應(yīng)用型高校自動(dòng)化類專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)研究

葛繼偉

（南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225009）

自動(dòng)化類專業(yè)是以自動(dòng)控制為基礎(chǔ)，涵蓋了高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、自控原理、微機(jī)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)、電機(jī)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、編程技術(shù)等現(xiàn)代高校理工科課程中既有高深理論又有動(dòng)手實(shí)踐、既有硬件又有軟件的多領(lǐng)域全方面教學(xué)內(nèi)容。在筆者所工作的高校自動(dòng)化類專業(yè)包含了自動(dòng)化及電氣工程及其自動(dòng)化兩個(gè)具體專業(yè)[1]。前者更偏向自動(dòng)控制，而后者更偏向電力系統(tǒng)。自動(dòng)化類專業(yè)因其廣而雜固然有較好的就業(yè)面，但也帶來(lái)學(xué)習(xí)遷移難度大等缺點(diǎn)，學(xué)生難以舉一反三，部分課程甚至屬于老大難問(wèn)題，素以教者棘手，學(xué)者掛科率高而聞名。

不幸的是，2020年一場(chǎng)突如其來(lái)的危機(jī)打斷了正常的線下課堂教育，迫使包括筆者在內(nèi)的教育工作者與學(xué)生不得不進(jìn)行一場(chǎng)前無(wú)古人的教育實(shí)驗(yàn)——以網(wǎng)絡(luò)教育代替線下課堂教育。通過(guò)活生生的教學(xué)實(shí)踐，教育工作者獲得了僅僅通過(guò)理論研究所不能獲得的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并將其升華為一般性的教育理論。該文基于網(wǎng)絡(luò)教育的實(shí)踐，針對(duì)應(yīng)用型高校這一背景，提出了若干意見(jiàn)，并通過(guò)實(shí)踐過(guò)程獲得了令人滿意的效果。

1 應(yīng)用型高校自動(dòng)化類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)體系

應(yīng)用型高等院校培養(yǎng)的學(xué)生被認(rèn)為應(yīng)該是具有一定理論知識(shí)的應(yīng)用型人才。應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)不同于理論型人才培養(yǎng)目標(biāo)，以為國(guó)家與社會(huì)培養(yǎng)一大批合格的工程技術(shù)人員為教學(xué)方向，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展添磚加瓦，為我國(guó)企業(yè)發(fā)展壯大、進(jìn)軍國(guó)際頂尖地位提供生力軍。因此，應(yīng)用型高校應(yīng)基于應(yīng)用型人才教育這一基本背景，發(fā)揚(yáng)“工匠精神”，以提升實(shí)踐能力、充實(shí)應(yīng)用技能為主要的教學(xué)目標(biāo)，探索新型應(yīng)用型電氣工程師的人才培養(yǎng)模式，建構(gòu)起基于應(yīng)用型學(xué)院現(xiàn)實(shí)的獨(dú)具特色的教育教學(xué)模式，在打好學(xué)生基本功的前提下，教會(huì)學(xué)生具有更強(qiáng)的綜合技能運(yùn)用和實(shí)踐創(chuàng)新能力[2]。

鑒于應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)以培養(yǎng)具有相應(yīng)技能的電氣工程師為方向，其第一步便是培養(yǎng)學(xué)生具備扎實(shí)的職業(yè)基礎(chǔ)，教學(xué)體系也應(yīng)以此為首要目標(biāo)。所謂扎實(shí)的職業(yè)基礎(chǔ)不僅指理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，還應(yīng)具備自動(dòng)化類專業(yè)領(lǐng)域思維層次與表達(dá)能力的提升，學(xué)生應(yīng)不僅熟悉在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，還應(yīng)能夠?qū)⒁粋€(gè)應(yīng)用型人才所需的思維方式和習(xí)慣深深地嵌入于大腦之中，并且能通過(guò)實(shí)踐與語(yǔ)言將其有效地表達(dá)出來(lái)。因此教育工作者在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中應(yīng)以所在高校的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，借鑒國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀應(yīng)用型高校的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，貼近信息化與人工智能大發(fā)展的時(shí)代背景，注重包括網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在內(nèi)的多種形式，打造獨(dú)具特色的應(yīng)用型高校教學(xué)模式，著力培養(yǎng)提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)思維能力、終身技能學(xué)習(xí)能力、人際溝通與理論知識(shí)表述能力。

2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與弊端

2.1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是指基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以電子計(jì)算機(jī)，智能手機(jī)和平板電腦等電子設(shè)備作為教學(xué)工具，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒介將知識(shí)傳遞給學(xué)生。在知識(shí)傳遞過(guò)程中突破了線下接觸的限制，理論上可在地理上極其遙遠(yuǎn)兩地傳遞知識(shí)[3]。所傳遞的知識(shí)也可突破板書(shū)或幻燈片投影的限制，可以在極近距離內(nèi)以聲光電的形式呈現(xiàn)于學(xué)生眼前[4]。

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)更加便捷

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有便捷性，學(xué)生可不受學(xué)校圍墻甚至國(guó)界的影響來(lái)學(xué)習(xí)課程。學(xué)生也無(wú)須親自前往教室聆聽(tīng)教師講課，而是可以在家中或是在宿舍完成課堂學(xué)習(xí)且即使身體不適也可進(jìn)行。教育工作者可將自己的教學(xué)視頻或是名師的教學(xué)錄像推介給學(xué)生，方便學(xué)生在課后對(duì)其疏忽的知識(shí)點(diǎn)加以鞏固。通過(guò)使用諸如QQ、騰訊會(huì)議、電子郵件、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)工具，教師可以與學(xué)生進(jìn)行更密切地接觸與互動(dòng)。學(xué)生之間也可以在教師指導(dǎo)下進(jìn)行課堂討論，增加了彼此間的了解與默契。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)更具表現(xiàn)力

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)因?yàn)槭褂秒娮釉O(shè)備與相關(guān)軟件進(jìn)行授課，在教育工作者具備一定的能力與資源的前提下，可以實(shí)現(xiàn)比線下授課更好的課堂表現(xiàn)力。所謂課堂表現(xiàn)力是指在授課過(guò)程中通過(guò)教師的課堂表現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，確保知識(shí)準(zhǔn)確傳遞，達(dá)到預(yù)定教學(xué)目的的過(guò)程。在網(wǎng)絡(luò)授課過(guò)程中，教育工作者可突破線下課堂的限制，通過(guò)諸如仿真軟件、Matlab控件等手段與學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，使得理論知識(shí)不再枯燥與割裂，而是與應(yīng)用知識(shí)相結(jié)合，提升了課堂表現(xiàn)力，也符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的宗旨。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)教育可引入豐富的在線資源

在當(dāng)今日新月異的互聯(lián)網(wǎng)世界，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源已經(jīng)并不罕見(jiàn)。諸如美國(guó)的哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院在內(nèi)的許多世界名校均已將其本科教學(xué)內(nèi)容加以錄制并公之于世，供各國(guó)師生加以學(xué)習(xí)研究。在目前的互聯(lián)網(wǎng)上，甚至已經(jīng)有專門(mén)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)如中國(guó)大學(xué)MOOC（慕課）、愛(ài)課程網(wǎng)等對(duì)高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源加以收集并展示。教育工作者亦可自行制作教學(xué)視頻并發(fā)布于上述網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)上。因此，如何最大化地利用互聯(lián)網(wǎng)豐富的教學(xué)資源并將其有機(jī)嵌入于教育工作者自身的教學(xué)實(shí)踐，是每一個(gè)教育工作者都應(yīng)該思考的方向

2.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的弊端

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在帶來(lái)極大的便利的同時(shí)，也存在著與生俱來(lái)的弊端。然而在其發(fā)展過(guò)程中，由于因客觀原因缺乏過(guò)渡周期及對(duì)新生事物缺乏了解，現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)教學(xué)因此或多或少會(huì)縮小其優(yōu)勢(shì)放大其弊端，因此，教育工作者應(yīng)感知其弊端并在教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中盡可能地減少其不利影響[5]。

2.2.1 課堂安排有待創(chuàng)新

網(wǎng)絡(luò)教育區(qū)別于線下教育或許有多個(gè)方面，但課堂安排的區(qū)別無(wú)疑是最顯著的區(qū)別。如何精心安排課堂時(shí)間一直是最需要考慮的方面。在線下教育中，目前已經(jīng)有了比較成熟、行之有效的課堂時(shí)間管理結(jié)構(gòu)即一般情況下一節(jié)課45 min中，前5～10 min用于復(fù)習(xí)回顧與新課導(dǎo)入，中間20～30 min用于課堂內(nèi)容講解，最后10 min用于課堂反饋與總結(jié)。在師生互動(dòng)關(guān)系上，一般是教育工作者在講臺(tái)上講演而學(xué)生在課下聽(tīng)的知識(shí)單向傳播模式，不利于學(xué)生主動(dòng)性的發(fā)揮。

2.2.2 考核機(jī)制亟待探索

基于應(yīng)用型高校的生源素質(zhì)，在網(wǎng)絡(luò)教育過(guò)程中必須時(shí)刻注意考核機(jī)制的運(yùn)用情況。在大多數(shù)高校，考核機(jī)制可分為理論課程平時(shí)考核、實(shí)踐課程考核以及期中期末考核3部分，在線下教育中三者目前也有了切實(shí)可行、成熟有效的考核方法，可有效杜絕逃課、作弊等情況。

然而，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)教育考核機(jī)制如何保證具有與線下封閉的全日制高等教育同樣的效力，學(xué)生在平時(shí)上課的投入程度很難把控，因?yàn)閷W(xué)生極易在上課時(shí)頂不住誘惑在電腦上打開(kāi)后臺(tái)程序做自己的事情，甚至于出現(xiàn)掛機(jī)等情況。平時(shí)的線下作業(yè)無(wú)須動(dòng)筆書(shū)寫(xiě)僅需要會(huì)復(fù)制粘貼便可完成。在期末考試時(shí)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)顯然更難以保證學(xué)生的誠(chéng)信程度。以上種種情形均說(shuō)明，構(gòu)建一套完善的網(wǎng)絡(luò)教育考核機(jī)制仍是當(dāng)代教育工作者需要思考與回應(yīng)的問(wèn)題。

3 自動(dòng)化類專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實(shí)施策略

3.1 完善網(wǎng)絡(luò)教育的課堂結(jié)構(gòu)安排

網(wǎng)絡(luò)教育的課堂結(jié)構(gòu)針對(duì)線下教育的弊端，結(jié)合自身特點(diǎn)，自然應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，有所舍取。第一，在時(shí)間安排上，大部分高校的情況（包括筆者所在的高校）是依然遵循線下教育的模式即兩節(jié)課共90 min外加5 min課間休息時(shí)間共計(jì)95 min。因此合理安排時(shí)間顯得尤為重要。在此可將自動(dòng)化類課程大致分為理論型課程與應(yīng)用型課程兩種類型，前者偏向于數(shù)學(xué)計(jì)算與公式推導(dǎo)，對(duì)學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)要求高，包括自動(dòng)控制原理和現(xiàn)代控制理論等；后者則偏向于某一特定具體實(shí)物進(jìn)行教學(xué)，多數(shù)可利用仿真軟件進(jìn)行模擬仿真，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求較高，包括計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與DSP技術(shù)與應(yīng)用等。兩類課程有不同的時(shí)間安排：理論型課程可安排為開(kāi)始5 min導(dǎo)入，之后20 min講解一知識(shí)點(diǎn)，再之后5 min用于布置課堂練習(xí)，時(shí)間一到便停止作答，將作答情況記入平時(shí)成績(jī)，最后在下一節(jié)課開(kāi)始時(shí)講解課堂練習(xí)。如此往復(fù)循環(huán)，95 min的時(shí)間便可分為學(xué)生注意力所能集中的三部分，避免了傳統(tǒng)線下教育學(xué)生注意力在一節(jié)課開(kāi)始30 min以后注意力難以集中的缺陷；應(yīng)用型課程因考慮到仿真軟件與實(shí)物視頻教學(xué)的應(yīng)用而需要留有更多的時(shí)間冗余，因此時(shí)間安排也要有相應(yīng)的調(diào)整即95 min可分為5 min導(dǎo)入+45 min理論知識(shí)+45 min仿真軟件應(yīng)用，意即更接近于傳統(tǒng)的線下教育模式。

3.2 完善網(wǎng)絡(luò)教育的課堂考核機(jī)制

線上教育具有容易匿名難以監(jiān)督的特點(diǎn)。考慮到應(yīng)用型高校的生源素質(zhì)，在平時(shí)教學(xué)時(shí)可考慮將學(xué)生依據(jù)學(xué)生學(xué)號(hào)的奇偶性分為兩組，分別布置不同的題目，從而達(dá)到考核學(xué)生的課堂聽(tīng)課情況，以杜絕作弊。學(xué)生的課后作業(yè)應(yīng)強(qiáng)調(diào)手寫(xiě)完成，拍照或是掃描上傳，至少應(yīng)杜絕上交作業(yè)時(shí)將他人作業(yè)簡(jiǎn)單粗暴的復(fù)制粘貼。期末考核時(shí)應(yīng)要求學(xué)生手寫(xiě)作答，在其座位前方安置攝像頭并在考試時(shí)錄像并上傳，教師可通過(guò)騰訊會(huì)議等軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生動(dòng)態(tài)，對(duì)于少數(shù)重點(diǎn)對(duì)象可要求其設(shè)置一前一后雙攝像頭，以便能夠比較徹底地杜絕作弊情形，維持網(wǎng)絡(luò)教育期末考核時(shí)所需要的紀(jì)律。

3.3 網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)注意互動(dòng)性

網(wǎng)絡(luò)教育雖然沒(méi)有線下教育的人與人面對(duì)面接觸的親切感和真實(shí)感，但卻能夠最大限度地利用當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步來(lái)營(yíng)造師生互動(dòng)的情境。例如，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)普遍具有發(fā)送彈幕的功能，教育工作者在教學(xué)授課過(guò)程中，可不時(shí)地開(kāi)啟彈幕，注意學(xué)生匿名反饋的信息，即使有些寫(xiě)的并不恰當(dāng)也應(yīng)以表?yè)P(yáng)為主，避免打擊學(xué)生積極性，通過(guò)師生互動(dòng)可以事半功倍地收獲1+1>2的效果。

3.4 創(chuàng)新打造教學(xué)工具

在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中，教育工作者還需注意教學(xué)工具的創(chuàng)新。筆者在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，一定程度上運(yùn)用到了以下若干教學(xué)工具的創(chuàng)新。第一，在理論型課程教學(xué)過(guò)程中，公式推導(dǎo)顯然占據(jù)到了及其重要的比重。傳統(tǒng)的公式推導(dǎo)過(guò)程一般通過(guò)課堂上的大黑板一步一步完成，具有簡(jiǎn)單可靠，一目了然的優(yōu)勢(shì)。然而在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中，公式推導(dǎo)過(guò)程往往依托PPT翻頁(yè)一步到位式地給出，推導(dǎo)過(guò)程只要稍微復(fù)雜，學(xué)生很容易一頭霧水，不知所云并進(jìn)而難以跟上課程進(jìn)度，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。解決方法可分為3種：（1）為PPT加入動(dòng)畫(huà)效果。（2）運(yùn)用手寫(xiě)輸入板一步步輸入手寫(xiě)信息。目前市面可在淘寶網(wǎng)等電商平臺(tái)上較為容易地買到多種手寫(xiě)輸入板。（3）運(yùn)用小黑板，通過(guò)攝像頭拍攝的方法寫(xiě)出公式推導(dǎo)過(guò)程。筆者所采用的便是這一方法，圖1筆者于小黑板上推導(dǎo)公式。

圖1 運(yùn)用小黑板進(jìn)行公式推導(dǎo)

第二，在自動(dòng)化類學(xué)科網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，如果能夠熟練使用Matlab控件顯然將會(huì)是大有成效的。運(yùn)用Matlab控件具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）強(qiáng)化學(xué)生參與感。傳統(tǒng)教學(xué)方式，無(wú)論是板書(shū)還是PPT，均存在學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏主體性的問(wèn)題。而由學(xué)生親自使用計(jì)算機(jī)運(yùn)用Matlab控件將會(huì)避免這一問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)親自使用Matlab控件調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，將使其能夠直觀感受到自動(dòng)控制原理這門(mén)課程的魅力，獲得了探索感與滿足感，避免了單調(diào)乏味。比如，在自動(dòng)控制原理中的二階系統(tǒng)響應(yīng)的教學(xué)過(guò)程中，在Matlab控件中通過(guò)對(duì)阻尼比的調(diào)節(jié)，借由直觀的響應(yīng)曲線圖像演示，學(xué)生能夠一眼看出其對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。此時(shí)教育工作者應(yīng)不失時(shí)機(jī)地穿插相應(yīng)理論知識(shí)的講解，便可以有效加深學(xué)生的理解。（2）部分動(dòng)手能力強(qiáng)、好奇心重的學(xué)生會(huì)試圖打開(kāi)控件源文件，了解背后的代碼，甚至在教育工作者鼓勵(lì)與支持下加以改進(jìn)。如此，便可獲得讓教育者所期望的教育遷移的效果，使得自動(dòng)控制原理與編程知識(shí)相結(jié)合，收到更好的效果。

第三，創(chuàng)新教學(xué)工具還包括演示模式的創(chuàng)新。傳統(tǒng)教學(xué)演示工具一般使用PowerPoint（PPT）進(jìn)行。而目前已出現(xiàn)了多種新興的演示工具諸如Focusky和Prezi等。Focusky是一款國(guó)人開(kāi)發(fā)的免費(fèi)、高效的演示軟件，它具有操作方便，易用性好，可挖掘性強(qiáng)，可利用無(wú)限縮放/旋轉(zhuǎn)/移動(dòng)的切頁(yè)方式，使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)變得生動(dòng)有趣，并且效果專業(yè)。Prezi則是一種通過(guò)縮放/快捷動(dòng)作使演示更為高效的軟件。它以跳躍性的方式從一個(gè)頁(yè)面轉(zhuǎn)向另一個(gè)頁(yè)面，極富視覺(jué)沖擊力。較之于PPT，以上兩款軟件均具有更好的視覺(jué)效果表現(xiàn)力和更加豐富的功能，在教育工作者網(wǎng)絡(luò)授課過(guò)程中應(yīng)注意加以使用[6]。

第四，在備課階段，為適應(yīng)智能手機(jī)所帶來(lái)的當(dāng)代生活智能化，學(xué)生注意力愈加難以集中的趨勢(shì)，可引入在微博中常用的長(zhǎng)圖片形式對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)點(diǎn)加以總結(jié)并于課后發(fā)放給學(xué)生。這樣可以方便學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容加以回顧，充分利用碎片化時(shí)間達(dá)到高效復(fù)習(xí)的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前特殊時(shí)期，不論教育工作者的主觀意愿與客觀條件，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已經(jīng)成為唯一一種可行的教學(xué)手段，因此亟須教育界全體人士進(jìn)行廣泛而又專門(mén)的研究。在當(dāng)前教育部關(guān)于教學(xué)改革的綱要中，已明確提出了杜絕水課，打造金課的目標(biāo)。自動(dòng)化類專業(yè)課程多抽象艱深、理解不易的特征，極其容易陷入教育工作者在講臺(tái)上空講，學(xué)生卻無(wú)人聽(tīng)課的水課經(jīng)典狀態(tài)。該文針對(duì)特殊時(shí)期自動(dòng)化類專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教育所應(yīng)注意的問(wèn)題，提出了四方面的改進(jìn)方法，從而響應(yīng)教育部號(hào)召，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)高校的教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)國(guó)家下一代應(yīng)用型人才而服務(wù)。