基于智慧教学与智慧测验软件的课程教学改革<br/>——以自动控制原理课程为例

基于智慧教学与智慧测验软件的课程教学改革
——以自动控制原理课程为例

2019-11-13肖理庆

安阳师范学院学报 2019年5期

肖理庆

(淮南师范学院机械与电气工程学院，安徽淮南 232038)

0 引言

自动控制原理属于自动化类、电气类、仪器类、能源动力类、土木类中建筑电气与智能化专业、农业工程类中农业电气化专业、航空航天类的专业课程[1]，应用领域广泛[2-3]。为了使学生更好的掌握自动控制原理这门重要的专业课程，各高校教师在教学设计、教学平台等各方面开展了深入研究，所取得的成果有效提高了课程教学质量[4-7]。为了积极响应教育部号召、进一步掌握学情、加强对学生学习过程的监控与考核力度，本文基于现代信息技术进行了教学改革尝试，以自动控制原理课程为例，研发了形象直观、简洁高效的自动控制原理智慧教学软件与智慧测验软件，效果理想，且可推广至其他课程。

1 大学课程教学过程中存在的主要问题分析

目前在大学课程教学过程中，存在的主要问题如下：

1.授课教师对学情掌握情况不理想。与自动控制原理课程相同，大学课程通常涉及面较广，而不同专业、不同年级的学生对其先修课程同一知识点的掌握情况是不同的。目前授课教师在每次授课前，很难掌握学生是否具备学习本次课教学内容的基础知识、方法以及学习本次课教学内容时学生可能遇到的困难与阻力等。

2.对学生学习过程的监控与考核力度不够。目前在大学课程教学过程中，授课教师主要通过平时考勤、课堂表现(主要是回答问题)以及课后作业来监控与考核学生的学习过程。学生课前是否认真预习？预习的效果如何？课中是否掌握了授课教师所讲授的内容？存在的问题主要集中在哪些方面？课后是否针对课中学习时存在的问题有针对性的进行了复习？这些情况授课教师很难掌握。即使少数学生回答授课教师所提出的问题完全正确，不代表全部学生都掌握了授课教师所讲授的内容；同样，少数学生回答错误，也不足以概括学生在学习中遇到的全部问题。由于目前普遍存在的作业抄袭现象，授课教师很难通过批改作业获取准确的反馈信息。目前很多网络教学平台可提供课程的随堂测验，但测验题目仅限于客观题，换句话说：虽然通用性很强，但针对性不足。另外，网络教学平台所统计的学生在线学习时间的长短在缺乏相关内容测验成绩的前提下，意义并不大：在线学习时间长的学生学习效果不一定比在线学习时间短的学生好。对学生学习过程的监控与考核力度不够使授课教师很难获取实时的、准确的教学反馈信息，自认为“自己教得不错”、“学生掌握情况理想”，直至批阅期末考试试卷的那一刻。

3.平时成绩与期末考试卷面成绩相差较大。目前在大学课程教学过程中，学生的平时成绩主要取决于平时考勤、课堂表现以及课后作业等。在平时考勤方面，不少出勤学生可能“身在教室内，心在教室外”；在课堂表现方面，由于无法保证让每一名学生都回答授课教师所提出的问题，部分授课教师利用手机学习通APP摇一摇，随机抽选学生回答问题，这种方式偶尔使用一下效果不错，可有效活跃课堂气氛，但不能作为主要方式；在课后作业方面，通常授课教师对同一专业学生所布置的课后作业是相同的，而作业抄袭现象普遍存在。最终学生的平时成绩通常为良好或者优秀，与期末考试卷面成绩相差较大，甚至出现了背离。

2 基于现代信息技术的课程教学改革具体措施

2.1 利用智慧教学软件进一步掌握学情

为了帮助授课教师进一步掌握学情，明确学生是否已具备学习本次课教学内容的基础知识、方法，了解学习本次课教学内容时学生可能遇到的困难，以自动控制原理课程为例，笔者基于MATLAB研发了自动控制原理智慧教学软件。

图1 自动控制原理智慧教学软件

自动控制原理智慧教学软件主界面如图1(a)所示，由五部分构成：学生版课程课件、教师版课程课件、动态演示、课程思政以及课外拓展。学生版课程课件与教师版课程课件是笔者针对学生学习与教师授课分别设计的，其中，学生版课程课件的设计原则是能够反映学生是否具备学习本次课教学内容的基础知识、方法以及学习本次课教学内容时学生可能遇到的困难；教师版课程课件的设计原则是有利于引导学生思考并解决不同深度层次的问题。在学生版课程课件界面与教师版课程课件界面中，点击不同章节对应的按钮，便可显示对应的课件，如图1(b)、图1(c)所示。

在学生版课程课件界面中，学生可以选择显示全部课程课件，也可以选择只显示不明白的课程课件。学生在学习过程中，可在不明白的地方，点击“不明白”按钮。如果学生通过学习，之前不明白的内容能够正确理解了，可以点击“已明白”按钮，当再次选择只显示不明白课程课件时，对应课件内容将不再显示。软件自动保存的信息可通过网络教学平台发送至授课教师，从而有利于授课教师进一步掌握学情。

在教师版课程课件界面中，与学生版课程课件相同，授课教师可以选择显示全部课程课件，也可以选择只显示学生不明白课程课件。教师版课程课件界面右上角显示的数字是根据学生通过网络教学平台发送至授课教师的信息统计得到的难度系数，难度系数越高，说明在此页课件的学习过程中，点击“不明白”按钮的学生越多。难度系数为零的课件，在授课教师选择只显示学生不明白课程课件时，是不会显示的。

另外，自动控制原理智慧教学软件中的动态演示界面由十部分构成，可动态演示曲线的生成以及参数改变对控制系统性能的影响，有效弥补了传统板书与PPT课件的不足之处；课程思政界面包括我国控制领域专家学者的简单介绍，授课教师在完成课程内容教学任务的同时，可对学生进行思政教育。比如在讲授劳斯判据与奈氏判据时，授课教师可向学生简单介绍我国科学家谢绪恺教授及其所提出的谢氏稳定判据；课外拓展界面将自动控制原理课程教学与专业课程设计有效结合起来。

2.2 利用智慧测验软件加强对学生学习过程的监控与考核力度

为了积极响应教育部号召、加强对学生学习过程的监控与考核力度，以自动控制原理课程为例，笔者基于MATLAB研发了形象直观、简洁高效的自动控制原理智慧测验软件，包括控制系统概述、拉普拉斯变换与反变换、临界比例度法等15个不同的专题测验，涵盖了自动控制原理教学大纲中要求学生掌握的全部知识点。下面以劳斯判据专题测验为例，详细描述如何使用自动控制原理智慧测验软件加强对学生学习过程的监控与考核力度。

首先，要求学生利用自动控制原理智慧教学软件中的学生版课程课件部分，完成关于劳斯判据教学内容的预习。课前十分钟左右，授课教师利用自动控制原理智慧测验软件对学生进行劳斯判据专题测验，如图2所示。

图2 劳斯判据专题测验软件

劳斯判据专题测验软件主要包括学生学号与测验密码输入部分、学生姓名与照片显示部分、试题显示部分、学生答案输入部分、测验成绩显示部分以及查看测试反馈结果部分。学生在输入自己的学号与授课教师公布的测验密码后，点击“确定”按钮，便可显示学生的姓名与照片，同时开始答题，如图2(a)所示。针对每一道题目，输入认为正确的答案，直至完成测验后，点击“交卷”按钮，便可显示测验成绩，如图2(b)所示。测验成绩是严格根据期末考试评分标准按步骤得分的，涉及相位角的计算，智慧测验软件设置允许误差为1°，其他统一设置为0.05。

点击“查看测试反馈结果”按钮，便可进入查看测试反馈结果界面，学生输入题目编号后，点击“确定”按钮，便可显示对应题目的出错信息，如图2(c)、图2(d)所示。如果对测验成绩不满意，可再次点击“确定”按钮，重新答题。在重新答题时，题目中的参数均会随机变化，从而有利于杜绝抄袭现象，最终的测验成绩将作为学生本次课前预习成绩。

在专题测验中所产生的各种数据信息，包括学生测验成绩、测试反馈结果都将以学生学号命名，并通过网络教学平台发送至授课教师，授课教师根据测试反馈信息及时调整教学重点与难点并开始授课。在劳斯判据专题的实际教学过程中，笔者发现：学生在包括两种特殊情况在内的劳斯表计算方面没有问题，问题集中在劳斯表出现全零行时，学生判断控制系统在s右半平面特征根的个数时出现错误，根据此反馈信息，授课教师及时调整劳斯判据专题的教学重点与难点为：劳斯表出现全零行时控制系统特征根在s平面分布情况说明。

下课前十分钟左右，利用智慧测验软件再次测试，最终的测验成绩将作为学生本次课中学习成绩。课后作业部分也通过智慧测验软件完成，由于测验密码与时间有关，因此，授课教师可以要求学生在规定的不同时间内多次完成不同的课后作业，给学生合理“增负”。比如学习奈氏判据时，可要求学生课后作业需完成劳斯判据、根轨迹分析法、奈奎斯特曲线三个不同的专题测验，对比学习三种不同的判断控制系统稳定性的方法；另外，同一专题测验可以反复测试作为课后作业，以提高学生的计算能力，最终的测验成绩将作为学生本次课后复习成绩。

在学生平时成绩评定中，笔者降低了平时考勤与纸质作业成绩所占比重，加大了测验成绩所占的比重，进而加大了测验成绩在课程总成绩中的比重，而且随着智慧测验软件功能的日趋完善，纸质作业将逐步取消。由于智慧测验软件自动给出测验成绩与测验反馈结果，从而将授课教师从作业批改中解放出来。另外，在软件的研发过程中，由于需要进一步凝练自动控制原理课程的教学内容，在提高授课教师现代信息技术水平的同时，有效提高了授课教师自身教学水平，而学生在使用软件的过程中，激发了学习兴趣，提高了现代信息技术水平。