慕課下機械控制工程課程改革分析
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摘要：慕課是基于互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模線上互動虛擬教學(xué)方式，而“機械控制工程基礎(chǔ)”是一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。文章分析了慕課的發(fā)展及特點，簡述了“機械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點及存在的問題，闡述了基于慕課的“機械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)設(shè)計和具體實施方案。
關(guān)鍵詞：慕課；互聯(lián)網(wǎng)；機械控制工程基礎(chǔ)；教學(xué)改革
0引言
近年來，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下新一代大學(xué)生的成長，傳統(tǒng)高等教育的授課模式已經(jīng)不能引起新時代大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而以互聯(lián)網(wǎng)為載體的慕課教學(xué)模式，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效率?！皺C械控制工程基礎(chǔ)”是機械工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是機械、控制和信息領(lǐng)域的交叉學(xué)科［1］，其理論性強，涉及大量數(shù)理知識，并且比較抽象，具有一定的深度和難度，往往使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較差，學(xué)習(xí)的主動性不強。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)載體創(chuàng)建一個“機械控制工程基礎(chǔ)”慕課教學(xué)平臺，使學(xué)生不再局限于傳統(tǒng)的課堂，在可以使用互聯(lián)網(wǎng)的任何地點和時間，借助任何通信手段參與到虛擬課堂的教學(xué)活動中來，以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教師的教學(xué)質(zhì)量。
1慕課的發(fā)展及特點
慕課（MassiveOpenOnlineCourse，MOOCs）意為“大規(guī)模在線開放課程”，由戴夫•科米爾與布賴恩•亞歷山大［2］聯(lián)合提出，慕課首先在美國崛起，《紐約時報》發(fā)文將2012年稱為慕課元年。美國先后出現(xiàn)了Coursera，Udacity，edX等線上課程慕課平臺，歐盟推出了“教育平臺”（OpenupEd），法國政府推出了“法國數(shù)學(xué)大全”（FranceUniversityNumerique），印度有“卡特教育”（EduKart），日本則有“學(xué)校”（School），2013年，清華大學(xué)推出“學(xué)堂在線”，是中國本土的首個慕課網(wǎng)站，也是全球首個中文版慕課平臺［3］。慕課是一種教師和學(xué)習(xí)者通過教與學(xué)聯(lián)系起來的大規(guī)模線上虛擬教學(xué)方式，不受時間和空間限制。具體來說其特點可以概括如下。
1.1規(guī)模大
學(xué)生可能來自世界各地，同時數(shù)量也不受限制［4］，可以為許多在職和全日制學(xué)生提供學(xué)習(xí)的機會，使教育資源擴大化。
1.2教學(xué)模式為互動教學(xué)
與線上學(xué)習(xí)相匹配的是論壇或者學(xué)習(xí)交流社區(qū)，老師和同學(xué)們可以在其中自由地交流關(guān)于學(xué)習(xí)的問題。
1.3授課形式多樣，成本低廉
學(xué)習(xí)方式除了視頻學(xué)習(xí)外，老師會提供相應(yīng)的動畫和測試等，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。只要擁有電腦和網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)者就可通過注冊進行學(xué)習(xí)。慕課由于其特點及優(yōu)勢，在某些課程教學(xué)方面已經(jīng)有了相關(guān)的應(yīng)用［5］，能對“機械控制工程基礎(chǔ)”的教學(xué)改革發(fā)展有所幫助。
2“機械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點及存在的問題
“機械控制工程基礎(chǔ)”是機械工程專業(yè)一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是適應(yīng)機電一體化的技術(shù)需要，針對機械對象的控制，基于經(jīng)典控制理論形成的課程。該課程主要突出講解控制系統(tǒng)的基本組成及其概念、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)時域和頻域分析方法、系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其誤差分析、控制系統(tǒng)的綜合與校正。目前該課程的教學(xué)模式還是傳統(tǒng)的老師課堂講授為主、課下作業(yè)與實驗為輔，是一種有限互動式教學(xué)模式。而且作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)校通常會安排以大班制教學(xué)進行，導(dǎo)致學(xué)生與教師之間的交流減少，學(xué)生對課程的反饋不足；另外實驗也多為集成式模塊實驗，學(xué)生只是在模塊實驗平臺上接線，無法掌握實驗本質(zhì)，達不到實驗的目的。再者，該課程是一門基于數(shù)學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及有關(guān)高等數(shù)學(xué)與復(fù)變函數(shù)等多方面的數(shù)理知識，在有限的課時內(nèi)要求機械工程專業(yè)學(xué)生掌握機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立、其時域和頻域分析方法、穩(wěn)定性分析等相關(guān)重點與難點是十分困難的。這往往使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，感到難學(xué)、乏味，對所學(xué)內(nèi)容難以消化、吸收和鞏固，尤其對一些難點、重點內(nèi)容，要掌握好就更不容易。無疑，這樣最終使得一部分學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性變差，產(chǎn)生厭學(xué)情緒，從而影響到該課程的教學(xué)質(zhì)量，這樣會導(dǎo)致學(xué)生整體機械知識體系鏈出現(xiàn)斷鏈，制約其整個知識結(jié)構(gòu)的和諧建立［6］。
3基于慕課的“機械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)設(shè)計
針對“機械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點，慕課課程從內(nèi)容上可分為兩部分，如圖1所示：線上內(nèi)容和線下交流［7］。線上內(nèi)容由教師負責準備制作的部分和學(xué)習(xí)者參與構(gòu)建的部分組成的。而線下交流比較常見的形式有3種：面對面線下答疑，只能面向?qū)W校附近的少數(shù)學(xué)習(xí)者，不可能覆蓋到所有學(xué)習(xí)者；學(xué)習(xí)社區(qū)是由某些網(wǎng)站牽頭組成的，或者由學(xué)習(xí)者自主成立的，是學(xué)習(xí)者們互幫互助的場所，也是慕課課程傳播口碑的重要途徑；翻轉(zhuǎn)課堂是指學(xué)生在看完視頻、完成小題之后，到教室參加教師主導(dǎo)的討論課，也算線下內(nèi)容。慕課內(nèi)容建立的關(guān)鍵在于教師對“機械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)體系的熟練掌握，對整個教學(xué)環(huán)節(jié)非常熟悉，以及對相關(guān)網(wǎng)絡(luò)化新技術(shù)的熟練開發(fā)等。
3.1通過慕課建立課程知識群
針對“機械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點，建立相應(yīng)的上下游課程聯(lián)動慕課教學(xué)知識群?！皺C械控制工程基礎(chǔ)”課程向上涉及“高等數(shù)學(xué)”“積分變換及復(fù)變函數(shù)”“大學(xué)物理”“工程力學(xué)”等基礎(chǔ)課程，向下涉及“機械設(shè)計”“電力拖動”“機械工程測試”“機電一體化”“畢業(yè)設(shè)計”等專業(yè)課程。根據(jù)“機械控制工程基礎(chǔ)”課程知識體系，將總體知識分為控制理論的基本概念、系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、時間響應(yīng)分析、頻率特性分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及系統(tǒng)性能校正五大知識群［8］，并且合并上下游課程涉及的知識內(nèi)容，然后再依次細化成相應(yīng)的教學(xué)知識點，詳細講解。此基于慕課教學(xué)知識群建立的關(guān)鍵在于教師對“機械控制工程基礎(chǔ)”課程系統(tǒng)的整體掌握，對機械控制工程涉及的課程內(nèi)容的重點和難點都有非常清楚的認知，以此非常突出地建立基于慕課的教學(xué)知識群。
3.2通過慕課建立以“學(xué)”為本的教學(xué)模式
慕課反映的是以“學(xué)”為本的教學(xué)價值取向，進而調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。倡導(dǎo)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)，教師要在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)一種類似于開辟學(xué)術(shù)研究的情境和氛圍。通過學(xué)生自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題，獲得知識、技能，特別是探索精神和創(chuàng)新能力的提高。在慕課中，“機械控制工程基礎(chǔ)”課程被分割成若干相聯(lián)系的知識點，慕課視頻課程被切割成10分鐘甚至更小的“微課程”，在其中嵌入隨堂測試，滿足學(xué)生隨時隨地的學(xué)習(xí)需求。通過慕課平臺的論壇、交流社區(qū)等途徑，學(xué)習(xí)者就自身存在的關(guān)于知識的盲點和教師進行探討，同時也可以向教師反映教師在教授過程中存在的不足，達到師生共同進步的目的。
3.3通過慕課增加與課程相關(guān)的創(chuàng)新項目
教師從日常生活、生產(chǎn)實踐中挖掘出與課程章節(jié)相關(guān)的創(chuàng)新項目，例如針對“機械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點，基于慕課平臺，為提升學(xué)生創(chuàng)新性和獨立學(xué)習(xí)能力，建立基于MATLAB創(chuàng)新項目設(shè)置等。將它們到“機械控制工程基礎(chǔ)”課程的慕課平臺，學(xué)生可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況和興趣愛好進行選題，與教師進行網(wǎng)絡(luò)交流。教師對項目進行從始到終的全程指導(dǎo)，并不斷進行項目進度跟蹤：從項目開始到結(jié)束，教師可以查看學(xué)生提交到慕課平臺的項目進度、數(shù)學(xué)模型、其相關(guān)性能分析及系統(tǒng)校正各個環(huán)節(jié)的材料。教師進行項目設(shè)置環(huán)節(jié)的關(guān)鍵在于要選取大量的相應(yīng)知識水平的機械控制工程實際例子，適當超前于本科生水平，以此來提升學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力，并且教師應(yīng)投入相應(yīng)的精力進行全程指導(dǎo)。
3.4通過慕課進行互動式課程教學(xué)評價
學(xué)習(xí)成績是學(xué)習(xí)者關(guān)心的問題，也是引導(dǎo)學(xué)習(xí)者們不斷努力學(xué)習(xí)的動力。慕課由于是網(wǎng)絡(luò)平臺，虛擬不可見，對于教學(xué)效果評價則與以往有所不同。因此，在慕課教學(xué)效果評價過程中，應(yīng)倡導(dǎo)開放的評價原則，采用線上學(xué)習(xí)評價系統(tǒng)，如隨堂測驗、考試等。慕課平臺可以將過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合。通過慕課平臺，對學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程進行跟蹤與評價，評價內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)任務(wù)、創(chuàng)新項目設(shè)計、分階段考試、課堂練習(xí)等環(huán)節(jié)，通過過程性評價引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，最終在期末階段對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進行終結(jié)性評價。由于慕課平臺能將過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，進行全程的互動式課程教學(xué)評價，使“機械控制工程基礎(chǔ)”課程的成績評定更加合理。
4基于慕課的“機械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)實施
針對“機械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點，慕課的具體教學(xué)實施如下［9］。
4.1微課程的建立
將“機械控制工程基礎(chǔ)”課程分割成若干相聯(lián)系的知識點，將每個知識點錄制成10分鐘左右的微視頻，將微視頻放在慕課平臺上。4.2微視頻對應(yīng)練習(xí)題慕課平臺一個很重要的環(huán)節(jié)就是學(xué)生學(xué)習(xí)完教師錄制微視頻后，必須完成相應(yīng)的練習(xí)題，才能夠進行下一個階段的學(xué)習(xí)。
4.3教師與學(xué)生互動式教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)的視頻，并完成相應(yīng)的練習(xí)
教師通過慕課平臺可以獲取每個學(xué)生的學(xué)習(xí)進展以及學(xué)習(xí)教學(xué)視頻的反饋情況，能夠及時進行互動式教學(xué)。
4.4創(chuàng)新設(shè)計項目設(shè)置及跟蹤
教師從日常生活、生產(chǎn)實踐中挖掘與課程章節(jié)相關(guān)的創(chuàng)新項目，到機械控制工程基礎(chǔ)課程的慕課平臺，教師和學(xué)生可通過慕課平臺互動完成創(chuàng)新項目的具體設(shè)計內(nèi)容。教師可以查看學(xué)生提交到慕課平臺的項目進度、數(shù)學(xué)模型、其相關(guān)性能分析及系統(tǒng)校正各個環(huán)節(jié)的材料，對設(shè)計項目進行跟蹤。
4.5過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合
通過慕課平臺，對學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程進行跟蹤與評價，評價內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)任務(wù)、創(chuàng)新項目設(shè)計、分階段考試、課堂練習(xí)等環(huán)節(jié)，通過過程性評價引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，最終在期末階段對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進行終結(jié)性評價，通過慕課平臺能夠?qū)⑦^程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合。
5結(jié)語
基于互聯(lián)網(wǎng)的慕課是一種新興的在線課程模式和創(chuàng)新平臺，具有傳統(tǒng)教學(xué)所不具備的優(yōu)勢。而“機械控制工程基礎(chǔ)”是機械專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，應(yīng)用慕課嘗試對該課程進行教學(xué)改革探索適應(yīng)了“互聯(lián)網(wǎng)+”的教學(xué)模式，有助于多元化的教學(xué)模式的發(fā)展，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
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作者:王海芳 褚天爭 王繼強 張恒 單位:東北大學(xué)秦皇島分?？刂乒こ虒W(xué)院