自動控制原理在線開放課程的探討

吳小娟+郝家琪

摘要：自動控制原理是自動化專業(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，將自動控制原理課堂搬上在線開放課程學習平臺勢在必然。本文在分析自動控制原理教學存在的問題的基礎上，探討了該課程在線開放課程學習的可行性，并進一步提出了如何建設自動控制原理在線開放課程的思路。

關鍵詞：自動控制原理；在線開放課程；課程改革；教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）05-0180-02

一、引言

自動控制原理是高校自動化專業(yè)的重要專業(yè)基礎理論課程，是電氣信息類、能源動力類、機械類等其他許多專業(yè)的學科基礎課[1-2]。

在線開放課程是指將課程放到網(wǎng)上進行課程資源共享，供其他人進行學習和研討。2012年，麻省理工大學等一批國外頂尖大學開始建設網(wǎng)絡學習平臺并在平臺上提供一些供學生免費使用的優(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，國內(nèi)的一些知名高校幾乎同時開始在線開放課程的建設，如慕課等在線開放課程學習平臺。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡視頻課不同，在線開放課程需要提供多元化的數(shù)字化教學資源，主要包括課程教學大綱、知識點關系及學習導航、高質(zhì)量的教學視頻、隨堂講義、同步練習、學習評價方案、其他輔助資源等內(nèi)容，并且提供師生互動與答疑機制。這種新興的課程教學模式可以使課程的開發(fā)在主體上更加靈活自由，改變實際課程教學中死氣沉沉的教學氛圍，可以促使學生去積極主動地進行學習，豐富學生的學習生活。

自動控制原理是一門十分注重理論的基礎課程[3]，常規(guī)的自動控制原理課程比較枯燥和單一。將自動控制原理課堂搬上在線開放課程學習平臺不僅可以改變傳統(tǒng)的老師“滿堂灌”的現(xiàn)象，同時也能激發(fā)學生主動學習的熱情。本文分析自動控制原理當前教學存在的問題，并探討在線開放課程實施的可行性，以及如何建設自動控制原理在線開放課程。

二、自動控制原理教學存在問題及在線開放課程學習可行性

1.自動控制原理教學存在的問題。自動控制原理這門課程的主要任務是使學生通過學習控制理論基本知識，來培養(yǎng)對自動控制系統(tǒng)的分析能力、設計能力，為后續(xù)學習的專業(yè)課程提供理論基礎和分析設計方法。自動控制原理教學當前存在的問題有：（1）自動控制原理理論性強，包含的內(nèi)容十分豐富，導致學生學習困難。在內(nèi)容上它不僅包含了在傳遞函數(shù)基礎上的時域分析方法、根軌跡方法、頻域分析方法，也討論了基于時域和頻域的線性系統(tǒng)的校正方法[4，11]。除此之外自動控制原理對高等數(shù)學、線性代數(shù)、電路分析、信號與系統(tǒng)等課程要求比較高，對學生的專業(yè)基礎和抽象思維能力要求較高[5]，學生學習起來難度較大。（2）自動控制原理在教學方式上以講授為主，導致學生很難應用理論知識去解決實際問題。學生只能被迫接受若干公式定理而不能自主地進行思索和探究[3]。面對具體問題的時候，學生只知其然卻不知其所以然，就不能運用學到的理論知識去解決實際問題。

2.自動控制原理在線開放課程的可行性。將自動控制原理課堂搬上在線開放課程學習平臺，可以解決當前教學中存在的一些問題：（1）在線開放課程短小精悍，可將自動控制原理授課內(nèi)容高度濃縮，實現(xiàn)課程教學內(nèi)容的知識點離散化重點化處理。“短”是指學習視頻一般在40分鐘以內(nèi)，“小”是指內(nèi)容選取的主題單一、知識點少，便于學生理解和掌握；“精”是指教學過程設計精心、課件制作精美、教師講解精準；“悍”是指學習效果震撼，讓人印象深刻。傳統(tǒng)課堂一節(jié)課要完成多個教學內(nèi)容、達成多個教學目標，而在線開放課程教學目標比較單一、教學內(nèi)容更加精簡、教學主題更加突出[6]。（2）通過課堂講授與在線課程學習相結合的方式，能夠在很大程度上改變傳統(tǒng)自動控制原理課堂教學教師照本宣科“滿堂灌”的教學模式[8]。慕課等在線課程具有較強的互動性，具備師生互動、生生互動的特征，支持和鼓勵學生之間互評互教，并且創(chuàng)建在線學習討論小組，不斷激發(fā)學生對課程學習的興趣和思考。（3）在線開放課程能更好地將自動控制原理理論與實踐相結合。很多高校已經(jīng)把課程改革的重點放在MATLAB仿真實驗與教學內(nèi)容的有機結合上面[9]。在國外優(yōu)秀的控制理論原版教材中，每一章都有很多的MATLAB仿真實例和相應的習題，幫助學生加深對所學內(nèi)容的理解[1，4]。針對控制理論概念抽象、理論性強的特點，通過開發(fā)MATLAB在線仿真平臺搭建SIMULINK仿真系統(tǒng)，使得學生對于諸如PID控制、前饋校正等控制方法有著更加深刻的認知。MATLAB在線仿真平臺與在線開放課程的結合也會使得更多學生參與進自動控制原理這門課程的學習之中。

三、自動控制原理在線開放課程建設

自動控制原理在線開放課程設計的總體思想是堅持線上和線下學習的結合。首先，在課堂上通過老師全面細致的面對面講解，幫助學生建立對課程知識結構的系統(tǒng)認識，之后在課余時間利用網(wǎng)絡在線課程的學習進行進一步地復習、鞏固和提高。自動控制原理在線開放課程建設主要內(nèi)容如下：

1.組織教學內(nèi)容。考慮到在線開放課程每節(jié)課的時長不應過長，在課程教學內(nèi)容上應將知識點離散化、專題化，以知識點為基本教學單位組織教學內(nèi)容。此外，為幫助學生更好地理解重難點，可設計一定的教學實例。例如講解自動控制原理根軌跡法，可以借助實例來分析。

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

3.設計在線課程講義和同步練習。在課程講義中，一般要提供以下內(nèi)容：教學目標、知識點內(nèi)容、預備知識，相關實例、參考資料等內(nèi)容。在線同步練習的設計應充分考慮難度和題量。教師可以根據(jù)學生的同步練習完成情況了解學生對知識點的掌握情況，從而進行針對性的教學和答疑。endprint

4.設計在線測試互動討論和在線答疑等功能[10]。任課老師不僅要承擔教學任務還要負責在線課堂的維護和更新、與同學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遠不夠的，必須將傳統(tǒng)的單一任課教師教課模式轉(zhuǎn)換為教學團隊協(xié)作教學模式。團隊協(xié)作，將工作量均攤，這樣不僅可以減輕任課教師的負擔，也能使同學們有更多的機會和不同的老師在線討論和答疑。

四、結束語

本文基于自動控制原理當前教學存在的問題，探討了開設自動控制原理在線開放課程的可行性及建設思路。自動控制原理在線開放課程不僅可以讓更多沒有機會接受優(yōu)質(zhì)教育資源的高校學生有機會去領略教學名師的魅力，同時通過線上和線下的結合使得自動化專業(yè)的學生能夠隨時隨地進行深入學習和討論，提高自己對自動控制原理這門課程的認識。

參考文獻：

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