喬世坤, 朱 莉, 董光輝
(東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,哈爾濱 150040)
實(shí)踐教學(xué)是高等教育本科生培養(yǎng)的重要組成部分,是培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)[1],各高校都在不斷改革、加強(qiáng)并完善實(shí)踐教學(xué)建設(shè),如加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的比重、實(shí)施創(chuàng)新學(xué)分、改革實(shí)踐教學(xué)的考核方式等[1-2]。
我校通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求,將Matlab仿真技術(shù)課程設(shè)置為獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程,目的是加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié),使學(xué)生高效、快速地掌握Matlab仿真技術(shù),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。自翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式傳入我國(guó),倍受高校教師的關(guān)注,國(guó)內(nèi)很多高校進(jìn)行了基于此模式的教學(xué)研究,取得了良好的教學(xué)效果[2-8]。Matlab仿真技術(shù)課程引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的幾點(diǎn)考慮。
(1) Matlab仿真技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)需要翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。為加強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng),本專業(yè)人才培養(yǎng)方案對(duì)Matlab仿真技術(shù)課程進(jìn)行了調(diào)整,設(shè)置為獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程,由32學(xué)時(shí)理論+16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)調(diào)整為32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)安排。按傳統(tǒng)的教學(xué)模式組織實(shí)驗(yàn)教學(xué),先講解后實(shí)驗(yàn),講解深入透徹占用學(xué)時(shí)必然多,留給學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)時(shí)間就少,背離了強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初衷,反之,理論講解太少,學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容很難理解到位,教學(xué)效果也不理想。為了學(xué)生有更多時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐,并鍛煉獨(dú)立思考解決問題的能力,翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式提供了很好的解決辦法。
(2) Matlab仿真技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容適用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。Matlab仿真技術(shù)課程雖然教學(xué)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)多,但可以劃分為多個(gè)教學(xué)模塊,易于實(shí)現(xiàn)知識(shí)碎片化,且可實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式教學(xué)安排,適于學(xué)生課下在寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境下按自己喜歡的方式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。同時(shí),Matlab獨(dú)特的程序設(shè)計(jì)技巧、Simulink仿真模型的復(fù)雜設(shè)置、Matlab/Simulink靈活多樣的仿真應(yīng)用等,具有一定的難度,學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中離不開教師的指導(dǎo)與解惑。這需要學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與教師的講解有效地結(jié)合,切實(shí)適用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。
(3) 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)與培養(yǎng)獨(dú)立學(xué)習(xí)能力需要翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[8]。學(xué)生不同的知識(shí)水平,不同的發(fā)展方向,對(duì)課程學(xué)習(xí)有著不同的要求,翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可實(shí)現(xiàn)因材施教的教學(xué)要求,強(qiáng)調(diào)的是個(gè)性化學(xué)習(xí)與個(gè)性化指導(dǎo)??萍歼M(jìn)步日新月異,課堂知識(shí)的學(xué)習(xí)不是最終目的,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的實(shí)踐能力是關(guān)鍵,翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)和自主探究,這些有助于學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)能力與實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。
(4) 現(xiàn)有教學(xué)條件滿足翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式要求。本校已建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),視頻課件制作設(shè)備齊全,教學(xué)終端數(shù)量充實(shí),具備實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的硬件條件。
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是對(duì)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行翻轉(zhuǎn),學(xué)生個(gè)體在課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí),節(jié)省下的課堂教學(xué)時(shí)間學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí),指導(dǎo)老師進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo),學(xué)生在課堂上完成知識(shí)的內(nèi)化[10-13]。
我國(guó)教育技術(shù)專家何克抗教授提出“主導(dǎo)—主體”教學(xué)理念,強(qiáng)調(diào)教師是學(xué)習(xí)的主導(dǎo)者,學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體[14-15]。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對(duì)教師提出了比傳統(tǒng)教學(xué)模式更高的要求,教師要根據(jù)所教授課程的目的、性質(zhì)、特點(diǎn),學(xué)生的知識(shí)水平、接受能力等諸多因素進(jìn)行課程教學(xué)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì),統(tǒng)籌全局,對(duì)整個(gè)課程的教學(xué)實(shí)施進(jìn)行整體規(guī)劃,教師在翻轉(zhuǎn)課程中的作用更加重要[14-15]?,F(xiàn)對(duì)Matlab仿真技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)行如下分析設(shè)計(jì)。
教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo),合理布置學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)內(nèi)容[11],學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。
(1) 在課堂教學(xué)前,教師要搜集、篩選、組織、制作、整理學(xué)習(xí)資源,包括視頻,PPT、文檔、例程等,在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行Matlab仿真技術(shù)課程建設(shè),見圖1。其中最重要的是制作高質(zhì)量的授課視頻,筆者認(rèn)為學(xué)生利用視頻進(jìn)行Matlab仿真技術(shù)課前自主學(xué)習(xí)是最適宜的,Matlab軟件講解與演示操作的視頻克服了傳統(tǒng)視頻過多無關(guān)信息的干擾,使學(xué)生更容易專注學(xué)習(xí)內(nèi)容。
圖1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上“Matlab仿真技術(shù)”課程建設(shè)
(2) 教師布置課前學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí),要體現(xiàn)個(gè)性化與層次性要求。學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,自主學(xué)習(xí)能力,自我控制能力各不相同,不能一概而論,設(shè)計(jì)滿足不同學(xué)習(xí)要求的課前學(xué)習(xí)任務(wù),有必學(xué)、選學(xué)內(nèi)容之分,內(nèi)容安排由易到難,循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。
(3) 教師依據(jù)具體學(xué)習(xí)任務(wù)決定是否要求學(xué)生完成課前小測(cè)試。小測(cè)試宜易不宜難,滿足學(xué)生的成就感與自信心,學(xué)生提交后,教師及時(shí)批閱課前小測(cè)試,掌握學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況。
(4) 學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣、知識(shí)水平,選擇最適合最喜歡的學(xué)習(xí)方法進(jìn)行自主學(xué)習(xí),按教師安排完成課前學(xué)習(xí)任務(wù)。
(5) 學(xué)生還可以借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)Matlab仿真技術(shù)課程的討論專區(qū)、QQ、微信等進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)。
課堂教學(xué)是學(xué)生知識(shí)內(nèi)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié),學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí),教師個(gè)性化指導(dǎo)。
(1) 在課堂教學(xué)中,Matlab仿真技術(shù)安排的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有必做題、選作題、思考題。
(2) 在學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生最需要幫助的時(shí)候是解決問題過程中遇到困難的時(shí)候[14],學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí),教師則對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)。
(3) 鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成必做題,對(duì)偏難的選作題、擴(kuò)展性的思考題鼓勵(lì)學(xué)生交流,展開課堂討論,教師進(jìn)行必要的指導(dǎo),對(duì)完成效果好的同學(xué)或小組進(jìn)行表?yè)P(yáng),調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。
(4) 教師依據(jù)指導(dǎo)中所觀察到的學(xué)習(xí)情況,對(duì)學(xué)生普遍存在的問題、難點(diǎn)、重點(diǎn)進(jìn)行必要的講解,課前碎片化的學(xué)習(xí),更需要老師課堂上幫助疏理知識(shí)點(diǎn)之間銜接關(guān)系與總結(jié)課程內(nèi)容,翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)質(zhì)是一種混合式教學(xué)模式[9、14],教師要依據(jù)實(shí)際情況因地置宜,靈活掌握。
(5) 不定期地要求學(xué)生隨堂在線以作業(yè)的形式提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù),這樣做的目的一方面督促每一位同學(xué)都要完成教學(xué)內(nèi)容,杜絕“依賴”情況存在,另一方面也作為成績(jī)考核的一部分。
課后學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,參加在線測(cè)試,全部課程結(jié)束后還要完成應(yīng)用設(shè)計(jì)作業(yè)。教師繼續(xù)答疑解惑,批改報(bào)告、作業(yè),評(píng)定測(cè)試成績(jī)。
(1) 學(xué)生對(duì)完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行疏理總結(jié),完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,為減輕學(xué)生負(fù)擔(dān),并使學(xué)生更關(guān)注實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式做了調(diào)整,將報(bào)告設(shè)計(jì)成類似試卷形式,學(xué)生僅僅需要完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)總結(jié)部分,實(shí)驗(yàn)總結(jié)要求學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)難點(diǎn)、問題,使教師盡可能多地了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀況。
(2) 教師根據(jù)Matlab仿真技術(shù)教學(xué)進(jìn)度安排在線測(cè)試,學(xué)生參加在線測(cè)試。
(3) Matlab仿真技術(shù)課程一項(xiàng)重要的教學(xué)目的是掌握Matlab/Simulink應(yīng)用方法,在課堂教學(xué)完成后,要求同學(xué)完成應(yīng)用設(shè)計(jì)作業(yè),鍛煉學(xué)生應(yīng)用Matlab/Simulink解決實(shí)際問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的能力與工程實(shí)踐能力。
教師對(duì)課程實(shí)施中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與總結(jié),并不斷改進(jìn)教學(xué)。
(1) 教學(xué)過程中,教師要關(guān)注匯總學(xué)生測(cè)試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)問題,反饋指導(dǎo)學(xué)生。
(2) 學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)能夠生成反映學(xué)生自然情況下的自主學(xué)習(xí)軌跡數(shù)據(jù),教師通過數(shù)據(jù)分析可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、效率、效果,據(jù)此適度合理調(diào)整安排教學(xué)活動(dòng),不斷改進(jìn)教學(xué)方法[10]。
教師綜合考核學(xué)生成績(jī),對(duì)成績(jī)的客觀評(píng)價(jià)能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力起到很好的促進(jìn)作用。
Matlab仿真技術(shù)課程對(duì)學(xué)生解決問題的設(shè)計(jì)、操作及結(jié)果的考評(píng)是考核學(xué)生學(xué)習(xí)能力與學(xué)習(xí)效果的最直接、最客觀的有效辦法,在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的支持下,開展對(duì)考試題目進(jìn)行設(shè)計(jì)操作的在線測(cè)試。Matlab仿真技術(shù)課程依據(jù)在線測(cè)試、隨堂提交作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量、應(yīng)用設(shè)計(jì)作業(yè)、期末考試綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)。
針對(duì)我校2015通信工程專業(yè)4個(gè)班級(jí)進(jìn)行了Matlab仿真技術(shù)課程翻轉(zhuǎn)課堂建設(shè)。課程教學(xué)大綱安排了12個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,其中,Matlab基礎(chǔ)部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括:基礎(chǔ)與入門、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、圖形繪制、數(shù)值計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算、程序設(shè)計(jì)、Simulink仿真基礎(chǔ)、Simulink仿真應(yīng)用共8個(gè)項(xiàng)目16學(xué)時(shí),面向通信工程專業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括:電子電路仿真(包括數(shù)字邏輯電路仿真)、信號(hào)與系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號(hào)的產(chǎn)生與基本運(yùn)算、脈沖編碼調(diào)制仿真實(shí)驗(yàn)共4個(gè)項(xiàng)目16學(xué)時(shí)。
教師發(fā)布課前學(xué)習(xí)任務(wù),提供給學(xué)生學(xué)習(xí)資料,包括最重要的Matlab仿真技術(shù)課程錄屏視頻,為方便學(xué)生利用碎片時(shí)間學(xué)習(xí),每段視頻時(shí)間為5~15 min,為保護(hù)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,每堂課總視頻時(shí)間不超過40 min,讓學(xué)生盡可能高效地完成課前學(xué)習(xí)[16]。在內(nèi)容安排上有必學(xué)與選學(xué)之分,例如:數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中,Matlab在線性代數(shù)中的應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)、多項(xiàng)式運(yùn)算等部分都劃分了必學(xué)內(nèi)容與選學(xué)內(nèi)容。
在課堂教學(xué)中,對(duì)于必做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分,鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成,教師進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)。對(duì)于共性難點(diǎn)問題進(jìn)行必要講解,如常微分方程的數(shù)值求解、離散序列運(yùn)算、PCM脈沖編碼等內(nèi)容。鼓勵(lì)有較高學(xué)習(xí)要求并學(xué)有余地的學(xué)生,嘗試完成選做題、思考題,如較復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析處理、Simulink仿真設(shè)計(jì)問題,教師要給予關(guān)注、指導(dǎo)與鼓勵(lì)。
在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,安排了3次要求學(xué)生在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)上隨堂提交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果,涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有:數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)中擬合與插值部分,Simulink仿真應(yīng)用實(shí)驗(yàn)中連續(xù)系統(tǒng)3種仿真模型與Van del Pol方程模型的搭建部分,信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的線性時(shí)不變系統(tǒng)的時(shí)域與頻域分析部分,預(yù)先并未告訴學(xué)生。
課后要求學(xué)生按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,參加課程在線測(cè)試。教師及時(shí)批閱在線測(cè)試試卷,批改學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告,并對(duì)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)的問題反饋指導(dǎo)學(xué)生改正。
在全部課堂教學(xué)完成后,教師布置應(yīng)用設(shè)計(jì)作業(yè),提供多個(gè)貼近實(shí)際應(yīng)用的小設(shè)計(jì)題目,如迭代程序設(shè)計(jì)、回歸問題、數(shù)字圖像處理、電路分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、動(dòng)畫制作等,學(xué)生自主選擇完成設(shè)計(jì)題目。
在課程的整個(gè)學(xué)習(xí)過程中,在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)Matlab仿真技術(shù)課程的討論專區(qū)、QQ、微信上都是師生、學(xué)生交流互助學(xué)習(xí)的平臺(tái)。教師與學(xué)生在討論專區(qū)發(fā)起討論問題,促進(jìn)學(xué)習(xí)。
在“Matlab仿真技術(shù)”課程成績(jī)?cè)u(píng)定中,隨堂提交作業(yè)占總評(píng)成績(jī)10%,在線測(cè)試占30%,實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成質(zhì)量占20%,應(yīng)用設(shè)計(jì)作業(yè)占5%,期末筆試占35%,成績(jī)占比如圖2所示,全面、公平、客觀地評(píng)價(jià)了學(xué)生的成績(jī)。
圖2 課程成績(jī)占比圖
在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,安排3次在線測(cè)試,如圖3所示。在完成程序設(shè)計(jì)基本、繪圖、數(shù)值計(jì)算等有關(guān)Matlab基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)后進(jìn)行第1次在線測(cè)試,完成Simulink基礎(chǔ)與應(yīng)用、符號(hào)運(yùn)算部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)后安排第2次,完成Matlab/Simulink在通信中應(yīng)用部分的學(xué)習(xí)后執(zhí)行第3次在線測(cè)試。
圖3 在線測(cè)試安排
Matlab仿真技術(shù)課程采用了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,從執(zhí)行的情況看,學(xué)生們基本上都能夠完成課前的自主學(xué)習(xí),達(dá)到了節(jié)省課堂時(shí)間的目的,課堂上,同學(xué)們都能夠積極主動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出多種多樣的解決問題的方案與方法,實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化的學(xué)習(xí),教師則針對(duì)不同學(xué)生的各種不同指導(dǎo)需求進(jìn)行答疑解惑,實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化指導(dǎo)。
網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)為翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施提供了條件,教師從網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上獲取了更好的學(xué)習(xí)軌跡數(shù)據(jù),對(duì)教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施把控更加準(zhǔn)確,在線測(cè)試與應(yīng)用設(shè)計(jì)作業(yè)起到了鞏固已學(xué)知識(shí),加強(qiáng)實(shí)踐能力鍛煉與評(píng)測(cè)學(xué)生成績(jī)的作用。翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力與實(shí)踐能力的提升也使學(xué)生獲得了更多的成就感與自信心,如很多同學(xué)在課程學(xué)習(xí)的同時(shí)就應(yīng)用Matlab積極參加學(xué)校數(shù)學(xué)建模比賽。
2015級(jí)通信工程專業(yè)4個(gè)班級(jí),共計(jì)93人選修,考核成績(jī)優(yōu)良率占60%,與2014級(jí)課程教學(xué)相比,成績(jī)有所提高,更重要的是增加了更多的課程教學(xué)內(nèi)容,課程考核更加全面,客觀、靈活。從實(shí)際教學(xué)效果看,Matlab仿真技術(shù)課程采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)與合作探究能力,提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力,取得了預(yù)期的良好教學(xué)效果。
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在教師掌控全局的主導(dǎo)下,學(xué)生由被動(dòng)接受者變成了主動(dòng)學(xué)習(xí)者,體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用。翻轉(zhuǎn)課堂所倡導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)與協(xié)作探究,符合人類的認(rèn)知規(guī)律,并能夠滿足因材施教,個(gè)性化教學(xué)培養(yǎng)需要。翻轉(zhuǎn)課堂為高等教學(xué)實(shí)踐教學(xué)提出了新方式與新思路,值得進(jìn)一步研究與探討。