李 峰，羅印升，俞 洋，沃松林，曹晴峰

（1.江蘇理工學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，江蘇 常州 213001；2.揚(yáng)州大學(xué) 電氣與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

隨著新一代信息技術(shù)與教學(xué)活動(dòng)的深度融合，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)已成為智慧教學(xué)的一部分。智慧教學(xué)是指在教和學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，充分運(yùn)用智慧課堂教學(xué)技術(shù)，對(duì)學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、加工和分析，根據(jù)獲取的準(zhǔn)確學(xué)情，制定教學(xué)策略，從而實(shí)現(xiàn)課前、課中、課后教學(xué)的智能化、創(chuàng)新化、高效化、個(gè)性化，讓學(xué)生獲得知識(shí)和能力的提升，真正實(shí)現(xiàn)因材施教和分層教學(xué)。

雨課堂作為智慧教學(xué)平臺(tái)[1]，將復(fù)雜的信息技術(shù)手段融入PowerPoint和微信，在課外預(yù)習(xí)與課堂教學(xué)間架起溝通的橋梁，為開(kāi)展智慧教學(xué)提供了良好的環(huán)境。教師借助雨課堂教學(xué)平臺(tái)，能夠豐富教學(xué)手段、優(yōu)化教學(xué)方法、提升教學(xué)效果、把控“課前－課中－課后”的學(xué)習(xí)過(guò)程[2]。

1 智慧教學(xué)

1.1 智慧教學(xué)的內(nèi)涵與特征

智慧教學(xué)是一種追求創(chuàng)新性和智慧性的教學(xué)，其“智慧”主要體現(xiàn)在運(yùn)用智慧課堂教學(xué)技術(shù)、構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境以及規(guī)劃智慧教學(xué)內(nèi)容、方式和策略，這三個(gè)方面既相互區(qū)分又彼此聯(lián)系。智慧教學(xué)的核心可以概括為“三觀三動(dòng)”?！叭^”指教學(xué)目的觀、教學(xué)過(guò)程觀和教學(xué)評(píng)價(jià)觀[3-4]；“三動(dòng)”指智慧教學(xué)展現(xiàn)力生動(dòng)、互動(dòng)、主動(dòng)三個(gè)方面的體現(xiàn)[5]。

相比傳統(tǒng)教學(xué)，智慧教學(xué)在信息技術(shù)與教學(xué)融合創(chuàng)新發(fā)展上具有如下特點(diǎn)：（1）教學(xué)決策數(shù)據(jù)化。通過(guò)對(duì)課堂教學(xué)中的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，獲取準(zhǔn)確的學(xué)情，據(jù)此制定教學(xué)策略，以提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效率。（2）評(píng)價(jià)反饋即時(shí)化。教學(xué)過(guò)程中，教師為了對(duì)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)情況進(jìn)行全面分析，采取動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，即將學(xué)習(xí)診斷與評(píng)價(jià)貫穿課堂教學(xué)的全過(guò)程，形成即時(shí)化的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，具體包括課前預(yù)習(xí)測(cè)評(píng)、課中實(shí)時(shí)檢測(cè)評(píng)價(jià)以及課后作業(yè)檢測(cè)評(píng)價(jià)[6]。（3）交流互動(dòng)立體化。在智慧教學(xué)中，教師和學(xué)生可以借助先進(jìn)的信息技術(shù)手段進(jìn)行線下信息交流和互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全時(shí)空的持續(xù)溝通，有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)效率的可控與提升。（4）資源應(yīng)用智能化。智慧教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生提供了豐富多彩的教學(xué)資源，學(xué)生可借助該平臺(tái)自主學(xué)習(xí)。教師可根據(jù)學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)和差異，有針對(duì)性地推送學(xué)習(xí)資料[7]，從而實(shí)現(xiàn)因材施教和分層教學(xué)的目的。

1.2 智慧教學(xué)設(shè)計(jì)框架

在智慧教學(xué)模式下，教學(xué)設(shè)計(jì)要堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教育理念，充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體作用，滿足學(xué)生智慧化、多元化和個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求。課前、課中、課后三個(gè)階段的教學(xué)活動(dòng)都要體現(xiàn)智慧教學(xué)的設(shè)計(jì)理念，以充分激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

本文以“控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型”這一章節(jié)中“控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖與信號(hào)流圖”的教學(xué)為例，基于雨課堂教學(xué)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了智慧教學(xué)框架，如圖1所示。

圖1 基于雨課堂的智慧教學(xué)框架

2 智慧教學(xué)在“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中的實(shí)踐

“自動(dòng)控制原理”課程是高等學(xué)校自動(dòng)化類專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化類以及電子信息類等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[8]，該課程系統(tǒng)地闡述了自動(dòng)控制的基本理論與應(yīng)用，包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論兩方面的內(nèi)容。經(jīng)典控制理論包括數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析、根軌跡繪制、頻域分析、前饋校正設(shè)計(jì)以及離散系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)分析，現(xiàn)代控制理論主要包括線性系統(tǒng)的可控性、可觀性和李雅普諾夫穩(wěn)定性判別以及綜合設(shè)計(jì)。對(duì)于經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中，首先要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部物理量（或變量）之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，常用的數(shù)學(xué)模型有微分方程（差分方程）、傳遞函數(shù)（結(jié)構(gòu)圖）、頻率特性和狀態(tài)空間表達(dá)式（狀態(tài)空間模型）。在經(jīng)典控制理論的學(xué)習(xí)中，微分方程和傳遞函數(shù)應(yīng)用最為廣泛，其中微分方程能夠直觀地反映出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。然而，當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化，微分方程及其求解都會(huì)隨之改變。為了分析參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)輸出響應(yīng)的影響，就需要多次重復(fù)計(jì)算，且微分方程的階次越高計(jì)算復(fù)雜度也越高。與微分方程有關(guān)的另一種數(shù)學(xué)模型，即傳遞函數(shù)，只反映輸入輸出之間的關(guān)系，不反映中間變量的關(guān)系，它能夠間接地分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。

對(duì)初次接觸自動(dòng)控制原理課程的同學(xué)來(lái)說(shuō)，在較短課時(shí)內(nèi)要掌握系統(tǒng)傳遞函數(shù)的求解是有一定困難的。因此，教學(xué)內(nèi)容提煉和教學(xué)模式選擇的重要性就不言而喻。筆者將“自動(dòng)控制原理”課程中的“傳遞函數(shù)”作為教學(xué)案例，應(yīng)用雨課堂開(kāi)展智慧教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。

2.1 教學(xué)思路

學(xué)生在學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)和線性系統(tǒng)微分方程的基礎(chǔ)上，已經(jīng)能夠根據(jù)給定的微分方程或微分方程組消除中間變量，寫出輸入輸出變量的微分方程；對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)，往往采用傳遞函數(shù)研究系統(tǒng)參數(shù)變化或者結(jié)構(gòu)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響。為了幫助學(xué)生更好地理解傳遞函數(shù)，將課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)貫穿于教學(xué)過(guò)程的始終，每個(gè)環(huán)節(jié)都基于教與學(xué)的融合，以學(xué)定教、智慧發(fā)展，共同構(gòu)成了智慧教學(xué)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的過(guò)程。

課前階段，教師擬定系統(tǒng)化的教學(xué)設(shè)計(jì)方案是主導(dǎo)，學(xué)生的預(yù)習(xí)解惑體現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)或者合作學(xué)習(xí)的能力。課中階段，采用創(chuàng)設(shè)情景的方式導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能；以多元化的教學(xué)方式進(jìn)行分析和講解，充分利用雨課堂平臺(tái)組織學(xué)生進(jìn)行合作交流學(xué)習(xí)，開(kāi)展師生之間、生生之間的交流互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和能力，從而實(shí)現(xiàn)智慧發(fā)展。課后階段，鞏固復(fù)習(xí)與總結(jié)，多元化評(píng)價(jià)反饋，個(gè)性化輔導(dǎo)。

本次課的主要教學(xué)目標(biāo)為：（1）通過(guò)案例呈現(xiàn)、問(wèn)題分析，使學(xué)生理解傳遞函數(shù)的概念以及物理意義；（2）掌握傳遞函數(shù)的建立過(guò)程，能夠求解實(shí)際系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并理解傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響；（3）學(xué)會(huì)運(yùn)用疊加原理求解多變量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

2.2 教學(xué)過(guò)程

2.2.1 課前：資源推送、學(xué)情分析、教學(xué)設(shè)計(jì)

良好的課前教學(xué)組織是課堂教學(xué)有效開(kāi)展的前提和基礎(chǔ)。智慧教學(xué)的課前教學(xué)應(yīng)以學(xué)情分析為基礎(chǔ)優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，以學(xué)定教。首先，教師根據(jù)教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)目標(biāo)，通過(guò)雨課堂平臺(tái)將預(yù)習(xí)資源及時(shí)推送給學(xué)生。學(xué)生可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備反復(fù)觀看，不斷學(xué)習(xí)反思。預(yù)習(xí)資源包括微課視頻、學(xué)習(xí)課件、網(wǎng)頁(yè)、預(yù)習(xí)測(cè)試題等。其次，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成預(yù)習(xí)任務(wù)，并通過(guò)雨課堂平臺(tái)記錄在預(yù)習(xí)過(guò)程中遇到的疑惑和問(wèn)題；預(yù)習(xí)結(jié)束后，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成預(yù)習(xí)測(cè)試題，即時(shí)得到測(cè)試結(jié)果。再次，教師根據(jù)雨課堂反饋的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行綜合學(xué)情分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合適的教學(xué)方案。

2.2.2 課中：導(dǎo)入新課、推送任務(wù)、深層交互

課中教學(xué)是智慧教學(xué)的核心和關(guān)鍵，應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以師生深度交流互動(dòng)為關(guān)鍵。雨課堂作為促進(jìn)師生交流和溝通的有力工具，運(yùn)用在教學(xué)活動(dòng)中不僅能夠強(qiáng)化課堂交流互動(dòng)，助力教學(xué)目標(biāo)落實(shí)，而且能夠及時(shí)獲得學(xué)生的反饋信息，提高了課堂的效率和質(zhì)量。

（1）實(shí)際案例導(dǎo)入。由視頻帶入智力競(jìng)賽搶答情境。在搶答過(guò)程中，從選手按動(dòng)搶答按鈕、數(shù)碼管顯示選手編號(hào)到蜂鳴器發(fā)出提示音，啟發(fā)學(xué)生思考該過(guò)程中三者之間的聯(lián)系，從而引出講課內(nèi)容。

（2）問(wèn)題分析。為了在互動(dòng)中激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力，這個(gè)環(huán)節(jié)主要采用雨課堂作答和小組討論作答兩種方式進(jìn)行教學(xué)。在雨課堂中設(shè)置三種類型的題目：常識(shí)推斷性題，有單選題和多選題各1道；知識(shí)點(diǎn)檢測(cè)題，為填空題2道；合作探究性題，為主觀題1道。合作探究性題由每組學(xué)生開(kāi)展協(xié)作學(xué)習(xí)，提交成果并展示。基于雨課堂平臺(tái)，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成題目作答，教師能夠及時(shí)得到作答的數(shù)據(jù)分析，從而可以有針對(duì)性地對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行精講、點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。

（3）問(wèn)題解決。分析智力競(jìng)賽搶答的實(shí)際案例，可將按動(dòng)搶答按鈕看作是輸入，輸出則是選手編號(hào)的顯示。基于這一案列，將問(wèn)題引申為兩輸入兩輸出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的求解，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)單輸入單輸出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，畫出兩輸入兩輸出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。該問(wèn)題采用小組合作探究形式，每組通過(guò)雨課堂上傳探究結(jié)果，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，有利于提高學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和自主探究創(chuàng)新能力。

圖2 兩種教學(xué)模式下學(xué)生單元測(cè)試成績(jī)比較

2.2.3 課后：檢測(cè)作業(yè)、多元評(píng)價(jià)、個(gè)性化輔導(dǎo)

課后教學(xué)不僅是對(duì)所學(xué)內(nèi)容的總結(jié)，也是對(duì)學(xué)習(xí)效果的鞏固和提升。根據(jù)課中教學(xué)反饋的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行全面分析，并通過(guò)雨課堂平臺(tái)有針對(duì)性地布置課后作業(yè)。在學(xué)生解答完測(cè)試并提交后，客觀題可以通過(guò)雨課堂得到及時(shí)的自動(dòng)批閱和反饋，主觀題需要教師進(jìn)行批改打分。根據(jù)雨課堂的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，教師對(duì)學(xué)生的課后學(xué)習(xí)情況有了較全面的了解，可以給出多元評(píng)價(jià)和層級(jí)任務(wù)。對(duì)于教學(xué)內(nèi)容掌握較好的學(xué)生，可以進(jìn)入復(fù)習(xí)鞏固環(huán)節(jié)，以達(dá)到反思提高的效果；對(duì)于教學(xué)內(nèi)容掌握不是很好的學(xué)生，針對(duì)每個(gè)學(xué)生的實(shí)際差異性進(jìn)行個(gè)性化輔導(dǎo)，并通過(guò)反復(fù)練習(xí)和鞏固，直至獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

2.3 教學(xué)效果分析

為了驗(yàn)證基于雨課堂智慧教學(xué)方案的有效性，在2019—2020學(xué)年第二學(xué)期，筆者對(duì)所任教的大三年級(jí)某專業(yè)76人進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)。將76名同學(xué)平均分成兩組，一組使用雨課堂教學(xué)，另一組采取傳統(tǒng)課堂教學(xué)。兩種教學(xué)模式下學(xué)生的單元測(cè)試情況如圖2所示。從圖2可以清楚看出：使用雨課堂教學(xué)的學(xué)生整體成績(jī)明顯優(yōu)秀；相比對(duì)照組，成績(jī)?cè)?0分以上的同學(xué)多8人，70分以下的少3人。因此，可以認(rèn)為雨課堂在智慧教學(xué)中能夠發(fā)揮積極作用。

在基于雨課堂的智慧教學(xué)模式下，課前學(xué)生能夠主動(dòng)預(yù)習(xí)，課中能夠交流互動(dòng)，課后能夠按時(shí)完成線上作業(yè)，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課后的問(wèn)卷調(diào)查顯示，94%的學(xué)生喜歡這種教學(xué)方式。

3 結(jié)語(yǔ)

在教育信息化背景下，智慧教學(xué)的探索是一個(gè)嶄新的課題。本文將雨課堂有機(jī)地融入到智慧教學(xué)中，堅(jiān)持以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，有效把控課前預(yù)習(xí)、課堂互動(dòng)以及課后個(gè)性化輔導(dǎo)的學(xué)習(xí)過(guò)程，很好地實(shí)踐了因材施教、分層教學(xué)及綜合素質(zhì)培養(yǎng)的教學(xué)思想，更加注重學(xué)生自主探究創(chuàng)新能力和合作學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量。