基于Blackboard教學(xué)平臺(tái)的“魯棒控制”課程建設(shè)

張穎

摘要：“魯棒控制”是控制科學(xué)與工程相關(guān)專業(yè)的一門重要的研究生課程。為了適應(yīng)現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)合“魯棒控制”課程特點(diǎn)及Blackboard教學(xué)平臺(tái)的功能，本文基于Bb平臺(tái)，從優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)、建立立體化教學(xué)體系、豐富教學(xué)資源和反饋評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面，對“魯棒控制”課程建設(shè)問題進(jìn)行了積極的探索和實(shí)踐。有效地提高了研究生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，也取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：魯棒控制；Blackboard（Bb）平臺(tái)；教學(xué)資源

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）38-0009-04

魯棒控制理論是控制科學(xué)與工程相關(guān)學(xué)科的主要研究生課程之一，在繼19世紀(jì)40年代提出的經(jīng)典控制、20世紀(jì)50年代提出的現(xiàn)代控制理論之后，被稱為“后現(xiàn)代控制理論”。在過去的20年中，魯棒控制理論一直是國際自控界的研究熱點(diǎn)?！棒敯艨刂啤闭n程的內(nèi)容多、理論性強(qiáng)，加之課程頗為抽象，是教學(xué)工作的一個(gè)難點(diǎn)。授課過程中，在不斷涌現(xiàn)的科學(xué)問題面前，學(xué)生難以保持學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，課上對知識(shí)的理解往往不夠深入，導(dǎo)致后期效果欠佳。因此如何使學(xué)生更快地理解和學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到教書育人的目的，作為高校教師，我們深知控制理論是學(xué)科的重要基礎(chǔ)和核心內(nèi)容，而使學(xué)生能夠?qū)⒄n堂所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，是我們面臨的現(xiàn)實(shí)教學(xué)難題，是值得思考的問題。造成這種結(jié)果的原因主要有以下三個(gè)方面的內(nèi)容：①“魯棒控制”課程比較抽象，它涵蓋的內(nèi)容豐富，需要的基礎(chǔ)知識(shí)面廣，目前的課程結(jié)構(gòu)中各部分內(nèi)容之間缺乏連貫性，較少涉及當(dāng)前最新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，尚未形成一套系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論體系。所謂“興趣是最好的老師”，在整個(gè)課程教學(xué)過程中，都應(yīng)以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣為重要目的之一。②這門課程包含很多控制理論的經(jīng)典概念，如內(nèi)穩(wěn)定性、魯棒性，以及控制方法，包括基于觀測器的控制其設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、H2和H∞控制方法等，而且包含大量復(fù)雜的定理和公式，因此要求學(xué)生的前續(xù)課程涉及到較多數(shù)學(xué)、電子以及控制理論方面的基礎(chǔ)知識(shí)。如果課程講授方式仍采用本科生教學(xué)時(shí)常用的灌輸式，那么長此以往，研究生將漸漸失去對課程的興趣，更談不上營造主動(dòng)學(xué)習(xí)的課堂，使學(xué)生變被動(dòng)為積極和主動(dòng)學(xué)習(xí)。③“魯棒控制”課程具有強(qiáng)理論性。這將直接導(dǎo)致學(xué)生們在學(xué)習(xí)課程過程中不易理解概念，造成研究生學(xué)習(xí)積極性不高、學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確等情況，最終影響教學(xué)效果，學(xué)生本身也會(huì)產(chǎn)生失望情緒。教育信息化的發(fā)展正在帶動(dòng)教育理念的變革，并有效推動(dòng)了教育的實(shí)施。Bb平臺(tái)的發(fā)展，逐步將Internet轉(zhuǎn)換成高效的教育環(huán)境，為教師和學(xué)生帶來了與傳統(tǒng)教育不同的全新數(shù)字化的教學(xué)體驗(yàn)。本文主要是基于目前市場主流的網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)Bb，探索研究“魯棒控制”課程建設(shè)問題，解決課程建設(shè)的具體功能與內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)于教學(xué)的目的。

一、Bb教學(xué)平臺(tái)

Blackboard是一個(gè)由美國Blackboard公司開發(fā)的教學(xué)平臺(tái)。為實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容數(shù)字化，提供一套綜合、完整、優(yōu)化的解決方案。整個(gè)平臺(tái)由教學(xué)管理、門戶社區(qū)和資源管理三個(gè)部分構(gòu)成。老師、同學(xué)可通過互聯(lián)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)交流。Blackboard在線教學(xué)管理系統(tǒng)，正是以課程為中心集成網(wǎng)絡(luò)“教”“學(xué)”的環(huán)境。教師可以在平臺(tái)上開設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程，學(xué)習(xí)者可以自主選擇要學(xué)習(xí)的課程并自主進(jìn)行課程內(nèi)容學(xué)習(xí)?！癇lackboard”成為師生交流溝通的橋梁，主要原因就是其為師生提供了強(qiáng)有力的教、學(xué)的網(wǎng)上虛擬環(huán)境。教師可以利用“Blackboard”和“課堂教學(xué)”進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，開展一系列基于網(wǎng)絡(luò)有助于幫助教學(xué)、解決教學(xué)過程中面臨的問題，以提高課堂教學(xué)質(zhì)量。針對課程，Bb平臺(tái)具有4個(gè)獨(dú)立的模塊，分別為內(nèi)容資源管理、在線交流功能、考核管理功能和系統(tǒng)管理功能模塊。內(nèi)容資源管理：教師能夠便捷地發(fā)布、管理、組織教學(xué)內(nèi)容。在線交流功能：異步和同步的交流協(xié)作工具?？己斯芾砉δ埽鹤詼y、測驗(yàn)、考試、調(diào)查和記分冊。系統(tǒng)管理功能：教務(wù)處老師的管理、統(tǒng)計(jì)功能。登陸平臺(tái)可以有三種身份：系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生。

二、基于Bb平臺(tái)的“魯棒控制”課程建設(shè)

1.整合課程內(nèi)容，優(yōu)化知識(shí)體系?，F(xiàn)有的“魯棒控制”課程知識(shí)體系包含的內(nèi)容豐富，但各部分內(nèi)容自成體系，他們之間的關(guān)聯(lián)性差，缺乏系統(tǒng)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。我們重視知識(shí)結(jié)構(gòu)，鑒于反饋控制是自動(dòng)控制理論的核心，考慮以反饋控制為主線整合、構(gòu)建理論知識(shí)體系，將各部分知識(shí)緊密聯(lián)系起來，形成網(wǎng)絡(luò)化、立體化的框架，從而形成一個(gè)較為完善的理論知識(shí)體系。借助于Bb平臺(tái)整合課程內(nèi)容，共分為三個(gè)層次：基礎(chǔ)層、研究層和應(yīng)用層?；A(chǔ)層提供線性代數(shù)和線性系統(tǒng)理論等基礎(chǔ)理論知識(shí)；研究層完整、深入地闡述LQG/H2、H∞控制問題；應(yīng)用層將所學(xué)到的知識(shí)融會(huì)貫通，利用魯棒控制策略解決工程實(shí)際問題，從而逐漸形成層次化的魯棒控制理論體系。將該課程的三層知識(shí)體系嵌入到Bb教學(xué)平臺(tái)，為研究生提供一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)學(xué)習(xí)與科研創(chuàng)新能力訓(xùn)練的平臺(tái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，可以根據(jù)自己的實(shí)際學(xué)習(xí)進(jìn)度情況，循序漸進(jìn)地自主選擇相應(yīng)的層次。

2.變革課堂教學(xué)，建設(shè)立體化教學(xué)體系。與傳統(tǒng)老師在課堂教、學(xué)生坐在教室學(xué)不同，Bb平臺(tái)可以創(chuàng)設(shè)多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境，包括移動(dòng)學(xué)習(xí)，其價(jià)值在于隨時(shí)隨地、更加高效地學(xué)習(xí)，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的效率和學(xué)習(xí)過程，提倡帶著問題學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自發(fā)、主動(dòng)地提出問題、思考問題，以此激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)更加注重提高學(xué)習(xí)的便捷性，提高碎片時(shí)間學(xué)習(xí)的利用率，以達(dá)到更好的教學(xué)效果?！棒敯艨刂啤闭n程恰當(dāng)、充分地使用Bb教學(xué)平臺(tái)，打造一體化設(shè)計(jì)、多種媒體有機(jī)結(jié)合的“立體化”教學(xué)體系。課程既參考《Essentials of Robust Control》、《Robust and Optimal Control》、《應(yīng)用H∞控制》等經(jīng)典主體紙質(zhì)教材，又輔以最新的電子、網(wǎng)絡(luò)出版物，綜合運(yùn)用課程相關(guān)的配套資料，如教學(xué)大綱、教學(xué)ppt、教學(xué)視頻、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的新近文獻(xiàn)等，通過多種形式使枯燥晦澀的概念和理論具體化，使抽象乏味的知識(shí)趣味化，避免理論與實(shí)踐相脫離而形成“兩張皮”的現(xiàn)象，使得教學(xué)形象易懂，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠積極、主動(dòng)參與，做到自主學(xué)習(xí)，以提升教學(xué)效果。從而為課程教學(xué)和學(xué)習(xí)提供立體化教學(xué)體系，最大限度地滿足教學(xué)需要。課程“立體化”教學(xué)平臺(tái)集網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、數(shù)字資源管理、在線視頻課堂和學(xué)習(xí)社區(qū)等功能于一體，還包括諸多教學(xué)資源，如電子教材、電子教案與電子課件等，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該平臺(tái)以學(xué)生為中心，可定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，如通知板提醒學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)任務(wù)，自行設(shè)置個(gè)人空間、小組空間、課程主頁，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)容模塊和內(nèi)容項(xiàng)目的自由拖拽等。教師可直接在平臺(tái)上進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、教案內(nèi)容修改等。endprint

值得指出的是，系統(tǒng)中電子教案的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)計(jì)思想以及教學(xué)手段的應(yīng)用。另一方面，在虛擬論壇中明確規(guī)定了在線討論的時(shí)間段和評(píng)價(jià)的細(xì)則，有利于避免無效和漫無邊際的討論，提高在線討論的質(zhì)量。學(xué)生互相分享互相評(píng)價(jià)，如果有興趣可以借助于其他通訊軟件進(jìn)一步深入交流。線上和線下活動(dòng)相結(jié)合，有利于學(xué)習(xí)共同體的形成，這在一定程度上解決了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)學(xué)生的孤獨(dú)感。

3.豐富教學(xué)資源，更好地服務(wù)于教學(xué)。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容需要，利用Bb平臺(tái)控制面板中的管理課程菜單來設(shè)置課程導(dǎo)航菜單，如下頁圖2所示。

導(dǎo)航菜單及功能如下：課程簡介：是對“魯棒控制”課程的簡單介紹，使學(xué)生對本課程有個(gè)初步了解；教師簡介：簡單介紹任課教師的情況，讓學(xué)生了解任課教師；課程通知：使學(xué)生進(jìn)入課程后，可以獲取“魯棒控制”課程的最新動(dòng)態(tài)信息，例如上課時(shí)間、地點(diǎn)、教師布置的預(yù)習(xí)內(nèi)容以及測試題目等；課程信息：包括課程的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷和課程教案等，教學(xué)大綱是從宏觀上使學(xué)生對課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及課時(shí)安排及分配等情況有個(gè)初步認(rèn)識(shí)，以便學(xué)生在日常學(xué)習(xí)過程中有的放矢，教學(xué)日歷則具體給出每一節(jié)課要講授的內(nèi)容，便于學(xué)生課前準(zhǔn)備和預(yù)習(xí)，課程教案包含課程的所有內(nèi)容，包括授課教師對“魯棒控制”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)和設(shè)想；課程教材：指課程所選用的經(jīng)典英文教材和重要參考文獻(xiàn)；課程課件：結(jié)合教材和參考資料，形式上以PPT為主；課程作業(yè)：在此發(fā)布課程作業(yè)，學(xué)生完成后上傳至該平臺(tái)，學(xué)生的作業(yè)成績也直接在網(wǎng)上查詢，有助于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)上的不足和缺陷，給予加強(qiáng)和提高；除上述以外，教學(xué)平臺(tái)中還包括助教幫助教師教學(xué)，這一方面減少了教師的工作量，提高了教學(xué)效率，另一方面對于擔(dān)任助教的高年級(jí)同學(xué)來說也是一種學(xué)習(xí)和鍛煉。同時(shí)還應(yīng)有線下的面對面交流和討論。因此這些豐富的教學(xué)資源是利于提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果的，能夠吸引學(xué)生參與學(xué)習(xí)、幫助學(xué)生改善學(xué)習(xí)、留住學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)。

4.重視反饋評(píng)價(jià)，提高教學(xué)質(zhì)量。Bb教學(xué)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的后臺(tái)監(jiān)控和實(shí)時(shí)反饋功能，利用Bb平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)功能對各部分教學(xué)資源的訪問量做追蹤，教師可查看資源總體的使用情況，鼓勵(lì)學(xué)生積極組織課外學(xué)習(xí)小組，互相交流進(jìn)步。大力支持課堂內(nèi)外的協(xié)作學(xué)習(xí)，可提供各種管理和共享有價(jià)值的學(xué)習(xí)資源。而且便于教師及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，便于進(jìn)行調(diào)整教學(xué)策略和因材施教，如教師可以對即將進(jìn)行的教學(xué)內(nèi)容、方法策略、教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，形成反饋環(huán)。另一方面，也可以通過統(tǒng)計(jì)功能掌握學(xué)生在線學(xué)習(xí)的情況，發(fā)揮平臺(tái)優(yōu)勢，可客觀全面評(píng)價(jià)教學(xué)過程，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。

三、Bb平臺(tái)應(yīng)用效果

基于Bb平臺(tái)的“魯棒控制”課程經(jīng)過一段時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐，師生認(rèn)可度較高，授課效果良好。具體來說，主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：

1.方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)。Bb平臺(tái)將電子文檔、圖文影像等網(wǎng)絡(luò)資源有序配置，延伸了傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空，平臺(tái)注重教學(xué)和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的記錄、收集、統(tǒng)計(jì)和分析，將對學(xué)生的測評(píng)整合到日常教學(xué)和學(xué)習(xí)中，依據(jù)學(xué)生的能力發(fā)展水平作出評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生收集學(xué)習(xí)進(jìn)步與否的數(shù)據(jù)，反思學(xué)習(xí)過程。另一方面，學(xué)生直接參與到課程建設(shè)工作中，教學(xué)相長，有利于提高教與學(xué)的質(zhì)量和效率。

2.輔助教師教學(xué)。強(qiáng)化教師備課效果、提高教學(xué)活動(dòng)效率、提升學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的有效性。提供更加直觀的課程管理和資源管理，靈活的作業(yè)批閱方式可縮短批閱作業(yè)的時(shí)間，提供更加便捷的試題管理方法，有效增強(qiáng)交互功能。

四、結(jié)論

采用Bb平臺(tái)進(jìn)行“魯棒控制”課程的教學(xué)，是一次創(chuàng)新型教學(xué)思路和方式的嘗試。在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，側(cè)重于以學(xué)生為主體，促進(jìn)學(xué)生自身發(fā)展，便于因材施教，教師可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)計(jì)、制作適合各個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、路徑及內(nèi)容。提供小組學(xué)習(xí)空間以及豐富的協(xié)作學(xué)習(xí)工具，在共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中，促進(jìn)學(xué)習(xí)者之間進(jìn)行交流學(xué)習(xí)。除此以外，可使學(xué)生即時(shí)了解最新學(xué)習(xí)內(nèi)容、參與學(xué)習(xí)互動(dòng)、反饋學(xué)習(xí)心得，真正實(shí)現(xiàn)不受時(shí)空限制的學(xué)習(xí)。

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