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摘要：“自动控制原理”作为电子信息专业的核心专业基础课程，是后续课程学习的基础，针对目前教学过程中，学生反映出来的课程概念抽象、理论分析多、数学基础要求高、与实践相脱节的问题，在我校电子信息专业中采取试点应用“翻转课堂”教学来解决存在的问题。首先分析我专业学生在学习过程中存在的问题，着眼于学生和教师在授课过程中角色的转换，让学生更多的参与进课堂教学，教师通过视频、讨论等小专题的方式引导学生增强学习兴趣和积极性，推翻传统以教师为主的课堂授课模式，从根本上解决理论强、理解困难的教学现状，通过一个学期的实践，获得了学生普遍的认可。
关键词：“自动控制原理”；翻转课堂；教学模式
本文引用格式：王坤.“自动控制原理”课程翻转课堂教学模式研究与思考[J].教育现代化,2019,6(04):138-140.
Research and Reflection on the Teaching Mode of"The Principle of Automatic Control"Course Flip
WANG Kun
(Civil Aviation University of China,Tianjin)
Abstract:"Automatic Control Principle"as the core professional basic course of electronic information is the basis of follow-up course study.In view of the current teaching process,students reflect the problems of abstract curriculum concepts,theoretical analysis,high mathematical requirements,and disconnection from practice.In our school’s electronic information specialty,we take the pilot application of“flipped classroom”teaching to solve the existing problems.Firstly,this paper analyzes the problems existing in the study process of the students majoring in this field,focusing on the role transformation between the students and the teachers in the teaching process.Let students participate more in classroom teaching.Teachers guide students to enhance their learning interest and enthusiasm through video,discussion and other small topics.Overthrow the traditional teacher-centered classroom teaching mode and fundamentally solve the teaching situation of strong theory and difficult understanding.Through the practice of one semester,students have generally recognized.
Key words:"Principle of automatic control";Flip the classroom;Teaching mode
一 引言
“自动控制原理”是我校电子信息工程的核心课程和重要的专业基础课，具有理论性强、概念抽象、分析方法多、与数学联系紧密、理论和实践联系密切及结合难等特点。在授课过程中需要大量的数学分析和推导，绘制大量的曲线和定理证明，多年的授课经验表明，学生普遍存在听不懂，做不会等问题，导致学生对该课程的学习兴趣下降。目前，“自动控制原理”课程的教学模式主要是采用教师讲授，学生课前预习和课后作业复习的方法。为改变传统教学模式的弊端也采取了一些改革措施，如采取考核方式的改革，通过增加平时测验的次数来提高学生对课程的重视程度；通过在课堂中提出问题鼓励学生进行思考和讨论，预留关于课程内容的一些问题，让学生进行分组讨论等。但是由于实际情况的限制，如课时限制的问题，学生学习主动性和自觉性，学生的学习基础不同，布置的问题回去学生的完成情况差别较大等等，都限制了以上方法的进行，因此在实际中所取得的效果不是很理想。
“翻转课堂”（Flipping Classroom）彻底颠覆了传统的授课方式，采取让学生在课外时间完成针对知识点和概念的自主学习，课上时间变为教师为学生解答学习过程中的问题和交流的场所[1,2]。翻转课堂最先在美国的中小学实施[3]，2007年开始大学课堂中逐步尝试翻转课堂改革[4]。迈阿密大学，翻转课堂教学模式被广泛应用于经济学、市场营销和计算机科学等课程中[5]；波多黎各大学马亚圭斯校区，Christopher Papado-poulos等在“工程静力学”课汇总实施了翻转课堂模式；在中田纳西州立大学,J.F.Strayer在他教授的两个不同的“统计学导论”课程中进行了翻转课堂和传统课堂的对比试验[6,7]。
在国内，2012年8月，南山实验教育集团率先在全国进行了“翻转课堂”的实验，《云计算环境下的“翻转课堂”学习模式研究与实践》申报了国家“十二五”规划课题。2013年10月26日，华东师范大学慕课中心和南山实验教育集团合作，举办了全国首次翻转课堂教学观摩会。上海交通大学、安徽建筑大学、合肥师范学院等主导高校已进行了翻转课堂实践[8,9]。
目前我国大学中采取“翻转课堂”教学模式的课程中，多数为文科课程、公共基础类课程，涉及到工科类的专业基础课程较少。本项目以提高学生对“自动控制原理”课程学习主动性为目标，开展“翻转课堂”教学模式，研究将抽象难以理解的专业理论知识通过自主学习和交流互动达到理想的学习效果。针对“自动控制原理”授课过程中学生反映出的学习困难，学习效果差，兴趣不高等问题，采用“翻转课堂”教学模式，研究分析“自动控制原理”课程中“可翻转”内容，顺应现代化多媒体教学，颠覆传统教学模式，引导学生自主学习。
二 存在的问题
在目前自动控制原理教学模式中，完成“翻转课堂”存在着一些问题需要解决。
（1）目前授课班级人数较多，学生学习基础参差不齐，课下的学习效果不同，课上讨论中不能兼顾到每个人；
（2）学生习惯了传统课堂的教学方式，学习的主动性不足，自控能力也比较弱，在翻转课堂模式下，如何让学生持续、高质量的课前学习；
（3）在教学视频的制作过程中，教师如何采用区别于传统课堂授课方式的讲授方法来录制视频，如果录制的视频只是传统课堂授课的复制，对于学生的吸引力不大，如何将学生吸引到学习过程中来，在视频制作过程中如何对课程内容的充分解释和讲解；
（4）课堂讨论过程中，教师要为学生答疑解惑，学生自学所产生的大量疑问，以及翻转学习学习时间的自由性，要求授课教师能够及时解答学生疑问，否则会影响学生积极性，如何合理的安排和系统教师的教学科研、课余生活与之产生的影响。
三“翻转课堂”中学生和教师角色的转换
（一）翻转课堂转换的教师角色
翻转课堂模式下，学生为具有较强能动性和浓厚学习兴趣的学习者，教师成为学生学习过程的“导演”，通过统筹布局，让学生成为学习的主角。教师通过课前制作知识点视频等教学资源，课中引导学生讨论并解答问题，课后总结，深入发掘问题等，将学生引入教学舞台的中央。
（二）学生角色的转换
翻转课堂中，学生成为主角，学生必须重新定位自己的角色，转变传统的学习观念，从被动的知识接受者变为主动的知识获取者，才能充分体现翻转课堂的优势。学生的学习积极性被调动起来后，学习的效果自然事半功倍。
四 采取的具体措施
在自动控制原理“翻转课堂”的研究中，根据下面流程完成，如图1所示。
（1）对课程教学内容进行开发，获得各个知识点教学视频；（2）网络教学平台，实现教学视频的上传、下载和师生交流互动；（3）学生对课程的深入理解，学习兴趣和学习主动性的提高。
翻转课堂的基本流程为如图1所示。
（一）“自动控制原理”“翻转课堂”内容设计和教学视频录制
选取具有代表性并较易理解的内容作为翻转内容，如：传递函数模型的建立。首先以不同的系统为例，录制模型建立的视频，布置课下预习和学习任务，在授课进度过程中，安排该部分课程课时为课堂讨论。
《自动控制原理》课程的内容较多，包含了经典控制的所有内容，包括：控制系统数学模型的建立，控制系统的时域分析方法，系统的根轨迹分析方法，系统的频域分析方法，控制系统的校正方法，非线性系统的分析方法，离散系统分析和设计方法等。
《自动控制原理》课程的主要内容集中在线性定常系统的分析和设计方法上，非线性和离散系统的分析和设计是以线性为基础的。各部分内容之间具有一定的连贯性，从不同的角度分析系统，具有前后的性能联系，如何从这些内容中找到适合进行“课堂翻转”教学的内容是要解决的首要问题。
《自动控制原理》课程中可进行翻转的内容首先要学生通过之前所学的基础知识和课堂知识能够在自学过程中实现自主学习，可以学明白，弄清楚，理解所讲授内容，因此在内容的选择上要考虑，应该是学生接触课程一段时间，对控制系统的组成和概念有了一定的了解之后的课程内容，因此选择了以下内容：
1）控制系统的代数稳定判据
对控制系统的时域分析中，系统稳定性的分析是通过劳斯判据和赫尔维茨稳定判据来判断的，对于学生而言，已经建立起控制系统的传递函数模型，对系统的时域响应的分析和性能指标的定义已经有了了解和一定的理解，因此选取该部分内容作为“翻转”课堂的内容是合适的，学生可以通过视频的讲解内容，充分理解稳定性的判定过程，加深印象。
2）频域分析中的典型环节的频率特性
作为分析控制系统方法中工程应用最多的方法-频率域分析方法，其中频率特性是非常重要的概念，是频域分析中的数学模型。如何理解频率特性的定义，通过对典型环境的频率特性进行分析就可以更清晰的明白这个概念的具体内容，因此选择对典型环节频率特性的定义这部分作为“翻转”内容也符合课程内容要求，学生会从简单的典型环节的定义入手，逐步的深入明确常见典型环节的频率特性如何定义，如何根据定义得到并绘制该环节频率特性曲线，包括乃氏图和伯德图的绘制，使学生牢记典型环节的频率特性曲线特点，为后面的系统频率特性的分析打下基础。
3）控制系统校正的基本概念
通过对控制系统的分析，从时域、频域、复数域的不同角度，学生对系统的结构和参数如何影响系统的性能，已经有了充分的了解，因此在进入系统设计即校正部分时，将对系统校正的一般概念作为“翻转”内容，对学生而言，不会存在学习障碍，是合适的。学生对典型校正方式，包括：串联校正、并联校正和前馈校正等方式在之前的分析方法中已经接触过，因此在校正方式不同对系统产生不同性能影响上的理解会更加的深入。
通过合理的选择“翻转”课程内容，建立课堂教学、课下自学相结合的教学方式，可以丰富课堂的教学过程和学生课外学习兴趣。“翻转”内容要求学生在课下认真仔细的学习，遇到不明白的问题要随时与同学和老师请教或讨论，提高课下学习的积极性。
（二）教学视频网络平台
教学视频录制好后，需要上传到网络教学平台供学生在线或下载观看学习，开发“自动控制原理”教学视频网站，通过该网站可以上传、下载教学视频，并可以实现在线师生互动交流。
（三）课上交流讨论
学生课下学习教学视频并完成相关练习后，将学习中的疑问带入课堂中。将学生分成小组，以小组的形式进行学生之间的讨论，交流学习心得，教师为学生解答学习过程中的问题，实现自主式学习。
（四）课后总结
课下及时总结学生反馈的问题，学习中出现的困难，及时调整教学设计过程，通过各种测验对这种教学模式的效果进行检验。
五结论
通过本次“翻转课堂”实践，发现目前学生在“自动控制原理”及其类似理论性较强的专业基础课程的学习中，习惯了教与学的传统模式，一旦让学生自己主动学习并讲述，部分同学会存在抵触心理，找到各种客观理由搪塞，但也有部分同学非常的积极主动，从准备讲述等方面都做的非常好，这种两级分化严重的学习情况需要今后更多的锻炼来改善，通过项目的课后问卷调查得出结论，大部分同学还是希望有所改变，认可这种主动参与的方式，因此在今后的授课中可以更大程度地增加学生的参与度。
参考文献
[1]曾明星，蔡国民等.基于敢转课堂的研讨式教学模式及实施路径[J].高等农业教育，2015-1,1:76-81.
[2]马秀麟.大学信息技术公共课翻转课堂教学的实证研究[J].远程教育杂志，2013，（1）：79-85.
[3]Sans,Aaron.The flipped classroom,242nd National Meeting of the Ameerican-Chemical-Society(ACS).AUG 28-SEP 01,2011.
[4]何克抗.从“翻转课堂”的本质，看“翻转课堂”在我国的未来发展[J],理论探讨，2014,7:6-16.
[5]迈阿密大学官网，http://miami.edu
[6]中田纳西州立大学官网，http://www.mtsu.edu
[7]Gerald C.Gannod,Tanet E.Burge,Michael T.Helmick.Using the Inverted Classroom to Teach Software Engineering.
[8]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,2013,19(01):58-64.
[9]何朝阳，欧玉芳，曹祁.美国大学翻转课堂教学模式的启示[J],高等工程教育研究，2014（2）：148-151.
[10]李红,宋晓燕.自动控制原理实验教学改革的探究[J].教育现代化，2015,(6):23-27.
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