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【在线教学案例集锦】自动化学院


《现代控制理论》在线教学案例

作者:

时间:2020-07-01

阅读次数:

来源:

单位

自动化学院

课程

现代控制理论

负责人

杜一君

一、教学内容、体系的调整与“课程思政”方法的融入

20186月教育部召开了新时代中国高等教学本科教育工作会议,陈宝生部长在会议上提出了要把水课转变为有深度,有难度、有挑战度的金课,切实提高课程教学质量。九州彩票官网登录也积极响应教育部号召,组织教师参加“学科教学育人与课程思政”专题网络培训和九州彩票官网登录第三期高校教师教学能力提升与“金课”建设专题网络培训(参见图1和图2)。为我校教师学习名校名师的教学经验,更好的开展“课程思政”和“金课”提供了理论指导和实战经验分享。

                       

1“课程思政”网络培训                  2“金课”网络培训

自动化学院鼓励各课程组教师积极申报“金课”和“课程思政”,鼓励教师丰富教学内容,改进教学模式,将正确的人生观、价值观、世界观融入到课堂教学中,增强学生家国情怀。同时,培养学生探索学习,发现问题,解决问题的自主学习能力。改变课堂一味灌输理论知识,把政治教育工作寄托在政治课上,忽略专业课程价值观和学习能力培养的现状。

2020年春天,因为新型冠状肺炎疫情的影响,国家教育部倡议学校延期开学,鼓励教师利用网络平台开展在线教学,解决“开学不返校,停课不停学”问题。学校响应教育部号召,积极调研和部署线上教学工作。2月初,自动化学院各个课程组积极着手准备线上教学工作。《现代控制理论》课程以往主要采用线下教学方式,我们课程组成员对线上教学还不甚了解。在假期期间,课程组老师为了熟悉在线教学软件使用,积极参加MOOC和超星举办的关于在线教学的专题讲座(参见图3和图4)。非常感谢学校为我们提供了学习平台,以及学校负责人、MOOC和超星的技术人员不厌其烦的解答,使我们尽快的掌握在线教学软件的使用(参见图5和图6)。

                 

3超星在线教学使用专题讲座              4 慕课堂在线教学使用专题讲座

                 

5南工程一平三端服务群                6 南工程MOOC课程建设交流群

很多门课程已经建立了线上“金课”,即精品慕课(参见图7)。在疫情期间,线上“金课”发挥了重要作用,教师可以充分利用已有线上教学资源,结合所选教材和学生特点进行调整,保质保量的完成教学工作。

     

7《现代控制理论》MOOC线上资源

二、教学方式的调整和辅助教育技术的使用

结合自动化学院学生特点,为使学生能透彻的学习本校所选课程教材,课程组通过讨论决定,《现代控制理论》课程组教师共同完成课程视频,采用提前发布课程视频和在线答疑辅导相结合的授课方式,并鼓励学生课下充分利用线上“金课”(爱课程:1001959005,现代控制理论基础,西北工业大学,郭建国)自主学习。

1、课前教学准备工作

《现代控制理论》课程总共32课时,自主学习16课时。这学期由杜一君,汤玉东和李永进三位老师为自动化学院学生开设该门课程。1)录制:根据教材内容,三位老师分别负责部分章节教学视频录制,具体安排如下:第一章线性控制系统的状态空间描述和第二章线性控制系统的状态空间分析,这两部分教学内容由杜老师负责录制;第三章线性控制系统的能控性和能观性,这部分教学内容由汤老师负责录制;第五章状态反馈和状态观测器,这部分教学内容由李老师负责录制。2)建课:在学习通里建立《现代控制理论》课程,输入课程和教师基本信息,导入学生名单,按照教学任务分配各班级的主要负责教师(参见图8)。3)完善课程资源:上传教学视频、电子书、PPT讲义、试题的资料(参见图9)。

     

8 班级分配管理

           

9 《现代控制理论》学习通自建课部分信息

2、课程基本信息

1)课程简介

《现代控制理论基础》课程是《自动控制原理》的后续课程,是高等学校面向自动化、机械工程、电气工程等专业本科生开设的一门专业基础课,是分析和设计自动控制系统性能的基本理论课程。

2)课程目标和主要内容

通过本课程的教学,使学生掌握现代控制理论的基本内容,重在培养学生扎实的理论基础和控制系统的设计能力。本课程目标主要考虑如下两个方面:1掌握如何根据系统物理机制建立状态空间表达式的具体方法,培养学生对电路、机械等实际控制系统的建模能力;掌握不同数学模型相互转换的方法,培养学生对数学模型求解和分析的能力。2掌握如何运用状态空间方法对状态反馈器及状态观测器设计等复杂工程问题进行分析,确定设计目标,提出解决方案,初步具备用现代控制理论知识对系统进行分析和设计的能力。课程目标和主要内容如图10所示。

           

10 课程目标和主要内容

3、教学组织与方法

1)本课程采用录制教学视频(登录学习通教学资源观看,图9所示)与QQ群课堂相结合的方式进行课堂教学。每节课具体安排如下:1)教师通过QQ群课堂对上节课所学内容进行复习和总结;2)根据学习通统计情况,有重点的在线讲解上节课发布的测试题,使同学对所学内容及时掌握(参见图113)学生再学习观看本节课教学视频,如有不懂之处,可随时提问,QQ语音或文字解答(参见图12)。

             

11 每节课发布的测试题及回答情况

           

12 在线解答学生问题

2)通过学习通发布每节思考题与测试题(参见图11,以及教学视频中布置课后习题。学生围绕本课程的讲授重点自主复习和预习,同时要求学生自主学习相关课程内容的MATLAB编程,提高学生的自学能力,使理论更适合于实际应用(参见图13,图14

   

13 同学作业和自主学习MATLAB编程验证

     

14 针对教学提出的“发散”讨论问题

3)根据授课内容、学生实际情况,选择典型的实际控制系统,从实际案例出发,抽象出数学模型,分析研究其运动规律,让学生主动参加实践训练,通过对实际案例的学习与训练,让学生真正达到做中学(参见图15)。

     

15 从实际案例出发,抽象出数学模型

4、学习情况检查

通过学习通相关功能查看每位学生教学视频学习情况(参见图16,随堂练习测试情况(参见图11,讨论话题参与情况(参见图14等,并及时督促学生完成相应任务,督促方式采用QQ群课堂点名形式和每周发布通知形式,提醒大家学习进度(参见图17

     

16 查看教学视频学习情况及未完成学生

                 

17 发布每周学习内容及上周任务完成情况

5、教学反馈与改进

由于课题组成员在线教学经验不足,我们会随时向学生询问教学情况,并根据学生提出的意见及时调整教学方法。同时,授课过程中注意教学内容和思政教育的有机融合,通过启发互动、图文并茂、形象生动的引导学生对控制理论这门课程的认识和思考,通过逻辑严谨、设计合理的教学过程使学生潜移默化的掌握理论知识的同时,树立正确的价值观、人生观、世界观。

     

18 第一次上课学生反映的情况

根据第一次上课部分学生反映的情况(参见图18),由于在线教学经验不足,根据教学视频的时长开始布置测试和讨论题,忽略了同学们记笔记的时间以及学生之间理解能力的差异,使部分学生感觉设置回答时长不够等问题,及时调整教学方案,放宽测试和讨论时长,确保每个人都有充足的时间完成学习任务。

6、学生线上学习展示

19是自动化174班蒋浩然同学在线学习《现代控制理论》的笔记展示。

               

19 学生学习笔记展示

三、学校的保障机制和激励措施

1)鼓励教师参加MOOC和超星举办的关于在线教学的专题讲座(参见图3和图4)。

2)建立“南工程一平三端服务群”和“南工程MOOC校园云平台课程建设交流群”。为了使本校教师尽快掌握在线教学软件,学校负责人、MOOC和超星的技术人员不厌其烦的解答各位老师遇到的问题,一直工作到凌晨两点(参见图5和图6)。

3)学校和自动化学院发布了一系列在线教学指导文件及在线学习资源,为老师开展教学工作提供了丰富的资源和指导(参见图20)。

     

20 在线教育部分相关文件

4)学院在开学前统计教学实施方案及相关信息(参见图21)。

     

21 开学前在线教学信息统计

5)为了保证教学质量,自动化学院设立督导组,负责每位教师的教学工作,进入教学班级随时听课与指导,监督教学效果(参见图22)。

       

22 自动化学院督导组工作安排

四、具体使用情况和数据统计

开课信息、使用专业、学习人数等

1)开课信息

课程代码:0806403049

课程名称:现代控制理论

英文名称:Modern   Control Theory  

     分:2     时:32

讲课学时:32       实验学时:0       上机学时:0    课外自主学时:16

适用对象:自动化专业、机器人工程专业、智能制造工程专业

2)课程班级信息

专业基础课:自动化171班,41人;自动化172班,43人;自动化173班,46人;自动化174班,42人;

选修课:机器人工程专业,50人(第五周开课);数控专业和G自动化,80人(第三周开课);

总共:302名学生。

通过学习通中《现代控制理论》课程统计功能,教师能及时掌握学生学习情况(参见图23

     

23 该课程学习通信息统计

五、实际教学效果及师生反馈

课程组的每位教师都在不断的完善在线教学方法,认真听取学生意见并及时进行调整。我们在教学第4周的时候以讨论的形式对在线教学进行了学生意见反馈收集,到目前为止参与人数为61人,就同学们的反馈总结如下:

优点:(1)教学视频资料可以根据自己的进度和学习能力进行学习;

2)教学视频可以进行保存,随时学习和反复学习,加深印象;

3)重复看时可以倍速看,查漏补缺;

4)知识点的整合度高于课本;

5)咨询老师较为方便。

不足:(1)线上教学离开教室和同学,导致学生缺乏积极性和主动性;

2)课堂互动不够,学习通讨论往往是自己完成,课堂上讨论更能激发学习欲望;

3)虽然在线答疑,但是效果不如面对面直接交流好;

4)有部分同学在听学习视频时抓不住重点。

通过同学们的反馈(参见图24),《现代控制理论》在线课程还需要进一步改进和完善。我们要做到以下改进:1)在讲解课程重点和难点时,在语气上加重,语速放缓以及反复强调;2)课程内容中应多设置些问题,引导和启发学生思考,提高学生学习兴趣和求知欲;3)在QQ群课堂上,欢迎同学发言,大家相互讨论。4)解决同学疑问时,尽量做到及时以及在线语音解答,使老师和学生更好的进行沟通。

     

24 部分学生反馈信息

六、经验结论及后续工作思路

疫情防控期间促进了《现代控制理论》的线上教学,收到了良好的教学效果,该模式可以推广到今后的教学中,开展翻转课堂。学生们课下通过观看教学视频自主学习教学内容;课上老师讲解重难点问题,组织小组讨论,习题作答与讲解;作业可以分享提交,相互评价等方式完成。形成自主、合作、研究的教学模式,增强学生发现和解决问题能力,以及自主学习能力。

七、其他意见

疫情期间,每一位工作者都坚守着自己的岗位,为祖国尽一份自己的力量。国家为抗击疫情调动全部力量,医护人员不顾自身安危奔赴重灾区。在灾难面前,我们更感觉到了祖国的伟大,人民的团结。

作为教师,我们要把这种大爱和奉献精神融入教学中,增强学生家国情怀,找到人生榜样,树立远大理想。将思政教育潜移默化的融入专业课的教学过程中,使学生欣然接受,增加学生对祖国的热爱,培养学生独立思考问题和解决问题的能力。