在“互联网+”的背景下，《机械工程控制基础》基于混合式教学模式，根据课程本身的特点，结合授课中存在的问题，分层次调整教学设计环节和实施环节，对《机械工程控制基础》进行课程设计与建设。

一、授课情况分析

1.课程特点

《机械工程控制基础》是机械类本科专业一门重要的技术基础课。它以控制论为理论基础，综合了机械工程、数学、物理学、电气及电子等多个学科的知识，覆盖范围较广，对学生学术基础要求高；同时课程中涉及许多抽象的概念，如传递函数、频率特性、根轨迹等，且为了分析和设计控制系统，还需要进行大量的数学推导和计算，故需要学生具备较强的抽象思维能力和逻辑推理能力。

2.授课中存在的问题

基于该课程本身的特点，在授课时，学生往往因课程中大量出现的数学推导和理论分析感到枯燥和难以理解。学生缺乏将抽象的理论知识与具体的机械工程问题联系起来的能力，导致学习动力不足；而传统的课堂教学以讲授为主，再加上近年来该课程理论教学学时的缩减，更加难以激发学生的学习兴趣和主动性；授课过程中，一部分同学在为日后深造提出课程内容深化的要求，另一部分则希望满足基本的课程需求即可，这使得学生对学习需求有较大差异，进而导致学生学习情况参差不齐，混合式教学效果不明显。

3.课程需解决的问题

结合授课情况，本课程亟需解决学生学习兴趣低，自主学习能力差，师生互动差等问题；同时调整教学方法与策略，重点缓解学生学习情况参差不齐，学习需求差异大的情况，并提出多元化的评价体系，提高学生对课程的参与度。

二、层次化教学方法设计思路

1.课堂教学层层递进

深度应用线上线下混合式教学，利用超星平台建课，要求学生进行课前预习及相关知识点的案例收集工作，让学生对授课内容有基本了解，同时培养学生资料收集与分析的能力；授课时，采用翻转课堂的形式由学生主导完成工程案例的介绍，并分析其与所学知识点间的联系，加深对课程内容的理解的同时提升学生的表达能力；课后发放基础作业题（必做）与拔高思考题（选做），用以强化学生对知识的应用，以期拓展学生的工程思维，培养学生解决问题的能力。

2.能力提升分层规划

引入软件工具Matlab，在学习通上传基础教学视频，以保证学生具备基本的控制系统搭建能力；在课程进行至中段时，下发不同层次的大作业，由学生根据自己的学习情况进行选择，以满足不同学生对该课程的应用需求。

三、层次化教学方法实施过程

1.混合式教学夯实基础，提高学习主动性

线上资源是学生对课程内容进行了解的基础。本课程基于超星平台，采用“教师本人录制视频”+“清华大学-控制工程基础教学视频”作为理论知识的线上资源；同时根据课程内容，上传相关Matlab软件的学习视频，为课程的实践应用打下良好基础，如图1、2所示。

图1  教师本人录制视频

图2  清华大学教学视频

课前要求学生围绕理论知识点开展教学案例收集与分析，目的是提高学生的主观能动性，将枯燥的理论知识与工程实际结合，加深学生对课程内容的理解。该项任务以组为单位，每个同学根据分工进行案例收集、整理、PPT制作、素材选择、分析汇报等工作，录制讲解视频上传至学习通分组任务，同时开展组内自评与互评工作，以提高学生的团队协作能力，见图3。课中进行翻转课堂，由于课堂时间有限，每次翻转课堂随机抽取两组进行，如图4所示。

 图3  章节课前案例收集与评价

 图4  课中翻转课堂

理论课授课时，教师也需注意工程案例的选取应与学生日常生活适配，便于学生理解，如讲解单位脉冲信号时，选取汽车碰撞来描述该信号的特点，见图5；同时要将知识与科技发展同步，即授课案例应与机械工程控制领域发展相契合，如第三章控制系统时域分析课程导入时，案例选用抵御近期登陆上海台风的阻尼器—上海慧眼，见图6，授课案例紧跟实事，让学生直观感受“学以致用”，提高学生的学习兴趣。

图5  单位脉冲信号举例 

图6  上海慧眼阻尼器案例

课后的拔高思考题基于理论但涉及多种领域的工程问题，培养学生“举一反三”、“发散思维”的能力。学生可根据自身学情选做思考题，鼓励学生展示自己的分析过程，加强学生对理论知识的理解，培养学生的表达、不怯场及解决工程问题的能力。

图7  一阶系统拔高题

图8  学生演示分析过程

2.层次化教学提升能力，满足不同学习需求

增设教学分层意向调查问卷，见图9。将学生对课程需求的差异体现在对不同类型大作业的选择上，而不同类型的大作业，其验收评价要求也各不相同。对每届调查问卷进行统计和分析，并根据学生的选择比例优化下一轮教学的大作业设置，见图10。

图9  教学分层意向调查问卷

图10  调查问卷数据统计

大作业共分为三种类型：以“验证性”的学习为主的基础型大作业主要考查学生基础的软件编程及理论分析计算，用以提高学生的逻辑思维能力和运用现代软硬件工具进行分析的能力，如图11所示。

图11  基础型大作业评价及学生作品展示

结合机械专业进行控制平台搭建的应用型大作业，在考查编程能力的基础上，将机械专业的工程问题与专业特点融入控制系统的设计与分析中，有效结合机械建模与控制程序编写，提高学生解决工程问题的能力，如图12所示。

图12  应用型大作业学生作品展示

以提高学生工程设计及研发能力为前提的设计型大作业，要求学生结合当下社会情况，在感兴趣的领域设计控制仿真平台，如图13所示。

图13  设计型大作业学生作品展示

四、层次化教学效果分析

1.课堂气氛活跃，学习主动性增强

通过引导学生进行案例分析、并在课上进行讲解和师生讨论等方式，让学生表达自己的想法，有效调动了学生的学习积极性；学生对同一工程问题的不同见解和讨论，极大的活跃了课堂气氛，使《机械工程控制基础》这门课不再“枯燥”。

2.师生互动频繁，学生参与度提升

通过线上平台，教师可及时掌握学生的学习动态，在平台上的谈论，师生间也有及时的反馈，师生间互动和交流较以往传统教学有了更紧密的连接，学生在整个授课过程中的参与度大幅度提升。图14为学生观看章节次数及线上讨论情况。

图14  学生观看章节次数及线上讨论情况

3.“因材施教”，满足学生学习需求

通过基础作业与拔高作业的设置，满足部分同学对学业继续深造的信心；而不同类型大作业选择，则从一定程度上保证了每个学生对课程知识的掌握和学习，做到了“因材施教”。选择基础型的同学一方面可以完成基本的课程要求，并掌握一定的理论基础和专业能力，另一方面也不用面临完成传统教学时统一高难度大作业的压力；而选择应用型或设计型的同学，在保证课程要求的基础上，极大的开发了自己的设计潜能、分析能力及应对工程困难的能力，同时对于知识的掌握更加扎实牢固。

（机电与自动化学院供稿）