自動控制原理的在線教學研究

（江蘇大學電氣信息工程學院 江蘇·鎮江 212013）

這個特殊時期，在教育領域，已迫使全球大部分學校關停。作為最早實施相應措施的國家，為確保教學活動的有序進行，教育部已發布了關于特殊時期做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見，明確指出特殊時期高等學校需要延期開學，并提出了“停課不停教、停課不停學”的要求。如何在特殊情況下，保證線上教學質量、教學目標實現，已成為高校教師在教學活動中需解決的核心問題。而另方面，在經歷相關在線教學過程后，教師在線教學已有必要基礎，但仍需要從不同角度總結過程中在線教學的相關經驗，分析相關問題，思考在人工智能時代如何在信息技術的引導下較好實現線上線下混合式教學。為此文章將以自動控制原理教學為例，對在線課程教學存在的問題進行分析，并探討教學實踐中的教學方法，教學設計、教學過程、教學反思評價等的實現；此外通過利用慕課、騰訊課堂、騰訊會議、雨課堂等網絡平臺進行實現，形成課前-課中-課后的在線模式。經過相應教學實踐，發現多種教學平臺的應用，能夠更好的實現教學目標，并有效的激發了學生對于課程的學習興趣。為此希望，通過分享在自動控制理論在線教學中采用的“相關教學思路，為高校在線教學提供參考。

1 在線教學課程情況分析

在線教學迫使教學活動工程中相應的教學順序、教學時間、教學主體、教學時間等需要重新設計思考，其基于互聯網進行對有關知識的傳授，并需要必要的信息技術手段。區別傳統的線下教學模式，其打破了時間和空間的物理界限，并導致一系列新的教學問題，如師生交流，實驗如何實施，考試評價如何進行等。

自動控制原理課程包括基礎理論教學與相應的實驗部分，在在線教學過程堂中，可通過課前將理論知識的文件資料如視頻分享到相應的qq群/微信群，提供給學生預習，并布置學習任務，在課中可將課程根據知識點分解成多個部分進行教學，然后根據學生情況進行相關交流討論指導，課后課通過作業、案例等促進學生進行知識的鞏固與提高。但過程中其教學出現了一些在線教學共有的問題，并出現其自身特點帶來的缺陷。

自動控制原理是自動化、電氣等本科的專業必修課程，其先修課程為高等數學、復變函數、電路基礎等，其研究的問題帶有一般性，對工程實踐具有重要的指導意義。其基礎原理部分高度理論化數學化，因此是一門難度較大的課程。而另一方面其作為工程實踐的指導理論之一，需要必要的實踐，但疫情下，傳統的方式顯然無法進行，因此如何將理論實踐結合是自動控制原理課程線上教學的難點之一。

江蘇大學屬于一本院校，學生基礎相對較好。但在線下教學過程中，由于缺少監督工具，依然很難引導學生進行必要預習活動；課堂上通過集體提問雖然可以獲得一些反饋，單依然無法獲得每個學生的完整學情；而課后多數學生幾乎不與學生交流，作業流于形式，因此課程教學效果一般。

在當前疫情下，在線教學引入了新的傳統教學沒有問題，如學生沒有學習氛圍、線上教學相對單調、每日高達6-8小時線上無法集中注意力等、教師方面缺乏信息技術知識、缺乏在線教學的經驗等。因而如何利用利用線上資源和合適的教學平臺的，培養符合要求的工科人才，成為自控原理教學的重要挑戰和改革機遇。

2 自控原理在線教學方案及實現

為了更好的服務于在線教學，自控原理理論教學過程中可將其分解成多個模塊進行。其可包含為：控制對象數學模型、系統的分析、系統的綜合校正等。而不同模塊可分解成多個子模塊或子問題，如分析部分有動態性能分析和靜態性能分析，方法有時域方法、根軌跡方法和頻域方法等。這些分解的目的在于為每一次課前-課中-課后更好的提出解決的問題，建立知識框架，而其中問題的提出也有助與實際和科研建立聯系，比如問題每一部分都可以查找相關文獻，以建立學生的解決問題的意識和相應的學習興趣。

在以上基礎上，結合工程認證的需要，需要在整個自動控制原理的教學過程中引入案例的教學。針對各個部分提出其具體案例，并要求盡量能夠切合學生的生活經驗，既能有高大上的科技前沿，也可有生活中的柴米油鹽。如講解控制系統概念時可以是電冰箱的溫度控制系統，建模時用單級倒立擺作為案例，此外汽車減震系統可以等效為彈簧-質量-阻尼器的位移系統，直流電機可等效為振蕩環節進行動態靜態分析，并進行設計等。

總體而言，在結合信息技術與課程的特點，在具體教學實施中采取多種方法并舉，努力從過往吸收經驗，并利用信息技術的優點，結合平臺特點，對自控原理的線上教學模式進行相應的設計。總體而言線上教學方案將基于“便捷、穩定、監督”的原則進行設計，一方面，為了較好的與學生及時溝通以及并使教學視頻、ppt等能夠有效展現，課程選擇采用騰訊會議的方式進行課堂直播；另一方面，為了實現教學過程的有效分析和實現，同時采用了線上課堂設計的“騰訊課堂”教學平臺，保證了學生能夠有效的跟上教學的各個環節，并有助于分析各個環節的實現效果的分析和反饋。

通過自動控制原理線上教學實踐，如何吸引學生興趣，促進學生的主動學習，需要在課前-課中-課后都必須做好合理的準備，根據課程特點進行合理的教學設計，并進行相應的監督評價。線上教學實施概況如下：

2.1 課前準備方面

課前準備方面主要包括：教學資料和視頻的選擇、教學平臺選擇、教學內容設計和進度調控、學生分組、教學預案選擇等各個方面。

教學資料與視頻：課前根據教學內容分解問題，搜尋相關資料，如mooc的相關教學視頻，相關論文等，同時制作教學ppt課件，針對難點可提前制作相關小視頻豐富后面的課堂內容。此外建立適應的題庫作為課前預習，課上習題推送，課后復習。相應的資料可通過平臺，qq群等進行推送。

教學平臺：基于騰訊課堂和騰訊會議的優點，選擇了“騰訊課堂+騰訊會議”作為主要的教學平臺，結合騰訊套餐的相關特點和功能，基于教學模塊和問題為導向調整線上教學進度，謀求合適的教學電子教案和教學設計，力圖建立一種相互交流的類似學術研討的線上課程學習模式。

教學內容設計和進度調控：根據騰訊課堂反饋學情數據，分析學生學習情況，結合各個教學模塊難易程度及時調整教學進度。如在欠阻尼振蕩環節，學生對于其動態性能的理解困難，直播中需要通過采取圖像化及通過合適的案例來形象化其內在含義。

學生分組：由于學業采取小班級教學，本學期共24人，通常分為2個學習小組以進行問題討論，適當時根據內容特點鼓勵分工合作，進行課后討論。

教學預案：考慮到網絡穩定性問題，為了確保教學活動進行，教學同時將釘釘作為備用平臺。

2.2 課堂教學直播

在線教學其特點是打破了時間空間的局限，其顛覆了傳統的教學流程，可謂教學課堂帶來更為豐富的內容。而其中核心在于如何從傳統教師為中心轉化為學生的學為中心是重要的關注點，也是教學設計中的一難點。為此在教學實施中我們采取了如下方式來進行相應的實現。

首先利用平臺對學生的預習情況進行分析，了解學生的薄弱部分，總結其中的共性問題和難點問題，進行適當方案調整。在線教學給與了學生極大自由，如隨意出入會議、隨意關開攝像頭等，使得學生注意力容易受到干擾，教師無法了解學生在線情況，控制教學現場。因而教學設計必須內容精短，趣味性強等。為此通常需要將傳統教學90分鐘分成兩到三個部分。通過適當休息來提高學生注意力。此外，由于教學中，互動是重要組成部分，其有利于引導學生參與到學習中來，提高學習的主動性，激發其興趣和創新能力。因此教學過程中需要根據知識點特點來進行隨機點名，學生連麥，提醒學生通過用實時提問等多種方式來進行互動交流。適當情況下可以學生分組討論的方式來進行適當討論分析。另一方面，在線課堂測試有助于了解學生課堂的掌握情況，在自控原理教學中可通過實時推送習題，根據學生答題情況，來調整互動交流的情況，這也是大數據時代在線教學的一大優勢。最后教學過程中作業是重要組成部分，其有助于學生的復習和自主學習。因此可根據預習和課堂情況，通過平臺布置相關作業，可以習題、問題探討等各種不同的形式內容。

2.3 課后工作

課后工作可包含以下幾個方面線上答疑、作業批改、教學反思等幾方面。線上答疑方面可根據學生問題可利用不同平臺進行交流，形式豐富多樣。其較與傳統不受時間空間限制。作業批改方面可利用平臺的數據，檢查學生的學習情況，并及時批改作業來獲得學情情況。通過前期的教學活動，利用平臺資源有效的進行教學反思。由于教學內容不同，學生學習情況不同，課堂效果完全不一樣。為此需要進行分析比較每次課堂的優缺點，為今后的授課總結經驗，提高教學質量。

2.4 實驗教學實施

由于學生無法進入實驗室，導致傳統實驗無法實施，但作為一門理論與實踐結合密切的課程，如何有效的實施實驗成為難點。為此需要改變傳統的實驗方式。而信息時代為實驗提供了相應的解決方案。如利用網絡資源，參照慕課所倡導的開放式教學，利用虛擬實驗平臺作為課堂實驗的有效補充，如利用武漢大學的網絡化遠程控制平臺LCSLab進行相關的實驗，如PID控制等。此外還可以借助MATLAB等來進行模擬仿真實驗來達到實驗目的。

3 結語

以“騰訊課堂+騰訊會議”作為主要在線平臺，以直播授課為基礎，進行混合式教學新模式在自動控制原理教學中取得一定成績。其為今后開展混合式教學改革打下一定基礎，對以學生為中心的新型教學思路提供了一條可執行性的路線。而另外一方面，在在線教學過程中也出現了一些傳統教學沒有的新問題，期待解決，因此仍需不斷探索新的教學方法，改進教學思路，以適應不斷變化的現實世界。