专业背景课专题式案例设计及应用研究

［摘 要］ 针对案例教学模式下，专业背景课教学存在的内容碎片化、程式化、学员参与不足等问题，提出了专题式案例教学的设计目标和建设思路、案例库建设方案等。结合专业背景应用特色，提出分类别、层次化、规范化的专业基础课专题教学案例库建设方案，同时探究了以案例库教学管理平台及案例库实践平台为依托的课堂内外结合的案例教学实施方法。通过实施案例教学，加深了学员对专业基础课程理论的理解和掌握，激发了学员的学习兴趣，强化了其实践及创新能力。

［关键词］ 专业背景课；专题式案例设计；教学实施

［基金项目］ 2020年度山东省专业学位研究生教学案例库建设项目“线性系统教学案例库建设”（SDYAL20220）

［作者简介］ 杨秀霞（1975—），女，山东莱州人，博士，海军航空大学教授，主要从事导航、制导与控制研究；张炜麟（1995—），女，山东日照人，学士，91206部队讲师，主要从事通信及导航研究；张 毅（1971—），男，山东荣成人，博士，海军航空大学教授，主要从事航空保障研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）07-0137-04 ［收稿日期］ 2023-03-22

引言

专业背景课是基础课和专业课之间的桥梁，往往偏重于基础理论教学，缺乏对学员工程素养的培养和工程能力的训练。建立专业基础课程的优秀教学案例库进行案例式教学，对培养高素质专业化新型人才是非常必要的［1］。综观目前案例库建设及案例教学的研究及应用，专业背景课案例库建设还存在以下问题。

（一）案例系统性差、连续性弱

在以往教学过程中，教师一般重视讲解课程本身的知识点，其中会穿插一些案例来辅助教学，各案例点之间没有必然的联系，对前面及后面的知识点一般没有支撑，只是为了某一个知识点设置的案例，针对具体的情节，缺乏案例的系统性。

（二）案例内容程式化，教学案例与实际工程应用及科研前沿脱节

案例与例子混淆，没有与真正的工程应用相结合，不能很好地解决工程问题、凝练科学问题；课堂所选案例没有考虑实际应用，没有与具体的实践实验平台相结合，也没有与具体的科研前沿课题相结合，缺乏工程实用价值。

（三）案例只在授课时应用，没有课后学生探究的平台和机制

目前在采用案例教学时，学员一般只在课堂上听讲时能接触到案例，而对于案例的来历及与案例相关的知识知之甚少。课后案例的实践和探究没有相应的机制保障，学员难以从这些案例素材及具体应用中得到锻炼，也缺乏对案例的升华和迁移能力，这样对于学员的能力提升非常有限。

本文针对目前专业背景课多模态案例库存在的问题，基于多年专业背景课本科的“自动控制原理”及硕士研究生的“线性系统”等课程的授课经验及教改实践，以培养学员能力为导向，提出了构建具有层次化递进的案例库建设思路，各案例采用模块化设计，并根据具体教学内容给出了专题案例库的设计，具体构建了整个课程的案例，并进行了课程教学实施，所取得的成果对各高校课程案例库建设及案例教学改革具有一定的参考价值。

一、专业背景课专题案例设计目标和思路

（一）专业背景课专题案例库建设目标

以专业化人才培养背景为依托，结合专业背景应用特色，提出分类别、层次化、规范化的专业基础课专题教学案例库建设方案。同时，探究案例库网络教学平台及案例库实践平台的建设方法。以课程案例库为依托，通过实施案例教学，加深学员对专业基础课程理论的理解和掌握，激发学习兴趣，引导其自主思考，强化实践能力，激活创新潜能，从而有效提升学员的专业化素养及任职能力。

（二）案例库建设对学员素质能力培养定位

加强学员能力培养是新阶段院校教学改革的重要方向。为此，案例库建设要以专业化人才培养为目标，建立具有较强专业针对性的、能适应差异化教学的专业背景课多模态案例库，通过案例设置，将专业基础知识与专业课相关内容纵向融合在一起，充分激发学员的学习兴趣，实现学员从专业背景课到专业课的平稳过渡和无缝衔接［2］。

（三）专业背景课专题案例库建设思路

专业背景课多模态案例库建设总体设计思路：注重层次化、模块化及开放式建设，注重基础知识与学科方向的结合、理论知识与工程应用技术的结合，通过多模态建设和应用提升课程授课效果，真正实现教学相长。

专业背景课兼备理论性和实践性，以“自动控制原理”和“线性系统”课程为例，在控制工程大平台下，注重对学员基础理论、基本技能的训练。案例教学法注重的是学员分析问题、解决问题的能力，而不是纯粹的理论知识，为其后期走向社会打下应用基础，避免出现工作后“挂起来”和“靠边站”的现象。创造性不是能够从书本中直接学到的，也不是单凭实践得到的，而是要在了解了基本问题以后，厘清思路，将书本知识与实践相结合，以解决实际问题为目标，重点培养学生解决实际复杂问题的能力。

二、专业背景课多模态案例库建设的内容和重点

（一）体现模块化和系统性的全程分类案例库建设

改变传统“章—节”的逻辑教学法，以专题任务设置为牵引优化教学内容，编制知识点级和知识单元级案例。知识点级案例针对各种重点和难点知识，设计具有专业特色的知识点应用案例，便于对知识点的理解及对前沿控制动态的把握；知识单元级案例则是针对各专题的案例设计，在每个单元模块讲授过程中，抛出专题案例，体现模块化和系统化设计思想。

结合专业背景，设计相关案例贯穿课程。对每个专题内容进行“问题导引式”讲授，提炼各专题的核心原理精心讲解，编制相应的知识点级和知识单元级案例。专题案例采用“一例到底”的方式，设计层次化递进案例，采用一个实例贯穿课程始终的方式，可以让学员逐步深入，在完整的实例中学习各个专题知识的工程应用方法，从而实现教学内容的衔接和统一。将大的案例拆解分散在各个专题教学中，也可以避免复杂系统学习困难的问题。

目前，“自动控制原理”课程紧贴专业需求，设置了飞行器控制系统设计专题案例贯穿课程，按三个专题案例对应三大理论的模式，对应经典、数字、现代控制理论三大模块，设置三个专题案例：三通道解耦线性模型的飞行器模拟式控制专题、基于三通道解耦线性导弹模型的数字式飞行器控制专题、基于三通道多变量模型的飞行器控制专题。

针对“线性系统”课程教学内容，根据知识体系，编制了初步的全程分类案例：知识点级和知识单元级案例。对一些重点和难点设置了知识点级案例，知识单元级案例即专题案例，以飞行器控制系统设计为主线，设计了包括系统状态空间描述、系统性能分析、状态反馈设计、状态观测器设计及基于观测器的系统控制、无静差跟踪控制器设计、二次型最优控制器的设计等案例。

（二）按照层次化方案设计案例

根据递进原则，按照理论与实践的结合程度，将教学案例分为基本理论案例、应用拓展案例和科研探索案例。

基本理论案例是与课本的基本理论相关联、比较基础的案例。例如，关联“线性系统稳定性分析”的“无人机目标跟踪控制稳定性”“飞行器姿态控制稳定性分析”等案例，学员可以从这些案例中很快掌握所学知识点的含义，并进行深入理解。

应用拓展案例是在基本理论案例的基础上，将知识点进行工程应用而得到的案例。例如，在“无人机目标跟踪控制稳定性”“飞行器姿态控制稳定性分析”等案例基础上，还关联了系统运动分析的“无人机目标跟踪稳定性控制器设计”“飞行器姿态控制稳定性设计”等案例，有助于学生深入理解所学知识的内涵和体系。

科研探索案例是与前沿科研领域相关的、由具体课程内容拓展而形成的案例。例如，“无人机目标跟踪有限时间控制器设计”在“无人机目标跟踪稳定性控制器设计”案例基础上，还关联了“有限时间控制”等不同章节知识点，以及系统设计等课外知识的案例。

（三）以案例素材建设为重点，实现模块化、层次化案例收集和整理

建设案例库的目的是用于辅助教学。因此，案例库的主体内容和思想应来源于教学内容，且能包含整个课程体系，尤其是重要的知识点［3］。各案例所涉及的知识点要能系统反映课程的主体内容。根据全程分类案例库建设要求，案例库中的案例分为专题案例和知识点案例。知识点案例内容具有针对性，突出不同的知识重点；专题型案例注重各部分知识的融会贯通，一个案例往往要涉及多个章节的知识，能达到拓宽学员知识面、提高综合应用知识能力等目标。此外，每个教学案例还应充分结合多媒体、虚拟仿真等现代化技术手段，拓宽专业知识和技能。

对各案例采用分类的方式，按照基本理论案例、应用拓展案例和科研探索案例，分别进行收集整理，形成层次分明的各案例群，如“无人机目标跟踪案例群”“飞行器姿态控制案例群”等，按照递进的方式，逐步加深学员的理解和掌握度。

（四）规范化、多模态的动态更新案例库建设

1.典型规范化案例设计及主要内容。每个案例按照编写规范，根据教学计划编写，结合教学目的和用途、课程理论知识，给出工程背景、相关附件、问题提出、解决方案、关键技术等内容，使其具有较高的完整性，从而明确各案例的教学目的、关联知识点、学员应达到的能力和培养的素质等。

2.多模态案例资源建设。案例的展现必须具有多模态。首先，通过文献资料查阅、工程实践获取等获得资料，然后进行加工处理，采用文字、视频、动画等多模态展示出来，针对“自动控制原理”及“线性系统”课程，必须注重控制理论，尤其是现代先进控制理论的展示，将枯燥的理论生动地展现。

3.专业背景课教学案例的动态更新机制。案例资源不能一成不变，其是需要根据新的理论和实践的发展，如新的科研项目进展、学员参加竞赛情况或工程实践中的新的经验做法等进行更新补充。

三、专业背景课多模态案例的具体教学应用

案例库建设的目的是更好地服务于教学，因此教学实施是较为关键的环节。在“自动控制原理”及“线性系统”等课程的案例教学实施过程中，主要开展了教案及课程教学计划的“以一适多”编写，案例实施进行了让学员进行案例的选题、对案例进行探究实践及对案例探究结果进行评价的三阶段实施方法研究，采用实践实验与具体理论相结合、计算机辅助设计与理论计算相结合、课堂讲授与课后探究相结合的方式，运用多种评价手段，如文献查找汇报、案例探究分析、探究结果汇报等，多举措提高学员的学习积极性，增加学员的参与度，并将其与工程实践具体相结合，努力创造实验实践条件，让学员掌握系统的分析和设计方法。

（一）专业背景课多模态课程教学计划及教案更新

教员针对不同专业及不同层次的学员，可灵活选用案例，如针对无人机专业、电气自动化专业等不同专业的学员，可在不改变主体内容的基础上，将应用对象进行更改，使教案更具有针对性，同时结合学员的反馈情况，增减相应的案例及改变案例的难易程度。

（二）突出“学为主体”的案例教学选题

根据学员的兴趣和擅长，采用自由组合和适当调整的方式组建学习小组，此阶段需针对各组学员的基础和特点以及专业需要，选取比较合适的案例进行学习和探究，这是比较关键的一步，只有结合学员的兴趣，才能保证整个案例实施过程的顺利及案例实施的效果。

（三）将课上与课下相结合的实施过程

授课过程中，教员可以先结合多媒体和案例资料给出案例教学的目标和具体系统应用，然后采用计算机辅助设计、虚拟仿真平台、实验演示等手段进行应用展示，最后让学员进行深入探究。

1.学员课前阅读分析案例。教员将围绕教学重点和难点精心选择的案例及思考问题提前放到网络教学平台上，以便让学员对案例有一个全面的了解，并根据教员提供的案例思考问题进行阅读，分析案例的具体内容。

2.课堂上呈现案例。以案例库虚拟仿真平台及教学管理平台为依托，教员在课堂上呈现多模态案例，使学员对案例有直观的理解，形成初步印象，进而激发学生去思考。同时教员给出案例需探究的问题，激发学员的好奇心，调动其参与思考问题的热情，提高学员分析问题的能力。