自动控制理论立体化教材建设与实践

段学超　千博　过润秋

【摘 要】在传统印刷版教材的基础上，充分发挥现代互联网技术的优势，建立在线课程网站和微信公众号移动学习平台为补充的自动控制理论立体化教材系统。针对自动控制理论数理基础要求高、课程系统庞大、概念众多的特点，发挥立体化教材各层面的优势，有效解决了学生对课前预习、课堂使用、知识点巩固、拓展训练以及课后学习互动的多方面需求。

【关键词】自动控制理论 立体化教材 在线课程网站 微信公众号 移动学习平台

一、引言

从社会发展的历程来看，自动化是人类文明和社会进步的重要标志，自动化的实现依靠自动控制理论作为指导[1-2]。自动控制理论因而成为控制科学与工程、机械工程等相关学科的基础理论课程，它涵盖了反馈控制系统的基本原理、普遍规律和通用方法[2-3]。该课程的特点是知识体系庞大、概念众多、学习周期长，因此，建设行之有效的教材对达到预期教学目标具有重要的实用价值。

高等学校的教材既是教学经验的总结，又是科学著作，同时也是开展教学活动的基本工具。传统的印刷版教材课程内容完备、知识表达精确，是教和学一门课程必不可少的工具。然而，随着时代的进步，青年一代的认知方式正在逐渐发生变化，仅靠传统的印刷教材并不能有效地使他们接受课程知识，必须结合当今的新兴技术，通过提供多种教学资源，最大限度地满足教师教学需要和学生学习需要，满足教育市场需求，提高教学、学习质量，促进教学改革。为教师提供教学参考资料，为学生提供学习指导资料，围绕“教师教学”和“学生学习”两个中心进行立体化教材建设，才能保证自动控制理论知识的成功传授，培养合格的自动化人才。

本文将阐述适应新形势，构建内容丰富、互动性强的自动控制理论立体化教材，主要包括传统的印刷版国家规划级优质教材、在线课程学习网站和基于微信公众号的实时互动学习平台，为教师提供教学参考资料，为学生提供学习指导资料，围绕“教师教学”和“学生学习”两个中心进行立体化教材建设。

二、印刷版国家级规划教材《自动控制理论》

笔者编写的国家级规划教材《自动控制理论》（第3版）已于2014年12月获西安电子科技大学教材建设重点立项，并入选“十二五”国家级规划教材。教育部在关于印发《第二批“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材书目的通知》（教高函[2014]8号）文件中指出：已入选的“十二五”规划教材，应根据学科、行业的发展继续修订完善，与时俱进，及时补充反映最新知识、技术和成果的内容。修订后的教材可沿用“十二五”规划教材标志。

根据这一精神，对纸质印刷版国家级规划教材《自动控制理论》（第3版）及配套的《“自动控制理论”（第3版）学习指导及习题集》的编写进行研究，依据高等院校“自动控制理论”课程的教学要求，力求面向电子信息类、自动化类、电气类等专业编写，重点突出，并根据经济社会发展、学科专业建设和教育教学改革不断修订完善，锤炼精品，既体现学科行业新知识、新技术，反映人才培养模式和教学改革最新趋势，又要能够满足各类高等学校多样化人才培养需求，力求特色鲜明。

三、在线课程网站建设

在线课程网站是国家教育部正在大力推行的一种课程载体，其内容可以和印刷版教材媲美但又不能互相替代。笔者对自动控制理论课程网站进行系统规划和逐步完善，不但公布课程大纲、授课日历，还将电子课件、重点章节授课录像上传，更有丰富的作业习题、重点知识答疑互动、课程学习论坛。

目前，已经上传了重点章节的教学录像，其他内容也正在逐步整理上传中。学生可以将课堂上没有听明白而课本上比较抽象难以理解的知识点，在课程网站上找到相应录像反复收看，以配合印刷版教材的使用从而达到较好的教学目的。

四、基于微信公众号的移动学习平台

基于微信公众号的自动控制理论课程移动学习系统毕竟仅是课堂教学的补充，因此不可能将所有课程内容融汇于此。应针对微信公众平台的技术特点，有的放矢地进行内容布局设计，以期通过此辅助手段提高教学的灵活性、互动性。

学生关注该课程微信公众号后，可以通过点击菜单、回复关键词、投票的方式向教师进行信息输入，教师则通过菜单回复、关键词回复和图文消息推送的方式进行知识的传播，另外可以将投票结果进行汇总，以便了解学生对知识的掌握情况、需要讲解的习题等重要信息。分别进行详细介绍如下：

（一）自定义菜单

在微信公众平台下，教师可创建最多3个一级菜单，每个一级菜单下可创建最多5个二级菜单。结合自动控制理论的课程需求，建立了“课程学习”“作业互动”“知识拓展”三个一级菜单。学生点击这三个一级菜单后，系统会弹出更加详细的二级菜单。

在“课程学习”下，又有“教学日历”“学习目录”“课程在线”和“常见问题”等四个二级子菜单，再分别点击这些二级子菜单，系统就会推送出相关的图文消息。比如教学日历就是教堂教学的日期和相关章节标题内容；学习目录则是微信公众平台下的可以回复的关键词目录；课程在线是指对应于本课程的精品资源共享课网站的简介和网址链接；常见问题则结合笔者的教学经验列出了若干概念性问题，例如为什么控制系统不采用正反馈，顺序控制系统是自动控制系统吗等，有助于学生在课堂之外的场所有效利用零碎时间进行知识的补充、辨析。

在“作业互动”下，又有“作业说明”“作业布置”“作业投票”等四个二级子菜单，对作业的撰写规范、交作业的时间进行了说明，作业布置则给出近期要上交的作业习题编号，作业投票则是每次作业批阅发给学生后，由学生针对自己作业情况投票选出期望在课堂上讲解的习题编号，待全班同学投票结束后，教师可以根据汇总数据并结合作业批阅情况选择性对某些习题进行重点讲评。

“知识拓展”则主要提供课程理论知识之外，又有相关性的延伸知识点，例如智能控制、鲁棒控制、自抗扰控制简介等图文资源。

（二）关键词回复

关键词回复是针对性解答学生不懂的概念和知识点，学生在点击了二级菜单“学习目录”后，将获取如下的回复：

请根据你的学习期望回复下列关键词：

自控概述；模型；时域；频域；根轨迹；采样；非线性；校正；PID；状态空间；能控性；能观性；稳定性；状态反馈控制；极点配置；爱可曼公式；动态响应。

学生回复了相应关键词后，系统会推送出相应的图文消息或者文字消息，对该知识点进行详细阐述。需要指出的是，该课程学习系统的关键词并不限于上面这些，还有更多是在推送出的消息中进行提示的。例如在介绍模型的图文消息中，又会提醒学生输入“拉普拉斯变换”“传递函数”等新的关键词。这种嵌套模式，使得系统形式简洁，但内容丰富。

（三）图文推送

按照微信公众平台的技术要求，每天可以从公众平台向所有关注用户推送一条图文消息，因此，作为课堂预习，要在上课前一天通过图文消息推送和课堂知识有关的素材及预习知识点，以便学生能够有一定的知识储备，更好地接受课堂知识。

（四）投票互动

本移动学习系统的优势就是增强师生之间的互动性，这已在前面“自定义菜单”部分进行了介绍，投票互动主要是针对作业系统讲评进行，调查学生的学习薄弱环节和需要讲评的习题。需要指出的是，教师每次评阅完作业后，应该登录微信平台对投票内容进行更改。

五、结论

科学和技术的发展不断更新着人们的生活和学习方式，如何利用新技术和新型认知方式有效解决当今大学生的教育教学是高等教育工作者长期面临的一个问题。本文以国家级规划教材为核心，顺应互联网技术融入大学课堂的潮流，构建以在线课程网站、微信公众号为辅助工具的三位一体立体化教材，实现自动控制理论的生动、互动、灵动性教学，为教师提供教学参考资料，为学生提供学习指导资料，围绕“教师教学”和“学生学习”两个中心进行立体化教材建设。

【参考文献】

[1]吴麒，王诗宓.自动控制原理（第二版）[M].北京： 清华大学出版社，2006.

[2]Katsuhiko Ogata. 现代控制工程[M].卢伯英，于海勋译. 北京：电子工业出版社，2000.

[3]Richard C. Dorf，Robert H. Bishop. 现代控制系统（第十一版）[M].谢红卫译.北京： 电子工业出版社，2011.