自動(dòng)控制原理在線開放課程的探討

吳小娟+郝家琪

摘要：自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)課程，隨著在線開放課程的快速發(fā)展，將自動(dòng)控制原理課堂搬上在線開放課程學(xué)習(xí)平臺(tái)勢(shì)在必然。本文在分析自動(dòng)控制原理教學(xué)存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，探討了該課程在線開放課程學(xué)習(xí)的可行性，并進(jìn)一步提出了如何建設(shè)自動(dòng)控制原理在線開放課程的思路。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理；在線開放課程；課程改革；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）05-0180-02

一、引言

自動(dòng)控制原理是高校自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，是電氣信息類、能源動(dòng)力類、機(jī)械類等其他許多專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課[1-2]。

在線開放課程是指將課程放到網(wǎng)上進(jìn)行課程資源共享，供其他人進(jìn)行學(xué)習(xí)和研討。2012年，麻省理工大學(xué)等一批國(guó)外頂尖大學(xué)開始建設(shè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)并在平臺(tái)上提供一些供學(xué)生免費(fèi)使用的優(yōu)質(zhì)課程，在線開放課程開始興起。隨著三大課程提供者edX、Coursera、Udacity的上線，國(guó)內(nèi)的一些知名高校幾乎同時(shí)開始在線開放課程的建設(shè)，如慕課等在線開放課程學(xué)習(xí)平臺(tái)。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)視頻課不同，在線開放課程需要提供多元化的數(shù)字化教學(xué)資源，主要包括課程教學(xué)大綱、知識(shí)點(diǎn)關(guān)系及學(xué)習(xí)導(dǎo)航、高質(zhì)量的教學(xué)視頻、隨堂講義、同步練習(xí)、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方案、其他輔助資源等內(nèi)容，并且提供師生互動(dòng)與答疑機(jī)制。這種新興的課程教學(xué)模式可以使課程的開發(fā)在主體上更加靈活自由，改變實(shí)際課程教學(xué)中死氣沉沉的教學(xué)氛圍，可以促使學(xué)生去積極主動(dòng)地進(jìn)行學(xué)習(xí)，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)生活。

自動(dòng)控制原理是一門十分注重理論的基礎(chǔ)課程[3]，常規(guī)的自動(dòng)控制原理課程比較枯燥和單一。將自動(dòng)控制原理課堂搬上在線開放課程學(xué)習(xí)平臺(tái)不僅可以改變傳統(tǒng)的老師“滿堂灌”的現(xiàn)象，同時(shí)也能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。本文分析自動(dòng)控制原理當(dāng)前教學(xué)存在的問(wèn)題，并探討在線開放課程實(shí)施的可行性，以及如何建設(shè)自動(dòng)控制原理在線開放課程。

二、自動(dòng)控制原理教學(xué)存在問(wèn)題及在線開放課程學(xué)習(xí)可行性

1.自動(dòng)控制原理教學(xué)存在的問(wèn)題。自動(dòng)控制原理這門課程的主要任務(wù)是使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)控制理論基本知識(shí)，來(lái)培養(yǎng)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析能力、設(shè)計(jì)能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)的專業(yè)課程提供理論基礎(chǔ)和分析設(shè)計(jì)方法。自動(dòng)控制原理教學(xué)當(dāng)前存在的問(wèn)題有：（1）自動(dòng)控制原理理論性強(qiáng)，包含的內(nèi)容十分豐富，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難。在內(nèi)容上它不僅包含了在傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上的時(shí)域分析方法、根軌跡方法、頻域分析方法，也討論了基于時(shí)域和頻域的線性系統(tǒng)的校正方法[4，11]。除此之外自動(dòng)控制原理對(duì)高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)等課程要求比較高，對(duì)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和抽象思維能力要求較高[5]，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)難度較大。（2）自動(dòng)控制原理在教學(xué)方式上以講授為主，導(dǎo)致學(xué)生很難應(yīng)用理論知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。學(xué)生只能被迫接受若干公式定理而不能自主地進(jìn)行思索和探究[3]。面對(duì)具體問(wèn)題的時(shí)候，學(xué)生只知其然卻不知其所以然，就不能運(yùn)用學(xué)到的理論知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。

2.自動(dòng)控制原理在線開放課程的可行性。將自動(dòng)控制原理課堂搬上在線開放課程學(xué)習(xí)平臺(tái)，可以解決當(dāng)前教學(xué)中存在的一些問(wèn)題：（1）在線開放課程短小精悍，可將自動(dòng)控制原理授課內(nèi)容高度濃縮，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)離散化重點(diǎn)化處理?！岸獭笔侵笇W(xué)習(xí)視頻一般在40分鐘以內(nèi)，“小”是指內(nèi)容選取的主題單一、知識(shí)點(diǎn)少，便于學(xué)生理解和掌握；“精”是指教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)精心、課件制作精美、教師講解精準(zhǔn)；“悍”是指學(xué)習(xí)效果震撼，讓人印象深刻。傳統(tǒng)課堂一節(jié)課要完成多個(gè)教學(xué)內(nèi)容、達(dá)成多個(gè)教學(xué)目標(biāo)，而在線開放課程教學(xué)目標(biāo)比較單一、教學(xué)內(nèi)容更加精簡(jiǎn)、教學(xué)主題更加突出[6]。（2）通過(guò)課堂講授與在線課程學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式，能夠在很大程度上改變傳統(tǒng)自動(dòng)控制原理課堂教學(xué)教師照本宣科“滿堂灌”的教學(xué)模式[8]。慕課等在線課程具有較強(qiáng)的互動(dòng)性，具備師生互動(dòng)、生生互動(dòng)的特征，支持和鼓勵(lì)學(xué)生之間互評(píng)互教，并且創(chuàng)建在線學(xué)習(xí)討論小組，不斷激發(fā)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣和思考。（3）在線開放課程能更好地將自動(dòng)控制原理理論與實(shí)踐相結(jié)合。很多高校已經(jīng)把課程改革的重點(diǎn)放在MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合上面[9]。在國(guó)外優(yōu)秀的控制理論原版教材中，每一章都有很多的MATLAB仿真實(shí)例和相應(yīng)的習(xí)題，幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解[1，4]。針對(duì)控制理論概念抽象、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，通過(guò)開發(fā)MATLAB在線仿真平臺(tái)搭建SIMULINK仿真系統(tǒng)，使得學(xué)生對(duì)于諸如PID控制、前饋校正等控制方法有著更加深刻的認(rèn)知。MATLAB在線仿真平臺(tái)與在線開放課程的結(jié)合也會(huì)使得更多學(xué)生參與進(jìn)自動(dòng)控制原理這門課程的學(xué)習(xí)之中。

三、自動(dòng)控制原理在線開放課程建設(shè)

自動(dòng)控制原理在線開放課程設(shè)計(jì)的總體思想是堅(jiān)持線上和線下學(xué)習(xí)的結(jié)合。首先，在課堂上通過(guò)老師全面細(xì)致的面對(duì)面講解，幫助學(xué)生建立對(duì)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，之后在課余時(shí)間利用網(wǎng)絡(luò)在線課程的學(xué)習(xí)進(jìn)行進(jìn)一步地復(fù)習(xí)、鞏固和提高。自動(dòng)控制原理在線開放課程建設(shè)主要內(nèi)容如下：

1.組織教學(xué)內(nèi)容?？紤]到在線開放課程每節(jié)課的時(shí)長(zhǎng)不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，在課程教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)將知識(shí)點(diǎn)離散化、專題化，以知識(shí)點(diǎn)為基本教學(xué)單位組織教學(xué)內(nèi)容。此外，為幫助學(xué)生更好地理解重難點(diǎn)，可設(shè)計(jì)一定的教學(xué)實(shí)例。例如講解自動(dòng)控制原理根軌跡法，可以借助實(shí)例來(lái)分析。

2.制作課程視頻。教學(xué)視頻的制作是自動(dòng)控制原理在線開放課程教學(xué)的重中之重，需根據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)或者教學(xué)實(shí)例的要求制作課程視頻。如對(duì)于線性系統(tǒng)的校正方法的講解，可以借助Flash動(dòng)畫或者靜態(tài)圖片等方式[12]。

3.設(shè)計(jì)在線課程講義和同步練習(xí)。在課程講義中，一般要提供以下內(nèi)容：教學(xué)目標(biāo)、知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容、預(yù)備知識(shí)，相關(guān)實(shí)例、參考資料等內(nèi)容。在線同步練習(xí)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮難度和題量。教師可以根據(jù)學(xué)生的同步練習(xí)完成情況了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，從而進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)和答疑。endprint

4.設(shè)計(jì)在線測(cè)試互動(dòng)討論和在線答疑等功能[10]。任課老師不僅要承擔(dān)教學(xué)任務(wù)還要負(fù)責(zé)在線課堂的維護(hù)和更新、與同學(xué)之間的討論和答疑等，如此龐大的工作量單單依靠一位任課教師是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須將傳統(tǒng)的單一任課教師教課模式轉(zhuǎn)換為教學(xué)團(tuán)隊(duì)協(xié)作教學(xué)模式。團(tuán)隊(duì)協(xié)作，將工作量均攤，這樣不僅可以減輕任課教師的負(fù)擔(dān)，也能使同學(xué)們有更多的機(jī)會(huì)和不同的老師在線討論和答疑。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文基于自動(dòng)控制原理當(dāng)前教學(xué)存在的問(wèn)題，探討了開設(shè)自動(dòng)控制原理在線開放課程的可行性及建設(shè)思路。自動(dòng)控制原理在線開放課程不僅可以讓更多沒(méi)有機(jī)會(huì)接受優(yōu)質(zhì)教育資源的高校學(xué)生有機(jī)會(huì)去領(lǐng)略教學(xué)名師的魅力，同時(shí)通過(guò)線上和線下的結(jié)合使得自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和討論，提高自己對(duì)自動(dòng)控制原理這門課程的認(rèn)識(shí)。

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