基于Blackboard教学平台的“鲁棒控制”课程建设

张颖

摘要：“鲁棒控制”是控制科学与工程相关专业的一门重要的研究生课程。为了适应现代教育技术发展的需要，结合“鲁棒控制”课程特点及Blackboard教学平台的功能，本文基于Bb平台，从优化知识结构、建立立体化教学体系、丰富教学资源和反馈评价等几个方面，对“鲁棒控制”课程建设问题进行了积极的探索和实践。有效地提高了研究生学习的积极主动性，也取得了较好的教學效果。

关键词：鲁棒控制；Blackboard（Bb）平台；教学资源

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）38-0009-04

鲁棒控制理论是控制科学与工程相关学科的主要研究生课程之一，在继19世纪40年代提出的经典控制、20世纪50年代提出的现代控制理论之后，被称为“后现代控制理论”。在过去的20年中，鲁棒控制理论一直是国际自控界的研究热点。“鲁棒控制”课程的内容多、理论性强，加之课程颇为抽象，是教学工作的一个难点。授课过程中，在不断涌现的科学问题面前，学生难以保持学习的主动性，课上对知识的理解往往不够深入，导致后期效果欠佳。因此如何使学生更快地理解和学习教学内容，达到教书育人的目的，作为高校教师，我们深知控制理论是学科的重要基础和核心内容，而使学生能够将课堂所学理论知识应用于实际的控制系统分析与设计，是我们面临的现实教学难题，是值得思考的问题。造成这种结果的原因主要有以下三个方面的内容：①“鲁棒控制”课程比较抽象，它涵盖的内容丰富，需要的基础知识面广，目前的课程结构中各部分内容之间缺乏连贯性，较少涉及当前最新的学术动态，尚未形成一套系统的基础理论体系。所谓“兴趣是最好的老师”，在整个课程教学过程中，都应以调动学生学习的兴趣为重要目的之一。②这门课程包含很多控制理论的经典概念，如内稳定性、鲁棒性，以及控制方法，包括基于观测器的控制其设计、参数化设计、H2和H∞控制方法等，而且包含大量复杂的定理和公式，因此要求学生的前续课程涉及到较多数学、电子以及控制理论方面的基础知识。如果课程讲授方式仍采用本科生教学时常用的灌输式，那么长此以往，研究生将渐渐失去对课程的兴趣，更谈不上营造主动学习的课堂，使学生变被动为积极和主动学习。③“鲁棒控制”课程具有强理论性。这将直接导致学生们在学习课程过程中不易理解概念，造成研究生学习积极性不高、学习目标不明确等情况，最终影响教学效果，学生本身也会产生失望情绪。教育信息化的发展正在带动教育理念的变革，并有效推动了教育的实施。Bb平台的发展，逐步将Internet转换成高效的教育环境，为教师和学生带来了与传统教育不同的全新数字化的教学体验。本文主要是基于目前市场主流的网络课程平台Bb，探索研究“鲁棒控制”课程建设问题，解决课程建设的具体功能与内容，以实现服务于教学的目的。

一、Bb教学平台

Blackboard是一个由美国Blackboard公司开发的教学平台。为实现教学内容数字化，提供一套综合、完整、优化的解决方案。整个平台由教学管理、门户社区和资源管理三个部分构成。老师、同学可通过互联平台进行学习交流。Blackboard在线教学管理系统，正是以课程为中心集成网络“教”“学”的环境。教师可以在平台上开设网络课程，学习者可以自主选择要学习的课程并自主进行课程内容学习。“Blackboard”成为师生交流沟通的桥梁，主要原因就是其为师生提供了强有力的教、学的网上虚拟环境。教师可以利用“Blackboard”和“课堂教学”进行有机的结合，开展一系列基于网络有助于帮助教学、解决教学过程中面临的问题，以提高课堂教学质量。针对课程，Bb平台具有4个独立的模块，分别为内容资源管理、在线交流功能、考核管理功能和系统管理功能模块。内容资源管理：教师能够便捷地发布、管理、组织教学内容。在线交流功能：异步和同步的交流协作工具。考核管理功能：自测、测验、考试、调查和记分册。系统管理功能：教务处老师的管理、统计功能。登陆平台可以有三种身份：系统管理员、教师、学生。

二、基于Bb平台的“鲁棒控制”课程建设

1.整合课程内容，优化知识体系。现有的“鲁棒控制”课程知识体系包含的内容丰富，但各部分内容自成体系，他们之间的关联性差，缺乏系统完整的知识结构。我们重视知识结构，鉴于反馈控制是自动控制理论的核心，考虑以反馈控制为主线整合、构建理论知识体系，将各部分知识紧密联系起来，形成网络化、立体化的框架，从而形成一个较为完善的理论知识体系。借助于Bb平台整合课程内容，共分为三个层次：基础层、研究层和应用层。基础层提供线性代数和线性系统理论等基础理论知识；研究层完整、深入地阐述LQG/H2、H∞控制问题；应用层将所学到的知识融会贯通，利用鲁棒控制策略解决工程实际问题，从而逐渐形成层次化的鲁棒控制理论体系。将该课程的三层知识体系嵌入到Bb教学平台，为研究生提供一个系统的知识学习与科研创新能力训练的平台，学生在学习过程中，可以根据自己的实际学习进度情况，循序渐进地自主选择相应的层次。

2.变革课堂教学，建设立体化教学体系。与传统老师在课堂教、学生坐在教室学不同，Bb平台可以创设多样化的学习环境，包括移动学习，其价值在于随时随地、更加高效地学习，更加强调学习的效率和学习过程，提倡带着问题学习，让学生自发、主动地提出问题、思考问题，以此激发学习兴趣。同时更加注重提高学习的便捷性，提高碎片时间学习的利用率，以达到更好的教学效果。“鲁棒控制”课程恰当、充分地使用Bb教学平台，打造一体化设计、多种媒体有机结合的“立体化”教学体系。课程既参考《Essentials of Robust Control》、《Robust and Optimal Control》、《应用H∞控制》等经典主体纸质教材，又辅以最新的电子、网络出版物，综合运用课程相关的配套资料，如教学大纲、教学ppt、教学视频、相关知识点的新近文献等，通过多种形式使枯燥晦涩的概念和理论具体化，使抽象乏味的知识趣味化，避免理论与实践相脱离而形成“两张皮”的现象，使得教学形象易懂，有利于调动学生的学习兴趣，使学生能够积极、主动参与，做到自主学习，以提升教学效果。从而为课程教学和学习提供立体化教学体系，最大限度地满足教学需要。课程“立体化”教学平台集网络教学、数字资源管理、在线视频课堂和学习社区等功能于一体，还包括诸多教学资源，如电子教材、电子教案与电子课件等，其系统结构如图1所示。该平台以学生为中心，可定制个性化的学习环境，如通知板提醒学习内容和学习任务，自行设置个人空间、小组空间、课程主页，可实现内容模块和内容项目的自由拖拽等。教师可直接在平台上进行教学内容调整、教案内容修改等。endprint

值得指出的是，系统中电子教案的特点是强调教学方法、教学设计思想以及教学手段的应用。另一方面，在虚拟论坛中明确规定了在线讨论的时间段和评价的细则，有利于避免无效和漫无边际的讨论，提高在线讨论的质量。学生互相分享互相评价，如果有兴趣可以借助于其他通讯软件进一步深入交流。线上和线下活动相结合，有利于学习共同体的形成，这在一定程度上解决了网络学习学生的孤独感。

3.丰富教学资源，更好地服务于教学。根据课程教学内容需要，利用Bb平台控制面板中的管理课程菜单来设置课程导航菜单，如下页图2所示。

导航菜单及功能如下：课程简介：是对“鲁棒控制”课程的简单介绍，使学生对本课程有个初步了解；教师简介：简单介绍任课教师的情况，让学生了解任课教师；课程通知：使学生进入课程后，可以获取“鲁棒控制”课程的最新动态信息，例如上课时间、地点、教师布置的预习内容以及测试题目等；课程信息：包括课程的教学大纲、教学日历和课程教案等，教学大纲是从宏观上使学生对课程的重点、难点以及课时安排及分配等情况有个初步认识，以便学生在日常学习过程中有的放矢，教学日历则具体给出每一节课要讲授的内容，便于学生课前准备和预习，课程教案包含课程的所有内容，包括授课教师对“鲁棒控制”课程的教学设计和设想；课程教材：指课程所选用的经典英文教材和重要参考文献；课程课件：结合教材和参考资料，形式上以PPT为主；课程作业：在此发布课程作业，学生完成后上传至该平台，学生的作业成绩也直接在网上查询，有助于学生及时发现学习上的不足和缺陷，给予加强和提高；除上述以外，教学平台中还包括助教帮助教师教学，这一方面减少了教师的工作量，提高了教学效率，另一方面对于担任助教的高年级同学来说也是一种学习和锻炼。同时还应有线下的面对面交流和讨论。因此这些丰富的教学资源是利于提升学生学习效果的，能够吸引学生参与学习、帮助学生改善学习、留住学生持续学习。

4.重视反馈评价，提高教学质量。Bb教学平台提供了强大的后台监控和实时反馈功能，利用Bb平台的统计功能对各部分教学资源的访问量做追踪，教师可查看资源总体的使用情况，鼓励学生积极组织课外学习小组，互相交流进步。大力支持课堂内外的协作学习，可提供各种管理和共享有价值的学习资源。而且便于教师及时掌握学生学习的薄弱环节，便于进行调整教学策略和因材施教，如教师可以对即将进行的教学内容、方法策略、教学进度进行适应性调整，形成反馈环。另一方面，也可以通过统计功能掌握学生在线学习的情况，发挥平台优势，可客观全面评价教学过程，进一步提高教学质量。

三、Bb平台应用效果

基于Bb平台的“鲁棒控制”课程经过一段时间的教学实践，师生认可度较高，授课效果良好。具体来说，主要体现在如下两个方面：

1.方便学生自主学习。Bb平台将电子文档、图文影像等网络资源有序配置，延伸了传统教学的时空，平台注重教学和学习数据的记录、收集、统计和分析，将对学生的测评整合到日常教学和学习中，依据学生的能力发展水平作出评价，帮助学生收集学习进步与否的数据，反思学习过程。另一方面，学生直接参与到课程建设工作中，教学相长，有利于提高教与学的质量和效率。

2.辅助教师教学。强化教师备课效果、提高教学活动效率、提升学习评价的有效性。提供更加直观的课程管理和资源管理，灵活的作业批阅方式可缩短批阅作业的时间，提供更加便捷的试题管理方法，有效增强交互功能。

四、结论

采用Bb平台进行“鲁棒控制”课程的教学，是一次创新型教学思路和方式的尝试。在教学设计过程中，侧重于以学生为主体，促进学生自身发展，便于因材施教，教师可根据学生的实际情况设计、制作适合各个学生的学习方法、路径及内容。提供小组学习空间以及丰富的协作学习工具，在共同完成学习任务的过程中，促进学习者之间进行交流学习。除此以外，可使学生即时了解最新学习内容、参与学习互动、反馈学习心得，真正实现不受时空限制的学习。

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