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(xué)習平臺勢在必然。本文在分析自動控制原理教學(xué)存在的問題的基礎(chǔ)上，探討了該課程在線開放課程學(xué)習的可行性，并進一步提出了如何建設(shè)自動控制原理在線開放課程的思路。

關(guān)鍵詞：自動控制原理；在線開放課程；課程改革；教學(xué)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(chǔ)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(xué)科基礎(chǔ)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(xué)習和研討。2012年，麻省理工大學(xué)等一批國外頂尖大學(xué)開始建設(shè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習平臺并在平臺上提供一些供學(xué)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(shè)，如慕課等在線開放課程學(xué)習平臺。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)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(xué)資源，主要包括課程教學(xué)大綱、知識點關(guān)系及學(xué)習導(dǎo)航、高質(zhì)量的教學(xué)視頻、隨堂講義、同步練習、學(xué)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(xué)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(xué)中死氣沉沉的教學(xué)氛圍，可以促使學(xué)生去積極主動地進行學(xué)習，豐富學(xué)生的學(xué)習生活。

自動控制原理是一門十分注重理論的基礎(chǔ)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(xué)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(xué)生主動學(xué)習的熱情。本文分析自動控制原理當前教學(xué)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(shè)自動控制原理在線開放課程。

二、自動控制原理教學(xué)存在問題及在線開放課程學(xué)習可行性

1.自動控制原理教學(xué)存在的問題。自動控制原理這門課程的主要任務(wù)是使學(xué)生通過學(xué)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(shè)計能力，為后續(xù)學(xué)習的專業(yè)課程提供理論基礎(chǔ)和分析設(shè)計方法。自動控制原理教學(xué)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(dǎo)致學(xué)生學(xué)習困難。在內(nèi)容上它不僅包含了在傳遞函數(shù)基礎(chǔ)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(xué)、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(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和抽象思維能力要求較高[5]，學(xué)生學(xué)習起來難度較大。（2）自動控制原理在教學(xué)方式上以講授為主，導(dǎo)致學(xué)生很難應(yīng)用理論知識去解決實際問題。學(xué)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(xué)生只知其然卻不知其所以然，就不能運用學(xué)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(xué)習平臺，可以解決當前教學(xué)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(xué)內(nèi)容的知識點離散化重點化處理。“短”是指學(xué)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(xué)生理解和掌握；“精”是指教學(xué)過程設(shè)計精心、課件制作精美、教師講解精準；“悍”是指學(xué)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(xué)內(nèi)容、達成多個教學(xué)目標，而在線開放課程教學(xué)目標比較單一、教學(xué)內(nèi)容更加精簡、教學(xué)主題更加突出[6]。（2）通過課堂講授與在線課程學(xué)習相結(jié)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(xué)教師照本宣科“滿堂灌”的教學(xué)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(xué)生之間互評互教，并且創(chuàng)建在線學(xué)習討論小組，不斷激發(fā)學(xué)生對課程學(xué)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(jié)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(xué)內(nèi)容的有機結(jié)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(yīng)的習題，幫助學(xué)生加深對所學(xué)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(xué)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(jié)合也會使得更多學(xué)生參與進自動控制原理這門課程的學(xué)習之中。

三、自動控制原理在線開放課程建設(shè)

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

1.組織教學(xué)內(nèi)容。考慮到在線開放課程每節(jié)課的時長不應(yīng)過長，在課程教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)將知識點離散化、專題化，以知識點為基本教學(xué)單位組織教學(xué)內(nèi)容。此外，為幫助學(xué)生更好地理解重難點，可設(shè)計一定的教學(xué)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(xué)視頻的制作是自動控制原理在線開放課程教學(xué)的重中之重，需根據(jù)不同知識點或者教學(xué)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(shè)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(xué)目標、知識點內(nèi)容、預(yù)備知識，相關(guān)實例、參考資料等內(nèi)容。在線同步練習的設(shè)計應(yīng)充分考慮難度和題量。教師可以根據(jù)學(xué)生的同步練習完成情況了解學(xué)生對知識點的掌握情況，從而進行針對性的教學(xué)和答疑。endprint

4.設(shè)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(xué)任務(wù)還要負責在線課堂的維護和更新、與同學(xué)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(xué)團隊協(xié)作教學(xué)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(xué)們有更多的機會和不同的老師在線討論和答疑。

四、結(jié)束語

本文基于自動控制原理當前教學(xué)存在的問題，探討了開設(shè)自動控制原理在線開放課程的可行性及建設(shè)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(xué)生有機會去領(lǐng)略教學(xué)名師的魅力，同時通過線上和線下的結(jié)合使得自動化專業(yè)的學(xué)生能夠隨時隨地進行深入學(xué)習和討論，提高自己對自動控制原理這門課程的認識。

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