自動控制原理課程線上教學(xué)探索與實踐

劉方軍

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院自動化學(xué)院，廣東 佛山528000）

自動控制原理課程是電氣自動控制專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強的理論性和實踐性，涉及知識繁雜并且概念抽象難以理解[1]。本課程既體現(xiàn)了數(shù)學(xué)理論知識點，如拉普拉斯變換、矩陣分析等，也包含力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)的物理知識，還涉及電路理論等機電專業(yè)課程的內(nèi)容，學(xué)生難以及時吸收所學(xué)知識，影響了教學(xué)效果，沒能很好地培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模能力，從而影響了解決實際問題的能力。傳統(tǒng)講授的單一模式對于基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生而言學(xué)習(xí)較難，概念抽象，用數(shù)學(xué)語言描述難以轉(zhuǎn)化為自動化控制系統(tǒng)[2]。尤其在實驗教學(xué)方面，實驗課程教學(xué)系統(tǒng)設(shè)備有限，或者不能及時更新以適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展的需要；開展的實驗主要以驗證目的為主，缺乏綜合性、探索型實驗，很難培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，不利于實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3，4]。同時，傳統(tǒng)課程考核方式為筆試，期末考試成績占70%，平時成績占30%，考核方式不能反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程評價，學(xué)生往往重視期末理論考試，而忽視實踐能力與學(xué)習(xí)能力，這不符合學(xué)校的高水平應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念[5]。傳統(tǒng)教學(xué)模式不能滿足當(dāng)前學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需求。在當(dāng)前面臨新冠疫情形勢下，如何提高自動控制原理課程線上教學(xué)方法與效果，是亟待解決的關(guān)鍵問題。在新冠疫情期間，線上課程教學(xué)成為大學(xué)課程教學(xué)主要模式，極大地促進了課程教學(xué)的改革。本文從優(yōu)化線上教學(xué)設(shè)計、開展MATLAB 線上綜合訓(xùn)練、改進線上考核體系三個方面，開展自動控制理論課程線上教學(xué)探索與實踐。

1 優(yōu)化線上教學(xué)設(shè)計

近年來，線上課程教學(xué)成為高校課程教學(xué)改革切入點[2]。筆者在過去線上線下教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，利用騰訊課堂在線教學(xué)平臺，開展自動控制原理線上教學(xué)。利用該平臺可以實現(xiàn)課程教學(xué)直播、課堂互動以及生成回放，特別適合學(xué)生課后復(fù)習(xí)。在課前可以按照進度將課件以及相關(guān)資料上傳到學(xué)生QQ 群，便于學(xué)生提前預(yù)習(xí)，教師可以把更多精力講解課程的重難點，減少了教師對簡單概念的講解。在課堂授課時，可以通過線上平臺討論區(qū)進行師生互動，把學(xué)生完成的整個情況呈現(xiàn)出來，可以精準(zhǔn)把握學(xué)生掌握較好或較差的內(nèi)容，課堂上可以進行針對性的授課和總結(jié)，方便教師進行教學(xué)反思，以更好地調(diào)整教學(xué)環(huán)節(jié)。同時，通過騰訊課堂的簽到模式可以讓教師更加直觀的了解班級的出勤率，高效管理班級。此外，課堂討論區(qū)功能使得師生互動更加便捷，營造出良好的課堂氛圍。

另一方面，選擇MOOC 平臺作為課程教學(xué)的補充，進一步豐富課程教學(xué)內(nèi)容。在當(dāng)前信息時代，學(xué)生有更多碎片化時間，如果引導(dǎo)學(xué)生充分利用碎片化時間進行課程學(xué)習(xí)，將會提高課程學(xué)習(xí)效果。目前，MOOC 網(wǎng)絡(luò)課程平臺具有資源豐富、教學(xué)知識點，教學(xué)視頻短小精煉等特點，突破了傳統(tǒng)課程時空的限制，是碎片化學(xué)習(xí)的合適的教學(xué)資源[3]。借助MOOC 平臺，有機結(jié)合“自動控制原理”網(wǎng)絡(luò)課程，逐步完善了課件、視頻、測試等課程資源，學(xué)生可以隨時隨地聆聽教師講授。

但是，線上教學(xué)也是存在一些不足的，最突出問題是沒有傳統(tǒng)課堂教學(xué)氛圍，學(xué)生的自制力不高，學(xué)生上課效率較低，這需要在線上教學(xué)過程中不斷探索。筆者針對這一問題，采用線上點名方法，讓被點名同學(xué)回答問題，督促他們集中精力學(xué)習(xí)，同時檢查學(xué)習(xí)的效果。同時，與傳統(tǒng)線下課程教學(xué)相比，線上教學(xué)師生互動不順暢，如果學(xué)生有不懂的地方，不能立刻請教老師或同學(xué)，可能需要通過討論區(qū)留言來進行溝通，尤其在教師講授PPT 時可能未及時看到討論區(qū)交流。

2 開展線上Matlab 綜合訓(xùn)練

Matlab 仿真分析是自動化控制系統(tǒng)計算機輔助分析的重要工具，將Matlab 與自動控制原理課程的教學(xué)有機結(jié)合是線上教學(xué)的重要的趨勢[6]。自動控制原理課程教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)建模、解決實際問題的能力為目標(biāo)，將理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)移到應(yīng)用知識解決實際問題方面。課程教學(xué)引入Maltab 軟件，便捷進行拉普拉斯變換/微分方程求解、根軌跡和頻域分析等，使得復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，抽象概念具體化，利用Matlab 強大的計算能力和豐富的色彩表現(xiàn)力，繪制出這個曲線，動態(tài)地演示曲線的生成，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與熱情。

線上教學(xué)增加綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)，作為培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力重要思路。結(jié)合課程內(nèi)容與工程問題，提煉出綜合訓(xùn)練題目，與傳統(tǒng)實驗教學(xué)項目相輔相成。將MATLAB 軟件與自動控制原理課程相結(jié)合，借助于MATLAB 語言和Simulink 模塊對直流電機拖動系統(tǒng)與性能進行編程仿真分析（圖1），能讓學(xué)生直觀、動態(tài)地觀察參數(shù)的變化對實驗結(jié)果的影響，加深對課堂知識的理解，突破時間和空間的限制。在Matlab 綜合訓(xùn)練過程中，教師給出自動控制具體的設(shè)計參數(shù)及要求，學(xué)生通過查閱資料了解控制器的結(jié)構(gòu)框架、工作原理，并在Simulink 中搭建控制系統(tǒng)的模型，根據(jù)控制對象選擇整定方案，將整定后的參數(shù)作為系統(tǒng)控制參數(shù)，運行整個系統(tǒng)，反復(fù)調(diào)整直到達到要求。通過線上Matlab 綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生對實際工程問題的實踐操作能力，實現(xiàn)從理論到工程應(yīng)用能力的轉(zhuǎn)變，使學(xué)生掌握扎實的計算機輔助分析和設(shè)計能力，有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與工程實踐能力。

圖1 直流電機拖動系統(tǒng)仿真分析

3 探索線上課程考核體系

課程考核體系是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，《自動控制原理》課程傳統(tǒng)考核方式以筆試為主，基本上以期末筆試成績（70%）+平時成績（30%）考核模式。在線上課程考核方面，無法開展傳統(tǒng)期末閉卷考試方式，同時，以往平時成績評定常流于形式，如出勤率等，缺乏課程教學(xué)的過程考核，難以反映學(xué)生獲得的知識能力和經(jīng)驗的評價。因此，如何設(shè)計線上課程考核體系是每一個教師面臨的緊迫問題。筆者認(rèn)為，為了有效引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)動力，應(yīng)該建立基于課程全過程的多元化考核體系，由過去期末知識考試轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合應(yīng)用知識解決實際問題的能力考核。課程考核成績分為平時成績20%、Matlab 綜合訓(xùn)練30%、線上考試成績50%。平時成績主要包括在線網(wǎng)絡(luò)資源的學(xué)習(xí)情況，課堂交流互動情況，隨堂測試情況以及課后作業(yè)完成情況。線上考試以開卷模式，這要求期末考核試題刪減知識點記憶性質(zhì)考核，從綜合應(yīng)用知識解決實際工程問題的能力，有利于線上考核應(yīng)用推廣。另一方面，將課程Matlab 仿真綜合訓(xùn)練納入考核體系，考核學(xué)生運用計算機軟件分析解決問題的能力，體現(xiàn)課程學(xué)習(xí)過程考核，引導(dǎo)學(xué)生課程學(xué)習(xí)興趣與動力，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，在自主探究學(xué)習(xí)能力上有所突破與創(chuàng)新，進而達到培養(yǎng)目的。

4 結(jié)束語

線上課程教學(xué)發(fā)展促進了高等院校課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新。本文通過騰訊課堂、MOOC 等開展自動控制原理課程線上教學(xué)，從優(yōu)化線上教學(xué)設(shè)計、開展MATLAB 線上綜合循環(huán)、改進線上考核體系等三個方面，開展了自動控制理論課程線上教學(xué)改革與實踐，取得較好教學(xué)效果，為今后線上線下課程教學(xué)提供有益借鑒。