以实际项目案例为导向的专业课混合式教学模式研究——以智能控制导论课程为例

刘 辉

（昆明理工大学 信息工程与自动化学院，云南 昆明 650500）

0 引言

近年来，随着教育部提出具有高阶性、创新性和挑战度的“金课”建设，以及在面向工程教育的“新工科”实施背景下，传统课堂教学改革有了更高的目标和方向[1]。在现有慕课资源的基础上，如何制定达成课程目标的教学设计以及实施线上资源、线下翻转的混合式教学，是达成混合式“金课”两性一度要求的核心和关键。

工科专业是以研究科学技术的原理，解决实际问题，研究应用技术为主的学问。在智能控制导论课程教学过程中，传统教学需要更多的时间讲解课程理论知识，而对于理论的应用部分主要是依靠课内实验，考核的重点仍然是对理论问题的解答能力[2]，存在着较为严重的“工科专业理科化”问题，学生运用知识的能力没有从根本上得到提升，难以符合工程专业认证背景下对学生能力的培养要求[3]。

以实际项目为导向的线上线下混合式教学模式和已有案例式教学模式[4-5]相比，充分利用线上慕课资源、线下案例设计以及信息化教学平台，为实现深度翻转课堂和混合式教学提供实施的基础，即在保证掌握理论基础知识的基础上使翻转课堂更具有可行性和可操作性，详细设计课前、课中和课后教学任务和学习活动，使学生将注意力主要集中在实践项目的问题分析[6]、解决思路、实施方案、仿真研究以及分享和互动讨论中。

1 课程的整体教学设计思路

本教学模式重点突出理论与实践应用相结合的特点，基础理论知识通过慕课视频在课前掌握，线下阶段主要实现对知识的内化、提升和运用。课程采用图1 所示的教学过程结构图，分为了课前、课中和课后3 个部分，每个部分又包括不同环节。

实施混合式教学模式之前，需要提前完成所有线上和线下资源的建设，如图2 所示，线上部分主要完成慕课资源建设，按照慕课视频相对独立性和简短的特点，将课程内容重新进行碎片化处理以及梳理整合。线上资源包括课程视频、多媒体课件以及课外扩展阅读资料。其次是线下项目案例的设计与课程内容的融合，项目案例具有较强的应用背景，具有可行性和拓展性，本课程中筛选的3 个实际项目案例见表1。

图1 本课程教学过程和环节

图2 课程线上线下资源建设内容

2 课前学习

课前学习目标是为了完成对基础知识的掌握，主要完成方式为线上慕课学习。表2 展示了课前学习阶段的教学活动内容。

教学资源：引导性材料是为了引起学生的兴趣和思考，为后续学习线上慕课提供前导知识，使学生带着问题和目标学习慕课资料；线上慕课资源是解决基础理论知识，完成传统课堂内容的任务；通过测试性习题的答题情况反馈学生学习状态，并通过建设的课外资料拓展知识面。

技术工具：线下课前环节会用到智慧树平台学习慕课和作为讨论互动的平台，以及使用雨课堂推送引导性材料和测试题。

教师端：线下课前教师需要提前发布引导性材料，预留适当的时间给学生学习慕课资料并完成测试题，根据平台反馈的数据掌握学生学习状态，并据此设计和调整线下教学活动。

表1 本课程中混合式教学实践项目内容和要点

学生端：学生需要在课前完成导入性材料的阅读，并带着问题完成慕课视频的观看，标注出其中的难点知识，并及时在智慧教学平台中发布和讨论。

效果评价：课前主要考评慕课视频观看完整度和测试题的完成度和准确率。

3 课堂学习

课堂学习是混合式教学实施的重点和关键，其核心是进行以实际项目案例为导向的翻转课堂，在本课程中设计的课堂环节内容见表3。

表3 课堂教学环节和教学活动介绍

首先通过习题测验的方式进一步深化学生对知识内容的掌握，这是能够顺利进行案例翻转课堂的前提。之后就要以实际项目案例的解决为目标，分析和讨论控制需求、需要解决的问题以及提出可行的解决方案并验证通过。案例式学习的过程是随着课程内容的进行逐步推进的，每节课的任务就是将不同阶段的理论知识与当前项目进展的需要相结合，逐步分析和讨论，直至达到预期的控制效果。

以“BP 神经网络的学习过程”这一节为例，用图3 所示的线下课程实施流程图。其中单元目标1、2 为掌握基础理论知识，单元目标3 为对知识的运用能力。课前推送了能够引导学生更形象理解网络权值调整过程的视频，然后再学习慕课。在线下课程中对重难点知识通过习题、做游戏以及动画演示实现对基础知识的理解和掌握。之后重点讨论人工神经网络在转炉炼钢终点预报方面的应用，向学生布置问题清单以引导学生研究的方向，旁听并参与学生的讨论，给予一些引导和鼓励，最后由随机指定的小组代表作发言总结。最后是对本次课的总结和布置需要进一步查阅资料完成的任务，供课后深化学习和讨论。

4 课后学习

课后学习阶段的目标是实现对课堂知识的内化，以小组为单位继续推进和完成实践项目的任务，并对拓展查阅的资料在智慧教学平台上进行和讨论互动，具体见表4。

课后学习重在复习并内化知识，小组继续讨论推进项目进展。教师在其中起答疑和引导作用，解答学生在课堂中未完成的理论知识，并制作添加了语音注解的雨课件供学生复习。课后引导学生查阅文献资料，扩展知识面，并能够在交流平台上分享和互动交流。

图3 “BP 神经网络的学习过程”课程实施流程图

5 教学过程中的信息技术应用和教学评价

5.1 信息技术的应用

在课程实施的不同阶段，充分使用信息技术的支持更好完成课程目标，如图4 所示。

（1）课前通过网页版雨课堂发送引导性的视频或者其他材料，再通过智慧树平台查看学生学习的状态，以及雨课堂测验试题，反馈数据可以反应学生的学习状态。

（2）课中使用雨课件中插入的测试题，统计和分析学生对知识的掌握情况，以及雨课堂互动功能，记录参与教学活动的学生平时成绩，鼓励学生参与讨论和分享。

（3）课后通过雨课件加入语音注解发送给学生，以及雨课堂讨论区、智慧树APP 平台（知到、教师圈）、E-mail 电子邮件与学生之间答疑、交流互动。

5.2 教学评价

学习评价细则见表5。在实施混合式教学中采用此表记录学生状态数据作为平时成绩，平时成绩评价方式涵盖了线上和线下的多个环节。除了对学习效果进行评价，另外在教学过程中使用“问卷星”平台调查学生对教学效果的反馈，根据学生的建议持续改进课程实施方案。

6 实施效果

每学年第二学期会有240 人左右修读该课程，共分3 个普通班级授课，实验班采用混合式教学模式，将慕课资源和线下活动互补配合达成课程目标；对照班采用传统授课模式，将慕课资源作为学生学习的课外资料。以最近一次的期末考试为例，采用集体命题，考后采用流水阅卷，卷面成绩可以作为对比，见表6。

表5 课程教学评价细则

表6 实验班与对照班卷面成绩对比

从表6 中可以看出，对于简答题和计算题，各班的差别不大。对于最后的两道设计综合题，实验班具有一定的优势，可以看出学生在经过了混合式教学训练后，对于知识的运用能力得以提升。

此外，使用“问卷星”对课堂教学效果进行反馈统计，结果见表7，其中A 代表较好、B 代表一般、C 代表不满意。

调查对象为实验班中的83 位同学，返回有效问卷80 份，多数同学反应自身学习意识和能力得到了提高，并对翻转课堂以及所使用的案例效果表示肯定。总之，通过期末考试的卷面成绩和学生评教，在智能控制导论课程中实施混合式教学模式具有较好的效果，对提高学生对知识的应用能力有较大的帮助。

表7 调查问卷及反馈结果

7 结语

混合式教学模式是以学生为中心而开展的教学活动设计，在工科生的培养中，通过在混合式教学中引入实际的案例项目教学，使学生带着问题和需求学习知识再回归到知识的运用中，一方面通过慕课资源解决原有的理论知识，再通过线下合理的教学设计和活动深化对知识的理解和运用，二者互补搭配达成课程教学目标。混合式教学模式重在对教学过程的细化和设计，合理组织和利用线上资源，并制定线下教学活动和环节，使学生在可接受的压力范围内，有兴趣积极参与教学过程，这需要有好的资源、有效的激励措施以及合理可行、思路清晰的教学设计。以智能控制导论为例的混合式教学设计和细节，对于工科类专业的实践教学具有一定的借鉴或参考价值。