喬世坤， 朱 莉， 董光輝

(東北林業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

0 引 言

實踐教學(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)新精神與實踐能力的重要環(huán)節(jié)[1]，各高校都在不斷改革、加強并完善實踐教學(xué)建設(shè)，如加大實踐環(huán)節(jié)的比重、實施創(chuàng)新學(xué)分、改革實踐教學(xué)的考核方式等[1-2]。

我校通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案基于工程實踐能力培養(yǎng)的要求，將Matlab仿真技術(shù)課程設(shè)置為獨立實驗課程，目的是加強實踐環(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，倍受高校教師的關(guān)注，國內(nèi)很多高校進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。為加強實踐能力培養(yǎng)，本專業(yè)人才培養(yǎng)方案對Matlab仿真技術(shù)課程進行了調(diào)整，設(shè)置為獨立實驗課程，由32學(xué)時理論+16學(xué)時實驗調(diào)整為32學(xué)時實驗的學(xué)時安排。按傳統(tǒng)的教學(xué)模式組織實驗教學(xué)，先講解后實驗，講解深入透徹占用學(xué)時必然多，留給學(xué)生完成實驗時間就少，背離了強化實驗教學(xué)的初衷，反之，理論講解太少，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容很難理解到位，教學(xué)效果也不理想。為了學(xué)生有更多時間進行實踐，并鍛煉獨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)容知識點多，但可以劃分為多個教學(xué)模塊，易于實現(xiàn)知識碎片化，且可實現(xiàn)漸進式教學(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行教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。同時，Matlab獨特的程序設(shè)計技巧、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，切實適用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

(3) 實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)與培養(yǎng)獨立學(xué)習(xí)能力需要翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[8]。學(xué)生不同的知識水平，不同的發(fā)展方向，對課程學(xué)習(xí)有著不同的要求，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可實現(xiàn)因材施教的教學(xué)要求，強調(diào)的是個性化學(xué)習(xí)與個性化指導(dǎo)?？萍歼M步日新月異，課堂知識的學(xué)習(xí)不是最終目的，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決問題的實踐能力是關(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)生獨立學(xué)習(xí)能力與實踐創(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，視頻課件制作設(shè)備齊全，教學(xué)終端數(shù)量充實，具備實施翻轉(zhuǎn)課堂的硬件條件。

1 教學(xué)設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是對傳統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容進行翻轉(zhuǎn)，學(xué)生個體在課前進行自主學(xué)習(xí)，節(jié)省下的課堂教學(xué)時間學(xué)生進行個性化學(xué)習(xí)，指導(dǎo)老師進行個性化指導(dǎo)，學(xué)生在課堂上完成知識的內(nèi)化[10-13]。

我國教育技術(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，學(xué)生的知識水平、接受能力等諸多因素進行課程教學(xué)的系統(tǒng)級設(shè)計，統(tǒng)籌全局，對整個課程的教學(xué)實施進行整體規(guī)劃，教師在翻轉(zhuǎn)課程中的作用更加重要[14-15]?，F(xiàn)對Matlab仿真技術(shù)課程教學(xué)進行如下分析設(shè)計。

1.1 課前準(zhǔn)備與任務(wù)設(shè)計

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)平臺上進行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，筆者認為學(xué)生利用視頻進行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，要體現(xiàn)個性化與層次性要求。學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，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)生完成課前小測試。小測試宜易不宜難，滿足學(xué)生的成就感與自信心，學(xué)生提交后，教師及時批閱課前小測試，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、知識水平，選擇最適合最喜歡的學(xué)習(xí)方法進行自主學(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Matlab仿真技術(shù)課程的討論專區(qū)、QQ、微信等進行協(xié)作學(xué)習(xí)。

1.2 課堂活動設(shè)計

課堂教學(xué)是學(xué)生知識內(nèi)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生個性化學(xué)習(xí)，教師個性化指導(dǎo)。

(1) 在課堂教學(xué)中，Matlab仿真技術(shù)安排的實驗內(nèi)容有必做題、選作題、思考題。

(2) 在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生最需要幫助的時候是解決問題過程中遇到困難的時候[14]，學(xué)生進行個性化學(xué)習(xí)，教師則對學(xué)生進行個性化指導(dǎo)。

(3) 鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生獨立完成必做題，對偏難的選作題、擴展性的思考題鼓勵學(xué)生交流，展開課堂討論，教師進行必要的指導(dǎo)，對完成效果好的同學(xué)或小組進行表揚，調(diào)動學(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，對學(xué)生普遍存在的問題、難點、重點進行必要的講解，課前碎片化的學(xué)習(xí)，更需要老師課堂上幫助疏理知識點之間銜接關(guān)系與總結(jié)課程內(nèi)容，翻轉(zhuǎn)課堂實質(zhì)是一種混合式教學(xué)模式[9、14]，教師要依據(jù)實際情況因地置宜，靈活掌握。

(5) 不定期地要求學(xué)生隨堂在線以作業(yè)的形式提交實驗結(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考核的一部分。

1.3 課后任務(wù)設(shè)計

課后學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，完成實驗報告，參加在線測試，全部課程結(jié)束后還要完成應(yīng)用設(shè)計作業(yè)。教師繼續(xù)答疑解惑，批改報告、作業(yè)，評定測試成績。

(1) 學(xué)生對完成的實驗內(nèi)容進行疏理總結(jié)，完成實驗報告，為減輕學(xué)生負擔(dān)，并使學(xué)生更關(guān)注實驗內(nèi)容，實驗報告格式做了調(diào)整，將報告設(shè)計成類似試卷形式，學(xué)生僅僅需要完成實驗數(shù)據(jù)、結(jié)果分析、實驗總結(jié)部分，實驗總結(jié)要求學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)難點、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)進度安排在線測試，學(xué)生參加在線測試。

(3) Matlab仿真技術(shù)課程一項重要的教學(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)計作業(yè)，鍛煉學(xué)生應(yīng)用Matlab/Simulink解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的能力與工程實踐能力。

1.4 數(shù)據(jù)分析與總結(jié)

教師對課程實施中的數(shù)據(jù)進行分析與總結(jié)，并不斷改進教學(xué)。

(1) 教學(xué)過程中，教師要關(guān)注匯總學(xué)生測試、實驗報告中出現(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，不斷改進教學(xué)方法[10]。

1.5 成績考評設(shè)計

教師綜合考核學(xué)生成績，對成績的客觀評價能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)動力起到很好的促進作用。

Matlab仿真技術(shù)課程對學(xué)生解決問題的設(shè)計、操作及結(jié)果的考評是考核學(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)平臺的支持下，開展對考試題目進行設(shè)計操作的在線測試。Matlab仿真技術(shù)課程依據(jù)在線測試、隨堂提交作業(yè)、實驗報告質(zhì)量、應(yīng)用設(shè)計作業(yè)、期末考試綜合評定學(xué)生成績。

2 教學(xué)實施

針對我校2015通信工程專業(yè)4個班級進行了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個實驗項目，其中，Matlab基礎(chǔ)部分實驗項目包括：基礎(chǔ)與入門、程序設(shè)計基礎(chǔ)、圖形繪制、數(shù)值計算、符號運算、程序設(shè)計、Simulink仿真基礎(chǔ)、Simulink仿真應(yīng)用共8個項目16學(xué)時，面向通信工程專業(yè)應(yīng)用實驗項目包括：電子電路仿真(包括數(shù)字邏輯電路仿真)、信號與系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號的產(chǎn)生與基本運算、脈沖編碼調(diào)制仿真實驗共4個項目16學(xué)時。

2.1 課前學(xué)習(xí)安排

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)生利用碎片時間學(xué)習(xí)，每段視頻時間為5～15 min，為保護學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，每堂課總視頻時間不超過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)值計算實驗項目中，Matlab在線性代數(shù)中的應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計、多項式運算等部分都劃分了必學(xué)內(nèi)容與選學(xué)內(nèi)容。

2.2 課堂活動實施

在課堂教學(xué)中，對于必做實驗內(nèi)容部分，鼓勵學(xué)生獨立完成，教師進行個性化指導(dǎo)。對于共性難點問題進行必要講解，如常微分方程的數(shù)值求解、離散序列運算、PCM脈沖編碼等內(nèi)容。鼓勵有較高學(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、數(shù)據(jù)分析處理、Simulink仿真設(shè)計問題，教師要給予關(guān)注、指導(dǎo)與鼓勵。

在整個實驗教學(xué)過程中，安排了3次要求學(xué)生在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程平臺上隨堂提交實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果，涉及的實驗內(nèi)容有：數(shù)值計算實驗中擬合與插值部分，Simulink仿真應(yīng)用實驗中連續(xù)系統(tǒng)3種仿真模型與Van del Pol方程模型的搭建部分，信號與系統(tǒng)實驗中的線性時不變系統(tǒng)的時域與頻域分析部分，預(yù)先并未告訴學(xué)生。

2.3 課后任務(wù)布置

課后要求學(xué)生按時提交實驗報告，參加課程在線測試。教師及時批閱在線測試試卷，批改學(xué)生實驗報告，并對測試、實驗報告中出現(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)計作業(yè)，提供多個貼近實際應(yīng)用的小設(shè)計題目，如迭代程序設(shè)計、回歸問題、數(shù)字圖像處理、電路分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、動畫制作等，學(xué)生自主選擇完成設(shè)計題目。

在課程的整個學(xué)習(xí)過程中，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺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。教師與學(xué)生在討論專區(qū)發(fā)起討論問題，促進學(xué)習(xí)。

2.4 成績綜合考評

在“Matlab仿真技術(shù)”課程成績評定中，隨堂提交作業(yè)占總評成績10%，在線測試占30%，實驗報告完成質(zhì)量占20%，應(yīng)用設(shè)計作業(yè)占5%，期末筆試占35%，成績占比如圖2所示，全面、公平、客觀地評價了學(xué)生的成績。

圖2 課程成績占比圖

在整個實驗教學(xué)中，安排3次在線測試，如圖3所示。在完成程序設(shè)計基本、繪圖、數(shù)值計算等有關(guān)Matlab基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)后進行第1次在線測試，完成Simulink基礎(chǔ)與應(yīng)用、符號運算部分內(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次在線測試。

圖3 在線測試安排

3 效果分析

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)，達到了節(jié)省課堂時間的目的，課堂上，同學(xué)們都能夠積極主動進行實驗，針對實驗內(nèi)容提出多種多樣的解決問題的方案與方法，實現(xiàn)了個性化的學(xué)習(xí)，教師則針對不同學(xué)生的各種不同指導(dǎo)需求進行答疑解惑，實現(xiàn)了個性化指導(dǎo)。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為翻轉(zhuǎn)課堂的實施提供了條件，教師從網(wǎng)絡(luò)平臺上獲取了更好的學(xué)習(xí)軌跡數(shù)據(jù)，對教學(xué)活動的實施把控更加準(zhǔn)確，在線測試與應(yīng)用設(shè)計作業(yè)起到了鞏固已學(xué)知識，加強實踐能力鍛煉與評測學(xué)生成績的作用。翻轉(zhuǎn)課堂對學(xué)生學(xué)習(xí)能力與實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)的同時就應(yīng)用Matlab積極參加學(xué)校數(shù)學(xué)建模比賽。

2015級通信工程專業(yè)4個班級，共計93人選修，考核成績優(yōu)良率占60%，與2014級課程教學(xué)相比，成績有所提高，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)動了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生獨立學(xué)習(xí)與合作探究能力，提高了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，取得了預(yù)期的良好教學(xué)效果。

4 結(jié) 語

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在教師掌控全局的主導(dǎo)下，學(xué)生由被動接受者變成了主動學(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，符合人類的認知規(guī)律，并能夠滿足因材施教，個性化教學(xué)培養(yǎng)需要。翻轉(zhuǎn)課堂為高等教學(xué)實踐教學(xué)提出了新方式與新思路，值得進一步研究與探討。