自動(dòng)控制理論立體化教材建設(shè)與實(shí)踐

段學(xué)超　千博　過(guò)潤(rùn)秋

【摘 要】在傳統(tǒng)印刷版教材的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建立在線課程網(wǎng)站和微信公眾號(hào)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)為補(bǔ)充的自動(dòng)控制理論立體化教材系統(tǒng)。針對(duì)自動(dòng)控制理論數(shù)理基礎(chǔ)要求高、課程系統(tǒng)龐大、概念眾多的特點(diǎn)，發(fā)揮立體化教材各層面的優(yōu)勢(shì)，有效解決了學(xué)生對(duì)課前預(yù)習(xí)、課堂使用、知識(shí)點(diǎn)鞏固、拓展訓(xùn)練以及課后學(xué)習(xí)互動(dòng)的多方面需求。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)控制理論 立體化教材 在線課程網(wǎng)站 微信公眾號(hào) 移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)

一、引言

從社會(huì)發(fā)展的歷程來(lái)看，自動(dòng)化是人類文明和社會(huì)進(jìn)步的重要標(biāo)志，自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)依靠自動(dòng)控制理論作為指導(dǎo)[1-2]。自動(dòng)控制理論因而成為控制科學(xué)與工程、機(jī)械工程等相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論課程，它涵蓋了反饋控制系統(tǒng)的基本原理、普遍規(guī)律和通用方法[2-3]。該課程的特點(diǎn)是知識(shí)體系龐大、概念眾多、學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)，因此，建設(shè)行之有效的教材對(duì)達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)具有重要的實(shí)用價(jià)值。

高等學(xué)校的教材既是教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，又是科學(xué)著作，同時(shí)也是開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的基本工具。傳統(tǒng)的印刷版教材課程內(nèi)容完備、知識(shí)表達(dá)精確，是教和學(xué)一門課程必不可少的工具。然而，隨著時(shí)代的進(jìn)步，青年一代的認(rèn)知方式正在逐漸發(fā)生變化，僅靠傳統(tǒng)的印刷教材并不能有效地使他們接受課程知識(shí)，必須結(jié)合當(dāng)今的新興技術(shù)，通過(guò)提供多種教學(xué)資源，最大限度地滿足教師教學(xué)需要和學(xué)生學(xué)習(xí)需要，滿足教育市場(chǎng)需求，提高教學(xué)、學(xué)習(xí)質(zhì)量，促進(jìn)教學(xué)改革。為教師提供教學(xué)參考資料，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)資料，圍繞“教師教學(xué)”和“學(xué)生學(xué)習(xí)”兩個(gè)中心進(jìn)行立體化教材建設(shè)，才能保證自動(dòng)控制理論知識(shí)的成功傳授，培養(yǎng)合格的自動(dòng)化人才。

本文將闡述適應(yīng)新形勢(shì)，構(gòu)建內(nèi)容豐富、互動(dòng)性強(qiáng)的自動(dòng)控制理論立體化教材，主要包括傳統(tǒng)的印刷版國(guó)家規(guī)劃級(jí)優(yōu)質(zhì)教材、在線課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站和基于微信公眾號(hào)的實(shí)時(shí)互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，為教師提供教學(xué)參考資料，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)資料，圍繞“教師教學(xué)”和“學(xué)生學(xué)習(xí)”兩個(gè)中心進(jìn)行立體化教材建設(shè)。

二、印刷版國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《自動(dòng)控制理論》

筆者編寫(xiě)的國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《自動(dòng)控制理論》（第3版）已于2014年12月獲西安電子科技大學(xué)教材建設(shè)重點(diǎn)立項(xiàng)，并入選“十二五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。教育部在關(guān)于印發(fā)《第二批“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材書(shū)目的通知》（教高函[2014]8號(hào)）文件中指出：已入選的“十二五”規(guī)劃教材，應(yīng)根據(jù)學(xué)科、行業(yè)的發(fā)展繼續(xù)修訂完善，與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)補(bǔ)充反映最新知識(shí)、技術(shù)和成果的內(nèi)容。修訂后的教材可沿用“十二五”規(guī)劃教材標(biāo)志。

根據(jù)這一精神，對(duì)紙質(zhì)印刷版國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《自動(dòng)控制理論》（第3版）及配套的《“自動(dòng)控制理論”（第3版）學(xué)習(xí)指導(dǎo)及習(xí)題集》的編寫(xiě)進(jìn)行研究，依據(jù)高等院?！白詣?dòng)控制理論”課程的教學(xué)要求，力求面向電子信息類、自動(dòng)化類、電氣類等專業(yè)編寫(xiě)，重點(diǎn)突出，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、學(xué)科專業(yè)建設(shè)和教育教學(xué)改革不斷修訂完善，錘煉精品，既體現(xiàn)學(xué)科行業(yè)新知識(shí)、新技術(shù)，反映人才培養(yǎng)模式和教學(xué)改革最新趨勢(shì)，又要能夠滿足各類高等學(xué)校多樣化人才培養(yǎng)需求，力求特色鮮明。

三、在線課程網(wǎng)站建設(shè)

在線課程網(wǎng)站是國(guó)家教育部正在大力推行的一種課程載體，其內(nèi)容可以和印刷版教材媲美但又不能互相替代。筆者對(duì)自動(dòng)控制理論課程網(wǎng)站進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃和逐步完善，不但公布課程大綱、授課日歷，還將電子課件、重點(diǎn)章節(jié)授課錄像上傳，更有豐富的作業(yè)習(xí)題、重點(diǎn)知識(shí)答疑互動(dòng)、課程學(xué)習(xí)論壇。

目前，已經(jīng)上傳了重點(diǎn)章節(jié)的教學(xué)錄像，其他內(nèi)容也正在逐步整理上傳中。學(xué)生可以將課堂上沒(méi)有聽(tīng)明白而課本上比較抽象難以理解的知識(shí)點(diǎn)，在課程網(wǎng)站上找到相應(yīng)錄像反復(fù)收看，以配合印刷版教材的使用從而達(dá)到較好的教學(xué)目的。

四、基于微信公眾號(hào)的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)

基于微信公眾號(hào)的自動(dòng)控制理論課程移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)畢竟僅是課堂教學(xué)的補(bǔ)充，因此不可能將所有課程內(nèi)容融匯于此。應(yīng)針對(duì)微信公眾平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)，有的放矢地進(jìn)行內(nèi)容布局設(shè)計(jì)，以期通過(guò)此輔助手段提高教學(xué)的靈活性、互動(dòng)性。

學(xué)生關(guān)注該課程微信公眾號(hào)后，可以通過(guò)點(diǎn)擊菜單、回復(fù)關(guān)鍵詞、投票的方式向教師進(jìn)行信息輸入，教師則通過(guò)菜單回復(fù)、關(guān)鍵詞回復(fù)和圖文消息推送的方式進(jìn)行知識(shí)的傳播，另外可以將投票結(jié)果進(jìn)行匯總，以便了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況、需要講解的習(xí)題等重要信息。分別進(jìn)行詳細(xì)介紹如下：

（一）自定義菜單

在微信公眾平臺(tái)下，教師可創(chuàng)建最多3個(gè)一級(jí)菜單，每個(gè)一級(jí)菜單下可創(chuàng)建最多5個(gè)二級(jí)菜單。結(jié)合自動(dòng)控制理論的課程需求，建立了“課程學(xué)習(xí)”“作業(yè)互動(dòng)”“知識(shí)拓展”三個(gè)一級(jí)菜單。學(xué)生點(diǎn)擊這三個(gè)一級(jí)菜單后，系統(tǒng)會(huì)彈出更加詳細(xì)的二級(jí)菜單。

在“課程學(xué)習(xí)”下，又有“教學(xué)日歷”“學(xué)習(xí)目錄”“課程在線”和“常見(jiàn)問(wèn)題”等四個(gè)二級(jí)子菜單，再分別點(diǎn)擊這些二級(jí)子菜單，系統(tǒng)就會(huì)推送出相關(guān)的圖文消息。比如教學(xué)日歷就是教堂教學(xué)的日期和相關(guān)章節(jié)標(biāo)題內(nèi)容；學(xué)習(xí)目錄則是微信公眾平臺(tái)下的可以回復(fù)的關(guān)鍵詞目錄；課程在線是指對(duì)應(yīng)于本課程的精品資源共享課網(wǎng)站的簡(jiǎn)介和網(wǎng)址鏈接；常見(jiàn)問(wèn)題則結(jié)合筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)列出了若干概念性問(wèn)題，例如為什么控制系統(tǒng)不采用正反饋，順序控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)嗎等，有助于學(xué)生在課堂之外的場(chǎng)所有效利用零碎時(shí)間進(jìn)行知識(shí)的補(bǔ)充、辨析。

在“作業(yè)互動(dòng)”下，又有“作業(yè)說(shuō)明”“作業(yè)布置”“作業(yè)投票”等四個(gè)二級(jí)子菜單，對(duì)作業(yè)的撰寫(xiě)規(guī)范、交作業(yè)的時(shí)間進(jìn)行了說(shuō)明，作業(yè)布置則給出近期要上交的作業(yè)習(xí)題編號(hào)，作業(yè)投票則是每次作業(yè)批閱發(fā)給學(xué)生后，由學(xué)生針對(duì)自己作業(yè)情況投票選出期望在課堂上講解的習(xí)題編號(hào)，待全班同學(xué)投票結(jié)束后，教師可以根據(jù)匯總數(shù)據(jù)并結(jié)合作業(yè)批閱情況選擇性對(duì)某些習(xí)題進(jìn)行重點(diǎn)講評(píng)。

“知識(shí)拓展”則主要提供課程理論知識(shí)之外，又有相關(guān)性的延伸知識(shí)點(diǎn)，例如智能控制、魯棒控制、自抗擾控制簡(jiǎn)介等圖文資源。

（二）關(guān)鍵詞回復(fù)

關(guān)鍵詞回復(fù)是針對(duì)性解答學(xué)生不懂的概念和知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生在點(diǎn)擊了二級(jí)菜單“學(xué)習(xí)目錄”后，將獲取如下的回復(fù)：

請(qǐng)根據(jù)你的學(xué)習(xí)期望回復(fù)下列關(guān)鍵詞：

自控概述；模型；時(shí)域；頻域；根軌跡；采樣；非線性；校正；PID；狀態(tài)空間；能控性；能觀性；穩(wěn)定性；狀態(tài)反饋控制；極點(diǎn)配置；愛(ài)可曼公式；動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

學(xué)生回復(fù)了相應(yīng)關(guān)鍵詞后，系統(tǒng)會(huì)推送出相應(yīng)的圖文消息或者文字消息，對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述。需要指出的是，該課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的關(guān)鍵詞并不限于上面這些，還有更多是在推送出的消息中進(jìn)行提示的。例如在介紹模型的圖文消息中，又會(huì)提醒學(xué)生輸入“拉普拉斯變換”“傳遞函數(shù)”等新的關(guān)鍵詞。這種嵌套模式，使得系統(tǒng)形式簡(jiǎn)潔，但內(nèi)容豐富。

（三）圖文推送

按照微信公眾平臺(tái)的技術(shù)要求，每天可以從公眾平臺(tái)向所有關(guān)注用戶推送一條圖文消息，因此，作為課堂預(yù)習(xí)，要在上課前一天通過(guò)圖文消息推送和課堂知識(shí)有關(guān)的素材及預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，以便學(xué)生能夠有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，更好地接受課堂知識(shí)。

（四）投票互動(dòng)

本移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)就是增強(qiáng)師生之間的互動(dòng)性，這已在前面“自定義菜單”部分進(jìn)行了介紹，投票互動(dòng)主要是針對(duì)作業(yè)系統(tǒng)講評(píng)進(jìn)行，調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)薄弱環(huán)節(jié)和需要講評(píng)的習(xí)題。需要指出的是，教師每次評(píng)閱完作業(yè)后，應(yīng)該登錄微信平臺(tái)對(duì)投票內(nèi)容進(jìn)行更改。

五、結(jié)論

科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展不斷更新著人們的生活和學(xué)習(xí)方式，如何利用新技術(shù)和新型認(rèn)知方式有效解決當(dāng)今大學(xué)生的教育教學(xué)是高等教育工作者長(zhǎng)期面臨的一個(gè)問(wèn)題。本文以國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材為核心，順應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入大學(xué)課堂的潮流，構(gòu)建以在線課程網(wǎng)站、微信公眾號(hào)為輔助工具的三位一體立體化教材，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制理論的生動(dòng)、互動(dòng)、靈動(dòng)性教學(xué)，為教師提供教學(xué)參考資料，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)資料，圍繞“教師教學(xué)”和“學(xué)生學(xué)習(xí)”兩個(gè)中心進(jìn)行立體化教材建設(shè)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳麒，王詩(shī)宓.自動(dòng)控制原理（第二版）[M].北京： 清華大學(xué)出版社，2006.

[2]Katsuhiko Ogata. 現(xiàn)代控制工程[M].盧伯英，于海勛譯. 北京：電子工業(yè)出版社，2000.

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