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摘要:在《控制工程基礎》課程教學中，為了提高學生的自主學習和實踐創新能力，本文提出以項目驅動為主線，利用超星泛雅網上教學平臺建設“異步SPOC”課程資源。結合工程項目實例，利用MATLAB及LabView軟件實現項目驅動式教學，具體包括學生自主學習式、教師引導學習式、翻轉課堂討論式等多種舉措相結合。此教學方法充分發揮了學生在教學活動中的主體作用。研究表明該教學方法可以激發學生學習主觀能動性，進一步提高學生工程實踐能力和團隊協作能力。

關鍵詞:控制工程基礎；項目驅動；異步SPOC；翻轉課堂

1引言

“控制工程基礎”是機器人工程專業的一門基礎必修課，要求掌握自動化應用技術的理論基礎，強調理論分析結合工程實際[1]。本課程涉及的知識面較廣、概念抽象、公式多且復雜[2]。傳統的教學活動以課堂講授為主，與實際應用脫節，課程知識點難度大，學生學習興趣不高。教師在授課過程中，如何簡化理論推導，化抽象為形象，調動學生積極性，培養學生的自主學習能力和創新實踐能力已成為亟待探索與研究的課題。基于問題學習，將項目驅動法應用于本課程的教學，引入學習通和超星泛雅在線教學平臺，建設異步SPOC課程資源。學生線上自主學習，線下集中講解疑難知識點和項目的實現，采用團隊式和翻轉式相結合的教學方式，不但能使學生易于掌握控制工程基礎的基本知識和技能，而且可以提高學生的工程實踐能力、團隊協作能力和職業技能[3-4]。

2貫穿式項目教學法

2.1項目驅動式教學法意義。項目驅動式教學法將知識點分解融合到項目中，在指導學生完成項目的過程中，學生掌握相關理論知識點并提高實踐技能。該教學法為以學生為中心，能有效提高學生學習自主性、解決問題的能力，充分挖掘學生潛能[5]，有利于培養學生的團隊精神、創新思維和實踐能力。控制工程基礎課程具有知識點多涉及面廣、數學公式和定理推導復雜等特點[6]，學生在學習時不易把握全局和各部分內容之間的關聯，理論和實際聯系困難。建立一套以項目驅動為主線，實踐帶動理論、理論指導實踐的教學方案，有助于提高學生理解和應用理論知識。結合理論教學內容和項目實施過程，將課程內容分成系統數學模型的建立、系統性能的分析和系統性能的校正三大模塊。在每個教學模塊中，循序漸進地強化基本理論知識。2.2貫穿式項目教學的設計2.2.1教學內容的設計。廣東工業大學為應用型本科院校，注重提高學生的實踐能力和職業技能。根據教學目標設計課程內容，教學過程重視系統物理意義的理解，淡化數學公式的推導。如控制系統的時域性能指標的計算公式，推導過程復雜且費時費力，教學中可不進行推導演算，直接得出結論。此外，還可借助MATLAB仿真軟件，搭建控制系統的數學模型，直接從仿真結果圖上讀出系統的時域及頻域性能指標。對于內容陳舊且工程實際中較少使用的知識點從教學內容中刪除，如第四章控制系統的根軌跡分析法，根軌跡的繪制規則多且計算量大，實用價值低。2.2.2貫穿式項目設計。在項目驅動式教學法中，所有需要學習和掌握的專業知識都圍繞項目展開。將工程項目實例分為基本、中級、高級三個環節，采用“應用理論應用”的教學方式，由“問題”引導學生自主學習，使學生掌握控制系統的基本理論。現以“直流伺服電機控制系統”為例，說明貫穿式項目驅動教學法。在這一項目設計過程中，串連《控制工程基礎》課程的重要知識點。直流伺服電機控制系統各部分功能模塊與課程各個章節知識的關系如圖1所示。伺服電機控制系統由五個子任務功能模塊構成，每個子任務功能模塊都對應課程的知識點，整個伺服電機控制系統的設計涵蓋了課程全部章節的重點內容。直流伺服電機控制系統從簡單的開環控制單閉環控制雙閉環控制系統，其層層遞進的控制系統關系如圖2所示。在每一級別的控制系統中，均穿插時域分析和頻域分析。根據實驗室條件和學生基礎，還可列出多個典型的控制系統實例，如磁盤驅動器讀取系統、電熱水壺水溫控制系統、水箱水位控制系統等。其他貫穿式項目的實施過程與直流電機伺服控制系統類似。在課程開始前，編制項目驅動大綱和任務書。

3多元混合式教學過程的設計與實施

3.1教學組織。本課程基于項目任務來組織教學，帶著問題學習，最終實現“教、學、做”一體化，從而提高學生的工程實踐能力。教學模式采用線上線下混合教學。線上教學，依托學習通（手機端）和超星泛雅（電腦端）線上學習平臺，引用河北大學《自動控制原理》在線開放MOOC資源，結合學校的實際情況，對MOOC資源做適當修改形成異步SPOC在線課程。課程內容的開放根據項目進度來進行，線上平臺主要完成理論知識的學習。通過線上學習平臺的通知、討論、群聊、搶答等方式學習任務、在線答疑等，方便師生互動。線下教學活動的開展主要為了提高工程實踐能力和職業技能。教學過程中，借助實驗室條件和MATLAB、LabView等仿真軟件，真正做到理論應用于實踐，提高學生的職業技能。線下教學形式包括知識點講解、小組討論、學生匯報、學生實踐等環節。3.2多元混合式教學過程實施。學校機器人工程專業“控制工程基礎”課程為48課時。線上自主學習分配24課時，主要進行理論知識點的梳理；線下教學分配24學時，主要進行疑難知識點的解答，控制方案論證并完成項目的實施。線上課程和線下課程穿插進行。按照項目驅動多元混合式教學模式的實施原則，課程的教學過程按時間順序分為課前、課中、課后三個階段，各階段循環進行。各個階段的教學安排如圖3所示。課程開始前，先進行項目小組的劃分，每組3-5名學生。通過學習通平臺教學任務和項目大綱，學生在小組討論后，帶著問題再進行在線學習，提高學習興趣，明確學習目標。線上教學小視頻的時長一般在10分鐘以內。學生可自由選擇在線學習時間，也可根據自身的基礎和學習能力確定視頻播放速度。線上學習過程穿插在線測評，可檢查學習效果，測評結果作為線下課堂教學的參考依據。線下課堂以學生匯報分享、實踐操作為主，教師參與點評及總結歸納。課堂教學中，教師采用分段式教學法將教學內容組織起來，以集中學生的注意力。第一階段是對學生線上自學內容隨堂測驗中的易錯知識點和復雜教學內容的講解，有針對性地回答學生的問題。在知識點講解和答疑過程中，可以借助仿真軟件和實驗室設備等，化抽象為形象。第二階段組織學生以小組形式對課前布置的項目任務進行分析、討論并匯報。第三階段在小組匯報的基礎上進行點評，對不合理的控制方案，給出合理的改進意見和建議，并講解涉及綜合理解及實踐應用的知識點。第四階段為項目的實施。此階段為實踐檢驗環節，學生動手操作，搭建控制系統，分析控制性能，本環節對學生的綜合能力要求較高。每次課程，每個階段分配的時間不盡相同。課后教師的主要任務包括答疑、討論互動、作業批改等。個別問題一對一答疑，共性問題可以采用群聊等方式。對某些疑難知識點，教師可在學習通相關討論話題，引起學生的思考，教師應及時回應學生對討論話題的回復。線上作業的客觀題，超星平臺可以自行批改作業，教師只需要統計學生的答題得分情況，主觀題需要教師批閱，以全面掌握學生的學習情況。學生的項目報告，方案多樣化，需花費教師花費較多時間和精力來批閱。

4過程化考核

項目驅動式多元混合式教學法的檢查和評估主要考核以下四個方面的內容。（1）控制系統的理論分析包括數學模型的建立和系統性能分析。主要通過線上SPOC課程學習和測驗情況來評價，占總評的20%。（2）控制器的設計。控制系統仿真演示，占總評的30%。（3）系統實現。通過軟件編程實現設計的控制算法，并驅動硬件系統實現特定的功能，即控制系統的實物演示，占總評的30%。（4）團隊協作、語言表達、報告撰寫等方面的能力。通過答辯匯報、小組討論、項目報告等來進行考核，占20%。考核方式包括生生互評，學生自評、教師評價。過程化考核注重學習的全過程，可以增強學生學習動力，調動學生學習的積極性和自主性，從而促進知識的理解、消化和吸收。

5教學效果對比

運用控制變量法做對比實驗，以基礎相當的兩個班級為研究對象。對17機器人1班（57人）進行常規課堂教學，18機器人1班（49人）進行項目式混合教學。通過問卷調查和總評成績來分析教學效果。問卷調查結果顯示項目驅動多元混合式教學班級學生的學習興趣濃厚，學習目標非常明確的比例均在50%以上，而常規教學法的班級這一比例在30%左右。在學成績方面，項目驅動多元混合式教學班級的優秀率、良好率均高于常規教學班級，不及格率低于常規教學班級。采用項目驅動多元混合式教學的班級在學習興趣、學習目標、專業技能提升、綜合成績等方面都有較大的提升。

參考文獻

[1]陶洪峰.自動控制原理課程的混合式教學模式探索.大學教育,2019(3):62-64

[2]楊秦敏,陳積明,曹偉偉,邱祁.課程教學與實際案例相融合的研究與實踐—以“自動控制原理”課程為例.工業和信息化教育,2020(3):29-34

[3]李傳江,袁秀平.項目驅動教學在“控制工程基礎”課程中的應用.黑龍江教育:高教研究與評估,2018(6):31-32

[4]王慶鳳,謝田雨,谷昱.電子信息工程專業“自動控制原理”課程教學改革探索與實踐.教育教學論壇,2016(49):87-88

[5]楊陽,張浩.以提升大學生創新能力為導向的項目式教學法的實踐與探索.江蘇科技信息,2020,37(20):47-49

[6]王慶鳳,李箐.基于機器人系統項目驅動的自動控制原理課程教學改革研究.中國現代教育裝備,2019(23):30-32

作者:唐艷鳳 朱穎 張亞婉 單位:廣東工業大學華立學院