基于Blackboard教學平臺的“魯棒控制”課程建設(shè)

張穎

摘要：“魯棒控制”是控制科學與工程相關(guān)專業(yè)的一門重要的研究生課程。為了適應(yīng)現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)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(yōu)化知識結(jié)構(gòu)、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(shè)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(guān)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(guān)學科的主要研究生課程之一，在繼19世紀40年代提出的經(jīng)典控制、20世紀50年代提出的現(xiàn)代控制理論之后，被稱為“后現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)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(chǔ)和核心內(nèi)容，而使學生能夠?qū)⒄n堂所學理論知識應(yīng)用于實際的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計，是我們面臨的現(xiàn)實教學難題，是值得思考的問題。造成這種結(jié)果的原因主要有以下三個方面的內(nèi)容：①“魯棒控制”課程比較抽象，它涵蓋的內(nèi)容豐富，需要的基礎(chǔ)知識面廣，目前的課程結(jié)構(gòu)中各部分內(nèi)容之間缺乏連貫性，較少涉及當前最新的學術(shù)動態(tài)，尚未形成一套系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(yīng)以調(diào)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(jīng)典概念，如內(nèi)穩(wěn)定性、魯棒性，以及控制方法，包括基于觀測器的控制其設(shè)計、參數(shù)化設(shè)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(xù)課程涉及到較多數(shù)學、電子以及控制理論方面的基礎(chǔ)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(chǎn)生失望情緒。教育信息化的發(fā)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(fā)展，逐步將Internet轉(zhuǎn)換成高效的教育環(huán)境，為教師和學生帶來了與傳統(tǒng)教育不同的全新數(shù)字化的教學體驗。本文主要是基于目前市場主流的網(wǎng)絡(luò)課程平臺Bb，探索研究“魯棒控制”課程建設(shè)問題，解決課程建設(shè)的具體功能與內(nèi)容，以實現(xiàn)服務(wù)于教學的目的。

一、Bb教學平臺

Blackboard是一個由美國Blackboard公司開發(fā)的教學平臺。為實現(xiàn)教學內(nèi)容數(shù)字化，提供一套綜合、完整、優(yōu)化的解決方案。整個平臺由教學管理、門戶社區(qū)和資源管理三個部分構(gòu)成。老師、同學可通過互聯(lián)平臺進行學習交流。Blackboard在線教學管理系統(tǒng)，正是以課程為中心集成網(wǎng)絡(luò)“教”“學”的環(huán)境。教師可以在平臺上開設(shè)網(wǎng)絡(luò)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(nèi)容學習。“Blackboard”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(wǎng)上虛擬環(huán)境。教師可以利用“Blackboard”和“課堂教學”進行有機的結(jié)合，開展一系列基于網(wǎng)絡(luò)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(zhì)量。針對課程，Bb平臺具有4個獨立的模塊，分別為內(nèi)容資源管理、在線交流功能、考核管理功能和系統(tǒng)管理功能模塊。內(nèi)容資源管理：教師能夠便捷地發(fā)布、管理、組織教學內(nèi)容。在線交流功能：異步和同步的交流協(xié)作工具。考核管理功能：自測、測驗、考試、調(diào)查和記分冊。系統(tǒng)管理功能：教務(wù)處老師的管理、統(tǒng)計功能。登陸平臺可以有三種身份：系統(tǒng)管理員、教師、學生。

二、基于Bb平臺的“魯棒控制”課程建設(shè)

1.整合課程內(nèi)容，優(yōu)化知識體系。現(xiàn)有的“魯棒控制”課程知識體系包含的內(nèi)容豐富，但各部分內(nèi)容自成體系，他們之間的關(guān)聯(lián)性差，缺乏系統(tǒng)完整的知識結(jié)構(gòu)。我們重視知識結(jié)構(gòu)，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(gòu)建理論知識體系，將各部分知識緊密聯(lián)系起來，形成網(wǎng)絡(luò)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(nèi)容，共分為三個層次：基礎(chǔ)層、研究層和應(yīng)用層。基礎(chǔ)層提供線性代數(shù)和線性系統(tǒng)理論等基礎(chǔ)理論知識；研究層完整、深入地闡述LQG/H2、H∞控制問題；應(yīng)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(tǒng)的知識學習與科研創(chuàng)新能力訓練的平臺，學生在學習過程中，可以根據(jù)自己的實際學習進度情況，循序漸進地自主選擇相應(yīng)的層次。

2.變革課堂教學，建設(shè)立體化教學體系。與傳統(tǒng)老師在課堂教、學生坐在教室學不同，Bb平臺可以創(chuàng)設(shè)多樣化的學習環(huán)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(diào)學習的效率和學習過程，提倡帶著問題學習，讓學生自發(fā)、主動地提出問題、思考問題，以此激發(fā)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。“魯棒控制”課程恰當、充分地使用Bb教學平臺，打造一體化設(shè)計、多種媒體有機結(jié)合的“立體化”教學體系。課程既參考《Essentials of Robust Control》、《Robust and Optimal Control》、《應(yīng)用H∞控制》等經(jīng)典主體紙質(zhì)教材，又輔以最新的電子、網(wǎng)絡(luò)出版物，綜合運用課程相關(guān)的配套資料，如教學大綱、教學ppt、教學視頻、相關(guān)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(xiàn)象，使得教學形象易懂，有利于調(diào)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(wǎng)絡(luò)教學、數(shù)字資源管理、在線視頻課堂和學習社區(qū)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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該平臺以學生為中心，可定制個性化的學習環(huán)境，如通知板提醒學習內(nèi)容和學習任務(wù)，自行設(shè)置個人空間、小組空間、課程主頁，可實現(xiàn)內(nèi)容模塊和內(nèi)容項目的自由拖拽等。教師可直接在平臺上進行教學內(nèi)容調(diào)整、教案內(nèi)容修改等。endprint

值得指出的是，系統(tǒng)中電子教案的特點是強調(diào)教學方法、教學設(shè)計思想以及教學手段的應(yīng)用。另一方面，在虛擬論壇中明確規(guī)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(zhì)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(jié)合，有利于學習共同體的形成，這在一定程度上解決了網(wǎng)絡(luò)學習學生的孤獨感。

3.豐富教學資源，更好地服務(wù)于教學。根據(jù)課程教學內(nèi)容需要，利用Bb平臺控制面板中的管理課程菜單來設(shè)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(tài)信息，例如上課時間、地點、教師布置的預習內(nèi)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(jié)課要講授的內(nèi)容，便于學生課前準備和預習，課程教案包含課程的所有內(nèi)容，包括授課教師對“魯棒控制”課程的教學設(shè)計和設(shè)想；課程教材：指課程所選用的經(jīng)典英文教材和重要參考文獻；課程課件：結(jié)合教材和參考資料，形式上以PPT為主；課程作業(yè)：在此發(fā)布課程作業(yè)，學生完成后上傳至該平臺，學生的作業(yè)成績也直接在網(wǎng)上查詢，有助于學生及時發(fā)現(xiàn)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(yīng)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(xù)學習。

4.重視反饋評價，提高教學質(zhì)量。Bb教學平臺提供了強大的后臺監(jiān)控和實時反饋功能，利用Bb平臺的統(tǒng)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(nèi)外的協(xié)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(huán)節(jié)，便于進行調(diào)整教學策略和因材施教，如教師可以對即將進行的教學內(nèi)容、方法策略、教學進度進行適應(yīng)性調(diào)整，形成反饋環(huán)。另一方面，也可以通過統(tǒng)計功能掌握學生在線學習的情況，發(fā)揮平臺優(yōu)勢，可客觀全面評價教學過程，進一步提高教學質(zhì)量。

三、Bb平臺應(yīng)用效果

基于Bb平臺的“魯棒控制”課程經(jīng)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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)資源有序配置，延伸了傳統(tǒng)教學的時空，平臺注重教學和學習數(shù)據(jù)的記錄、收集、統(tǒng)計和分析，將對學生的測評整合到日常教學和學習中，依據(jù)學生的能力發(fā)展水平作出評價，幫助學生收集學習進步與否的數(shù)據(jù)，反思學習過程。另一方面，學生直接參與到課程建設(shè)工作中，教學相長，有利于提高教與學的質(zhì)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(yè)批閱方式可縮短批閱作業(yè)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(jié)論

采用Bb平臺進行“魯棒控制”課程的教學，是一次創(chuàng)新型教學思路和方式的嘗試。在教學設(shè)計過程中，側(cè)重于以學生為主體，促進學生自身發(fā)展，便于因材施教，教師可根據(jù)學生的實際情況設(shè)計、制作適合各個學生的學習方法、路徑及內(nèi)容。提供小組學習空間以及豐富的協(xié)作學習工具，在共同完成學習任務(wù)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(nèi)容、參與學習互動、反饋學習心得，真正實現(xiàn)不受時空限制的學習。

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