自动控制原理的在线教学研究

（江苏大学电气信息工程学院 江苏·镇江 212013）

这个特殊时期，在教育领域，已迫使全球大部分学校关停。作为最早实施相应措施的国家，为确保教学活动的有序进行，教育部已发布了关于特殊时期做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见，明确指出特殊时期高等学校需要延期开学，并提出了“停课不停教、停课不停学”的要求。如何在特殊情况下，保证线上教学质量、教学目标实现，已成为高校教师在教学活动中需解决的核心问题。而另方面，在经历相关在线教学过程后，教师在线教学已有必要基础，但仍需要从不同角度总结过程中在线教学的相关经验，分析相关问题，思考在人工智能时代如何在信息技术的引导下较好实现线上线下混合式教学。为此文章将以自动控制原理教学为例，对在线课程教学存在的问题进行分析，并探讨教学实践中的教学方法，教学设计、教学过程、教学反思评价等的实现；此外通过利用慕课、腾讯课堂、腾讯会议、雨课堂等网络平台进行实现，形成课前-课中-课后的在线模式。经过相应教学实践，发现多种教学平台的应用，能够更好的实现教学目标，并有效的激发了学生对于课程的学习兴趣。为此希望，通过分享在自动控制理论在线教学中采用的“相关教学思路，为高校在线教学提供参考。

1 在线教学课程情况分析

在线教学迫使教学活动工程中相应的教学顺序、教学时间、教学主体、教学时间等需要重新设计思考，其基于互联网进行对有关知识的传授，并需要必要的信息技术手段。区别传统的线下教学模式，其打破了时间和空间的物理界限，并导致一系列新的教学问题，如师生交流，实验如何实施，考试评价如何进行等。

自动控制原理课程包括基础理论教学与相应的实验部分，在在线教学过程堂中，可通过课前将理论知识的文件资料如视频分享到相应的qq群/微信群，提供给学生预习，并布置学习任务，在课中可将课程根据知识点分解成多个部分进行教学，然后根据学生情况进行相关交流讨论指导，课后课通过作业、案例等促进学生进行知识的巩固与提高。但过程中其教学出现了一些在线教学共有的问题，并出现其自身特点带来的缺陷。

自动控制原理是自动化、电气等本科的专业必修课程，其先修课程为高等数学、复变函数、电路基础等，其研究的问题带有一般性，对工程实践具有重要的指导意义。其基础原理部分高度理论化数学化，因此是一门难度较大的课程。而另一方面其作为工程实践的指导理论之一，需要必要的实践，但疫情下，传统的方式显然无法进行，因此如何将理论实践结合是自动控制原理课程线上教学的难点之一。

江苏大学属于一本院校，学生基础相对较好。但在线下教学过程中，由于缺少监督工具，依然很难引导学生进行必要预习活动；课堂上通过集体提问虽然可以获得一些反馈，单依然无法获得每个学生的完整学情；而课后多数学生几乎不与学生交流，作业流于形式，因此课程教学效果一般。

在当前疫情下，在线教学引入了新的传统教学没有问题，如学生没有学习氛围、线上教学相对单调、每日高达6-8小时线上无法集中注意力等、教师方面缺乏信息技术知识、缺乏在线教学的经验等。因而如何利用利用线上资源和合适的教学平台的，培养符合要求的工科人才，成为自控原理教学的重要挑战和改革机遇。

2 自控原理在线教学方案及实现

为了更好的服务于在线教学，自控原理理论教学过程中可将其分解成多个模块进行。其可包含为：控制对象数学模型、系统的分析、系统的综合校正等。而不同模块可分解成多个子模块或子问题，如分析部分有动态性能分析和静态性能分析，方法有时域方法、根轨迹方法和频域方法等。这些分解的目的在于为每一次课前-课中-课后更好的提出解决的问题，建立知识框架，而其中问题的提出也有助与实际和科研建立联系，比如问题每一部分都可以查找相关文献，以建立学生的解决问题的意识和相应的学习兴趣。

在以上基础上，结合工程认证的需要，需要在整个自动控制原理的教学过程中引入案例的教学。针对各个部分提出其具体案例，并要求尽量能够切合学生的生活经验，既能有高大上的科技前沿，也可有生活中的柴米油盐。如讲解控制系统概念时可以是电冰箱的温度控制系统，建模时用单级倒立摆作为案例，此外汽车减震系统可以等效为弹簧-质量-阻尼器的位移系统，直流电机可等效为振荡环节进行动态静态分析，并进行设计等。

总体而言，在结合信息技术与课程的特点，在具体教学实施中采取多种方法并举，努力从过往吸收经验，并利用信息技术的优点，结合平台特点，对自控原理的线上教学模式进行相应的设计。总体而言线上教学方案将基于“便捷、稳定、监督”的原则进行设计，一方面，为了较好的与学生及时沟通以及并使教学视频、ppt等能够有效展现，课程选择采用腾讯会议的方式进行课堂直播；另一方面，为了实现教学过程的有效分析和实现，同时采用了线上课堂设计的“腾讯课堂”教学平台，保证了学生能够有效的跟上教学的各个环节，并有助于分析各个环节的实现效果的分析和反馈。

通过自动控制原理线上教学实践，如何吸引学生兴趣，促进学生的主动学习，需要在课前-课中-课后都必须做好合理的准备，根据课程特点进行合理的教学设计，并进行相应的监督评价。线上教学实施概况如下：

2.1 课前准备方面

课前准备方面主要包括：教学资料和视频的选择、教学平台选择、教学内容设计和进度调控、学生分组、教学预案选择等各个方面。

教学资料与视频：课前根据教学内容分解问题，搜寻相关资料，如mooc的相关教学视频，相关论文等，同时制作教学ppt课件，针对难点可提前制作相关小视频丰富后面的课堂内容。此外建立适应的题库作为课前预习，课上习题推送，课后复习。相应的资料可通过平台，qq群等进行推送。

教学平台：基于腾讯课堂和腾讯会议的优点，选择了“腾讯课堂+腾讯会议”作为主要的教学平台，结合腾讯套餐的相关特点和功能，基于教学模块和问题为导向调整线上教学进度，谋求合适的教学电子教案和教学设计，力图建立一种相互交流的类似学术研讨的线上课程学习模式。

教学内容设计和进度调控：根据腾讯课堂反馈学情数据，分析学生学习情况，结合各个教学模块难易程度及时调整教学进度。如在欠阻尼振荡环节，学生对于其动态性能的理解困难，直播中需要通过采取图像化及通过合适的案例来形象化其内在含义。

学生分组：由于学业采取小班级教学，本学期共24人，通常分为2个学习小组以进行问题讨论，适当时根据内容特点鼓励分工合作，进行课后讨论。

教学预案：考虑到网络稳定性问题，为了确保教学活动进行，教学同时将钉钉作为备用平台。

2.2 课堂教学直播

在线教学其特点是打破了时间空间的局限，其颠覆了传统的教学流程，可谓教学课堂带来更为丰富的内容。而其中核心在于如何从传统教师为中心转化为学生的学为中心是重要的关注点，也是教学设计中的一难点。为此在教学实施中我们采取了如下方式来进行相应的实现。

首先利用平台对学生的预习情况进行分析，了解学生的薄弱部分，总结其中的共性问题和难点问题，进行适当方案调整。在线教学给与了学生极大自由，如随意出入会议、随意关开摄像头等，使得学生注意力容易受到干扰，教师无法了解学生在线情况，控制教学现场。因而教学设计必须内容精短，趣味性强等。为此通常需要将传统教学90分钟分成两到三个部分。通过适当休息来提高学生注意力。此外，由于教学中，互动是重要组成部分，其有利于引导学生参与到学习中来，提高学习的主动性，激发其兴趣和创新能力。因此教学过程中需要根据知识点特点来进行随机点名，学生连麦，提醒学生通过用实时提问等多种方式来进行互动交流。适当情况下可以学生分组讨论的方式来进行适当讨论分析。另一方面，在线课堂测试有助于了解学生课堂的掌握情况，在自控原理教学中可通过实时推送习题，根据学生答题情况，来调整互动交流的情况，这也是大数据时代在线教学的一大优势。最后教学过程中作业是重要组成部分，其有助于学生的复习和自主学习。因此可根据预习和课堂情况，通过平台布置相关作业，可以习题、问题探讨等各种不同的形式内容。

2.3 课后工作

课后工作可包含以下几个方面线上答疑、作业批改、教学反思等几方面。线上答疑方面可根据学生问题可利用不同平台进行交流，形式丰富多样。其较与传统不受时间空间限制。作业批改方面可利用平台的数据，检查学生的学习情况，并及时批改作业来获得学情情况。通过前期的教学活动，利用平台资源有效的进行教学反思。由于教学内容不同，学生学习情况不同，课堂效果完全不一样。为此需要进行分析比较每次课堂的优缺点，为今后的授课总结经验，提高教学质量。

2.4 实验教学实施

由于学生无法进入实验室，导致传统实验无法实施，但作为一门理论与实践结合密切的课程，如何有效的实施实验成为难点。为此需要改变传统的实验方式。而信息时代为实验提供了相应的解决方案。如利用网络资源，参照慕课所倡导的开放式教学，利用虚拟实验平台作为课堂实验的有效补充，如利用武汉大学的网络化远程控制平台LCSLab进行相关的实验，如PID控制等。此外还可以借助MATLAB等来进行模拟仿真实验来达到实验目的。

3 结语

以“腾讯课堂+腾讯会议”作为主要在线平台，以直播授课为基础，进行混合式教学新模式在自动控制原理教学中取得一定成绩。其为今后开展混合式教学改革打下一定基础，对以学生为中心的新型教学思路提供了一条可执行性的路线。而另外一方面，在在线教学过程中也出现了一些传统教学没有的新问题，期待解决，因此仍需不断探索新的教学方法，改进教学思路，以适应不断变化的现实世界。