“自动控制原理”课程多元混合式教学模式探索与实践

王瑞芳，张 姣

（重庆移通学院智能工程学院，重庆 合川 401520）

0 引言

“自动控制原理”是高等院校自动类、电气类、电子信息类专业的专业核心课程，涉及专业广，学生受众面多。该课程主要涉及经典控制理论的主要内容，广泛应用于各类工程和非工程领域。该门课程的特点是：理论知识点丰富，涉及知识领域较广，信息量较大，内容有较强的逻辑性，课程在学习过程中需要学生具备一定先修的数学以及物理基础：积分变换、电路基础等。目前，纯讲授满堂灌的教学模式已不能满足当代大学生的学习特点，且不能应对各类特殊情况对教育教学的挑战。该门课程内容知识点多且抽象，课堂教学中学生学习积极性需全面调动，此外课程理论学时有限，不能在课堂上全面细致的讲授，这些问题给该门的教与学均带来的极大困扰[1]。

为了充分调动学生的课上课下的学习积极性，拓展学生学习的时间与空间，该课程坚持以学生为中心，以目标达成为核心的教学理念，依托重庆市高校线上一流课程的优势，通过在线开放课程平台上的丰富教学资源、讨论发帖区等，师生之间形成良好的教学互动。线上学习有效节约了线下专业知识的授课时间，为多元化的教学手段与教学模式的创新提供时间保证，如实体课堂教学中辅助利用“雨课堂”“学习通”等智慧教学工具丰富课堂形式。课程组通过在线开放平台与多元信息手段相结合对学生实施全方位的教学管理，广泛开展“线上+线下”混合式教学模式与多元化教学评价方式的探索与实践。下面主要从课程简介、课程团队能力提升、教学资源建设、教学模式改革等几个方面进行具体阐述。

提升学生的韩语导游职业技能和向韩国旅游者传播中国文化是导游韩语教材的两个重要目的。学生是直接受众群体，是旅游文化传播的媒介。来华旅游的韩国旅游者是间接受众群体，是促进中韩文化交流的重要力量。为此，导游韩语教材在最大限度传播当地旅游文化内容的同时也要充分考虑两个受众群体对目的地文化的接受程度，用能够同时满足二者需求的方式去传播文化。

1 “自动控制原理”的课程特点

“自动控制原理”课程研究的不是某一个实际具体的系统控制过程与结构，而是研究各类控制系统共同规律的科学理论[2]，是自动控制技术的基础理论。课程主要讲解经典控制理论的内容，其先修课程为控制信号与系统，后续课程为现代控制理论及应用，该课程是自动化类专业的一门理论与实践并重的专业核心课，在整个专业体系及培养计划中具有承上启下作用。

石门位于武陵山向洞庭湖平原过渡带上，地貌大体轮廓为西北宽，东南窄，县境边界似一弯把“葫芦”， 地势自西向东南倾斜。境内地层发育较全，从元古界冷家溪群到新生界第四纪均有出露。地层岩性以沉积岩为主，主要包括灰岩、板页岩及砂页岩；区内土壤类型主要为水稻土、红壤和黄壤。

2 课程团队与教学资源建设

2.1 教学团队的能力提升路径

注重线上资源的建设的同时，团队同样重视供课堂使用的线下教学资源建设，线下课堂教学资源主要包括两方面，理论资源与实验资源。理论教学资源建设方面，注重不断完善传统教学资源，如教学大纲、授课计划、教案、课件等，还不断积累、挖掘课程思政元素与案例，形成课程思政资源案例库，使教师在讲授必要自动控制技术理论知识的同时，也能够潜移默化适当融入思政元素，培养和提高学生的德育与工程素养。课堂上根据应用习惯师生需借助网络使用“超星学习通”或“雨课堂”等智慧教学工具，因此，团队教师也构建了相应的试题库和以课件为主的资源库，课堂上可通过学习通或雨课堂，对学生进行“签到、随堂测试、抢答、随机选人、主题讨论、分组任务、问卷”等一系列的过程管理，加强师生之间的交流互动。实验教学资源方面：为了使学生加深对经典控制理论的理解和认识，同时培养其理论联系实际、独立思考、动手解决实际问题的能力，课程构建了实验教学资源。除了必要的实验指导书、课件、大纲等资源外，还录制了实验软件使用视频与实验仿真演示视频，可供学生全方面使用多种工具验证理论知识。具体的线下课堂使用的教学资源主要内容如图2 所示。

2.2 线上教学资源建设

本门课程以学生为中心，基于OBE 教学理念，自建在线视频资源基础上，注重课程资源的有效应用，并适当地开展翻转课堂，逐渐形成“线上学习+线下学习”的混合式互助教学模式。特别注重学习效果，根据学生的课堂反馈、实验操作、匿名问卷调查及随堂测试、在线课程测试等结果，对教学过程灵活调整，形成以学生为中心的闭环教学模式。有效改善了传统课程，教师不能把握帮扶学生的课下学习且课堂讲授内容压力大，不能和学生进行更好互动的情况，较好地解决了丰富课程知识内容与有限理论课时之间的矛盾，拓展了学习时间和空间，丰富了学生的学习形式与体验。

图1 线上资源主要内容

2.3 线下教学资源建设

教学团队整体实力对提升课程教学质量非常重要，团队利用“老带新”模式来帮助新进青年教师更好地理清课程教学范围、重点，难点、有效设计教学过程等。并采用多种形式促进青年教师成长，课程与教学、学科竞赛结合，团队教师通过参加各类教学比赛，如：青年教师教学竞赛、教学创新大赛、课程思政教学竞赛等，教师在教学比赛中学习教学技巧、提升教学能力；同时课程教学与指导学科竞赛相结合，注重理论应用于实践的能力，提高知识应用挑战度，避免理论讲授脱离实际应用，同时刺激学生的求知欲，在学科竞赛中发挥创新性，提升理论应用能力。此外支持课程组教师积极参与各类线上线下与课程教学相关的培训，拓展教师的视野,提升教师的能力。

图2 线下资源主要内容

3 课程教学方式转变

3.1 线上+线下混合式教学模式

自动控制原理是一门较为成熟的科学技术理论，教学资源是课程的物质基础，课程团队教师于2018年开始致力于建设具有应用型本科院校特色的精品课程，并合理利用多媒体资源、网络资源，开始建设微课视频、微课PPT、习题库等教学资料，初步去构建该门课程的线上教学资源库，2019 年团队教师将课程教学内容细分成39 个知识点作为微课视频讲解内容，各个教学视频前后连贯，涵盖课程重点章节的大部分内容，可以满足该门课程不同专业不同学分所需学习的理论共同部分。2020 年9 月完成课程的全部视频的制作，并于重庆市高校在线开放课程平台（现更名为重庆高等教育智慧教育平台）第一次开放运行该门课程，开始探索线上+线下混合式的教学方式。目前已在在线开放平台运行完三期课程，线上方便学生进行更好的课前与课后的自主学习。线上平台教学资源主要包括：章节微课视频、章节课件、试题库、课后作业库、答疑讨论等，有助于学生进行自主地课前预习、课后复习与巩固，同时交互式的学习实现了对学生的监测，有利于教师及时掌握学生学习情况。具体的线上教学资源如图1 所示。

以各指标基尼系数总和最小为目标函数，设各地区分配的医疗卫生资源为决策变量，确定最优分配方案，具体目标函数可表述为：

3.2 课堂融入思政元素

课程设计主要考虑通过创新型实践项目展开“任务驱动式”教学，团队教师在该环节中根据学生的特点布置难易程度合适的实践项目，将工程实际、科研工作与实验实践教学相结合，设计开发一些创新型的实践课题，通过工程实际中的难易程度合适的系统，充分应用自动控制原理、MATLAB 软件、硬件实验平台，实现理论、工程应用软件与已有实验平台相结合，要求学生完成自动控制系统的系统建模、系统分析、系统设计以及仿真验证的一个整体设计过程。在课程设计实践过程中，针对由教师布置的实践项目，学生自主制定工作方案。在此过程中可充分调动学生学习的自主性与积极性，激发学生的创新思维，使工程应用能力得以有效提升，同时也使学生在实践项目中体悟到不同课程间的内在联系。并且课程设计分小组进行，小组成员共同完成教师分配的课题，培养团队协作能力。

3.3 课程理论与实践结合

在对核心课程进行有效改革的同时，注重不断拓展应用能力以及创新能力的培养渠道与培养途径，近两年主要以优化专业课程的实践环节、如随课实验、课程设计等来加强学生的应用能力，此外调动学生参与学科竞赛提高创新能力。

该课程设置有8 学时验证性实验，理论与实践相结合，可有效加深学生对自动控制原理的深入理解，同时也初步锻炼学生对自动化仪器仪表的使用能力，如示波器、万用表、信号发生器、实验箱等，通过对这些仪器的多次使用，也为后面的创新性实践环节打下基础，用实践去验证理论，同时，实验部分除应用硬件实践平台外，团队教师录制Multisim 电路设计软件的安装以及使用视频，通过课程平台发布，布置应用软件继续验证实验操作结果的任务，通过比较电路模拟结果与具体实验操作结果，引导学生深入自主思考与不断纠正实验操作，得到较好的实训效果。如应用Multisim 软件进行三阶系统电路的搭建与该系统临界稳定状态的模拟如图3 所示。同时也提升了学生进一步学习与应用计算机工具解决实际问题的能力，教会学生如何自主学习，真正做到授之以鱼不如授之以渔，初步锻炼学生具备一定科学研究的基础能力，为参与学科竞赛储备更多工具。

图3 Multisim 软件模拟三阶系统临界稳定状态

自动控制原理的理论内容中蕴含着许多深刻的工程哲理，课堂上教学中不仅注重知识传授，同时注重深入挖掘课程的德育要素，重视学生德育与工程素质的培养，课堂讲授中注重在不同的章节恰当融入不同思政要点，如第一章在讲解控制理论的发展历程中通过学科代表人物的事迹、代表作等进行德育素质教育，融入工程控制论创始人钱学森的艰难归国路、为国奉献与严谨治学精神，激发学生的爱国主义情怀，引导学生在学习上积极进取。第二章讲解控制系统的数学模型时，构建学生科学的世界观，对自动控制系统的数学建模过程，实际是对客观世界认识的实践过程，认识到客观世界中的控制系统的不同环节互相关联、互相影响的对立统一特点，要运用哲学思维帮助学生构建科学的世界观，讲解结构图的等效变换时，在系统结构进行方框图等效变换的运用中，把握好化简规则，无规矩不成方圆，在化简过程中引导学生主动发现问题、自主分析问题、独立思考问题。第三章时域分析法，讲解稳定性的概念时强调稳定的重要性，稳定是系统能够正常工作的必要条件，系统不稳定，就没有必要讨论系统的性能指标，融入稳定高于一切，培养学生的大局观。在从系统的抗扰动性提高讲解中，阐述加强自身能力的提高等，从而帮助学生养成科学思维与创新习惯，培养学生的大工程观，

由图1可看出，1号和2号菌呈短杆状，3号和4号为球状，根据其菌落形态、菌体形态等特征判断，具有细菌的典型性，均为单细胞。

此外引导学生积极参与学科竞赛，在竞赛过程中可充分将自动控制原理的理论知识与单片机、PLC 以及多种实践平台等交叉融合应用，通过理论、实训与竞赛相结合使学生的实践及创新能力得以提高。学科竞赛在提高学生应用能力的同时，也为师生间的深度交流与沟通提供了更便捷的平台，同时竞赛实例融入课堂教学，达到了以赛促教，以赛促学，教学相长的良好效果。

3.4 智慧记录学习行为，优化课程评价

该课程较传统的考核方式由期末考试的卷面成绩、实验成绩以及平时成绩三部分组成，主要考察学生对于专业理论知识的掌握情况。这样的考核方式无法全面考察学生对整个学习过程的参与度。因此，在教学实践过程中丰富过程评价内容，不断优化学生的过程管理与考核，如平时成绩构成项包括：考勤、随堂测验及讨论、期中测试、实验成绩、在线开放课程平台成绩。最后结合期末考试卷面成绩，综合评定总成绩。平时成绩各项的比重、平时成绩占总成绩的比重会根据前期课程的情况分析在后期课程开课前进行合理优化设计。

在课程教学中，一个完整教学过程分为“课前线上导学-课堂多元化教学-课后线上巩固答疑拓展”三个主要阶段，在教学设计上要有效把握好导学、促学、拓展学习的教学实施。课前利用线上平台，让学生自主进行课前知识点的预习、课前测试，教师通过平台了解到学生的理解误区，以便线下有效开展翻转课堂并精准施教，课中合理构建与线上相衔接的教学环节，结合小组讨论、问题导向式教学，并在合适的教学内容有效利用项目导入式教学，利用竞赛实例等激发学习兴趣，引导学生自主思考问题、解决问题。此外广泛利用“学习通”或“雨课堂”等信息手段创新课程形式，调动学生课堂学习积极性，课后通过线上平台巩固学习内容，完成课后测试与线上作业，也可通过平台的答疑讨论区与师生交流、讨论、拓展学习。在完成课后作业过程中，引导学生复杂的数学计算问题除了手动计算外，可以应用Matlab 工具加以思考验证，如应用Matlab 软件计算二阶欠阻尼系统不同阻尼比情况下系统的超调量、调节时间与上升时间等，同时与专业课“Matlab 及其工程应用”结合学习，减轻复杂数学计算的难度，促进了课程间的交叉融合，提升软件应用于解决实际问题的能力，有助于课程深化学习。

除此以外，在课程多元混合式教学实践中，学习行为记录方式也发生转变。如在线平台智慧记录并评价学生学习行为，导出的学习数据作为在线开放课程平台成绩，更具真实与公平性，教师可根据学生线上数据及互动的情况，匹配好课堂的难易程度，给予及时引导与鼓励，逐渐加大学生对课程的参与度。同时也纵向根据学习数据进一步调节优化下期课程的成绩策略。

学生课堂行为利用“学生通”“雨课堂”的数据记录，包括参与课堂讨论、问题抢答、测试、课外作业等完成情况，辅助作为平时成绩其它项考核依据，全方位地了解学生的课堂学习情况等。并根据学生表现情况，对于学生的进步，及时给予赞赏及激励，引导学生积极思考，主动参与课堂教学，培养学生的学习自信。

经济全球化的背景下，越来越激烈的市场竞争导致企业赊销成为常态。市场经济在经历了无数次国内外的冲击之后，对市场内部众多参与者的要求越来越高。信用，作为交易达成的必备条件，越来越受到市场的重视。虽然加强客户信用管理并不能完全避免企业在经营过程中面对的应收账款风险，但是对客户信用的深入了解可以提高企业辨别高风险客户的能力，能够提高企业应收账款的管理水平，使企业在达到销售最大化的同时将信用风险降至最低，保障企业的正常经营。

学习评价与学习行为的逐步优化，合理考察学生对理论的掌握度以及全过程的学习行为。

4 结语

通过教学实践，课程已经形成线上线下多元化混合式互助教学模式，课堂与网络无缝结合，逐渐形成教师精准教和学生主动学的良性循环，教师团队导学、讲学、助学、督学不断引领，混合式协同工作，切实提高了学生学习自主性和成就感。但也存在一些问题，比如，翻转课堂如何有效切入才能更加提高学生的学习兴趣和积极性、如何保持学生对教学模式的积极性，以及如何有效提高学生线上学习的自觉性等，仍需要专业授课教师不断探索与实践。