基于“雨课堂”的智能控制理论与工程应用课程混合式教学改革

2019-01-11马静缑林峰彭凯

现代职业教育·高职高专 2019年11期

马静缑林峰彭凯

[摘要] 以“雨课堂”为核心构建智能控制理论与工程应用课程的混合式教学，融入“新工科”理念，借助新式信息和网络技术，通过课前导学、线上自主学习、课堂重点难点讲解、线下线上深度讨论、过程性多元化考核等方式，将“教师教授为主”的传统式教学模式向以“学生自主学习为主的”新型教学模式转变。同时兼顾专业课理论性强和专业发展特点，教师在教学过程中通过线上引导和线下督促，提高学生的学习能力和学习效果。

[关键词] 雨课堂;智能控制理论与工程应用;混合式教学;自主学习

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）31-0043-03

一、引言

“雨课堂”是一款基于PowerPoint和微信的教学辅助软件，将课前预习、实时课堂、课后复习全程教学活动融为一体，使教学过程从单纯的课堂教学转变为全方位、立体的教学活动;同时教师和学生的全程互动及教学过程中的各种情况和数据都能够及时反馈到教师手中，便于教师全面掌握教学过程和效果;将原来不可量化的教学过程和效果通过背后大量的数据和经验转换成可以供教师借鉴和吸收的结果。为教师新的教学手段，如MOOC、翻转课堂等使用提供基础，促进“教”与“学”的过程更加轻松，更加有效。另外，智能控制理论与工程应用作为控制专业、研究生专业课程，具有概念多、理论性强、计算公式多的特点，内容抽象，比较难以理解。在以课堂教学为主的教学过程中，由于课堂时间的限制，学生的理解比较困难;所以该课程需要借助以“雨课堂”为核心的现代化教学工具，创新学科和专业建设理念与实践，开发“人工智能控制+新工科”导向的课程，从人工智能基础和人工智能共性技术层面建设“人工智能+新工科”课程体系，结合多种教学手段和方法共同实现教学目标。

二、课程改革内容

（一）教学内容改革

智能控制理论与工程应用是自动化专业的专业方向选修课，是经典控制理论和现代控制理论的新发展。目的是使学生能更深入地了解控制理论的发展前沿。任务主要是使学生对智能控制的基本原理、发展现状、智能控制器的设计方法和应用等有基本的了解。为学生在今后的学习和工作中对智能控制的深入研究和应用打下良好的基础。

本课程改变原有的单一教学内容，依据“雨课堂”的特点将教学内容分为理论教学和实验教学两部分。

理论教学主要包括：（1）模糊控制。模糊集合的基本概念，模糊集合及模糊关系的运算，能够进行精确量与模糊量的相互转换及精确化计算方法;根据控制系统要求设计模糊控制系统，包括输入输出变量的确定、隶属度函数的选取、模糊控制规则的建立及在工程中的应用等。（2）神经网络控制。神经元网络模型，掌握BP算法及Hopfield网络等不同类型的神经网络;掌握基于神经网络的辨识和控制方法以及工程中的实现。（3）模糊神经网络。（4）遗传算法等智能算法。（5）专家控制系统。

實验教学主要包括：（1）二维模糊控制器设计和应用。（2）BP神经网络控制系统设计。（3）非线性神经网络系统辨识器设计。（4）神经网络PID自适应控制器设计。（5）模糊神经模型参考自适应控制器设计。

（二）授课形式改革

智能控制理论与工程应用课程的主要教学环节包括课前预习、课堂讲授及习题课、课外作业、实验、机构创新课程设计、考试考查等。这些教学环节将借助“雨课堂”实现，采用“课堂教学+在线教学”的混合式教学方式，具体如下。

课前，预习内容的推送和学习效果的检验。由于“雨课堂”是一款综合多功能教学软件，教师可以借助多种资源构成自己的教学内容，所以课前预习的内容可以包括PPT课件、教师讲解声音、MOOC等教学视频;教师可以根据课程特点和个人的教学习惯定制符合自己教学风格和教学节奏的教学设计。用于课前预习的多素材PPT讲义发送到雨课堂后，可设置预习截止时间，学生可以在规定时间内边学边练，同时学生的预习和学习情况可以直接反馈给教师，教师可以根据预习情况决定课堂教学内容和教学方式。

课堂上，教师开启雨课堂后，学生扫描实时生成的二维码进入课堂（相当于签到），授课PPT课件会同时出现在教室投影和学生手机中，既能按正常PPT形式播放，又能让学生在每页PPT下选择“收藏”和“不懂”按钮，帮助学生收藏难点，同时将不懂的内容反馈给教师，教师可以据此调整教学内容和速度。另外，雨课堂中也有试题发布功能，能将试题在课堂上发送给学生，学生在手机上作答，答题情况、答案等会及时通知教师和学生，两者都能及时获得学习效果检测结果。为了增加课程的趣味性，雨课堂中还有弹幕、红包、分组等功能。

课后，通过雨课堂学生可以看到所有课堂的教学内容，复习方便;另外，教师也可以通过雨课堂获得所有的授课信息，并推送其他复习内容，反馈复习结果，便于教师把握教学效果。

所以，课前、课上、课后的雨课堂应用可以实现教师对教学过程的全面掌握，能够完成课前预习、课堂互动教学、课后复习等工作，并通过量化和分析教学数据获得教学规律和方法的总结。

三、课程混合式教学改革思路

以“雨课堂”软件为基础构建智能控制理论与工程应用课程的多功能、混合式教学资源，进行教学手段、方法和模式的改革，课程混合教学总体框架设计如图1所示。

智能控制理论与工程应用作为一门理论性较强的课程，需要充分调动学生学习的积极性，作为学习的主体，学生要能将理论知识与实践有机结合，掌握实际系统的智能控制系统设计问题。通过师生互动和多形式的课堂教学，激发学生的学习热情。学生要根据教师布置的任务及推送的相关资料进行自学，并随时与教师进行交流，完成教师发布的练习或作业。

针对智能控制理论与工程应用不同章节设计不同的教学方法和手段，充分利用“雨课堂”达到教学内容和手段的完美结合。如学生通过课前自学应基本掌握智能控制相关概念知识，课堂学习主要是对知识进行深化，学生通过参与教学活动，展示自己的学习程度，对学习中遇到的疑难问题及时向教师反馈，积极参与讨论，深化学习。课堂上教师主要讲授智能控制中的重点、难点以及课前练习中错误率较高的问题（模糊数学到模糊控制原

理的转换、神经网络控制的原理等），并结合实例讲解、小组讨论、学生汇报、答疑等多种形式进行深入探讨，通过实时答题、简单测评等方式掌握和监督学生对难点的学习情况。

因此，在智能控制理论与工程应用的混合式教学过程中既强调学生的“主体”作用，也重视教师的“主导”作用，通过两者结合实现最佳的教学效果。混合式教学思路如图2所示（见文末图）。

以第一章智能控制概论为例大致说明教学过程的设计思路，如下表所示。

四、课程改革后的优势和可能遇到的问题

以“雨课堂”为核心的混合式教学为基础的智能控制理论与工程应用课程的优势主要在于：

（1）对课程内容重新规划，不仅是教师自身资源，还有浩瀚的网络资源，大大扩充了课程容量;理论、实例、实验的结合，课堂、PPT课件、MOOC视频等多渠道加深学生对知识的理解和掌握。

（2）传统课堂中信息的传递方向是以单向为主，教师无法及时掌控课堂上的教学效果。雨课堂软件抓住了学生利用手机微信社交的特点，对学生有相当的吸引力。

（3）雨课堂把课件推送到学生的手机上，方便学生学习和复习相关内容。既避免了以前学生在网站下载相关内容的繁琐，也解决了坐在后面的学生可能看不清楚课件的问题。

（4）采用雨课堂授课后，软件自动生成课堂小结，也可以实现自动点名统计。

（5）在上课时，教师根据知识点设置试卷，当堂作答，促进学生集中注意力;同时弹幕功能也便于学生和教师及学生之间的互动。

（6）以“雨课堂”为基础的混合式教学便于教师在课堂调节讲课进度，以适应不同学生的需求;故对学生类型和人数没有过多要求，对小班和大班都可以适用。教学初期可以以小班为试点，逐渐推广、完善。

当然这种基于新型现代网络的教学技术在实施过程中由于条件的限制，可能会遇到的主要问题是：