李洪波+解武杰+董文瀚+李瑾+孔星煒+陳勇

摘 要： 將傳統(tǒng)教學(xué)與信息化條件下的教學(xué)有機(jī)融合，基于iMOOC平臺和云教室對自動控制原理課程進(jìn)行混合式教學(xué)。課前，通過微課學(xué)習(xí)、實驗和分組任務(wù)來收集存在的疑問；課上，通過工程實例來引發(fā)學(xué)習(xí)興趣，請學(xué)生利用“實驗微視頻”和“云教室”對實驗和分組任務(wù)進(jìn)行互動闡述，引導(dǎo)學(xué)員突破教學(xué)重點、難點；課后，通過思考題加深對所學(xué)知識的理解。信息化資源和手段的綜合應(yīng)用有效提升了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： iMOOC平臺； 云教室； 混合式教學(xué)； 信息化

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）05-72-03

The design and practice of blended teaching on iMOOC platform and cloud classroom

Li Hongbo， Xie Wujie， Dong Wenhan， Li Jin， Kong Xingwei， Chen Yong

（Aeronautics and Astronautics Engineering College， Air Force Engineering University， Xi'an， Shaanxi 710038， China）

Abstract： The traditional teaching and the teaching with information technology are integrated organically， and the blended teaching of principle of automatic control is conducted on the iMOOC platform and cloud classroom. Before the class， the existing questions are collected through the completion of micro-class learning， experimentation and grouped tasks. On the class， the study interest is stimulated through the engineering examples， and the students are invited to describe the experiments and grouped tasks interactively by using "micro-video" and "cloud classroom"， to be guided to break through the key point and difficult point of teaching. After the class， the questions are raised to the students for their further understanding of the knowledge learnt. The comprehensive application of information resources and means can effectively improve the teaching effect.

Key words： iMOOC platform； cloud classroom； blended teaching； informatization

0 引言

教育信息化從“基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”階段向“強(qiáng)調(diào)教學(xué)應(yīng)用”階段發(fā)展。以MOOC（Massive Open Online Course）為代表的在線學(xué)習(xí)平臺的興起，促進(jìn)了教育教學(xué)改革，使教育方法和模式發(fā)生了深刻的變化。學(xué)生可以利用在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺按照自己的節(jié)奏和學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)行學(xué)習(xí)，有利于發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主動性。但自2006年以后，面臨“教育信息化的高期望值與實際效果之間存在較大落差”的現(xiàn)實，世界各國紛紛進(jìn)行多方面的反省與思考，進(jìn)入到“反思探索”階段[1]。

如何既發(fā)揮在線教學(xué)的特色及優(yōu)勢，又充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)中教師起到的引導(dǎo)、啟發(fā)和監(jiān)控作用值得關(guān)注。

1 混合式學(xué)習(xí)

混合式學(xué)習(xí)（Blended Learning）是指，綜合運用不同的學(xué)習(xí)理論、不同的技術(shù)和手段以及不同的應(yīng)用方式來實施教學(xué)的一種策略，它通過有機(jī)地整合面對面的課堂學(xué)習(xí)（Face to Face）和在線學(xué)習(xí)（On line learning或E-learning）而將兩者的優(yōu)勢結(jié)合起來?！盎旌稀痹谛问缴鲜窃诰€學(xué)習(xí)（On-line）與面對面學(xué)習(xí)（Off-line）的混合，其更深層次包括基于不同教學(xué)理論（如建構(gòu)主義、行為主義和認(rèn)知主義）的教學(xué)模式的混合，教師主導(dǎo)活動和學(xué)生主體參與的混合，課堂教學(xué)與在線學(xué)習(xí)不同學(xué)習(xí)環(huán)境的混合，不同教學(xué)媒體的混合，課堂講授與虛擬教室的混合等[2]。

傳統(tǒng)“以教師為中心”的教育思想強(qiáng)調(diào)以“傳遞—接受”為標(biāo)志的教與學(xué)活動，而“以學(xué)生為中心”的教育思想強(qiáng)調(diào)以“自主—探究—合作”為標(biāo)志的教與學(xué)活動。在以B-Learning為標(biāo)志的混合式教育思想則兼取“傳遞—接受”和“自主—探究”二者之所長，強(qiáng)調(diào)“有意義的傳遞與教師主導(dǎo)下的自主探究相結(jié)合”為標(biāo)志的教與學(xué)活動[1]。通過融合“以教為主”和“以學(xué)為主”兩種教學(xué)思想，形成“學(xué)教并重”的教學(xué)理念，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為認(rèn)知過程主體的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

2 iMOOC平臺和云教室

軍隊院校的信息化教學(xué)環(huán)境和地方高校存在較大差異，首先軍校宿舍、教學(xué)辦公場地禁止接入互聯(lián)網(wǎng)，其次學(xué)員在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活以集體活動為主，因此不能照搬地方高校的MOOC教學(xué)模式，必須根據(jù)軍校的特色和實際情況開展教學(xué)模式改革[3-4]。

2016年，我院邀請陜西師范大學(xué)教師發(fā)展中心老師舉辦了“教學(xué)信息資源建設(shè)暨教學(xué)模式創(chuàng)新”專題研修班，并依托軍網(wǎng)引進(jìn)iMOOC教學(xué)平臺，構(gòu)建具有軍校特色的SPOC（Small Private Online Course）教學(xué)環(huán)境，以推動課程教學(xué)模式改革落到實處。

iMOOC平臺是由陜西師范大學(xué)教師發(fā)展中心開發(fā)的E-learning教學(xué)系統(tǒng)，提供課程資源共享、在線作業(yè)、在線考試、在線討論以及各類統(tǒng)計等豐富的功能，滿足開展在線、自主學(xué)習(xí)的要求。

同時，引進(jìn)“銳捷云課堂系統(tǒng)”建設(shè)了云教室，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送文件、屏幕廣播、學(xué)生演示、鎖屏等師生互動，具有電子點名、分組教學(xué)、隨堂測試、語音廣播、語音對講等教學(xué)功能，能夠有效提升學(xué)員的學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)效率。

3 基于iMOOC平臺的混合式教學(xué)實踐

在陜西省精品資源共享課和大學(xué)重點課程建設(shè)基礎(chǔ)上，積極探索利用新建的iMOOC平臺和云教室，采用在線學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合的方式，建設(shè)立體化教學(xué)資源，采取多樣性的教學(xué)方法，組織形式豐富的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行混合式教學(xué)實踐。

3.1 試點課程

自動控制原理是空軍航空工程領(lǐng)域一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，服務(wù)對象幾乎涵蓋了飛機(jī)發(fā)動機(jī)、武器、飛行控制、導(dǎo)航等所有航空關(guān)鍵子系統(tǒng)。課程主要立足自動控制理論的應(yīng)用，研究自動控制系統(tǒng)的共同規(guī)律，重點講授如何判斷武器裝備的控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定工作，以及如何計算工作精度和考量工作動態(tài)過程，是發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)等多個專業(yè)課程不可或缺的先導(dǎo)課。而自動控制原理相關(guān)知識點卻比較抽象、不易理解，容易導(dǎo)致學(xué)員的學(xué)習(xí)主動性、積極性不夠。

因此，利用信息化技術(shù)優(yōu)化教學(xué)過程，進(jìn)行混合式教學(xué)改革試點是提升教學(xué)效果的一個有效途徑。

3.2 教學(xué)內(nèi)容分析

以自動控制原理課程第五章第一部分內(nèi)容—頻率特性的基本概念為例，詳細(xì)介紹混合式教學(xué)設(shè)計。

本次課教學(xué)內(nèi)容主要包括深刻理解頻率特性的概念、掌握頻率特性的分析與計算方法。其中，頻率特性的概念簡單，但是其包含的物理含義卻難以理解，是學(xué)習(xí)過程中的重點內(nèi)容；在分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)特點和理解頻率特性的概念基礎(chǔ)上，掌握頻率特性的分析與計算方法是難點內(nèi)容。

在實現(xiàn)知識目標(biāo)的同時，還需要考慮如何通過教學(xué)過程培養(yǎng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)、表達(dá)溝通、協(xié)作學(xué)習(xí)、分析解決問題、實際動手、創(chuàng)新等能力素質(zhì)目標(biāo)。

3.3 教學(xué)組織實施

基于iMOOC平臺和云教室，將本次課混合式教學(xué)過程設(shè)計為“課前”、“課上”和“課后”三個階段。

3.3.1 課前

通過iMOOC平臺，發(fā)布自主學(xué)習(xí)任務(wù)單，本次課的課前任務(wù)主要包括：

⑴ 登錄iMOOC平臺，學(xué)習(xí)微課—頻率特性的概念；

⑵ 分組在實驗室完成實驗，觀察給RC網(wǎng)絡(luò)輸入正弦信號時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，并改變輸入信號頻率觀察系統(tǒng)響應(yīng)如何變化；

⑶ 完成分組任務(wù)，例如第一組以RC網(wǎng)絡(luò)為對象，輸入正弦信號時，計算系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，第二組根據(jù)RC網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，計算G（jω）的模值和相角。

完成自主學(xué)習(xí)任務(wù)后，學(xué)員可以在討論區(qū)提出疑問，并進(jìn)行討論。教員可以根據(jù)學(xué)員的疑問了解學(xué)習(xí)情況，并結(jié)合教學(xué)重/難點內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)、歸納，主要圍繞以下兩個方面問題：

一是系統(tǒng)輸入為正弦信號時，輸出的變化有沒有規(guī)律？有什么樣的規(guī)律？相同頻率下這些規(guī)律和系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有什么關(guān)系？

二是一階系統(tǒng)得到的規(guī)律是否具有普遍性？

同時，要求學(xué)員錄制分組實驗微視頻、制作演示文檔，準(zhǔn)備在課上就觀察到的實驗現(xiàn)象和計算結(jié)論，進(jìn)行闡述分析。

3.3.2 課上

本次課的課堂組織流程如圖1所示。

首先通過飛行控制系統(tǒng)縱向通道法向加速度反饋回路的工程實例，引發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)噪聲信號的周期特性，思考能否從系統(tǒng)在正弦信號作用下具有的響應(yīng)特性入手解決該實際工程問題。

針對課前總結(jié)的疑問一，首先請各組學(xué)員分析觀察到的實驗現(xiàn)象，并總結(jié)規(guī)律，得到系統(tǒng)頻率響應(yīng)定性的規(guī)律；然后分別闡述分組計算結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)員得到頻率響應(yīng)定量的變化規(guī)律，以及和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)、參數(shù)的本質(zhì)聯(lián)系。

針對課前總結(jié)的疑問二，引導(dǎo)學(xué)員完成從典型一階系統(tǒng)到一般系統(tǒng)的推導(dǎo)，注意講清推導(dǎo)過程中的兩個關(guān)鍵問題，即找到輸出表達(dá)式中的穩(wěn)態(tài)部分，以及G（jω）和G（-jω）模值、相角之間的關(guān)系，并最終得到頻率響應(yīng)普遍的規(guī)律。

在講清頻率特性基礎(chǔ)上，為加深理解，設(shè)置課堂討論：在某一特定頻率下，系統(tǒng)輸入輸出的幅值比與相位差是確定的數(shù)值時，能否認(rèn)為是系統(tǒng)的頻率特性？學(xué)員分組發(fā)言后，強(qiáng)調(diào)隨著頻率的變化，系統(tǒng)幅頻特性和相頻特性的變化規(guī)律才是系統(tǒng)的頻率特性。

以分析典型的RC網(wǎng)絡(luò)為例，繪制其幅頻和相頻特性曲線，總結(jié)得出其低通濾波特性，最后引導(dǎo)學(xué)員回到工程實例，即可以通過一階慣性環(huán)節(jié)抑制法向加速度反饋回路的高頻噪聲。并給出某型飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)的縱向結(jié)構(gòu)圖，驗證在實際的裝備上就是采用該方法來抑制高頻噪聲信號。

3.3.3 課后

課后，學(xué)員完成兩個拓展任務(wù)：

⑴ 利用Matlab軟件仿真分析其他典型環(huán)節(jié)在正弦信號作用下的響應(yīng)；

⑵ 某型飛機(jī)飛行控制系統(tǒng)縱向通道俯仰角速度反饋回路中，俯仰角速度經(jīng)過一個二階微分和振蕩相乘的環(huán)節(jié)，分析該環(huán)節(jié)的頻率特性，思考其起到什么作用。

要求完成拓展任務(wù)報告并上傳至iMOOC平臺，就思考題在討論區(qū)進(jìn)行討論。

3.4 教學(xué)效果評價

為了全面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，將考試成績比重降低為60%，平時成績的比重占40%，把學(xué)習(xí)過程的各環(huán)節(jié)都納入到評價指標(biāo)，實現(xiàn)了全過程評價。

平時成績（百分制）由課前、課上和課后各項目得分情況，按照設(shè)定的比重綜合得到，分值比例如表1所示。

]

通過相關(guān)調(diào)查問卷和考核評價分析，結(jié)果表明，采取混合式教學(xué)以后，學(xué)員不僅對理論知識理解更加深刻，而且在溝通表達(dá)、協(xié)作學(xué)習(xí)等方面的能力也有不同程度的提高。本次課的教學(xué)，大幅提高了學(xué)員對頻率特性概念的理解，有利于其進(jìn)一步掌握如何在頻域?qū)刂葡到y(tǒng)性能進(jìn)行分析、校正，并緊密聯(lián)系實際裝備，對培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新意識，提升其分析問題、解決問題的能力具有較好的借鑒意義。

4 結(jié)束語

秉承“學(xué)教并重”的教學(xué)理念，基于iMOOC平臺和云教室對自動控制原理課程進(jìn)行混合式教學(xué)改革，其特色主要體現(xiàn)為以下幾點。

一是以“學(xué)教并重”理念為根本進(jìn)行一體化設(shè)計。結(jié)合本專業(yè)人才培養(yǎng)和課程教學(xué)目標(biāo)，貫徹“學(xué)教并重”的教學(xué)理念，對教學(xué)模式、教學(xué)組織實施等進(jìn)行一體化設(shè)計，確保教學(xué)設(shè)計本身的系統(tǒng)性、合理性和有效性。

二是充分運用信息化教學(xué)資源和手段提升教學(xué)效果。依托iMOOC信息化教學(xué)平臺和云教室，綜合運用微課、微視頻、討論區(qū)、課堂演示等資源和手段開展混合式教學(xué)，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，提升其學(xué)習(xí)過程的參與感。

三是緊密聯(lián)系實際裝備開展教學(xué)。從學(xué)員專業(yè)背景出發(fā)，在專業(yè)基礎(chǔ)課中引入武器裝備實際存在的問題，有利于其加深對基礎(chǔ)知識的理解和認(rèn)識，同時也能夠提升學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性。

實踐表明，該混合式教學(xué)模式對于專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)具有較好的教學(xué)效果，具有一定的借鑒意義。

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