基于“微课+泛雅+学习通”的“自动控制原理”课程趣味课堂教学实践*

郑秀丽，陈明杰，迟明路，张星红

（1.河南工学院，河南 新乡 453000；2.哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001）

0 引言

“自动控制原理”是自动化专业重要的专业基础课之一，也是从事工业控制领域工作必要的技术储备。“自动控制原理”课程的特点是理论性较强[1-2]，应用的先修数学知识包括复变函数、积分变换等，因此，该课程是偏理论、抽象化的。传统的填鸭式、哺喂式教学方式会使课堂教学枯燥乏味，学生缺乏兴趣，最终导致上课注意力不集中。如何增强课堂的趣味性，提高课堂教学效率，抓住学生注意力，在生动有趣的教学环境中让学生掌握知识点，是任课教师需要思考的问题。

微课是一种新的课堂教学方式，利用现有的视频制作软件，预先将课程教学重点或难点制作成简短的视频资料，不考虑复杂的课程体系，因此，微课具有“碎片化”特征。在微课的制作过程中，可以利用录屏软件或者摄像机等设备，将课程的主要内容制作成约10 min~15 min的短视频。因为微课具有重点突出、教学时间短、趣味性强等特点，所以这种教学方法在创新型教学模式中已经被广泛使用；同时，随着信息技术和互联网技术的高速发展，其在远程教学中的优势越发明显。实际教学过程中，任课教师预先将微课资料上传，便于学生预习，在课堂上则将主要教学内容以微课的形式播放，剩余课堂时间主要进行课堂的互动，包括解答学生学习过程中的疑惑、课堂提问、课后习题的疑问等。这种“微课+翻转课堂”的教学模式已经广泛应用在很多大学的教学中。因此，微课在实际教学过程中体现出了较高的适用价值。但是，若课堂教学过程单纯地依靠微课形式，必然会引起其他弊端。例如，如果采用纯视频教学，会使课堂互动减少，教师不能掌握教学节奏，无法得到学生学习状态的实时反馈；同时，对于自我约束能力较差和注意力易分散的学生，采用纯视频教学可能导致学生课堂开小差，教学效果不理想。

SPOC（Small Private Online Course）是“小规模限制性在线课程”的缩写[3-4]，其主要针对满足选课要求的一部分学生，具有针对性的特点。因此，SPOC拥有较强的交互性，更注重线上、线下的互动，同时，还可以实时跟踪学生的学习轨迹。此外，当代学生喜欢使用手机、笔记本等电子产品获取信息，采用“学习通”APP的课堂教学，可以加强学生的参与度，师生互动的手段更加灵活，可以提高学生的学习兴趣。

所以在具体应用时，基于提高课堂趣味性的目的，“自动控制原理”课程在教学过程中尝试采用小班上课形式，利用“微课+泛雅+学习通”的混合式课堂教学模式[5]，最大限度地发挥微课的优点。通过让学生在课堂教学中占主导作用，增强学生获取知识的主观能动性；并且在课堂教学过程增加一些与学生密切相关的问题，以问题为导向，展开理论知识的学习，增强学生独立分析问题解决问题的能力。

1 “微课+泛雅+学习通”模式的趣味课堂

“自动控制原理”课程主要由系统基本概念、系统数学建模、系统时域分析、系统根轨迹分析、系统频域分析、系统校正、离散系统分析与设计、非线性系统分析八章内容组成，课程内容多，学习时间长，基本都是从期初到期末的长时间战线，单纯依靠课堂讲授，学生容易疲惫，学习效率越来越差。因此，“自动控制原理”课程依托超星泛雅学习平台，构建“自动控制原理”的SPOC网站，在课程的SPOC平台上，可预先将相关微课、教学课件、习题、教材等资料上传，以学生为课堂教学的主导，教师起到查缺补漏的作用，实施翻转课堂的教学模式。

SPOC平台最主要的特点就是具有交互优势，教师可以使用电脑端平台方便地编辑制作课程资料，或者使用手机中的“学习通”APP实现课堂教学的互动操作。学生也是采取相似的操作，可以使用电脑端泛雅平台完成学习任务，也可以使用手机中的“学习通”APP进行学习，充分利用碎片化时间。

基于学生可以预先学习，在课堂教学过程中，可有效利用手机中的“学习通”APP。通过手机端超星（http://x.chaoxing.com/）投屏功能将“学习通”中的签到、抢答、选人、评分等课堂互动活动投放到教室的电脑屏幕，使“学习通”互动环节的操作公开可视化，提高了学生教学过程的参与度，增强了课堂的趣味性与互动性，实现了每位参与者得分情况的实时显示，提升了学习的竞争乐趣和学生的积极性。“学习通”课堂活动库包括签到、投票、选人、抢答、主题讨论、课堂联系、问卷、评分、分组任务等多种形式，因此，在课堂活动的过程中有多种方式提高课堂趣味性。例如：可以利用抢答的形式，加深学生对一些基本概念的理解；可以利用主题讨论的方式，以问题的形式把主要知识点涵盖进去；还可以采用课堂练习的形式，把重点内容再次进行强调，加深印象；对于不善于表达和不活跃的学生，可以利用问卷的形式，让学生在线上回答问题，而不需要在众目睽睽之下进行回答，避免因为紧张无法回答而失去学习好本课程的信心。

在课堂互动过程中，可以将学生学习生活中的例子引入课堂的问题及练习中，提高理论与实际的联系程度，让学生体会到“自动控制原理”课程的具体应用，提高学习理论知识的兴趣。例如：讲到时域分析中稳态误差部分时，可以将学生的考研作为一个闭环控制系统，期望的考研成绩为给定输入信号，学生的实际考研成绩为输出信号。学习过程中的玩游戏、吃饭、娱乐等都是干扰信号，全国统一的研究生入学考试为检测装置，制定学习计划等为控制器，被控对象就是学生自身。同时，还可有一个内环反馈系统，实时调整控制策略。具体的闭环系统结构如图1所示。

图1 闭环系统结构图

图1 可以看到平时生活中常见的语言对应着控制系统中每个部分的概念，可以让学生直观地理解闭环控制系统及误差的概念。比如，同学们制定了非常好的学习计划，但是在具体执行过程中却不是出去吃饭，就是用手机玩游戏，学习进度受到外界干扰，不能达到预定目标；此时，可以采用削弱干扰的方法提高学习效率，将手机等电子产品关闭，硬性规定自己不外出，坚持一段时间会有良好的效果。还有的同学在平时做测试题时经常要翻书，这样做的结果是不能了解自己实际的学习效果，相当于测量装置没有起作用，反馈信号不准确。学生根据每次的测验结果的误差调整学习计划类似于自适应控制算法，最终目标是使得实际考研成绩与期望考研成绩之间的稳态误差最小。

2 “微课+泛雅+学习通”模式的趣味课堂教学过程设计

基于“微课+泛雅+学习通”模式的趣味课堂教学过程设计如图2所示，分为课前环节（主要是课前发布习题及线上自学教学课件等）、课中环节（主要是课堂练习、师生实时交流、课堂讨论等）和课后环节（“学习通”交流答疑）三个部分。教师和学生通过“微课+泛雅+学习通”的教学模式实现在各个阶段需要完成的教与学任务目标，教学过程中体现了以学生为主导、教师为引导的混合式趣味课堂教学方式的特点。

图2 趣味课堂教学过程设计

2.1 课前环节的准备

在基于“微课+泛雅+学习通”的线上、线下混合式趣味教学中，课前环节的准备是在课堂教学开始的前一周在SPOC平台上发放课前需要预学习的任务单，以便学生能够有充足的学习时间。为学生量身定制学习计划，学生预先按照时间节点完成视频学习和课前作业任务，在课前学习任务单中说明课堂上将要进行的教学活动流程和方式，为趣味课堂提前做好布置。同时，教师需要将教学内容相关的PPT、课程教学大纲、课程教学计划、上课方式等上传到SPOC平台上，以供学生课前自学参考。

2.2 课中环节的互动学习

在基于“微课+泛雅+学习通”的线上、线下混合式趣味教学中，教学模式将从教师主导整个课堂教学过程的形式过渡到以教师为引导、学生为主导，教师掌控课堂教学节奏的教学模式。课堂教学过程呈现自主交流、互助学习的模式，课堂成为教师进行简短讲解，重点进行考评及点评，师生、生生之间进行交流以及课前和课中问题答辩汇报及分享的场所。

基于上述目的，将基于“泛雅+学习通”形式的趣味课堂教学活动设计成分段式教学模式，以集中学生的注意力，课堂教学内容分为五个阶段：

1）知识考评。对学生的自学内容进行考评，考评采用快问快答的形式，帮助学生加深理解和记忆。题目主要有抢答题和必答题两种类型，题型主要是填空、选择和判断，实现手段主要是“学习通”活动库中的选人、抢答以及课堂提问等方式。

2）内容讲解。在课堂教学中，结合微课对复杂教学内容进行讲解，教师对课程内容的难点进行凝练总结，有针对性地调整课堂讲解的节奏和速度，并针对性地回答学生的问题。

3）课堂学习。针对所教内容进行课堂练习，以便加深学生对所学知识的理解及记忆。如一阶系统时域性能分析可以以温度计的性能指标为例。

4）学习竞赛。要求学生以小组形式对课前环节发布的问题进行分析及讨论，给出解决方案，并进行现场的答辩分享。例如，可以根据对液位系统的稳定性分析和控制精度分析，加深对稳定性和稳态误差的理解。

5）总结评价。在小组汇报的基础上进行点评，由教师和学生共同进行所有课堂教学过程中的活动评分。教师在课堂教学的最后着重对课堂学习过程中所涉及的综合理解及应用的知识点进行总结，并针对学生的错误进行分析，给出正确的解决方案，起到帮助学生巩固、提高所学知识和技能的作用。

2.3 课后环节的提升

为实现学生课程知识的内化与迁移，课后环节主要进行学生学习的跟踪、指导与交流答疑工作。主要手段是教师在SPOC平台上或课堂教学的最后发布课后作业任务，学生线下完成作业任务并在线上提交。同时，师生之间可以通过SPOC平台在线上交流课后任务及学习过程中遇到的问题，从而实现学生实时在“学习通”消息版块或学习讨论区进行师生或生生之间的讨论互动，进一步巩固、提高课堂学习效果。

2.4 考核方式的改善

学生课程学习过程的合理评价对教学效果有很大的影响[6]，提高过程性考评的比重，能够有效调动学生的学习热情，提高学生自主学习的原始动力，从而促进学生对知识的理解和吸收。“微课+泛雅+学习通”的线上、线下混合式趣味教学模式的优势恰恰在于学生可以实时得到自己的过程性成绩积分。学生通过课堂的抢答、测试、竞赛、答辩及课后作业的完成等相关活动获得相应的过程性成绩积分，提高自己的平时成绩，促进了学生自主学习的积极性，形成了教学过程的正反馈。

按照“微课+泛雅+学习通”线上、线下混合式趣味教学的步骤，“自动控制原理”课程总成绩由期末成绩和过程性成绩构成，其中，过程性成绩占总成绩的40%，期末成绩占总成绩的60%。过程性成绩主要有四个部分，即过程性成绩=在线学习成绩（10%）+过程化评价成绩（25%）+阶段性测验成绩（25%）+作业成绩（40%）。其中，在线学习成绩是学生在线学习课的成绩，一般采用微课的形式考核学生对基础知识的理解，通过“学习通”统计学生的学习时间和答题情况，成绩由系统自动生成，占过程性成绩的10%；过程化评价成绩由课堂表现给定，包括“学习通”活动库中各个环节如签到、选人、抢答、分组讨论等课堂活动，由教师和学生共同评定，占过程性成绩的25%；阶段性测验成绩是学期进行到一半或1/3时进行的试卷测试，由教师根据学生卷面给分，占过程性成绩的25%；作业成绩是由课后作业的完成情况评定，通过教师批阅和学生互相批阅的方式，由老师和学生共同评定，占过程性成绩的40%。

同时，“自动控制原理”课程将过程性成绩的占比提高到了40%，可以有效调动学生的学习积极性并形成正反馈。因此，“泛雅+学习通”教学模式能够把学生的课堂表现体现在最终的总成绩上，激发了学生自主学习的动力，促进了学生对知识的理解和吸收。

3 “微课+泛雅+学习通”模式的趣味课堂实践效果

可以在“微课+泛雅+学习通”平台网站的后台看到学生在线学习情况的统计数据。从SPOC平台得到的学生学习时间的统计数据可以看出，大多数学生喜欢在下午和晚上进行学习，但也有一定数量的学生喜欢在夜深人静的时候学习。大约96.71%的学生是通过移动端即手机进行学习的，因为手机便携、快捷，通过手机可以随时利用碎片化时间学习，在学生中应用比较普遍，这也恰恰体现了SPOC平台移动端的易用便利性。

从SPOC平台还可以看到学生的综合成绩有了显著提高，如图3所示，全体学生成绩均在80~100分。“微课+泛雅+学习通”的教学方式提高了课堂教学的趣味性，活跃了课堂氛围，极大地促进了学生学习积极性，学生的独立思考能力得到了提升，学生在遇到问题时可以很熟练地运用各种方式解决问题。

图3 学生综合成绩分布情况

4 结论

通过“微课+泛雅+学习通”进行教与学，基于翻转课堂的混合式教学在“自动控制原理”课程中实现了预期目标，增强了课堂的趣味性，有效地弥补了传统教学的不足，提升了学生的学习积极性，增强了学生的自信心与创造力，学生的学习能力得到了较大提高。“微课+泛雅+学习通”模式的趣味课堂体现了以学生为主导、教师为引导的理念，实现了知识传授和知识内化的混合，提高了学生的自主学习能力和对知识的理解及运用能力，为未来的继续深入学习打下了稳固的基础。