馬靜 緱林峰 彭凱

[摘? ? ? ? ? ?要]? 以“雨課堂”為核心構建智能控制理論與工程應用課程的混合式教學，融入“新工科”理念，借助新式信息和網(wǎng)絡技術，通過課前導學、線上自主學習、課堂重點難點講解、線下線上深度討論、過程性多元化考核等方式，將“教師教授為主”的傳統(tǒng)式教學模式向以“學生自主學習為主的”新型教學模式轉變。同時兼顧專業(yè)課理論性強和專業(yè)發(fā)展特點，教師在教學過程中通過線上引導和線下督促，提高學生的學習能力和學習效果。

[關? ? 鍵? ?詞]? 雨課堂;智能控制理論與工程應用;混合式教學;自主學習

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）31-0043-03

一、引言

“雨課堂”是一款基于PowerPoint和微信的教學輔助軟件，將課前預習、實時課堂、課后復習全程教學活動融為一體，使教學過程從單純的課堂教學轉變?yōu)槿轿?、立體的教學活動;同時教師和學生的全程互動及教學過程中的各種情況和數(shù)據(jù)都能夠及時反饋到教師手中，便于教師全面掌握教學過程和效果;將原來不可量化的教學過程和效果通過背后大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗轉換成可以供教師借鑒和吸收的結果。為教師新的教學手段，如MOOC、翻轉課堂等使用提供基礎，促進“教”與“學”的過程更加輕松，更加有效。另外，智能控制理論與工程應用作為控制專業(yè)、研究生專業(yè)課程，具有概念多、理論性強、計算公式多的特點，內(nèi)容抽象，比較難以理解。在以課堂教學為主的教學過程中，由于課堂時間的限制，學生的理解比較困難;所以該課程需要借助以“雨課堂”為核心的現(xiàn)代化教學工具，創(chuàng)新學科和專業(yè)建設理念與實踐，開發(fā)“人工智能控制+新工科”導向的課程，從人工智能基礎和人工智能共性技術層面建設“人工智能+新工科”課程體系，結合多種教學手段和方法共同實現(xiàn)教學目標。

二、課程改革內(nèi)容

（一）教學內(nèi)容改革

智能控制理論與工程應用是自動化專業(yè)的專業(yè)方向選修課，是經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的新發(fā)展。目的是使學生能更深入地了解控制理論的發(fā)展前沿。任務主要是使學生對智能控制的基本原理、發(fā)展現(xiàn)狀、智能控制器的設計方法和應用等有基本的了解。為學生在今后的學習和工作中對智能控制的深入研究和應用打下良好的基礎。

本課程改變原有的單一教學內(nèi)容，依據(jù)“雨課堂”的特點將教學內(nèi)容分為理論教學和實驗教學兩部分。

理論教學主要包括：（1）模糊控制。模糊集合的基本概念，模糊集合及模糊關系的運算，能夠進行精確量與模糊量的相互轉換及精確化計算方法;根據(jù)控制系統(tǒng)要求設計模糊控制系統(tǒng)，包括輸入輸出變量的確定、隸屬度函數(shù)的選取、模糊控制規(guī)則的建立及在工程中的應用等。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡控制。神經(jīng)元網(wǎng)絡模型，掌握BP算法及Hopfield網(wǎng)絡等不同類型的神經(jīng)網(wǎng)絡;掌握基于神經(jīng)網(wǎng)絡的辨識和控制方法以及工程中的實現(xiàn)。（3）模糊神經(jīng)網(wǎng)絡。（4）遺傳算法等智能算法。（5）專家控制系統(tǒng)。

實驗教學主要包括：（1）二維模糊控制器設計和應用。（2）BP神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)設計。（3）非線性神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)辨識器設計。（4）神經(jīng)網(wǎng)絡PID自適應控制器設計。（5）模糊神經(jīng)模型參考自適應控制器設計。

（二）授課形式改革

智能控制理論與工程應用課程的主要教學環(huán)節(jié)包括課前預習、課堂講授及習題課、課外作業(yè)、實驗、機構創(chuàng)新課程設計、考試考查等。這些教學環(huán)節(jié)將借助“雨課堂”實現(xiàn)，采用“課堂教學+在線教學”的混合式教學方式，具體如下。

課前，預習內(nèi)容的推送和學習效果的檢驗。由于“雨課堂”是一款綜合多功能教學軟件，教師可以借助多種資源構成自己的教學內(nèi)容，所以課前預習的內(nèi)容可以包括PPT課件、教師講解聲音、MOOC等教學視頻;教師可以根據(jù)課程特點和個人的教學習慣定制符合自己教學風格和教學節(jié)奏的教學設計。用于課前預習的多素材PPT講義發(fā)送到雨課堂后，可設置預習截止時間，學生可以在規(guī)定時間內(nèi)邊學邊練，同時學生的預習和學習情況可以直接反饋給教師，教師可以根據(jù)預習情況決定課堂教學內(nèi)容和教學方式。

課堂上，教師開啟雨課堂后，學生掃描實時生成的二維碼進入課堂（相當于簽到），授課PPT課件會同時出現(xiàn)在教室投影和學生手機中，既能按正常PPT形式播放，又能讓學生在每頁PPT下選擇“收藏”和“不懂”按鈕，幫助學生收藏難點，同時將不懂的內(nèi)容反饋給教師，教師可以據(jù)此調(diào)整教學內(nèi)容和速度。另外，雨課堂中也有試題發(fā)布功能，能將試題在課堂上發(fā)送給學生，學生在手機上作答，答題情況、答案等會及時通知教師和學生，兩者都能及時獲得學習效果檢測結果。為了增加課程的趣味性，雨課堂中還有彈幕、紅包、分組等功能。

課后，通過雨課堂學生可以看到所有課堂的教學內(nèi)容，復習方便;另外，教師也可以通過雨課堂獲得所有的授課信息，并推送其他復習內(nèi)容，反饋復習結果，便于教師把握教學效果。

所以，課前、課上、課后的雨課堂應用可以實現(xiàn)教師對教學過程的全面掌握，能夠完成課前預習、課堂互動教學、課后復習等工作，并通過量化和分析教學數(shù)據(jù)獲得教學規(guī)律和方法的總結。

三、課程混合式教學改革思路

以“雨課堂”軟件為基礎構建智能控制理論與工程應用課程的多功能、混合式教學資源，進行教學手段、方法和模式的改革，課程混合教學總體框架設計如圖1所示。

智能控制理論與工程應用作為一門理論性較強的課程，需要充分調(diào)動學生學習的積極性，作為學習的主體，學生要能將理論知識與實踐有機結合，掌握實際系統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)設計問題。通過師生互動和多形式的課堂教學，激發(fā)學生的學習熱情。學生要根據(jù)教師布置的任務及推送的相關資料進行自學，并隨時與教師進行交流，完成教師發(fā)布的練習或作業(yè)。

針對智能控制理論與工程應用不同章節(jié)設計不同的教學方法和手段，充分利用“雨課堂”達到教學內(nèi)容和手段的完美結合。如學生通過課前自學應基本掌握智能控制相關概念知識，課堂學習主要是對知識進行深化，學生通過參與教學活動，展示自己的學習程度，對學習中遇到的疑難問題及時向教師反饋，積極參與討論，深化學習。課堂上教師主要講授智能控制中的重點、難點以及課前練習中錯誤率較高的問題（模糊數(shù)學到模糊控制原

理的轉換、神經(jīng)網(wǎng)絡控制的原理等），并結合實例講解、小組討論、學生匯報、答疑等多種形式進行深入探討，通過實時答題、簡單測評等方式掌握和監(jiān)督學生對難點的學習情況。

因此，在智能控制理論與工程應用的混合式教學過程中既強調(diào)學生的“主體”作用，也重視教師的“主導”作用，通過兩者結合實現(xiàn)最佳的教學效果?；旌鲜浇虒W思路如圖2所示（見文末圖）。

以第一章智能控制概論為例大致說明教學過程的設計思路，如下表所示。

四、課程改革后的優(yōu)勢和可能遇到的問題

以“雨課堂”為核心的混合式教學為基礎的智能控制理論與工程應用課程的優(yōu)勢主要在于：

（1）對課程內(nèi)容重新規(guī)劃，不僅是教師自身資源，還有浩瀚的網(wǎng)絡資源，大大擴充了課程容量;理論、實例、實驗的結合，課堂、PPT課件、MOOC視頻等多渠道加深學生對知識的理解和掌握。

（2）傳統(tǒng)課堂中信息的傳遞方向是以單向為主，教師無法及時掌控課堂上的教學效果。雨課堂軟件抓住了學生利用手機微信社交的特點，對學生有相當?shù)奈Α?/p>

（3）雨課堂把課件推送到學生的手機上，方便學生學習和復習相關內(nèi)容。既避免了以前學生在網(wǎng)站下載相關內(nèi)容的繁瑣，也解決了坐在后面的學生可能看不清楚課件的問題。

（4）采用雨課堂授課后，軟件自動生成課堂小結，也可以實現(xiàn)自動點名統(tǒng)計。

（5）在上課時，教師根據(jù)知識點設置試卷，當堂作答，促進學生集中注意力;同時彈幕功能也便于學生和教師及學生之間的互動。

（6）以“雨課堂”為基礎的混合式教學便于教師在課堂調(diào)節(jié)講課進度，以適應不同學生的需求;故對學生類型和人數(shù)沒有過多要求，對小班和大班都可以適用。教學初期可以以小班為試點，逐漸推廣、完善。

當然這種基于新型現(xiàn)代網(wǎng)絡的教學技術在實施過程中由于條件的限制，可能會遇到的主要問題是：

（1）網(wǎng)絡順暢是保證課程順利進行的基礎;教師需做好雙重準備。

（2）學生需要在課下花費很多的時間自己學習，如果多門課都采用這樣的教學方式，學生自我學習壓力比較大;可通過逐步試點，讓教師和學生都逐步找到合適的比例和方法。

五、總結

借助“雨課堂”進行智能控制理論與工程應用課程混合式教學改革，是以研究生的綜合能力培養(yǎng)為目標，全面提高教學質(zhì)量。

（一）以“雨課堂”為基礎，多教學手段和方法相融合

利用“雨課堂”這一智慧教學工具能夠服務課前、課上、課后的每一個環(huán)節(jié)，讓師生連接更加緊密。教師在教學過程中受約束程度降低，可以有更多的時間、精力和條件來更好地組織教學活動，使教與學的過程更為生動、輕松。

（二）充分利用網(wǎng)絡和多媒體環(huán)境，實現(xiàn)課時“立體提升”

課堂上的計算機、投影等多媒體加上在線學習平臺和學習資源等網(wǎng)絡環(huán)境，在保證課堂基本課時量的同時，不分時段和場所地擴充網(wǎng)絡課時量。讓學生根據(jù)自己的能力和興趣不斷學習。既完成教學大綱規(guī)定的教學內(nèi)容，又突破教學大綱對課時量的嚴格限制。

（三）采用適用于“雨課堂”的多種教學模式，形成教學的“雙主”模式

以學生為主體、教師為主導”的“雙主”模式的形成，使學習過程的中心從教師轉移到學生。在這個過程中，教師和學生都要注意自己的角色轉換。

（四）打造全方位的交流環(huán)境，動態(tài)調(diào)整教學資源

混合式教學是傳統(tǒng)教學環(huán)境和網(wǎng)絡在線環(huán)境的高度融合，打造全方位的交流環(huán)境，教師可以根據(jù)不同的客觀條件變化，動態(tài)合理地選擇教學資源和教學方式，優(yōu)化教學過程，提高學習效率，促進學生學習。

參考文獻：

[1]李德毅，馬楠.智能時代新工科：人工智能推動教育改革的實踐[J].高等工程教育研究，2017（5）.

[2]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017（2）：26-35.

編輯 馮永霞