混合式理实一体化教学改革探索与实践——以自动控制原理课程为例

樊楼英，楼赣菲，王 野，黄晓艳，沈伟华

（丽水学院工学院，浙江 丽水323000）

0 引言

应用型本科人才培养，强调的就是应用与实践，如何在人才培养方案、课程设置、教学内容、教学方法、教学模式及教学评价等环节实现真正的“应用型”特色，是一个需要进行长期研究、不断改进的过程[1]。在此大背景下，丽水学院电子专业提出着眼工程教育的“多元结合、分层递进”的探索与实践教学成果奖培育建设[2]，将应用型人才培养落实到课程建设，实现以“能力”培养为核心，达到“华盛顿协议”工程教育认证要求，培养高质量的工程技术人才。

1 现状分析

近年来，丽水学院电子类课程陆续开展一系列的理实一体化教学改革与实践[3]，即将理论教学课堂与实验教学课堂相融合，实现理论教学与实践教学在知识内容、实施时间和空间上紧密结合，使教、学、做相互渗透，相互促进，实现理论知识与实践动手能力同步提高，但也存在以下问题：

（1）重实理不“实”的问题。理实一体的课堂教学模式，将理论教学课堂与实验教学课堂相融合，但所有的理论教学基本上要在课内完成，又要在课内开展大量的实验和讨论，容易出现理论基础不扎实、理论深度不够等问题。

（2）理实衔接不紧密的问题。理实一体化教学对理论和实验内容进行拆分和混合，由于理论体系和实验体系不一定完全同步，容易出现两者知识碎片化、理实衔接不紧密等问题。

（3）理实一体评价难的问题。理实一体化教学中实验的拆分容易出现实践能力评价难的问题，同时传统教学方式不易实现学习过程自动记录与评价，学生的学习效果不能及时反馈。课前预习情况、课中掌握情况、课后内化情况不能及时反馈给老师，任课教师不能根据学生的实际掌握情况及时做出调整。

为此本课题组在原有理实一体化教学模式改革基础上，引入线上线下混合式教学模式，进一步深化课程改革，着力解决理论深度、理实衔接、能力考核等关键难题。

2 改革内容

2.1 构建理实一体化教学基础上的混合式教学实施框架

整个教学实施框架将学习过程分为课前、课中和课后3 部分，如图1 所示[4]。课前将理论知识和实验内容碎片化，理论部分选择重点、难点知识录制微视频，实验部分选择操作类的内容制作微视频，每个视频控制在5～15 分钟的范围内，方便学生课前预习和反复观看。配套有预习任务卡和课前测试环节，以及相应的评价指标，督促学生开展课前自主学习，教师将课前学生的学习情况收集后，设计课堂教学环节。布置给学生预习的内容可以在课堂上通过与学生一起总结讨论的方式进行，教师强调重点、难点和易错点，然后针对重点内容的应用开展主题讨论，让学生成为课堂上的主体，教师则担当主导的角色，及时总结点评。课后学生及时完成理论及实践作业，所有作业上传到网络平台，教师及时批阅，及时掌握学生课堂掌握情况，并通过平台开展一对一个性化指导。每个教学环节中融入理实一体化教学理念，并配套相应的考核评价机制，注重过程性评价和学生能力评价。

2.2 重构基于混合式教学的理实一体化教学内容

2.2.1 基于工程实例法的理实一体化教学

经典控制理论以线性连续系统为主要研究对象，包含系统建模、系统分析、系统设计三个模块[5-6]，如图2 所示。拆分小实验与理论融合，继续发挥理实一体的优势，同时引入工程案例，比如直流电动机调速控制系统，将其贯穿整个教学过程，按工程设计的思路建模、分析、设计与实现开展教学，帮助学生构建整体感和系统感。基于工程实例的理实一体化教学，旨在用实践促进理论应用，培养学生工程意识，强化实践动手能力。可在授课之初先提出设计要求，待相应理论介绍完毕后，完成阶段设计，在课程结束的时候学生便可以得到真实的可应用的控制系统。整个教学环节由浅入深、层层递进，可按以下4 个阶段进行。

图1 教学实施框架示意图

图2 线性连续系统教学内容

第一阶段：绪论。绪论作为课堂教学的第一课对培养学生学习兴趣具有非常重要的作用。可邀请教授或博士，结合自身的科研经历给同学们上一堂生动的绪论课，通过生动的实例，将课程学习的目的、意义告诉学生，将学科的发展和存在的问题展示给学生，引起学生学习和探索的欲望。

第二阶段：建立数学模型。在控制系统数学模型学习之后，要求学生完成上述电机调速控制系统建模的作业。通过建立实例的数学模型，学生们不仅应用了所学到的知识，而且将具体的物理系统转换为定量的数学描述，保证后面能顺利进行系统分析与设计。

第三阶段：系统分析与设计。学习系统分析与设计期间，引导学生借助MATLAB 仿真软件进行系统性能分析，并按照设计目标完成控制器或补偿装置的设计，要求学生针对该调速系统整定PID 控制器或补偿装置的参数。

第四阶段：实例分析与设计。训练学生综合应用知识的能力，并拓展思维，实现与工程实践接轨。

2.2.2 基于线上线下的理实一体化教学

为顺利开展线上线下混合式教学，一方面要做好线上资源建设，借助超星泛雅平台，将课程标准、教学进度表、微视频、课件、实验指导书、习题、作业、试卷等资源发布到网上，并对学生开放；另一方面，将教学内容深入分析后，分解成基本内容和深入内容，基本内容以简单基本且容易理解的知识点为主，由学生自主学习，而学生较难理解或综合性较强的内容，由教师课堂讲解或学生课堂讨论。线上线下理实一体化教学的开展，课内课外的相互延伸和补充，实现了重实理也实的目标。MATLAB 操作类的内容录成微视频，由学生自主学习，课堂上基本不需要花太多时间介绍MATLAB 软件的使用，可以直接借助该软件开展系统分析和设计，以使理实衔接得更加紧密。线性控制系统频率特性法一章中的教学划分，见表1。

表1 频率特性法的基本内容及深入内容

2.3 改革混合式+理实一体化教学模式的课程评价方法

学习成绩考核办法实行教学全过程考核。借助超星学习通，记录学生课前、课中、课后等每个环节的学习情况，方便成绩的实时统计。以下是考核评价参考，可由不同任课教师酌情调整加分内容和百分比。期末试卷考核占总成绩50%，平时成绩占总成绩50%。平时成绩由课外自主学习10%、课堂考勤5%、课堂表现5%、实验10%、随堂测验5%、课堂讨论5%、课后作业10%组成，平时成绩的每个部分都将制定相应考核评价措施。平时打分情况不定时向学生公布，让学生及时看到自己的积分情况，可以每周开展积分排行榜，根据排名情况给予额外积分奖励，纳入课后作业积分。每周积分清零重新累计，提高学生学习的积极性和趣味性。考核评价系统详见表2，在过程性考核的同时强调对学生能力的考核，让学生明白作为工科生都应该提高自己哪些方面的能力。

表2 考核评价系统

3 结语

在教育信息化的发展背景下，混合式的理实一体化教学将成为电子类课程的主流教学方法[7-10]，该方法可充分利用网络教学资源，实现教学环节课内和课外的延伸和互补，以便师生在课堂上更有针对性地、更充分地开展重难点内容的学习和讨论，课后可随时开展一对一的个性指导，解决传统理实一体化教学中重实理不实的难题。新模式下的教学内容重构，按工程设计的思路建模、分析、设计与实现开展教学，线上线下理实一体教学内容的合理安排，实现了理实紧密衔接。网络平台以及过程性考核评价体系的建立，实现了成绩的实时评价，强调学生学习过程中的能力考核。自动控制原理课程的混合式理实一体化教学改革活动经过一年多的实践取得较好的实施效果，目前在线教学资源丰富，结合学校精品课程和浙江省一流本科建设，在线教学平台的教学资源充分地服务于混合式理实一体化教学活动，后续本课题组将进一步将该教学模式在电子类其他课程中开展教学尝试。