基于Blackboard教學平臺的“魯棒控制”課程建設

張穎

摘要：“魯棒控制”是控制科學與工程相關專業的一門重要的研究生課程。為了適應現代教育技術發展的需要，結合“魯棒控制”課程特點及Blackboard教學平臺的功能，本文基于Bb平臺，從優化知識結構、建立立體化教學體系、豐富教學資源和反饋評價等幾個方面，對“魯棒控制”課程建設問題進行了積極的探索和實踐。有效地提高了研究生學習的積極主動性，也取得了較好的教學效果。

關鍵詞：魯棒控制；Blackboard（Bb）平臺；教學資源

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）38-0009-04

魯棒控制理論是控制科學與工程相關學科的主要研究生課程之一，在繼19世紀40年代提出的經典控制、20世紀50年代提出的現代控制理論之后，被稱為“后現代控制理論”。在過去的20年中，魯棒控制理論一直是國際自控界的研究熱點。“魯棒控制”課程的內容多、理論性強，加之課程頗為抽象，是教學工作的一個難點。授課過程中，在不斷涌現的科學問題面前，學生難以保持學習的主動性，課上對知識的理解往往不夠深入，導致后期效果欠佳。因此如何使學生更快地理解和學習教學內容，達到教書育人的目的，作為高校教師，我們深知控制理論是學科的重要基礎和核心內容，而使學生能夠將課堂所學理論知識應用于實際的控制系統分析與設計，是我們面臨的現實教學難題，是值得思考的問題。造成這種結果的原因主要有以下三個方面的內容：①“魯棒控制”課程比較抽象，它涵蓋的內容豐富，需要的基礎知識面廣，目前的課程結構中各部分內容之間缺乏連貫性，較少涉及當前最新的學術動態，尚未形成一套系統的基礎理論體系。所謂“興趣是最好的老師”，在整個課程教學過程中，都應以調動學生學習的興趣為重要目的之一。②這門課程包含很多控制理論的經典概念，如內穩定性、魯棒性，以及控制方法，包括基于觀測器的控制其設計、參數化設計、H2和H∞控制方法等，而且包含大量復雜的定理和公式，因此要求學生的前續課程涉及到較多數學、電子以及控制理論方面的基礎知識。如果課程講授方式仍采用本科生教學時常用的灌輸式，那么長此以往，研究生將漸漸失去對課程的興趣，更談不上營造主動學習的課堂，使學生變被動為積極和主動學習。③“魯棒控制”課程具有強理論性。這將直接導致學生們在學習課程過程中不易理解概念，造成研究生學習積極性不高、學習目標不明確等情況，最終影響教學效果，學生本身也會產生失望情緒。教育信息化的發展正在帶動教育理念的變革，并有效推動了教育的實施。Bb平臺的發展，逐步將Internet轉換成高效的教育環境，為教師和學生帶來了與傳統教育不同的全新數字化的教學體驗。本文主要是基于目前市場主流的網絡課程平臺Bb，探索研究“魯棒控制”課程建設問題，解決課程建設的具體功能與內容，以實現服務于教學的目的。

一、Bb教學平臺

Blackboard是一個由美國Blackboard公司開發的教學平臺。為實現教學內容數字化，提供一套綜合、完整、優化的解決方案。整個平臺由教學管理、門戶社區和資源管理三個部分構成。老師、同學可通過互聯平臺進行學習交流。Blackboard在線教學管理系統，正是以課程為中心集成網絡“教”“學”的環境。教師可以在平臺上開設網絡課程，學習者可以自主選擇要學習的課程并自主進行課程內容學習?！癇lackboard”成為師生交流溝通的橋梁，主要原因就是其為師生提供了強有力的教、學的網上虛擬環境。教師可以利用“Blackboard”和“課堂教學”進行有機的結合，開展一系列基于網絡有助于幫助教學、解決教學過程中面臨的問題，以提高課堂教學質量。針對課程，Bb平臺具有4個獨立的模塊，分別為內容資源管理、在線交流功能、考核管理功能和系統管理功能模塊。內容資源管理：教師能夠便捷地發布、管理、組織教學內容。在線交流功能：異步和同步的交流協作工具。考核管理功能：自測、測驗、考試、調查和記分冊。系統管理功能：教務處老師的管理、統計功能。登陸平臺可以有三種身份：系統管理員、教師、學生。

二、基于Bb平臺的“魯棒控制”課程建設

1.整合課程內容，優化知識體系。現有的“魯棒控制”課程知識體系包含的內容豐富，但各部分內容自成體系，他們之間的關聯性差，缺乏系統完整的知識結構。我們重視知識結構，鑒于反饋控制是自動控制理論的核心，考慮以反饋控制為主線整合、構建理論知識體系，將各部分知識緊密聯系起來，形成網絡化、立體化的框架，從而形成一個較為完善的理論知識體系。借助于Bb平臺整合課程內容，共分為三個層次：基礎層、研究層和應用層?；A層提供線性代數和線性系統理論等基礎理論知識；研究層完整、深入地闡述LQG/H2、H∞控制問題；應用層將所學到的知識融會貫通，利用魯棒控制策略解決工程實際問題，從而逐漸形成層次化的魯棒控制理論體系。將該課程的三層知識體系嵌入到Bb教學平臺，為研究生提供一個系統的知識學習與科研創新能力訓練的平臺，學生在學習過程中，可以根據自己的實際學習進度情況，循序漸進地自主選擇相應的層次。

2.變革課堂教學，建設立體化教學體系。與傳統老師在課堂教、學生坐在教室學不同，Bb平臺可以創設多樣化的學習環境，包括移動學習，其價值在于隨時隨地、更加高效地學習，更加強調學習的效率和學習過程，提倡帶著問題學習，讓學生自發、主動地提出問題、思考問題，以此激發學習興趣。同時更加注重提高學習的便捷性，提高碎片時間學習的利用率，以達到更好的教學效果?！棒敯艨刂啤闭n程恰當、充分地使用Bb教學平臺，打造一體化設計、多種媒體有機結合的“立體化”教學體系。課程既參考《Essentials of Robust Control》、《Robust and Optimal Control》、《應用H∞控制》等經典主體紙質教材，又輔以最新的電子、網絡出版物，綜合運用課程相關的配套資料，如教學大綱、教學ppt、教學視頻、相關知識點的新近文獻等，通過多種形式使枯燥晦澀的概念和理論具體化，使抽象乏味的知識趣味化，避免理論與實踐相脫離而形成“兩張皮”的現象，使得教學形象易懂，有利于調動學生的學習興趣，使學生能夠積極、主動參與，做到自主學習，以提升教學效果。從而為課程教學和學習提供立體化教學體系，最大限度地滿足教學需要。課程“立體化”教學平臺集網絡教學、數字資源管理、在線視頻課堂和學習社區等功能于一體，還包括諸多教學資源，如電子教材、電子教案與電子課件等，其系統結構如圖1所示。該平臺以學生為中心，可定制個性化的學習環境，如通知板提醒學習內容和學習任務，自行設置個人空間、小組空間、課程主頁，可實現內容模塊和內容項目的自由拖拽等。教師可直接在平臺上進行教學內容調整、教案內容修改等。endprint

值得指出的是，系統中電子教案的特點是強調教學方法、教學設計思想以及教學手段的應用。另一方面，在虛擬論壇中明確規定了在線討論的時間段和評價的細則，有利于避免無效和漫無邊際的討論，提高在線討論的質量。學生互相分享互相評價，如果有興趣可以借助于其他通訊軟件進一步深入交流。線上和線下活動相結合，有利于學習共同體的形成，這在一定程度上解決了網絡學習學生的孤獨感。

3.豐富教學資源，更好地服務于教學。根據課程教學內容需要，利用Bb平臺控制面板中的管理課程菜單來設置課程導航菜單，如下頁圖2所示。

導航菜單及功能如下：課程簡介：是對“魯棒控制”課程的簡單介紹，使學生對本課程有個初步了解；教師簡介：簡單介紹任課教師的情況，讓學生了解任課教師；課程通知：使學生進入課程后，可以獲取“魯棒控制”課程的最新動態信息，例如上課時間、地點、教師布置的預習內容以及測試題目等；課程信息：包括課程的教學大綱、教學日歷和課程教案等，教學大綱是從宏觀上使學生對課程的重點、難點以及課時安排及分配等情況有個初步認識，以便學生在日常學習過程中有的放矢，教學日歷則具體給出每一節課要講授的內容，便于學生課前準備和預習，課程教案包含課程的所有內容，包括授課教師對“魯棒控制”課程的教學設計和設想；課程教材：指課程所選用的經典英文教材和重要參考文獻；課程課件：結合教材和參考資料，形式上以PPT為主；課程作業：在此發布課程作業，學生完成后上傳至該平臺，學生的作業成績也直接在網上查詢，有助于學生及時發現學習上的不足和缺陷，給予加強和提高；除上述以外，教學平臺中還包括助教幫助教師教學，這一方面減少了教師的工作量，提高了教學效率，另一方面對于擔任助教的高年級同學來說也是一種學習和鍛煉。同時還應有線下的面對面交流和討論。因此這些豐富的教學資源是利于提升學生學習效果的，能夠吸引學生參與學習、幫助學生改善學習、留住學生持續學習。

4.重視反饋評價，提高教學質量。Bb教學平臺提供了強大的后臺監控和實時反饋功能，利用Bb平臺的統計功能對各部分教學資源的訪問量做追蹤，教師可查看資源總體的使用情況，鼓勵學生積極組織課外學習小組，互相交流進步。大力支持課堂內外的協作學習，可提供各種管理和共享有價值的學習資源。而且便于教師及時掌握學生學習的薄弱環節，便于進行調整教學策略和因材施教，如教師可以對即將進行的教學內容、方法策略、教學進度進行適應性調整，形成反饋環。另一方面，也可以通過統計功能掌握學生在線學習的情況，發揮平臺優勢，可客觀全面評價教學過程，進一步提高教學質量。

三、Bb平臺應用效果

基于Bb平臺的“魯棒控制”課程經過一段時間的教學實踐，師生認可度較高，授課效果良好。具體來說，主要體現在如下兩個方面：

1.方便學生自主學習。Bb平臺將電子文檔、圖文影像等網絡資源有序配置，延伸了傳統教學的時空，平臺注重教學和學習數據的記錄、收集、統計和分析，將對學生的測評整合到日常教學和學習中，依據學生的能力發展水平作出評價，幫助學生收集學習進步與否的數據，反思學習過程。另一方面，學生直接參與到課程建設工作中，教學相長，有利于提高教與學的質量和效率。

2.輔助教師教學。強化教師備課效果、提高教學活動效率、提升學習評價的有效性。提供更加直觀的課程管理和資源管理，靈活的作業批閱方式可縮短批閱作業的時間，提供更加便捷的試題管理方法，有效增強交互功能。

四、結論

采用Bb平臺進行“魯棒控制”課程的教學，是一次創新型教學思路和方式的嘗試。在教學設計過程中，側重于以學生為主體，促進學生自身發展，便于因材施教，教師可根據學生的實際情況設計、制作適合各個學生的學習方法、路徑及內容。提供小組學習空間以及豐富的協作學習工具，在共同完成學習任務的過程中，促進學習者之間進行交流學習。除此以外，可使學生即時了解最新學習內容、參與學習互動、反饋學習心得，真正實現不受時空限制的學習。

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