高校计算机控制技术课程线上线下混合教学

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:混合式教学模式集合了线上教学和线下教学的优势,将线上线下混合式教学模式应用到专业课程教学中,有利于激发学生的学习积极性,提高课程教学效果。文章结合教学实际,对“计算机控制技术”课程中“数字PID改进算法”的线上线下混合式教学模式设计进行探索。

  关键词:计算机控制技术;线上线下;教学模式;教学效果;

  “计算机控制技术”课程是电气与自动化类专业的主要专业课程之一。通过学习该课程,可以掌握离散控制系统的基本理论、输入/输出接口硬件电路设计,以及常规计算机控制系统的分析、设计和集成,形成分析和解决计算机控制系统工程复杂问题的能力。传统“计算机控制技术”课程教学中,主要有两个教学环节:一个是课堂教学环节,另一个是实验课环节。学生需要完成一定量的作业和实验报告,教师最后通过作业、实验报告和期末考试来评定成绩。在传统教学中,教师与学生的交流少,学生处于被动学习状态。而线上线下混合式教学,能够充分发挥在线教学和传统教学的优势,克服传统教学模式的弊端,大大提高教学效果。本文以笔者所在学校实际教学为例,对计算机控制技术课程中“数字PID改进算法”的线上线下混合式教学模式设计进行探索。

一、线上线下混合式教学模式设计

  线上线下混合式教学可以将每一堂课设计成三个教学阶段:课前环节、课中环节和课后环节,每个环节都有教师的教学要求和学生的学习要求。“数字PID改进算法”包括积分分离PID算法、微分先行PID算法、时间最优的PID算法、带死区的PID算法、变速积分PID算法等,内容丰富,有些知识点较难理解。设计该教学内容的线上线下混合教学模式时,可以设计三个教学环节:一是课前线上自主学习,二是线下课堂集中解决疑难问题,进行知识点拓展和讨论,三是完成课后线下作业,进行课外实践锻炼和课后线上交流。

  1. 课前线上自主学习

  教师通过本校MOOC平台发布教学课件和用于PID改进控制算法的实验平台的相关资料,供学生自主学习。每学完一种算法要提供一道自测题,帮助学生检查和巩固所学内容。学生在自主学习过程中遇到问题可以通过MOOC平台、微信学习交流群与教师进行交流,教师需参与讨论,并在线答疑。教师可以根据查询测试结果和学生提出的问题,掌握学生的自主学习情况,以便线下针对性地回答学生面临的共性问题和难点,确定线下课堂教学目标,适当调整教学内容和策略。为提高学生线上自主学习的积极性,教师应该将线上自主学习时长、线上习题自测情况及讨论参与度算作一定比例的平时成绩。

  2. 线下课堂集中解决疑难问题,拓展知识点和讨论

  对学生课前自主学习的数据做出分析后,教师需要对线下教学内容进行适当调整。要在遵循教学大纲的前提下,对学生理解不到位、认识有偏差或没有理解的知识点进行重点讲解,帮助学生建立知识体系。首先,教师要利用10分钟左右时间解答线上学习中比较集中的问题。接着,可以深入讲解各种算法的不同控制效果、用Matlab语言完成控制算法的程序流程图,并解决编程过程中遇到的问题。教师应该对各章节具有连贯性的知识点进行串解,便于学生发现各知识点之间的联系,帮助学生更深层次地掌握课程内容。另外,教师要重视知识点的拓展,拓展内容主要包括PID改进控制算法的程序流程图和需要实现的功能等。最后,教师应该设置15分钟以内的讨论环节,可以针对上课内容,或提出讨论题目(问题1:不同的控制对象如何选择算法?问题2:如何用自己熟悉的编程语言实现算法?),让学生展开讨论。

  3. 完成课后线下作业,进行课外实践锻炼和课后线上交流

  完成课堂教学后,教师可以通过本校MOOC平台布置作业题:利用Matlab编写两种PID改进控制算法的程序。完成作业后,学生可以申请开放实验室验证控制算法的程序。学生在完成作业和实验过程中遇到问题时,可以随时发布在微信学习群,供教师和其他学生讨论,最后找到解决问题的方法和思路。

二、提高线上线下混合式教学模式效果的措施

  1. 加强线下实践教学,培养学生的创新能力

  为提高教学质量,教师可考虑减少验证性实验内容,增加设计性、综合性和研究性实验内容。教师只需要提出实验项目的要求,由学生自行设计实验方案、完成实验内容。通过这种线下实验,学生能够获得自由想象和大胆创新的机会,从而激发创新欲望、培养创新能力。

  2. 利用现代信息科学技术拓展学习内容

  教师应按照精品在线开放课程的教学流程组织教学,让学生在线上通过电子教材、课件、视频进行自主学习。教师要及时在线答疑,并利用视频、文字、仿真技术等将有关计算机控制技术的国内外发展动态介绍给学生。有能力的学生可以在线上学习更多专业知识。

  3. 结合教师的科研工程实例进行教学内容改革

  教师在教学中应适时介绍该学科发展前沿,并将自己的科研成果融入授课内容,把最新的知识和信息传递给学生,从而丰富课堂教学内容。教师可以从科研项目和成果中提炼整理出一批研究创新性实验,以激发学生的科研兴趣,培养学生的科研素养和创新精神。

  4. 制定合理的考核制度

  教师要针对各教学环节,设置详细的考核内容。线上考核内容包括:预习时间、小测验、提问、讨论、线上作业。线下考核内容包括:课堂讨论、实验、作业。平台可以记录学生的考核内容,线下考核则需要教师随堂做好记录。考核不能只关注结果,还要关注过程。

  5. 加入课程思政元素,培养学生学习的主动性

  教师要深入挖掘课程中的思政元素,采用嵌入式渗透教学的方式,将控制系统的主要设备的现状、优秀的控制领域专家信息等内容渗透在教学中。如讲计算机控制系统发展章节时,可以让学生了解我国控制系统的主要软硬件目前都是从西方国家进口;讲控制系统算法章节时,可以介绍一些从国外回来的控制领域的科学家对我国科技发展的卓越贡献。这些思政元素的融入,可以激发学生的学习主动性和创造力,培养学生的集体主义和爱国主义精神。

三、线上线下混合式教学需要继续探索的问题

  第一,对大部分学生来说,混合式教学模式还是新生事物,教师在教学实践操作中如何调动学生的学习积极性值得深入研究。第二,教师选择合适的线下教学内容非常关键,因为如果线下教学内容与线上教学内容重复,就会影响学生的学习积极性。第三,混合式教学模式很难用课时来统计工作量,高校迫切需要摸索一套科学系统的工作量量化标准。第四,如何对开展混合式教学的教师的教学质量进行评价,值得高校教学管理部门深入研究。

四、结语

  总之,教师在“计算机控制技术”课程中采用线上线下混合式教学模式,可以激发学生的学习积极性,提高学生的学习参与度,做好学生学习过程的考核,这有利于教学质量的提升。实践证明,该教学模式对实施小班研讨性教学和项目法教学的专业课程有较好的效果。教师应继续探索提高线上线下混合式教学模式效果的有力措施,提高学生的专业素养和自主学习能力。

参考文献

  [1]常敬先,赵媛,刘延飞.基于MOOC的“数字电子技术”课程线上线下混合教学模式研究[J].工业和信息化教育,2020(08).

  [2]唐玉兰,陈建慧.微信环境下的混合式教学的研究与实践——以“计算机控制技术”课程为例[J].机械职业教育,2016(06).

  [3]李伦彬.基于慕课及微课的计算机基础课混合式教学模式研究[J].辽宁科技学院学报,2018(03).

  [4]秦楠.“互联网+”背景下混合式教学模式建构研究[D].山东师范大学,2017.

作者:王佳庆 杨汝 王晓刚 单位:广州大学机械与电气工程学院

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