前公布在网上，学生可提前准备，查找相关文献资料，还可以让学生在线预热，制作几分钟的PPT，届时课堂讨论会热烈，避免冷场。教师根据学生发言表现给出每个学生的成绩，计入平时成绩（10%）。

（四）期末考试方式

由于目前条件还不成熟，期末考试仍沿用传统的考试方式，即：纸质课堂测试（60%）。本课程最终成绩由网上单元测验、作业、课上讨论和期末考试组成，其中单元测验占10%，单元作业占20%，课上讨论占10%，期末考试占60%。

四、《现代控制理论基础》混合式教学运行方式设计

混合式教学没有规定的模式，如何操作由课程负责人自由选择，经本课程组研究分析后，制定《现代控制理论基础》混合式教学运行方式如下：课前，学生同步学习网课（部分内容上网）：观看视频、参与讨论、完成单元测试和作业。学生需向任课教师提供网课学习成果截屏，教师以此给出成绩;课上，教师结合网课学习内容，组织课内教学与讨论题目，学生必须参加课内学习;课后，教师和学生都要及时总结反思。

五、《现代控制理论基础》混合式教学课程评价指标及标准设计

混合式教学模式是一种创新的教学模式，评价标准包括网络教学和传统教学的两部分，侧重网络教学的评价，特制定表1评价指标及标准。

六、结束语

《现代控制理论基础》课程采用“线上+线下”混合式教学模式教学，既可发挥教师在教学活动中的引导、启发、监控的主导作用，又将促进学生自主学习的主动性、自觉性，将传统“面对面”课堂教学与网络教学相结合，可获得令人欣喜教学效果。

参考文献：

[1]林妮·施伦普.课程领导者与教育技术[M].华东师范大学出版社，2015.

[2]刘锦，安珍珍，徐丽芳.MOOC用户使用意愿影响因素实证研究[J].高等教育研究，2015（11）：69-76.

[3]教育部.教育信息化“十三五”规划[教技〔2016〕2号][S].2016-6.

[4]蒋东兴，吴海燕，袁芳.“三通两平台”建设内容与实施模式分析[J].中国教育信息化，2014，318（03）：7-10.

[5]王竹立.新建构主义教学法初探[J].现代教育技术，2014（05）：5-11.