“自動(dòng)控制理論”精品視頻公開課的建設(shè)與思考

夏百花 袁寶紅 吳海燕

摘? ?要：文章以“自動(dòng)控制理論”為例，在分析安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院精品視頻公開課存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，闡述了省級(jí)精品視頻公開課的授課內(nèi)容的選定和具體建設(shè)內(nèi)容以及在建設(shè)過(guò)程中引發(fā)的一些思考。

關(guān)鍵詞：視頻公開課;自動(dòng)控制理論;精品視頻

隨著信息和計(jì)算機(jī)等技術(shù)的不斷發(fā)展、在線教育平臺(tái)應(yīng)用的不斷開發(fā)，傳統(tǒng)閉門教學(xué)模式受到極大的挑戰(zhàn)，課程建設(shè)是提高教學(xué)質(zhì)量和推動(dòng)教學(xué)改革的重要手段[1]，課程建設(shè)的水平?jīng)Q定了人才培養(yǎng)質(zhì)量。精品視頻公開課是我國(guó)展示優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、塑造優(yōu)秀教師隊(duì)伍的有益舉措，對(duì)于提高教師素質(zhì)、促進(jìn)知識(shí)共享等方面具有深遠(yuǎn)影響。

關(guān)于精品視頻公開課在安徽三聯(lián)學(xué)院的建設(shè)過(guò)程中沒(méi)有先例可循，因此，課程的教學(xué)思路、教學(xué)組織方式、建設(shè)目標(biāo)、課程受眾與定位等方面基本上沒(méi)有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，項(xiàng)目組教師成員投入了大量的精力，在建設(shè)過(guò)程中也收獲很多。本文在總結(jié)“自動(dòng)控制理論”精品視頻公開課的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出有關(guān)后續(xù)課程建設(shè)的建議。

1? ? 精品視頻公開課存在的問(wèn)題

1.1? 課程豐富程度不夠

目前，不少同學(xué)主要是將課程作為平時(shí)課程知識(shí)的補(bǔ)充，也有部分同學(xué)僅作為考試前的復(fù)習(xí)內(nèi)容，因而具有一定的專業(yè)要求。因此，精品課程公開課的課程類型需要足夠豐富，以滿足學(xué)生或自學(xué)者的需求。而目前為止，安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院的精品視頻公開課課程模式單一、課程類型不夠豐富，使得學(xué)生的選擇范圍較少，學(xué)習(xí)效果不理想。

1.2? 課程中的師生互動(dòng)程度不足

在教學(xué)過(guò)程中，自然離不開學(xué)生與老師的互動(dòng)，而安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院的精品視頻公開課僅是教師授課過(guò)程的錄制，缺乏教師和學(xué)生之間的互動(dòng)。有研究顯示，82.93%的授課錄像中師生互動(dòng)度不足，有的甚至沒(méi)有互動(dòng)[2]。這使得學(xué)生看完視頻課程后，疑惑無(wú)法反饋，導(dǎo)致大學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感不足，難以進(jìn)行持續(xù)的學(xué)習(xí)[3]。

1.3? 缺乏配套學(xué)習(xí)資源

對(duì)于日常教學(xué)活動(dòng)而言，僅依賴課程講授是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。要獲得良好的學(xué)習(xí)效果，相應(yīng)的學(xué)習(xí)配套資料必不可少。而目前安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院的精品視頻公開課僅以公開視頻為主，缺乏參考教材、相應(yīng)復(fù)習(xí)題、試題庫(kù)等配套的學(xué)習(xí)資源，因此，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的連貫性和完整性降低，影響學(xué)習(xí)效果。

2? ? 授課內(nèi)容的選定

由于“自動(dòng)控制理論”這門課程主要講授的是控制理論中的經(jīng)典控制部分，是后續(xù)現(xiàn)代控制理論和過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表等課程的基礎(chǔ)，因此，在公開課的建設(shè)過(guò)程中，不能照搬平時(shí)上課的內(nèi)容，應(yīng)該是精選經(jīng)典控制理論中一些具有代表性的內(nèi)容進(jìn)行介紹分析。具體內(nèi)容安排如下。

第一講：線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述。

“自動(dòng)控制理論”主要講解的是從3個(gè)不同的角度（時(shí)域、根軌跡法、頻域）分析控制系統(tǒng)的3大性能指標(biāo)（穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性和平穩(wěn)性），因此，要想分析具體的控制系統(tǒng)，必須知道其數(shù)學(xué)模型。本講主要是將給定一實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述成微分方程，后續(xù)工作就需由此微分方程轉(zhuǎn)化成傳遞函數(shù)進(jìn)行分析。

第二講：傳遞函數(shù)的分類。

本講內(nèi)容主要分析傳遞函數(shù)按照輸入輸出之間的關(guān)系分成了3大類：開環(huán)傳遞函數(shù)、閉環(huán)傳遞函數(shù)和誤差傳遞函數(shù)。首先，分析3類傳遞函數(shù)的具體求解方法，然后，在此基礎(chǔ)上得出3種傳遞函數(shù)的簡(jiǎn)便方法用以加深學(xué)生的記憶，為以后結(jié)構(gòu)圖的化簡(jiǎn)打下基礎(chǔ)。

第三講：結(jié)構(gòu)圖的化簡(jiǎn)。

結(jié)構(gòu)圖是控制系統(tǒng)的第3大類數(shù)學(xué)模型。在本講中，將會(huì)介紹關(guān)于結(jié)構(gòu)圖的化簡(jiǎn)思路與方法，即如何求出給定系統(tǒng)的輸出量的拉式變換與輸入量的拉式變換之比，即閉環(huán)傳遞函數(shù)。

第四講：Mason公式。

Mason公式是化簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)圖的另一種方法，也可以說(shuō)是求解結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)傳遞函數(shù)的“萬(wàn)能公式”。在本講中，將會(huì)著重幫助學(xué)生理解并掌握Mason公式中各參數(shù)的意思及求解方法，并舉例說(shuō)明該公式的適用范圍。

第五講：一階系統(tǒng)的時(shí)域分析法。

在本講中，將會(huì)通過(guò)介紹求一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，分析其時(shí)域響應(yīng)的兩大組成部分，并引出控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件，為系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定打下基礎(chǔ)。

第六講：線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。

本講內(nèi)容首先是在前期一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的時(shí)域分析基礎(chǔ)上說(shuō)明線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件的基礎(chǔ)上，然后重點(diǎn)說(shuō)明Routh判據(jù)的判別方法以及在判定系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)出現(xiàn)的兩種特殊情況的原因及解決辦法。

第七講：根軌跡的基本概念。

本講主要是為了說(shuō)明根軌跡的繪制條件僅需要相角條件即可，而非相角+幅值兩個(gè)條件，目的在于幫助學(xué)生理解其中原因，并牢記相角公式。

第八講：控制系統(tǒng)開環(huán)頻率特性曲線的繪制。

本講內(nèi)容是整個(gè)課程中較為復(fù)雜部分，主要介紹控制系統(tǒng)奈氏曲線的繪制步驟和方法，通過(guò)3道例題的講解，讓學(xué)生理解和掌握其繪制方法，為后續(xù)奈氏穩(wěn)定判據(jù)和對(duì)數(shù)穩(wěn)定判據(jù)的引入奠定基礎(chǔ)。

3? ? 精品視頻公開課的建設(shè)內(nèi)容

“自動(dòng)控制理論”這門課程是安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院自動(dòng)化類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要面向大學(xué)本科三年級(jí)學(xué)生開設(shè)，總共48學(xué)時(shí)，每學(xué)年聽課學(xué)生達(dá)到200人。因此，在公開課的建設(shè)過(guò)程中，需事先精心備課，師生均要按照詳細(xì)的上課內(nèi)容反復(fù)排練。在準(zhǔn)備過(guò)程中，必須注意以下3點(diǎn)：（1）PPT的制作要清晰、凝練，有條理且要具有強(qiáng)烈的視覺沖擊力。（2）授課教師的聲音要洪亮并富于感染力和親和力，且盡可能地避免口誤。（3）由于授課對(duì)象為在校大學(xué)生和社會(huì)公眾，教學(xué)內(nèi)容有所不同。

3.1? 增加錄制視頻的內(nèi)容

由于授課對(duì)象的不同和授課時(shí)間的限制，要像平時(shí)上課那樣詳細(xì)講解每個(gè)部分內(nèi)容是不可能的，需要對(duì)視頻公開課的材料進(jìn)行重新整合。因此，本次公開課總共錄制的視頻包括現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)視頻和微視頻兩大部分。其中，現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)視頻共錄制了6個(gè)視頻，均采用的是“現(xiàn)場(chǎng)授課，師生面對(duì)面”的傳統(tǒng)上課方式。微視頻采用的是錄制一系列微小視頻片段，主要內(nèi)容分成每章課前預(yù)習(xí)和課后總結(jié)復(fù)習(xí)，供學(xué)習(xí)者預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和參考等。

3.2? 豐富課程相關(guān)教學(xué)資料

為了更好地讓學(xué)習(xí)者掌握本門課程，僅有一些視頻片段無(wú)法實(shí)現(xiàn)，所以在安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，項(xiàng)目主持人增加了本門課程的相關(guān)資料，比如上課所用PPT、各章復(fù)習(xí)題、習(xí)題庫(kù)、試題庫(kù)等，這些材料既可以更好地幫助學(xué)習(xí)者復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容，又可以讓學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)視頻的同時(shí)，及時(shí)地查看相關(guān)內(nèi)容。

4? ? 幾點(diǎn)思考

經(jīng)過(guò)前期的準(zhǔn)備和拍攝過(guò)程，“自動(dòng)控制理論”精品視頻公開課終于按計(jì)劃如期完成。由于時(shí)間倉(cāng)促和經(jīng)驗(yàn)不足等，本視頻課程仍然存在許多不足之處，值得今后彌補(bǔ)。

（1）課堂互動(dòng)需要加強(qiáng)。為了保證在視頻錄制過(guò)程中獲得最佳效果，視頻錄制并未隨堂進(jìn)行，而是選擇特定的時(shí)間在專門的視頻錄制教室中進(jìn)行，結(jié)果聽課的學(xué)生或是已經(jīng)修完本門課程，或者是對(duì)該課程并不熟悉的新生，多數(shù)學(xué)生僅是按照老師的要求配合老師錄像，而對(duì)教師的講授內(nèi)容沒(méi)有興趣。因此，在以后視頻公開課的錄制過(guò)程中，最好能夠隨堂錄制，確保視頻的錄制效果。

（2）視頻制作效果需要提高。由于本門課程是安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院第一個(gè)省級(jí)視頻公開課，沒(méi)有前期經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此，整個(gè)視頻制作都是在探索過(guò)程中完成的，就視頻制作的技術(shù)來(lái)說(shuō)，仍需要改進(jìn)和提高。

（3）由于每講內(nèi)容時(shí)間有所限制，難以對(duì)相關(guān)具體內(nèi)容加以深入分析和探討，只能簡(jiǎn)要介紹原理和方法，使學(xué)習(xí)者能知其然，卻無(wú)法知其所以然。因此，對(duì)于一些深入學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

“自動(dòng)控制理論”在教學(xué)過(guò)程中，要想形成“愿意聽、能聽懂、講得清、愿意學(xué)”的良好氛圍，不僅依賴于教師本身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、教學(xué)手段和方法，還應(yīng)該積極引進(jìn)與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)思想，如智慧移動(dòng)課堂、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的上課積極性和主動(dòng)性，讓學(xué)生在上課時(shí)真正愿意聽且能聽得懂，他們才愿意學(xué)。關(guān)于本課程在視頻錄制過(guò)程中存在的不足和缺點(diǎn)，在以后的工作中仍需改進(jìn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張愛鋒，蘇琳芳.精品課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].科教文匯，2015（1）：45-46.

[2]繼奎，杜杉杉，韓建華，等.精品視頻公開課建設(shè)的思考—基于中外網(wǎng)絡(luò)公開課的比較研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013（10）：104.

[3]王璇.慕課與我國(guó)精品視頻公開課的發(fā)展與完善[J].新西部，2017（18）：142-143.

Construction and consideration on the “Automatic Control Theory”

competitive video open course

Xia Baihua， Yuan Baohong， Wu Haiyan

（Electronic and Electrical Engineering， Anhui Sanlian College， Hefei 230601， China）

Abstract：Taking “Automatic Control Theory” as an example， based on the analysis of the problems existing in the excellent video open course in our institute， this paper expoundes the selection of teaching contents and concrete construction content of provincial excellent video open course， as well as some reflections in the construction process.

Key words：video open course; automatic control theory; competitive products video