左燕，孔亞廣，郭云飛

（杭州電子科技大學(xué) 自動化學(xué)院，浙江 杭州）

一 引言

互聯(lián)網(wǎng)和人工智能的快速發(fā)展推動社會進入“在線”時代，“互聯(lián)網(wǎng)+”這一理念從 2012 提出到如今一直廣受各界關(guān)注。 “互聯(lián)網(wǎng)+教育”在信息化工業(yè)革命浪潮變革和應(yīng)對全球重大突發(fā)事件下優(yōu)勢逐漸凸顯，極大地拓展了高等教育教與學(xué)的界限，塑造了教育新生態(tài)，對高等教育影響具有深遠的意義[1]。信息技術(shù)與教育的融合再次成為學(xué)術(shù)界討論的熱點，慕課（MOOC）、翻轉(zhuǎn)課堂、小規(guī)模在線課程（SPOC）等基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的新的學(xué)習(xí)方式的誕生，為大學(xué)教育的發(fā)展之路提供了新的方向。

目前MOOC三大平臺為全球1200多萬學(xué)生提供在線課程[2]，但是隨著MOOC平臺上課程數(shù)量和學(xué)生數(shù)量增加，MOOC的完成率或?qū)W生的保持率問題難以保證[3]。翻轉(zhuǎn)課堂采用課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)和課堂師生互動學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。目前大多數(shù)翻轉(zhuǎn)課堂以觀看微視頻作為前置性學(xué)習(xí)的重要或全部內(nèi)容，將講授完全翻到了課堂之外[4]。SPOC是小規(guī)模在線課程，是對慕課的發(fā)展和補充，是線上學(xué)習(xí)與線下相結(jié)合的一種混合式教學(xué)模式[5-6]。在進行SPOC教學(xué)設(shè)計時，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺作為知識傳授的載體，課堂授課是通過不同的教學(xué)方法鞏固知識和培養(yǎng)學(xué)生能力。

本文開展基于SPOC的線上線下混合式教學(xué)模式，從課程優(yōu)化設(shè)計、混合式教學(xué)模式探索和實踐、課程評價和反饋優(yōu)化三個方面對《過程控制系統(tǒng)》的教學(xué)過程進行持續(xù)優(yōu)化，通過積極和建設(shè)性的過程將知識的傳播轉(zhuǎn)變?yōu)樯疃葘W(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生具備解決復(fù)雜工業(yè)過程控制工程問題的能力。

二 混合式教學(xué)模式設(shè)計

（1）混合式教學(xué)課程優(yōu)化設(shè)計

首先，設(shè)置問卷調(diào)查，對授課對象、教學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境進行了解，掌握學(xué)生基本情況和客觀環(huán)境，為后期混合式線上教學(xué)的開展打好基礎(chǔ)。其次，基于OBE理念設(shè)計課程目標(biāo)，根據(jù)線上教學(xué)特點細化線上教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)。最后，基于課程目標(biāo)優(yōu)化授課內(nèi)容和課時占比，對課程內(nèi)容進行重組，按內(nèi)容細化知識點。同時，根據(jù)各知識點的特點合理設(shè)計具體的線上教學(xué)模式和方法。

（2）混合式教學(xué)模式探索和實踐

按照線上教學(xué)課程設(shè)計，以學(xué)生為中心進行混合式線上教學(xué)的實施，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、網(wǎng)絡(luò)直播軟件等多種互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過慕課、微視頻、網(wǎng)絡(luò)直播、翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論和在線測試等多元的線上教學(xué)模式開展課堂教學(xué)實踐。課前給學(xué)生布置學(xué)習(xí)任務(wù)單，引導(dǎo)他們自主學(xué)習(xí)。課中，通過講課、討論、翻轉(zhuǎn)等不同教學(xué)方式組織實體課堂，增強與學(xué)生之間的互動，構(gòu)建良好的教學(xué)氛圍。針對不同的知識點設(shè)計混合式線上教學(xué)模式和方法，提供豐富的混合式線上教學(xué)案例。

（3）混合式教學(xué)課程評價和反饋

針對混合式的線上教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，制定詳細的評價標(biāo)準(zhǔn)，通過平臺發(fā)布提前告知學(xué)生，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。重視對學(xué)生能力和素質(zhì)的考核，變終結(jié)性評價為過程性評價，通過對課前預(yù)習(xí)、課堂參與度、課后作業(yè)或測試成績等多元評價指標(biāo)作為過程性評價指標(biāo)，并將評價結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)實時反饋給教師和學(xué)生。實時反饋給學(xué)生，對其進行正向激勵，同時幫助教師實時優(yōu)化調(diào)整后續(xù)的教學(xué)活動。

三 混合式教學(xué)模式實踐

（1）學(xué)情分析和線上教學(xué)前期準(zhǔn)備

首先，設(shè)計問卷，對學(xué)生的個人前期學(xué)科掌握程度、以往學(xué)習(xí)經(jīng)歷、目前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和線上教學(xué)平臺技術(shù)使用的熟悉程度進行了解。隨后，教師對調(diào)查問卷進行統(tǒng)計分析，考慮教學(xué)的質(zhì)量和效果，兼顧教育的公平，教師擬定線上教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式并將這些信息公布給學(xué)生，并提供線教學(xué)平臺的使用方法，讓學(xué)生快速熟悉在線學(xué)習(xí)環(huán)境。最后，教師介紹課程特點和目標(biāo)、學(xué)生提問，建立良好的溝通氛圍和方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。

（2）細化線上教學(xué)課程目標(biāo)

《過程控制系統(tǒng)》課程是高等學(xué)校工科專業(yè)自動化本科專業(yè)中培養(yǎng)學(xué)生過程控制工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課。通過傳授過程控制系統(tǒng)的組成、典型過程控制方案等理論知識，并開展相關(guān)課程實驗，達到本課程的課程目標(biāo)（見表1）。

表1 基于OBE的《過程控制系統(tǒng)》課程目標(biāo)設(shè)計

（3）線上教學(xué)課程內(nèi)容優(yōu)化分解

線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)不是直接將線下授課內(nèi)容通過互聯(lián)網(wǎng)媒介轉(zhuǎn)為線上資源和傳播，它需要對授課內(nèi)容進行分析重整。根據(jù)《過程控制系統(tǒng)》課程目標(biāo)對授課內(nèi)容和課時比例進行重新優(yōu)化，按照模塊細化知識點，同時保證內(nèi)容的連貫性和整個課程的系統(tǒng)性。根據(jù)《過程控制系統(tǒng)》課程特點，將其分解為三個模塊和細化的知識點如圖1所示。

圖1 過程控制系統(tǒng)課程體系和內(nèi)容模塊分解

在網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺按內(nèi)容模塊分解和知識點分解結(jié)構(gòu)設(shè)計課程目錄，根據(jù)模塊細化知識點重新制作基于知識點的課件，及其對應(yīng)的微視頻（15分鐘左右）。在網(wǎng)絡(luò)平臺提供電子版教材、課件、教學(xué)參考微視頻、文檔等相關(guān)資源。同時需要建設(shè)測試題庫，用于檢測學(xué)生的自學(xué)情況和知識鞏固。

（4）合理布局線上教學(xué)方法

課堂上，針對不同的知識點開展線上教學(xué)活動。根據(jù)《過程控制系統(tǒng)》課程特點和不同線上教學(xué)優(yōu)勢，對應(yīng)知識點分解和線上教學(xué)方法見表2。

表2 過程控制系統(tǒng)知識點線上教學(xué)模式

教學(xué)過程中按照課程設(shè)計，采取課堂授課、翻轉(zhuǎn)課堂、項目教學(xué)等多種教學(xué)方法。簡單控制系統(tǒng)設(shè)計、檢測變送器和執(zhí)行器、PID控制器與前期《自動化儀表》和《自動控制原理》課程關(guān)聯(lián)緊密，具有一定的基礎(chǔ)，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法。過程對象特性建模理論性較強，采用課堂在線授課為主。串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、選擇控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)等復(fù)雜控制系統(tǒng)結(jié)合課堂在線授課和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法。典型單元設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計包括流體輸送設(shè)備、化學(xué)反應(yīng)器、傳熱設(shè)備、鍋爐設(shè)備和精餾塔設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計采用啟發(fā)式教學(xué)為主的項目式教學(xué)為主。

（5）基于混合式線上教學(xué)的模式探索和課堂實踐

教學(xué)實施設(shè)計按照課堂開展的時間順序，分為課前、課中與課后三個階段：① 課前學(xué)習(xí)是一種自主性的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，學(xué)生根據(jù)老師提供的學(xué)習(xí)任務(wù)單，觀看老師錄制的視頻和課件，完成預(yù)習(xí)測試題自測，讓學(xué)生通過自學(xué)能夠掌握基礎(chǔ)的概念和知識。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題。② 課中學(xué)習(xí)是一種探索性的深度學(xué)習(xí)。課堂上，教師講知識點以及重點/難點/易錯題，并對共性問題進行點評和分析。教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上開展在線測試，根據(jù)測試的結(jié)果進而調(diào)整授課的難度和進度，教師采用隨機點名和在線討論等方式提高學(xué)生課堂參與度，讓學(xué)生進行思考。③ 課后學(xué)習(xí)是一種反思性的提升學(xué)習(xí)。教師課后布置作業(yè)，學(xué)生通過作業(yè)鞏固所需的知識，對知識進行總結(jié)和內(nèi)化，形成知識的反饋。

教學(xué)中按課程設(shè)計（見表2）采取課堂授課、翻轉(zhuǎn)課堂、項目教學(xué)等多種教學(xué)方法。以串級控制系統(tǒng)設(shè)計為例，設(shè)計混合式網(wǎng)上教學(xué)方案。方法如表3所示，具體案例如下：

表3 串級控制系統(tǒng)知識點線上教學(xué)案例

1）課前教學(xué)活動

① 設(shè)問和討論：在上一講（簡單控制系統(tǒng)設(shè)計）課后作業(yè)第3題（加熱混合反應(yīng)簡單溫度控制系統(tǒng)設(shè)計）基礎(chǔ)上，提出一個開放式的問題：如果控制系統(tǒng)對擾動抑制不夠及時有效，應(yīng)該采用何種方案改進？學(xué)生按小組進行討論，形成各自結(jié)論并提交方案。

② 知識點課件和錄制視頻：按照串級控制系統(tǒng)的內(nèi)容分解為串級控制系統(tǒng)的組成、串級控制系統(tǒng)設(shè)計、串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用三個知識點，分別制作對應(yīng)的課件和錄制視頻，并上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。學(xué)生根據(jù)教師提供的學(xué)習(xí)任務(wù)單和知識點掌握要求，觀看網(wǎng)絡(luò)平臺上的課件和視頻。

③ 自測和反饋：教師在平臺上布置預(yù)習(xí)測試題（允許重做1次），學(xué)生參與測試并自己發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中對知識點掌握的不足之處，重新去觀看學(xué)習(xí)平臺上的視頻和課件，在此基礎(chǔ)上完成預(yù)習(xí)測試題。

2）課中教學(xué)活動

① 討論和分析：對課前預(yù)留思考題展開討論，每個小組由一人負責(zé)展示講解控制系統(tǒng)的設(shè)計，其余成員則協(xié)助解答老師或其他同學(xué)提出的疑問，最后形成結(jié)論。

② 案例分析：提供兩個案例：(a) 火電廠過熱蒸汽溫度-溫度控制設(shè)計；(b) 管式加熱爐溫度控制設(shè)計。組織案例學(xué)習(xí)，讓學(xué)生從中歸納總結(jié)副變量的選擇、串級控制設(shè)計的方法，并提出還可以改進的地方，引導(dǎo)學(xué)生反思，讓學(xué)生掌握三個能力：串級控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和應(yīng)用。

③ 要點講解和在線測試：對串級控制系統(tǒng)的重點和難點進行講解，組織在線測試，指出錯誤較多的地方，讓學(xué)生分析原因并找出改正方法，對知識進一步鞏固。

④ 提問和答疑：學(xué)生提出問題，大家進行在線答疑。

3）課后教學(xué)活動

① 重點/難點/易錯題總結(jié)：對串級控制系統(tǒng)中重點、難點和測試中出現(xiàn)的易錯題進行歸納總結(jié)，對課堂學(xué)生提問和答疑總結(jié)，形成文字報告，上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。

② 練習(xí)和作業(yè)：布置課后作業(yè)和測試，進一步鞏固知識點。

③ 反思和內(nèi)化：布置后一段的學(xué)習(xí)任務(wù)（前饋控制系統(tǒng)設(shè)計），讓學(xué)生思考并比較分析反饋控制（簡單控制系統(tǒng)和串級控制系統(tǒng)）與前饋控制的優(yōu)缺點。

（6）基于混合式線上教學(xué)的課程評價和反饋

從知識、能力和態(tài)度三方面建立在線教學(xué)評價機制，針對學(xué)生自覺性不夠、參與度不高和觀看視頻等問題，我們將加大形成性評價力度，該評價方式關(guān)注學(xué)生線上課程學(xué)習(xí)的態(tài)度、方式、學(xué)習(xí)記錄等，多種評價相結(jié)合，并貫穿于整個學(xué)習(xí)過程。將學(xué)生在線測試成績、項目作業(yè)成績、在線討論參與度以及線下課后作業(yè)、課堂表現(xiàn)等，作為過程性評價成績，結(jié)合課程大綱要求，平時成績占30%，實驗成績占10%，期末考試成績占60%，最終形成學(xué)生的課程成績。通過實時數(shù)據(jù)反饋對學(xué)生學(xué)習(xí)起到正向激勵。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺能夠提供學(xué)生觀看視頻的時間、在線測試成績、提交項目作業(yè)、在線討論情況，結(jié)合線下課堂表現(xiàn)，課后作業(yè)情況的數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進行分析，借助柱狀圖或曲線圖等多種形式的分析結(jié)果可以讓老師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)程度、學(xué)習(xí)效果，調(diào)整后續(xù)教學(xué)課程的進度、難度。對于普遍掌握程度不好的環(huán)節(jié)，進行再次講解，投入更多學(xué)時。通過了解每個知識點學(xué)生的掌握情況，對重點/難點/易錯點在授課前集中講解。

根據(jù)每個同學(xué)的完成質(zhì)量，有針對性地對學(xué)生開展個性化的教學(xué)。建立預(yù)警機制，把握班級易掛科的學(xué)生名單，實施精準(zhǔn)扶貧機制。根據(jù)每名學(xué)生的具體情況（學(xué)習(xí)態(tài)度不端正、學(xué)習(xí)效率不高等），采取具體的對策，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效率。

四 結(jié)語

本文探討了基于SPOC模式下《過程控制系統(tǒng)》課程線上線下混合式教學(xué)模式和實踐，通過前期教學(xué)課程優(yōu)化設(shè)計、混合式教學(xué)模式探索和實踐、后期課程評價和反饋優(yōu)化三個方面對《過程控制系統(tǒng)》的教學(xué)過程進行持續(xù)改進?；旌鲜浇虒W(xué)模式不僅可以提高教學(xué)效果，更能提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新能力，需要針對《過程控制系統(tǒng)》課程進一步開展更多不同模式的混合式教學(xué)探索和研究。