基于MOOC的MATLAB与系统仿真课程混合式教学探索与实践

任佳 潘海鹏

摘  要：文章探讨了基于MOOC的混合式教学模型的课前-课堂-课后三环节实现思路，并以MATLAB与系统仿真课程为例进行了在线课程开发与混合式教学实践。实践表明：该模式对提高学生学习自主性，激发学生内在学习驱动力，提高教学质量具有积极作用。

关键词：混合式教学;MOOC;教学模式;MATLAB与系统仿真

中图分类号：G640       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）01-0115-04

Abstract： This paper discusses the realization idea of MOOC based hybrid teaching model： pre-class，classroom，after-class， and takes MATLAB and system simulation course as an example to carry out online course development and hybrid teaching practice. The practice shows that the blended learning mode has a positive effect on improving students' learning autonomy， stimulating students' internal learning driving force and improving teaching quality.

Keywords： blended learning; MOOC; teaching mode; MATLAB and System Simulation

从20世纪80年代末开始，随着计算机技术与网络技术的快速发展，一股E-learning的浪潮席卷了全世界的各个领域，冲击着传统教学模式。慕课（Massive Open Online Course，MOOC）作为其中一种重要的在线学习形式，受到越来越多的关注[1]。国内外涌現出众多的优质MOOC平台及网站：MOOC学院、学堂在线、Coursera、Share Course、Proera等。如何利用（开发）MOOC资源提高教学质量是作者近年来在教学实践中一直在思考和探索的问题。

混合式教学（Blended Learning，Hybrid learning）就是把传统的学习方式优势和E-learning（即数字化或网络化学习）的优势结合起来的一种有效方式[2]。在该过程中既可以发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。该教学模式受到了广泛的探索与实践，形成了很多优秀的教学成果[3-6]。

本文以作者所授课程MATLAB与系统仿真为例，探讨混合式教学在高校工科类教学中的改革及实践情况。

一、基于MOOC的混合式教学模式改革思路

（一）课程及平台资源

MATLAB与系统仿真课程是一门介绍MATLAB/Simulink程序设计的入门基础课程，共32学时，2学分，讲授内容包括：MATLAB基础，绘图基础，程序的流程控制，脚本文件和函数文件，数据分析与多项式计算，MATLAB方程数值求解、优化问题求解， Simulink系统仿真基础，以及基于MATLAB的控制系统设计（包括经典控制理论和现代控制理论）。

课程线上依托浙江省高等学校在线开放课程共享平台。基于该平台，作者开发了MATLAB与系统仿真课程的线上资源[7]（图1，图2），包括10个专题，75个微视频（约500分钟），电子课件，课前测试，课后作业，疑难解答，期中、期末线上测试等内容。微课制作基于OBE理念，按照学习目标、学习内容、动手实操的思路完成，方便学生进行有效学习和自检。

课程具有如下特色：

（1）重点突出，每个专题都制定有明确的学习目标。（2）同一主题，理论讲解与实操讲解互相配合，重点习题点评讲解。（3）工具箱的拓展应用讲解。（4）注重基础的训练，关注能力的培养。

（二）教学活动设计

首先，需要对学情进行分析，掌握学生学习前的状态，具体的学情情况如下：

（1）选课学生基础不一（部分参加过数学建模的同学已有一定的基础）;（2）学习风格和方法也不同，有些喜欢自学，有些喜欢结合老师讲解后学习，有些同学喜欢在挑战中学习;（3）学习兴趣有浅层学习、动机学习和深层学习三类。

因此在混合式教学设计中需要以学生为中心，充分结合上述特点进行设计，设计能够满足多层次学生学习需求的资源和教学模式。整个混合式教学活动的设计基于OBE理念，首先依据毕业要求分解指标点确定课程目标，然后设定每周的分解目标;基于每周分解目标，进行混合式教学的设计。设计思路如下：

（1）按照知识结构，分专题进行课程设计、讲解。（2）每个专题都制定有明确的学习目标，学、练、测结合，理论讲解与实操讲解互相配合，重点习题点评讲解。（3）结合课程特点，进行其他核心专业课与MATLAB结合的拓展开发。（4）注重基础的训练，关注能力的培养。

混合式教学活动的实现由课前自学、课堂讲授、课后总结三部分组成。其中课前自学、课后总结基于MOOC平台线上完成，课堂讲授线下实现。结合MATLAB与系统仿真课程知识点多而散，且实操性强的特点，制定了图3所示的混合式教学活动方案。

在该实现方案中，教师和学生各司其职：教师按照课程目标合理安排课程知识点的学习方式、评价方式。课前环节的目标是：让学生明确本周的学习目标，通过微视频、课件资源和编程练习掌握基本的知识点。课堂环节要实现的主要目标是：重点难点知识点的探讨、拓展，通常按照小组形式组织，让学生带着问题而来，通过小组探讨、教师引导，自我思考、动手实操，获得解答后满载而归。课后环节的目标是检验学生对本周学习内容的掌握程度，及时总结，帮助安排下一周的教学内容和持续改进。下面以课程专题7中的“数据分析（数据插值和曲线拟合）”为例进行具体说明（表1）。

（三）教學评价设计

合理的教学评价是OBE教学理念顺利实施的重要环节，它为课程的持续改进提供了有效依据。对应“课前-课堂-课后”三阶段教学活动，混合式教学的教学评价由“课前评价-课堂评价-课后评价”三部分构成（图4）。

二、基于MOOC的混合式教学实施及效果分析

将混合式教学模式应用于2018级自动化专业学生的MATLAB与系统仿真课程教学，持续开展了一学期的教学实践，并于2017级基于传统教学实践的班级进行对比分析。两届学生使用相同的课程教材，课时量相同，期末考试均采用试题库命题方式进行，期末成绩如表2所示。

由表2可知：采用混合式教学的2018级成绩优良率达到81.35%，为2017级采用普通方式授课班级优良率（46.83%）的近2倍，平均成绩高出近12分。从成绩分布来看，2018级处于90-100分数段的人数比较集中，而2017级相对集中的分数段位于60-69分和80-89分之间。这些都反映了混合式教学的效果。

通过问卷调查以及对自动化专业学生的访谈，超过90%的学生认为：实施混合式教学很有必要，该模式可以满足学生个性化自主学习的需求，充分调动学生的积极性，提高学习效率。

接下来，我们将进行课程目标达成度的分析。该课程共有5个课程目标，具体描述如下：

课程目标1：通过控制系统工具箱的练习，培养学生系统、创新的科学思维;鼓励学生自主编写程序，上传MATLAB文件交互区，培养其开放、共享的价值理念。

课程目标2：熟练掌握MATLAB程序设计的基础知识，包括绘图、流程控制、线性方程、微分方程的求解、基本的数据分析，以及曲线拟合、常用SIMULINK模块以及控制系统仿真函数;

课程目标3：具有初步的数据分析、建模以及对模型进行解释的能力;

课程目标4：具有初步的基于MATLAB对常规控制系统进行分析与设计的能力;

课程目标5：通过MATLAB的学习和上机实验，使学生具备在英文环境下进行程序设计、调试和通过阅读英文HELP文档进行自主学习的能力。

五个课程目标的达成度如图5所示。

由图5可知，5个课程目标的达成度均大于0.7，课程目标达成。其中课程目标1和课程目标5的达成度相对较低，在下一轮的课程讲授中，将重点围绕这两点进行持续改进：在在线平台中增加相应测试题目，鼓励学生阅读英文帮助其进行学习，同时增加自选性程序设计题目，进一步提高课程的挑战度。

三、结束语

线上、线下相结合的混合式教学为提高课堂教学质量、实现个性化自主学习提供了一种有效的途径。但要真正做到以学生为中心，有效达成课程目标，需要授课教师在教学实践中根据学情进行螺旋式动态调整，不断持续改进，这些对教师的教学能力和精力投入提出了巨大的挑战。

作者认为，做好混合式教学，至少需做好“四要”：在线资源要优质、线下课堂要高效、互动辅导要及时、考核评价要准确。与各位老师共勉。

参考文献：

[1]Kaplan Andreas M， Haenlein Michael. Higher education and the digital revolution： About MOOCs， SPOCs， social media， and the Cookie Monster[J]. Business Horizons， 2016（59）：441-450.

[2]Friesen， Norm. Report： Defining Blended Learning[EB/OL].https：//www.normfriesen.info/papers/Defining_Blended_Learning_NF.pdf.

[3]陈道泉.MOOC背景下的混合式教学模式探索与实践[J].高教学刊，2020（3）：116-117+121.

[4]汪凌，姜凌.基于MOOC+SPOC的混合式教学模式在运筹学课程教学中的应用[J].实验技术与管理，2020，37（8）：211-215.

[5]叶潮流，李德才，檀明，等.基于MOOC的“数据库原理与应用”混合式教学改革与实践[J].实验技术与管理，2020，37（7）：217-221.

[6]王晓明.“课前-课上-课后”结合的数据结构教学模式探索与实践[J].高教学刊，2020（8）：91-94.

[7]浙江省在线课程开放平台[EB/OL].https：//www.zjooc.cn/ucenter/teacher/course/build/mooc.