?基于學習通的控制系統計算機輔助設計在線課程建設與實踐

劉瓔瑛 騰秀梅 屈鵬程 丁永前 吳金桂

摘? 要 利用學習通平臺構建移動網絡在線課程，試圖改變控制系統計算機輔助課程課時少、教學模式陳舊等不足，為學生構造一個便捷式學習環境。通過一學期的實踐表明，在線課程可以提高課程的教學質量和效率，并且能夠激發學生的學習興趣，培養學生自主學習的能力。

關鍵詞 學習通;MOOC;SPOC;在線課程;控制系統計算機輔助設計;移動學習;混合式教學

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）21-0032-04

1 引言

近幾年來，MOOC、SPOC等新型在線開放課程和學習平臺迅速興起，拓展了教學時空，增強了教學吸引力，激發了學生的學習積極性和自主性，促進了信息技術和教育教學的深度融合，擴大了優質教育資源受益面，給高等學校教育教學改革發展帶來新的機遇和挑戰[1-2]，也引發了教學內容、方法、模式和管理體制機制的變革。

2 MOOC與SPOC的發展特點

MOOC（慕課）自2008年出現以來，受到教育界的廣泛關注，各種課程的MOOC層出不窮。因為具有“大規模”“開放”“在線課程”等特點，MOOC訪問量巨大，在課程設計、開放平臺和增值服務等方面取得很大進展。但從實踐層面來看，MOOC還面臨制作成本、商業模式、教與學方式、浸潤式學習體驗、高輟學率和學習管理等各方面的挑戰[3-5]。雖然MOOC具有傳統教學無法比擬的優勢，但它不能抹殺面對面課堂教學的獨特價值。只有將MOOC學習和課堂教學二者的優勢結合起來，相互補充、互相促進，MOOC才能獲得更為長久的生命力。

SPOC（Small Private Online Course）概念的提出是在2013年，由加州大學伯克利分校MOOC Lab的課程主任Armando Fox[6]（阿曼多·福克斯）教授首次提出。SPOC課程只對“小規模”滿足準入條件的申請者完全開放課程（而對旁聽者僅限于部分開放），故具有一定的私密性。SPOC課程學生人數一般在數十人到數百人之間，主要面向在校學生。SPOC將優質MOOCs資源與課堂面對面教學有機結合起來，借以翻轉課堂教學、變革教學結構、提高教學質量。沒有MOOC這么大的規模，SPOC可以充分發揮教師引導、督學的作用，有助于提升學生學習參與度、互動性及完課率。因此，SPOC就等于MOOC+課堂教學[7]。

SPOC更適合于高校針對在校學生開展在線課程建設。無線網絡的快速發展，移動設備及移動技術的快速普及，校園圖書館和網絡機房的免費使用，這些都為SPOC的課程建設提供了良好的外部環境。高校學生幾乎都擁有智能手機、平板電腦這些可以實現移動學習的設備，也掌握熟練的操作能力，具備很強的自學能力，這些都為基于SPOC的課程建設提供了很大的發展前景[8-9]。

3 控制系統計算機輔助設計課程現狀

控制系統計算機輔助設計課程是高等學校工科類本科生高年級專業選修課，課程內容主要包含計算機輔助設計概述、MATLAB語言程序設計基礎、控制系統模型與轉換、線性控制系統的計算機輔助設計和Simulink系統仿真及應用等，是一門實踐性很強的課程。課程內容涉及自動控制類學科，幫助學生在控制類學科理論基礎上，通過計算機輔助設計和仿真進行理解和學習。目前，課程教學還是以教師講授和演示為主，教師講授完知識要點和操作要點以后，讓學生通過上機操作根據布置的實驗任務進行練習，并在旁邊輔助指導。這種教學方式存在以下幾個主要問題。

1）教師在講臺上演示，學生在下面觀看或在機房跟著操作，這種方式效率不高。同時，部分學生注意力不集中，會跟不上教師的進度。

2）教師在課堂上的操作演示以講解為主，容易忽視學生的接受能力，只能照顧中間部分學生的學習進度，接受能力強的感覺進度太慢，接受能力弱的感覺講得太快。

3）在教師講解過程中，有學生會因為進度不匹配或內容枯燥等原因而不愿意聽課，自己在下面玩游戲或看手機，教師沒有足夠時間和精力在課堂上監控學生的學習。

這些問題的解決可以通過基于在線課程的混合式教學模式改革得以實現。通過移動在線課程建設，把知識點模塊化、視頻化、網絡化，采用線上和課堂混合式教學方式，讓學生可以反復、自主在線學習，讓教師有更多的時間對學習進行個性化輔導[10-12]。

控制系統計算機輔助設計課程在南京農業大學是針對自動化大三學生開設的專業選修課，是自動控制原理的一門輔助課程，目前選課人數在100多人。南京農業大學校園的網絡化建設已經非常完善，無線網絡實現了校園內無死角覆蓋，學生可以通過手機、電腦隨時隨地上網;學校圖書館為學生提供免費的圖書資源，超星圖書的電子書籍也可以免費下載;學校機房已經實現網絡化遠程監控，學生借助校園實驗管理系統里可以自主預約上機。這些軟、硬件條件都為教師進行移動網絡在線課程建設提供了有力保障。

4 基于學習通的課程平臺建設與實踐

控制系統計算機輔助設計課程資源建設? 學習通是超星公司的在線課程建設平臺，可以借助超星圖書館強大的資源為學生提供更多的學習內容。其功能模塊如圖1所示。

在學習通平臺，可以在“目錄”下進行章節的創建，將課程內容在章節內細化成一個個知識點;針對知識點可以插入自己錄制的視頻，視頻時長比較短，便于學生自學，如圖2所示。還可以在章節里插入任務點，設置時效，讓學生在規定時間內完成，如圖3所示。本課程根據教學大綱和學時安排，共創建七個章節，每章根據知識點以二級或三級小標題進行創建。

在“資料”模塊里進行教學大綱、教案、PPT等資料的上傳，還可以在超星圖書館檢索相關教輔資料（書籍、論文等）進行上傳。學生可以隨時隨地通過這個平臺進入課程，進行在線閱覽或下載這些資料。資料可以在電腦端上傳，手機端查看，見圖4、圖5。

“統計”模塊里面可以進行學生學習狀況的統計，對學生訪問量、任務完成情況、作業測試情況和成績等進行統計。

“通知”和“討論”模塊可以更好地和學生互動，尤其是內向、不愿意與教師面對面交流的學生，可以讓教師更便捷、高效地掌握學生的學習情況，對落后的學生進行個別輔導和督促。如本課程通知列表，每個通知都有閱讀人數統計，教師在通知里可以把沒有閱讀的學生名單顯示出來，還可以將表格導出，便于后面的督學。

控制系統計算機輔助設計課程教學設計與實施

1）教學目標。本課程的知識目標分兩塊：MATLAB語言程序設計的基本思想、方法和概念;控制理論基礎知識。能力目標：能夠綜合應用MATLAB進行設計、分析、仿真控制系統的實際問題，能結合項目需要，利用MATLAB語言實現控制系統的設計與仿真，培養理論聯系實際及分析問題、解決問題的能力。

2）教學方法。采用課堂教學與線上自學混合教學法：有了在線課程資源，通過課前的預習任務，教師更好地了解學生的薄弱點，課堂教學以討論或答疑的形式，不妨礙學生獨立思考，又有效地組織好教學過程，引導學生主動探究，啟發學生對自己的學習情況進行評價。課后根據學生的接受程度，在學習通課程里進行知識拓展，學生進入在線課程查閱教師準備好的資料，并且完成相應的測試題。教師通過課程平臺對學生的學習情況進行監督、評價，完成作業在線批閱，解答學生疑惑。課程實踐性強，在實際教學中上機操作占一半學時。

上機實驗內容分驗證型、設計型和創新型三種，每次上機實驗前在平臺發布實驗預習任務，幫助學生在有限學時內高效地運用MATLAB知識去仿真控制系統模型。在平臺中進行創新型實驗項目創設，實驗題目通過篩選合適的科研項目和生產實際項目來確定，學生自由組合，采用小組合作或協作探索式學習，在平臺的討論區進行創新型實驗的學習交流，最大限度激發學習興趣，發揮主體作用。

3）課程考核。課程考核最終成績由平時成績（占40%）+期末成績（占60%）構成。基于學習通的學生成績計入平時成績，本課程的平時成績由七次簽到、八次實驗和兩次隨堂測試構成。課堂考勤、實驗預習、報告提交、隨堂測試等都是通過學習通平臺，數據后臺以表格形式導出，方便教師統計管理。評價方式不再局限教師對學生的評價，借助平臺實現學生自我評價和學生間相互評價。

4）教學效果。通過兩幅統計圖來說明教學效果，這兩幅統計圖分別是11月份和12月份學生的學習頁面訪問次數曲線圖，由學習通“統計”功能模塊導出。

本門課程是后半學期集中授課，從10月30日第一次授課開始，每周兩次開課。自11月3日第二次授課結束，在線課程的訪問量開始急速上升;11月份每周的訪問次數除了第一次高峰以后，基本都在500～700次之間，選課人數114人，平均每人每周4～6次。

12月份，學生養成利用在線課程進行學習的習慣，隨著任務次數和作業次數增加，訪問量出現穩定性、周期性的變化。每周學生的訪問次數都在800次左右，平均每人每周7～8次。學生訪問次數增加，說明學習課程的時間增加，不管是在任務驅動下，還是個人興趣下進行學習，學習投入的時間增加了。課前課后的在線學習提高了課堂效率，使學生學習主動性增強，課堂互動效果更好。

5 總結與反思

在線課程的建設需要幾個學期的實踐和完善，本門課程剛剛開始建課，目前教師和學生可以通過手機端和電腦端進入課程。通過一個學期的教學實踐，學生的反映普遍很好，對本課程的教學評價也很高，但混合式教學實踐中還存在一些問題和困難。

1）校園網絡和移動資費的限制對學生利用手機平臺進行在線學習具有一定影響，尤其對家庭困難的學生;授課人數眾多時，利用平臺進行課堂考勤、測試、點名提問等操作會發生網絡擁堵，實時性不好。

2）課程的基本框架已經搭建好，但很多細節，如視頻的處理、題庫的建設、討論題目的設定和課程的發布等，都要按照相應的技術規范去一遍遍打磨，目前有些還需要進一步完善。

3）學生的學習主動性和學習能力差異較大，部分學生完成課前課后的學習任務仍有困難，如何體現任務和作業的差異化，使不同程度的學生都能保持穩定的學習興趣，是今后研究的重點。

4）移動課程平臺的功能很強大，教師還需要學習專業知識以外的新技能，與不同院校的同事多學習、交流，去挖掘更多的功能，才能更好地翻轉課堂。

相信隨著移動學習平臺功能的不斷提升，混合式教學模式的不斷實踐，教師間經驗的不斷交流，以上問題都會得到解決。

參考文獻

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作者：劉瓔瑛，南京農業大學工學院，副教授，博士，研究方向為農產品無損檢測;騰秀梅、吳金桂，南京農業大學工學院;

屈鵬程，南京農業大學工學院，研究方向為圖像處理及模式識別;丁永前，南京農業大學工學院，副教授，研究方向為農業信息化與自動化（210031）。