翻转课堂教学模式浅析

王波

摘  要： 以“控制系统仿真”课程为例，基于翻转课堂教学模式，对控制系统仿真课程进行实战研究，总结出一套基于翻轉课堂教学模式的教学方法，以加深理论与实际的联系，培养学生主动探究、独立思考、协同合作的能力。该研究可为控制类课程的教学改革提供借鉴。

关键词： 翻转课堂; 控制系统仿真; 教学方法; 应用型人才

中图分类号：G420          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2021）09-99-04

Absrtact： Taking the "Control System Simulation" course as an example， based on the flipped classroom teaching mode， this paper makes a practical research on the "Control System Simulation" course， and summarizes a set of teaching methods based on the flipped classroom teaching mode， so as to deepen the connection between theory and practice and cultivate students' abilities of active exploration， independent thinking and cooperation. This research can provide reference for the teaching reform of Control courses.

Key words： flipped classroom; control system simulation; teaching methods; application-oriented talents

0 引言

目前，在教育教学领域中特别是高等教育阶段，综合运用各种信息技术手段越来越广泛，现阶段很多课程都采用了互联网自主教学模式，如“精品开放课程”、“微课”、“MOOC”等[1]，翻转课堂也应运而生。为了适应这种新的教学形式，作为教学“第一现场”的传统课堂也正面临着改革，教师必须在提高自己的信息能力和创新能力的同时，还要主动探索新思路和新的教学方法，不断学习适应这种教学模式，“翻转课堂”的出现正是适应这种形式改变传统课堂教学模式的一个有效途径。

翻转课堂（Flipped/Inverted Classroom）[2]，最初的教学形式就是教师创建教学资源，包括教学视频及多媒体课件供学生课前预习，教师则通过教学终端在线答疑解惑，进行实时沟通，可以快速回答学生在预习过程中遇到的问题并掌握学生的学习状态，便于课上教师调整教学方案，针对性教学，在课堂上师生可以面对面交流和完成作业的一种教学形式。与目前的网课还是有很大差别的，网课主要以教师主动教，学生被动听为主，只是把教室搬到了网上[3]。目前，翻转课堂的教学模式基本上是可以按照两个步骤进行，第一步是教师布置学习任务，供学生课前学习，第二步是学生通过网上学习消化并吸收知识的过程。

“控制系统仿真”课程是自动化专业的学科专业拓展课程，是继工程数学，自动控制理论、MATLAB程序设计课程后，以控制系统为研究对象，利用MATLAB数学工具箱对控制系统进行定性研究的课程。该课程对工程数学及控制理论水平要求相对高。①理论基础要求高。该课程的基础课程是工程数学及自动控制理论，公式多，难理解，极易混淆。②应用实践性强。前序课程的理论、方法和模型都只是工具，将其用于解决实际问题才是控制系统仿真课程教学的目的。如果按“基本概念-控制算法-习题讲解”的传统教学模式，学生在课堂上看到的主要是数学模型的堆砌和不知何用的控制模型的罗列，那么学生对该门课程的兴趣和学习的积极性将大打折扣，其实际应用性价值也得不到体现。

因此，本文基于控制系统仿真这门课程，提出翻转课堂教学模式，总结出一套适用于类似于控制系统仿真这类实践课程的教学模式，对翻转课堂教学模式进行实践研究。

1 翻转课堂在控制系统仿真课程中的优势

⑴ 便于教师因材施教

翻转课堂教学模式的最大特点是自主性。课前学生根据教师布置的任务自行学习，不受时空限制，学习过程中遇到问题时，可以网上答疑，一对一有针对性的讲解。课上教师可以有重点地讲解，针对课前学生的自学情况，进行分层次、有主次地讲解。课后还可以借助视频回放仔细推敲，慢慢深入地理解，做到以人为本，因材施教。

⑵ 有助于提高学生自主学习的能力，扩展知识的范围，启发学生的思维

相比传统教学，翻转课堂教学模式确实能激发学生自主学习的主观能动性。学生在课前的自主学习过程中，通过观看教师制作的PPT及视频资料[4]，一定会主动发现一些不能理解或理解不透彻却又在现有学习资料中找不到答案的问题。学生带着疑问就会想方设法查找资料解决，去图书馆找相关书籍或网上资源，或与同学探讨论证。总之，在这个寻找答案的过程中必定会有新发现，收获更多新知识，掌握更多新本领，势必提高学生自主学习的能力，知识更加丰富，不断地启发新思维，新思想。慢慢地学生不再完全依赖教师了，依赖心理渐渐变弱了，在学习过程中不断成长，学习兴趣会大大提高。特别是控制系统仿真的课程，学生通过教师给与的课前学习内容，自己主动动手仿真，看到了仿真效果，就会结合实际系统模型和学过的知识分析仿真结果，这样不但可以弄懂前序课程中不理解的知识点，还可以进一步拓展，掌握新方法。就像很多课程实习一样，学生动手做了，体验到成功的喜悦了，自然学习兴趣就浓厚了，启发了学生的创新思维。

⑶ 增强学生学习时间分配的主动性与灵活性

翻转课堂教学模式是以学生自主学习为导向的，学生学习时间是可以自由支配的，只要是课前能够完成老师指定的学习任务，其余时间都可以自由安排。时间上灵活了，学生也相对自由了，通过针对性的仿真练习，能够很好的理解课程中枯燥、晦涩难懂的公式及定理，通过练习，找到问题，课上和老师进行探讨，深入学习，使学生学习更加主动灵活。

2 翻转课堂教学模式实施计划

根据控制系统仿真课程的特点及大纲要求，教师需要整体把握翻转课堂的各个环节，争取最大限度地提升翻转课堂在控制系统仿真课程教学中的效果。我们从翻转课前、翻转课中、翻转课后三个方面阐述。

⑴ 翻转课前

控制系统仿真过程总体上分为系统建模、仿真建模、仿真实验和实验结果分析这四个步骤，结合仿真的三要素：系统，模型，计算机，搭建框图如图1所示。

教师首先要结合实际仿真案例，按照上图仿真三要素构思设计本节课学习任务单，针对晦涩难懂的内容，推送引导式、案例式等教学资源及相应仿真练习。然后学生自主学习并完成相关训练及测试，提出问题与困惑，可以课前与同伴交流。

学习任务单的合理设计，是课程设计的关键。好的任务单设计可以反应学习效果，并成为发展学生自主学习能力的有效支架。拟设计的任务单如图2所示。

⑵ 翻转课堂

翻转课堂主要是依据课前布置的学习任务进行专题讲解及讨论[5]。控制系统仿真建立仿真模型包括三个基本的内容：建模、仿真实验、结果分析。控制系统的数学模型是进行仿真的主要依据，根据所建立的控制系统的数学模型，用适当的算法和仿真语言转换为计算机可以实施计算和仿真的模型。根据所使用仿真软件语言编写仿真程序，将仿真模型载入计算机，再按照预先设计的实验方案运行仿真模型，得到一系列仿真实验结果。通过分析仿真实验结果，来检验仿真模型和仿真程序的正确性，多次反复分析和修改，最终可以得到预期或满意的仿真结果。可以先对之前布置的仿真任务完成情况进行提问，看掌握情况，是否得到了满意的仿真效果，还可以设计问题让学生分组讨论并通过仿真验证，对课堂教学内容的小组汇报、案例探讨与辩论、反馈评价等。

仿真流程设计框图如图3所示。

⑶ 翻转课后

针对重点及难点内容，有针对性的预留仿真案例，供学生自主学习。

控制系统仿真的课堂教学环节，不可避免地具有时间及学生知识储备差异的局限性，仿真案例的安排也要结合学生学习状态而分层次设置，要求每一位同学都能在课后通过仿真案例掌握本节课的知识点，还要在仿真的过程中理解并消化本次课的内容，根据实际情况建立团队合作或是分组合作的方式，在学习交流过程中共同进步。对于学有余力的同学可以设置难度高一些的案例，以拓宽其知识面。结合课堂教学开展探究式实践活动，学以致用，促使学生自己搜索资料，拓宽自己的知识面，全面提高学生的自主学习能力。

3 课程评价体系

⑴ 过程性评价机制，客观评价学生

控制系统仿真课程实践性强，理论基础要求高，需要结合几门基础课程及专业课程的知识，要有一定的综合分析和解决问题的能力。学生在自主学习过程中，需要对几门课程综合分析，弄懂一个问题往往要查阅很多资料，所以单纯的一张期末考试卷不能够很好的反映学生的实际水平，翻转课堂教学模式在控制系统仿真课程教学中可以改善原有考核的一些弊端，但还需要在实践中观察其应用效果，不断总结与完善。控制系统仿真课程过程评价体系（图4）中对每一个过程都有相应的评分标准。

⑵ 测试与反馈评价体系的建立

目前有很多网络平台可以搭建课程测试与反馈评价体系。测试及反馈系统的建立，使学生在自主学习及课堂训练，团队合作和集中讨论后能够及时评测学习效果，让学生不断发现问题，解决问题，不断修正学习方法，提高学习能力与知识提升。课后通过案例仿真进行测试，根据测试结果给与不同的评价，形成一套适合本类课程的评价标准。例如仿真模型搭建、仿真结果分析、仿真过程讲解及学习反思等进行客观评价，进行打分。本门课程还要进行合理的反馈评价，及时听取学生的意见和建议，实时调整讲授方法及学习过程。通过测试及反馈评价体系，正确把握课程的讲授规律和使用适合学生的学习方法。

4 翻转课堂的应用挑战

⑴ 传统观念的束缚

翻转课堂的实施也受着很多因素影响。比如在疫情影响下几乎所有课程都是在网上开展的，应用了很多网络资源和教学平台，网课也受到过很多质疑，从学习效果来看，并不都是很理想的，这也和学生的自主性、主动学习能力有很大关系。对于控制系统仿真这类课程来说，是比较适应这种课堂模式教学的，对于实操性强的课程，授课效果比较好。

⑵ 学生学习的自觉性

自觉性是翻转课堂能否顺利实施的关键因素，往往就是自觉性差导致学习成绩不理想，而翻转课堂就是需要学生自主学习，主动学习，要想方设法不断增强学生自我约束力、时间观念，培养主动学习习惯是翻转课堂顺利实施的重中之重。所以，在高等教育领域，特别是实际操作性强的专业课程，学生要有一定的自控能力，在教师的正确引导下翻转课堂将取得比传统教学更好的效果。

⑶ 教师的人格魅力

在开展课堂教学过程中，教师储备的知识会在面授过程中不自觉的加入到课堂教学中，这些隐形知识的传输在翻转课堂模式下传输渠道被裁剪掉，所以，翻转课堂模式教学过程中，也要注意这方面的影响。

⑷ 现代化教学手段对教师提出更高要求

众所周知，目前所提及的翻转课堂教学模式主要的教学资源是视频资料，有些还有教师自己录制视频文件，设计有针对性的练习题目用于学生网上练习，这就要求教师掌握一定的相关技术，如信息搜索与加工、网络视频制作工具的使用、资源管理等。现代化教学手段的正确使用，是翻转教学模式重要的组成部分，对学生的学习效果有着决定性的影响。

5 结束语

翻转课堂可以有益的补充我们现行的教学方式，在信息技术快速发展的趋势中，翻转课堂教学模式的成功运用势必会给学生带来积极、主动、高效的学习，如何加强学生自主学习能力和自我约束力是翻转课堂顺利实施的重中之重，需要在后續的翻转课堂教学模式实施中进一步总结经验，提出更有效的应对方法，保证翻转课堂取得预期的效果。

参考文献（References）：

[1] 李晓东，曹红晖.基于微课的翻转教学模式研究：以大学影视英语课堂为例[J].现代教育技术，2015.25（9）：70-76

[2] 张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012.4：46-51

[3] 钟晓流，宋述强，焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究，2013.1：58-64

[4] 杨九民，邵明杰，黄磊.基于微视频资源的翻转课堂在实验教学中的应用研究——以“现代教育技术”实验课程为例[J].现代教育技术，2013.10：36-40

[5] 李海龙，邓敏杰，梁存良.基于任务的翻转课堂教学模式设计与应用[J].现代教育技术，2013.9：46-51