（中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249）

《工程控制理論》是控制理論與工程應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，是機械類研究生的專業(yè)學(xué)位課之一，與學(xué)生后續(xù)的科學(xué)研究、學(xué)術(shù)論文內(nèi)容密切相關(guān)。該課程學(xué)習(xí)周期短，數(shù)理基礎(chǔ)要求高，理論內(nèi)容抽象，概念知識點多，應(yīng)用實踐又涉及多個學(xué)科內(nèi)容交叉的應(yīng)用研究，教學(xué)難度大，傳統(tǒng)的課堂傳授模式和被動學(xué)習(xí)方式在有限的課堂學(xué)時內(nèi)難以達到目的。因此，針對課程特點探索相應(yīng)的混合式案例教學(xué)模式與方法，對培養(yǎng)學(xué)生對控制理論的工程應(yīng)用能力和自主學(xué)習(xí)有著重要的教學(xué)意義。

一、混合式案例教學(xué)模式構(gòu)建

混合式學(xué)習(xí)是一種結(jié)合在線學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)學(xué)習(xí)優(yōu)勢的學(xué)習(xí)模式，混合式教學(xué)打破了以教師講授為主的教學(xué)模式，發(fā)揮了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位。案例教學(xué)法是把教學(xué)內(nèi)容翻轉(zhuǎn)為情景案例，把學(xué)生放在某一具體問題中，針對問題及背景，通過對問題本身的分析討論和交流進行學(xué)習(xí)和研究，適應(yīng)研究生教學(xué)的特點與規(guī)律，符合研究生的認知需求，為研究生教學(xué)范式的變革注入了新的動力。

混合式案例教學(xué)結(jié)合了上述兩種方法的優(yōu)點，可以更好地實現(xiàn)學(xué)科理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)目標(biāo)，有效提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析能力及判斷能力。其中，理論學(xué)習(xí)作為案例討論的基礎(chǔ)，是對學(xué)生知識的積累，在混合式教學(xué)指導(dǎo)下，學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)；而案例討論的目的在于知識的內(nèi)化，促進學(xué)生對知識的理解和運用，由教師主持在課堂中展開，盡可能提升學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

首先，以問題為導(dǎo)向進行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計；根據(jù)課程目標(biāo)以問題為體系來構(gòu)建和整合教學(xué)內(nèi)容，圍繞學(xué)科知識點、重點和難點構(gòu)建情景，形成主題突出，指向明確的問題表達，問題的研討限制在5 到8 分鐘內(nèi)；一系列問題導(dǎo)向的課堂翻轉(zhuǎn)最終通過學(xué)生的高度參與來構(gòu)建一個深度知識體系，通過對系列問題的研討培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、學(xué)習(xí)課程、深入思考的興趣，培養(yǎng)課后自學(xué)鉆研能力和習(xí)慣。

其次，結(jié)合實際工程應(yīng)用的案例研究；將控制工程科學(xué)的創(chuàng)新理念、相關(guān)工程應(yīng)用及科研項目實踐成果進行專題討論，以研究小論文和課程設(shè)計的形式融入課程教學(xué)和考核中。同時也提高課程的難度和實踐性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)術(shù)志趣。

最后，建設(shè)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；包含問題、作業(yè)、工程案例討論各方面的內(nèi)容以配合翻轉(zhuǎn)課堂進行混合式案例教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，進行“學(xué)”與“習(xí)”的真正混合。研討預(yù)習(xí)以及課后研究是以學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)資源為主要內(nèi)容的開放式“學(xué)”完成，通過情景問題、案例研討和課程設(shè)計研究的“習(xí)”將學(xué)習(xí)的內(nèi)容應(yīng)用到實踐中去。

二、混合式案例教學(xué)課程的設(shè)計

混合式案例教學(xué)設(shè)計主要包括教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和教學(xué)活動設(shè)計，其核心是將傳統(tǒng)課堂中知識的獲得和內(nèi)化兩個環(huán)節(jié)進行翻轉(zhuǎn)和顛倒，知識的獲得環(huán)節(jié)主要放在課下，通過網(wǎng)絡(luò)平臺來獲取學(xué)習(xí)資源，學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)；課堂的時間主要用來情景問題探究和案例研討。

1、基于問題導(dǎo)向的課程知識體系解構(gòu)

控制工程理論的內(nèi)容來源于工程問題及解決方法，具有明確的工程目標(biāo)，情景問題突出，課程體系是由一系列的工程問題及解決方法的累積和補足而成。可以根據(jù)課程目標(biāo)以問題為體系來構(gòu)建和整合教學(xué)內(nèi)容，以配合教學(xué)模式改革。

控制理論本身特有大量新概念知識和哲學(xué)方法論思想，單純的數(shù)理分析、應(yīng)用和定義比較抽象而難以理解。通過感性的自然現(xiàn)象和生活現(xiàn)象來呈現(xiàn)和創(chuàng)設(shè)隱含概念性或應(yīng)用性問題進行課程內(nèi)容翻轉(zhuǎn)，能夠激發(fā)學(xué)生思考討論和自主學(xué)習(xí)的熱情。比如生活中洗澡水溫的來回調(diào)節(jié)現(xiàn)象，武器發(fā)展歷程中控制策略的提升，能夠精確打擊的巡航導(dǎo)彈控制隱藏的復(fù)合控制原理，U2 高空偵察機不慎被擊落與跟蹤控制性能的關(guān)系，英阿馬島之空戰(zhàn)的鷂式戰(zhàn)斗機零損失與快速性分析，KTV 揚聲器嘯叫現(xiàn)象與頻域穩(wěn)定性的內(nèi)在聯(lián)系，項鏈制作設(shè)計具有通過開環(huán)來研究閉環(huán)具有一樣的方法論等新奇有趣的情景問題都直接與課程知識應(yīng)用和掌握、經(jīng)典控制的原理思想方法密切相關(guān)。

通過構(gòu)建基于問題導(dǎo)向的知識體系，以情景問題、工程策略，案例討論為基礎(chǔ)來整合教學(xué)內(nèi)容等，保證教師能夠以探究問題引導(dǎo)課堂活動設(shè)計實現(xiàn)課堂反轉(zhuǎn)，突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，發(fā)揮和體現(xiàn)學(xué)生主體地位的特點，使得學(xué)生在課堂上有足夠的語言行為和思考興趣。

2、引入工程應(yīng)用案例研討，進行專題的小論文和設(shè)計研究

將課程知識導(dǎo)向?qū)嵺`應(yīng)用，開展系列專題研究可以極大提高課程質(zhì)量，提高理論課程的學(xué)習(xí)興趣和理解程度，也能夠提高課程的深度和難度，更能激發(fā)優(yōu)秀研究生的學(xué)術(shù)志趣。

研究自平衡獨輪電動車的倒立擺的行走控制原理，通過簡化模型配合MATLAB 及SIMULINK 仿真工具，將此案例作為實踐應(yīng)用研究貫徹到課程前后教學(xué)中，從建模，到控制策略，再到時域、頻域的分析設(shè)計覆蓋課程全過程；類此，科研成果中的實踐應(yīng)用案例以及揚聲器嘯叫穩(wěn)定性分析研究都覆蓋了系統(tǒng)建模，控制策略及系統(tǒng)分析校正的綜合實踐。如此將理論應(yīng)用到實踐實現(xiàn)兩者的有機結(jié)合，能夠促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用能力的提升。

3、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)及混合式案例教學(xué)組織

基于“學(xué)”和“習(xí)”的混合式教學(xué)模式是通過混合“面對面研討教學(xué)”、“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)”和“實踐”三種方式來實施教學(xué)。問題導(dǎo)向式的課堂翻轉(zhuǎn)要求學(xué)生課后有一個網(wǎng)絡(luò)平臺進行學(xué)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是學(xué)生學(xué)習(xí)的載體，包括課程的全部知識點，微課程的教學(xué)課件以及其它類型的多媒體教學(xué)資源，問題討論等；學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺獲取教學(xué)資源，進行學(xué)習(xí)交流。通過《工程控制理論》課程建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和問題導(dǎo)向式的研討教學(xué)設(shè)計，將教學(xué)翻轉(zhuǎn)為“學(xué)生課前學(xué)習(xí)+師生課堂探究+學(xué)生課后研討學(xué)習(xí)”的過程。

組織上，將班級分解成學(xué)習(xí)討論小組的形式，每個小組4-5 人，以便學(xué)生在問題討論過程中形成以組為單位進行主動討論思考、交流的情景狀態(tài)，促使學(xué)生參與積極學(xué)習(xí)，也有助于學(xué)生合作與組織能力、時間管理能力、表達能力等練習(xí)，讓所有學(xué)生都能得到個性化表達。每個單元主題以問題設(shè)計、小組討論、學(xué)生匯報、教師點評的組織過程完成課堂教學(xué)。

課后總結(jié)完善提交小組問題的討論匯報，配合習(xí)題作業(yè)和專題報告，使得學(xué)習(xí)內(nèi)容必須由課后學(xué)習(xí)總結(jié)來完成，學(xué)習(xí)過程不再單純地依賴授課老師去教授知識，也促進學(xué)生自我學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)。

三、混合式案例教學(xué)模式實施的反思與建議

混合式案例教學(xué)在《工程控制理論》課程教學(xué)實踐中在不同方面取得了顯著的成效。比如，情景問題和案例研討讓專業(yè)理論課程的課堂學(xué)習(xí)氣氛非?；钴S，有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，多樣化教學(xué)活動豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，有效幫助學(xué)生學(xué)習(xí)認知、知識建構(gòu)和工程應(yīng)用。但也存在一些因素制約這個模式的應(yīng)用，例如第一，課時不變的情況，理論教學(xué)和案例研討的并行實施的壓力增大，需要學(xué)生對理論知識的自主學(xué)習(xí)配合，沒有理論知識的鋪墊，問題案例研討難以進行，應(yīng)用教學(xué)收效甚微。第二，一些研究生理論基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)積極和主動性不高，參與討論不夠，要改變被動的學(xué)習(xí)習(xí)慣，課后自主學(xué)習(xí)和投入都需要提高。

因此，在教學(xué)實施中要以學(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)生狀態(tài)和發(fā)展表現(xiàn)，適當(dāng)調(diào)整專題案例的難易程度，探尋適合學(xué)生的教學(xué)模式和開展教學(xué)活動。在課程整體設(shè)計中，應(yīng)以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力為核心，注重各個環(huán)節(jié)的評價，基于科學(xué)合理的評價體系來進行教學(xué)活動的設(shè)計和實施。

結(jié)語

混合式案例教學(xué)作為一種新型的教學(xué)模式和方法，基于構(gòu)建“以學(xué)生為中心”的教學(xué)體系，通過“學(xué)”和“習(xí)”實現(xiàn)了理論和應(yīng)用的緊密結(jié)合，克服了研究生理論課程傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，取得良好的教學(xué)效果。將混合式案例教學(xué)應(yīng)用到研究生《工程控制理論》課程教學(xué)實踐中，能夠拓寬學(xué)生學(xué)術(shù)視野，調(diào)動學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)理論課程的工程應(yīng)用能力。