自动控制原理课程的混合式教学模式探索

作者:未知

  [摘 要]在全球依托互联网平台开展大规模在线开放课程建设,实施线上教育模式的背景下,为同时解决线下传统课堂教学模式和线上MOOC教学模式的弊端,基于江南大学自动控制原理课程建设,将MOOC在线课程资源建设与课堂教学相融合,开展“线上-线下”信息融合的混合式教学模式的研究与实践探索,全方位改革课程教学大纲、教学方法、师资队伍、考核评价方法与实践教育环节,从广度与深度上全面提升校内外学生的学习自主性、增加学生获取资源的自由性,提升了课程的教学质量和辐射影响力,能为其他相关课程建设提供借鉴思路。
  [关键词]自动控制原理;混合式教学;教学模式;MOOC
  [中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2019)03-0062-03
  在新媒体时代,随着互联网技术的日益发展,高等教育信息化程度不断提高,大规模在线开放课程MOOC(Massive Open Online Course)作为一种新兴的教学和学习模式,在2008年由加拿大学者Dave Cormier和Bryan Alexander提出。MOOC是一种将课程资源和参与者聚集到开放式网络平台上,对学习者进行知识讲解和问题讨论的互联网教学模式,具有开放性、大规模和社会性等特点[1]。2011年秋季,美国斯坦福大学开设了人工智能免费课程,网上注册人数超过了16万,目前在Coursera、Udacity、edX等国内知名MOOC网站提供的课程数量有上万门。2013年秋季,我国清华大学首先开放了2门MOOC课程。随后,国内一流高校都相继在中国大学MOOC网、学堂在线、超星等公共平台上推出了各具特色的MOOC课程。这些课程突破了传统课堂授课模式在时间和空间上的限制,实现了课程内容和资源的开放,便于学生利用碎片化时间反复学习。总体而言,MOOC在线教育模式是提升高质量教学资源公开性和教育过程公平性的一个重要举措,现如今它已引起了全球教育界的广泛关注[2-3]。
  自动控制原理课程不仅是自动化、电气工程及其自动化的专业核心课程和考研科目,同时也在机械制造及自动化、测控技术与仪器以及系统工程、电力、冶金等专业开设,具有广泛的学生基础[4-5]。另外,本课程要求掌握工业自动化应用技术的理论基础,强调理论分析联系工程实际,在当前工业智能自动化制造背景下具有十分广泛的社会需求。因此,依托自动控制原理这门课程,将MOOC在线课程资源建设与课堂教学相融合,开展线上与线下信息融合的混合式教学模式的研究与实践,通过线上与线下课堂教学和互动讨论,能进一步加深学生对自动控制基础知识点的理解和掌握,并让学生学会利用数学、物理等基础知识表达和描述自动控制系统的工程问题,加深学生对自动控制原理这门课程的基本知识点和系统设计方案的理解,同时这对提升课程的校内外影响力和辐射力也具有重要的意义。
  一、现状分析
  目前在中国大学MOOC网站开放自动控制原理课程的主要有华中科技大学、西安交通大学、南京航空航天大学、江南大学和南京邮电大学等,但更多的高校依然是以传统课堂教学的方式开设该课程。
  该课程对于学生的预备知识,如数学、物理等自然科学和工程实践类知识的要求较高,传统课堂教学方法具有可以为学生进行面对面精讲细讲的优势,便于学生理解和掌握该课程知识,但在各高校普遍压缩课程学时的背景下,这种传统课堂教学方法也随之暴露了以下一些弊端。
  1.课堂知识传播在大多数情况下是单向的,以教师为主体,缺乏广泛的互动研讨;2.多数采用封闭式课堂教学和课后答疑模式,教师与学生,学生与学生之间缺乏大规模的交流公共平台;3.教学资源以纸质教材、讲稿和电子PPT为主,不够丰富和生动;4.考试以笔试为主,缺乏对学生综合能力和学习过程的评测;5.课程教学主要面向少数校内学生,社会影响力和受益人数受限。
  MOOC在线课程的开设可以为学生学习课程带来时间和空间上的诸多便利,但单纯以MOOC在线课程平台开展互联网线上教学活动也存在以下一些问题。
  1.无法有效监督学生的学习过程,当前大多数在线开放课程公共学习平台上开展的教学活动仅停留在控制访问时间的层次上;2.对自学能力差的学生来说,在没有教师针对性的答疑解惑的情况下,他们对知识的掌握一知半解,反复学习的效率低下;3.网络考试的真实性和公平性在现今的公共学习平台上存在漏洞和争议;4.学生学习自觉度较低,在MOOC课程网站完成整个在线学习的人数比例较低。
  从上述分析可知,在传统教学模式中,少量学生是通过固定时间、固定地点在课堂上获取教师讲授的知识,但课堂时间短且学习者往往是被动的获取知识,这使得知识理解和消化往往发生在课外。但线上MOOC课程教学的优势则在其开放性和个性化,让校内外学生都可以通过互联网在任意时间和地点主动获取知識,使其变成学习的主动者,但总体知识深度和个体学生知识掌握的真实度不够。
  二、改革思路和措施
  因此,针对传统课堂教学和MOOC在线课程这两种教学模式的优劣,将线上MOOC教学的优势与线下传统课堂教学相结合的混合式教学模式目前得到了广泛的关注,尤其是对于那些知识点多、分析复杂、逻辑严谨、工程背景强的一些工科专业核心课程而言,混合式教学模式对提升学生知识和技术能力以及提高教师的教学水平都可以起到很好的促进作用[6-7]。我们广泛征求意见,总结教育教学方法,研究在当今移动互联网新媒体的大时代背景下,在社会专业知识更新迅速、个人知识面需求广、学习时间碎片化等条件下,该如何针对自动控制原理课程知识点多、逻辑性强、应用性强、社会需求量大的特点,通过互联网公共平台完善“十三五”江苏省在线开放课程自动控制原理课程建设;在MOOC教育背景下开展自动控制原理课程线上与线下信息融合的混合式教学模式的研究与实践,融合MOOC网络在线教育与课堂线下教育,全方位改革课程教学大纲、教学方法、师资队伍、考核评价方法与实践教育环节,从广度与深度上全面提升学生的学习自主性、增加学生获取资源的自由性,以及运用本课程专业知识解决各种实际问题的实践性,满足多行业背景下自动化专业对“厚基础、宽口径”工程实践创新人才的培养需求,提升课程教学质量并辐射影响其他相关课程建设。   (一)重新梳理知识点,修订线上与线下教学融合的课程大纲
  传统课堂教学模式以章节与固定课时为单元进行授课,而MOOC在线课程教学则以知识点和10分钟左右的不固定课时为单元进行授课。因此,开展混合式教学需要首先重新设计教学内容以顺利衔接线上教学与线下教学过程。我们以“系统建模、系统分析、系统设计、系统应用”为逻辑主线重新梳理出自动控制原理课程的58个知识点,并通过课程组教师研讨和调研学习,以MOOC知识点和该课程支撑的工程教育专业认证中自动化专业学生毕业要求为目标修订课程大纲。同时,在课程大纲中明确校外学生的基础性普适教学知识点范围和校内学生的拓展性拔尖教学知识点范围,为课程组教师规范开展自动控制原理课程的混合式教学提供总体指导。
  (二)开展翻转课堂与引导式教学相融合的教学方式
  在“自动控制系统基本概念与组成、自动控制性能要求”等知识点的课堂教学过程中,引用具体自动控制工程系统的分析与设计案例,以设疑的方式引导学生思考问题的解决思路,然后再指引学生去不限于本校的MOOC 在线课程开放平台的对应单元获得更多的课外知识链接和具体讲解,然后在MOOC网络公共平台上开展线上讨论与线下教师点评。此外,对于“控制系统根轨迹分析法”“控制系统结构图与信号流图”等某些相对独立、完整的MOOC教学知识点,考虑把这些知识点作为翻转课堂的素材,要求学生在指定的时间内完成在线学习,在确认所有学生都完成了该部分内容的学习后,再开展围绕这一知识点的课堂讨论和头脑风暴活动,增加学生的学习自由度,加深其对知识点的理解。
  (三)组建多专业教师混合的并行教学课程师资队伍
  江南大学的自动控制原理课程除了在自动化、电气工程及其自动化专业开设以外,在物联网工程、计算科学与技术、机械工程及其自动化等专业也有类似课程开设,教师分布在各个专业独立教学。考虑到各专业对该课程知识点的侧重点会有不同,线下教学依然以各专业教师为主,同时融合各专业教师组成MOOC课程建设师资队伍开展线上教学活动。对于各专业都适用的知识点由MOOC在线课程教师进行讲解,专业教师线下点评;对于各专业不同的知识点,先由专业教师独立讲解,然后所有专业学生都可以在MOOC课程公共平台进行研讨,增加不同专业学生和教师间的互动,从而构建多位教师并行教学的课程师资队伍。
  (四)制定线上互评与线下考评融合的综合评学方式
  该课程改变单纯以线下教育结果评价学生能力的评价方式,在面向校内外全体学生的在线课程讲授过程中,我们设置平时作业、单元测试、期末考试、互动讨论等教学环节,主要把MOOC在线课程的知识点学习结果作为学生互评的基础,实施在线激励性措施,开展互评互动,互评结果作为校外学生学习的主要考核指标,以及校内学生学习的阶段性考评结果,并在最终的总分考核结果中适当增加15%的在线学习成绩比例以突出学生自主学习能力的评价,使学生意识到MOOC在线学习内容与线下课堂讲授内容的同等重要性。同时,为保证校内学生最终学习成绩考核的公平性,线下的测试、讨论和实践等环节的考评结果将依然作为综合评价校内学生学习能力的重要环节。
  (五)设计理论知识与实践教学融合的工程教育环节
  考虑到自动控制原理课程的授课对象主要是工科学生,这类学生在工程教育过程中非常重视动手实践能力的培养,但是校外学生受具体实验条件的限制,不能像校内学生一样开展实物操作,因此本课程学习要求学生掌握基础的计算机控制仿真技能,依托MATLAB软件,在MOOC在线教学环节中加入磁盘读取系统、伺服电动機等工程仿真案例分析,并利用线上教学与线下练习的课外时间针对这些工程对象进行连续或离散建模、稳态和动态性能分析和串联滞后或超前校正的编程指导,从而让学生通过仿真进一步验证和深化所学的自动控制理论,熟悉解决工程控制问题的基本步骤。
  自动控制原理课程是江南大学首批卓越课程,经过一定的建设实施课程取得了一定的实效,主要体现在以下几个方面。
  1.线上与线下学习资源相结合,提高了校内外学生学习的自主性与选择性,现已有校内学生300余人,校外学生近500人在中国大学MOOC网站进行了学习。2.线上与线下教学相结合,增加了教师与学生间互动交流学习的机会,做到校内学生及时答疑,校外学生网站答疑基本保证在48小时内。3.线上与线下考核相结合,提升了对学生学习效果与自学能力考评的全面性,校内学生的成绩优良率提升了10%,不及格率降低了5%;校外学生完成所有课程知识点学习并合格的人数比例为2%,且还有持续提高的空间。
  另外,该课程的混合式教学模式在实施过程中还存在一些问题,需要进一步完善和探讨,具体如下。
  1.线上与线下混合教学的MOOC课程知识点与现有课程大纲中课堂教学知识点不一致,缺乏细化、精炼和模块化改造,因此混合式教学的首要目标是进一步解决线上与线下教学活动的衔接问题,扭转教师和学生的学习惯性思维。
  2.解决线上教学内容短而不深与线下教学内容深而不广的问题,混合式教学方法改革需要根据知识点的不同将讲授式、问题研讨式、项目驱动式等多种教学方法合理融合,但在线上进行项目驱动式的项目指导存在各种局限性,今后将考虑引入远程实验的指导教学方式。
  3.混合式教学方式将不同专业背景的教师组成师资队伍,解决了教师知识单一性的问题,实现了教师的时间和知识的互补,但面向大规模不同专业背景的在线学生和不同行业的工程问题进行针对性教学和解答时,有时需要集体讨论,教师的混合式教学能力需进一步提升。
  4.混合式教学需加入学生学习过程的评学考评,可以初步解决线下考评与线上考评的综合性评价问题,但是对于线上考评成绩的公平真实性问题由于互联网学习的特点,目前尚未解决。
  三、结束语
  本次教学改革立足于江苏省品牌江南大学自动化专业建设和自动控制原理卓越课程优势,通过分析传统课堂教学与MOOC在线教学模式的利弊,提出和探索了MOOC教育背景下自动控制原理课程的混合式教学模式,探索了“线上-线下”信息融合的校内外教学举措。其主要特色和创新点体现为:面向“校内-校外”不同基础的学生需求,组建“专业内-专业外”的专业师资队伍,整合教学资源分配“课内-课外”教学内容,在MOOC背景下实现大规模、多层次的自动化人才培养的“线上-线下”混合式教学过程;兼顾公平性和全面性,突出自主学习、互动研讨和动手实践能力的评价,制定混合式教学模式下线上互评与线下考评融合的学生能力和学习过程的综合评学机制。这些举措对于促进自动化品牌专业建设、提高教学质量、培养创新性人才起到一定的促进作用。同时该课程建设的MOOC在线学习课程立足于校内,定位于江苏省,目标辐射向全国,为普及和提高社会公众和学生的自动化知识水平和技术技能做出一定的贡献。本课程的混合式教学研究成果也可以推广到类似专业的其他课程教学改革中去。
  [ 参 考 文 献 ]
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  [责任编辑:陈 明]
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