?基于学习通的控制系统计算机辅助设计在线课程建设与实践

刘璎瑛 腾秀梅 屈鹏程 丁永前 吴金桂

摘  要 利用学习通平台构建移动网络在线课程，试图改变控制系统计算机辅助课程课时少、教学模式陈旧等不足，为学生构造一个便捷式学习环境。通过一学期的实践表明，在线课程可以提高课程的教学质量和效率，并且能够激发学生的学习兴趣，培养学生自主学习的能力。

关键词 学习通;MOOC;SPOC;在线课程;控制系统计算机辅助设计;移动学习;混合式教学

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）21-0032-04

1 引言

近几年来，MOOC、SPOC等新型在线开放课程和学习平台迅速兴起，拓展了教学时空，增强了教学吸引力，激发了学生的学习积极性和自主性，促进了信息技术和教育教学的深度融合，扩大了优质教育资源受益面，给高等学校教育教学改革发展带来新的机遇和挑战[1-2]，也引发了教学内容、方法、模式和管理体制机制的变革。

2 MOOC与SPOC的发展特点

MOOC（慕课）自2008年出现以来，受到教育界的广泛关注，各种课程的MOOC层出不穷。因为具有“大规模”“开放”“在线课程”等特点，MOOC访问量巨大，在课程设计、开放平台和增值服务等方面取得很大进展。但从实践层面来看，MOOC还面临制作成本、商业模式、教与学方式、浸润式学习体验、高辍学率和学习管理等各方面的挑战[3-5]。虽然MOOC具有传统教学无法比拟的优势，但它不能抹杀面对面课堂教学的独特价值。只有将MOOC学习和课堂教学二者的优势结合起来，相互补充、互相促进，MOOC才能获得更为长久的生命力。

SPOC（Small Private Online Course）概念的提出是在2013年，由加州大学伯克利分校MOOC Lab的课程主任Armando Fox[6]（阿曼多·福克斯）教授首次提出。SPOC课程只对“小规模”满足准入条件的申请者完全开放课程（而对旁听者仅限于部分开放），故具有一定的私密性。SPOC课程学生人数一般在数十人到数百人之间，主要面向在校学生。SPOC将优质MOOCs资源与课堂面对面教学有机结合起来，借以翻转课堂教学、变革教学结构、提高教学质量。没有MOOC这么大的规模，SPOC可以充分发挥教师引导、督学的作用，有助于提升学生学习参与度、互动性及完课率。因此，SPOC就等于MOOC+课堂教学[7]。

SPOC更适合于高校针对在校学生开展在线课程建设。无线网络的快速发展，移动设备及移动技术的快速普及，校园图书馆和网络机房的免费使用，这些都为SPOC的课程建设提供了良好的外部环境。高校学生几乎都拥有智能手机、平板电脑这些可以实现移动学习的设备，也掌握熟练的操作能力，具备很强的自学能力，这些都为基于SPOC的课程建设提供了很大的发展前景[8-9]。

3 控制系统计算机辅助设计课程现状

控制系统计算机辅助设计课程是高等学校工科类本科生高年级专业选修课，课程内容主要包含计算机辅助设计概述、MATLAB语言程序设计基础、控制系统模型与转换、线性控制系统的计算机辅助设计和Simulink系统仿真及应用等，是一门实践性很强的课程。课程内容涉及自动控制类学科，帮助学生在控制类学科理论基础上，通过计算机辅助设计和仿真进行理解和学习。目前，课程教学还是以教师讲授和演示为主，教师讲授完知识要点和操作要点以后，让学生通过上机操作根据布置的实验任务进行练习，并在旁边辅助指导。这种教学方式存在以下几个主要问题。

1）教师在讲台上演示，学生在下面观看或在机房跟着操作，这种方式效率不高。同时，部分学生注意力不集中，会跟不上教师的进度。

2）教师在课堂上的操作演示以讲解为主，容易忽视学生的接受能力，只能照顾中间部分学生的学习进度，接受能力强的感觉进度太慢，接受能力弱的感觉讲得太快。

3）在教师讲解过程中，有学生会因为进度不匹配或内容枯燥等原因而不愿意听课，自己在下面玩游戏或看手机，教师没有足够时间和精力在课堂上监控学生的学习。

这些问题的解决可以通过基于在线课程的混合式教学模式改革得以实现。通过移动在线课程建设，把知识点模块化、视频化、网络化，采用线上和课堂混合式教学方式，让学生可以反复、自主在线学习，让教师有更多的时间对学习进行个性化辅导[10-12]。

控制系统计算机辅助设计课程在南京农业大学是针对自动化大三学生开设的专业选修课，是自动控制原理的一门辅助课程，目前选课人数在100多人。南京农业大学校园的网络化建设已经非常完善，无线网络实现了校园内无死角覆盖，学生可以通过手机、电脑随时随地上网;学校图书馆为学生提供免费的图书资源，超星图书的电子书籍也可以免费下载;学校机房已经实现网络化远程监控，学生借助校园实验管理系统里可以自主预约上机。这些软、硬件条件都为教师进行移动网络在线课程建设提供了有力保障。

4 基于学习通的課程平台建设与实践

控制系统计算机辅助设计课程资源建设  学习通是超星公司的在线课程建设平台，可以借助超星图书馆强大的资源为学生提供更多的学习内容。其功能模块如图1所示。

在学习通平台，可以在“目录”下进行章节的创建，将课程内容在章节内细化成一个个知识点;针对知识点可以插入自己录制的视频，视频时长比较短，便于学生自学，如图2所示。还可以在章节里插入任务点，设置时效，让学生在规定时间内完成，如图3所示。本课程根据教学大纲和学时安排，共创建七个章节，每章根据知识点以二级或三级小标题进行创建。

在“资料”模块里进行教学大纲、教案、PPT等资料的上传，还可以在超星图书馆检索相关教辅资料（书籍、论文等）进行上传。学生可以随时随地通过这个平台进入课程，进行在线阅览或下载这些资料。资料可以在电脑端上传，手机端查看，见图4、图5。

“统计”模块里面可以进行学生学习状况的统计，对学生访问量、任务完成情况、作业测试情况和成绩等进行统计。

“通知”和“讨论”模块可以更好地和学生互动，尤其是内向、不愿意与教师面对面交流的学生，可以让教师更便捷、高效地掌握学生的学习情况，对落后的学生进行个别辅导和督促。如本课程通知列表，每个通知都有阅读人数统计，教师在通知里可以把没有阅读的学生名单显示出来，还可以将表格导出，便于后面的督学。

控制系统计算机辅助设计课程教学设计与实施

1）教学目标。本课程的知识目标分两块：MATLAB语言程序设计的基本思想、方法和概念;控制理论基础知识。能力目标：能够综合应用MATLAB进行设计、分析、仿真控制系统的实际问题，能结合项目需要，利用MATLAB语言实现控制系统的设计与仿真，培养理论联系实际及分析问题、解决问题的能力。

2）教学方法。采用课堂教学与线上自学混合教学法：有了在线课程资源，通过课前的预习任务，教师更好地了解学生的薄弱点，课堂教学以讨论或答疑的形式，不妨碍学生独立思考，又有效地组织好教学过程，引导学生主动探究，启发学生对自己的学习情况进行评价。课后根据学生的接受程度，在学习通课程里进行知识拓展，学生进入在线课程查阅教师准备好的资料，并且完成相应的测试题。教师通过课程平台对学生的学习情况进行监督、评价，完成作业在线批阅，解答学生疑惑。课程实践性强，在实际教学中上机操作占一半学时。

上机实验内容分验证型、设计型和创新型三种，每次上机实验前在平台发布实验预习任务，帮助学生在有限学时内高效地运用MATLAB知识去仿真控制系统模型。在平台中进行创新型实验项目创设，实验题目通过筛选合适的科研项目和生产实际项目来确定，学生自由组合，采用小组合作或协作探索式学习，在平台的讨论区进行创新型实验的学习交流，最大限度激发学习兴趣，发挥主体作用。

3）课程考核。课程考核最终成绩由平时成绩（占40%）+期末成绩（占60%）构成。基于学习通的学生成绩计入平时成绩，本课程的平时成绩由七次签到、八次实验和两次随堂测试构成。课堂考勤、实验预习、报告提交、随堂测试等都是通过学习通平台，数据后台以表格形式导出，方便教师统计管理。评价方式不再局限教师对学生的评价，借助平台实现学生自我评价和学生间相互评价。

4）教学效果。通过两幅统计图来说明教学效果，这两幅统计图分别是11月份和12月份学生的学习页面访问次数曲线图，由学习通“统计”功能模块导出。

本门课程是后半学期集中授课，从10月30日第一次授课开始，每周两次开课。自11月3日第二次授课结束，在线课程的访问量开始急速上升;11月份每周的访问次数除了第一次高峰以后，基本都在500～700次之间，选课人数114人，平均每人每周4～6次。

12月份，学生养成利用在线课程进行学习的习惯，随着任务次数和作业次数增加，访问量出现稳定性、周期性的变化。每周学生的访问次数都在800次左右，平均每人每周7～8次。学生访问次数增加，说明学习课程的时间增加，不管是在任务驱动下，还是个人兴趣下进行学习，学习投入的时间增加了。课前课后的在线学习提高了课堂效率，使学生学习主动性增强，课堂互动效果更好。

5 总结与反思

在线课程的建设需要几个学期的实践和完善，本门课程刚刚开始建课，目前教师和学生可以通过手机端和电脑端进入课程。通过一个学期的教学实践，学生的反映普遍很好，对本课程的教学评价也很高，但混合式教学实践中还存在一些问题和困难。

1）校园网络和移动资费的限制对学生利用手机平台进行在线学习具有一定影响，尤其对家庭困难的学生;授课人数众多时，利用平台进行课堂考勤、测试、点名提问等操作会发生网络拥堵，实时性不好。

2）课程的基本框架已经搭建好，但很多细节，如视频的处理、题库的建设、讨论题目的设定和课程的发布等，都要按照相应的技术规范去一遍遍打磨，目前有些还需要进一步完善。

3）学生的学习主动性和学习能力差异较大，部分学生完成课前课后的学习任务仍有困难，如何体现任务和作业的差异化，使不同程度的学生都能保持稳定的学习兴趣，是今后研究的重点。

4）移动课程平台的功能很强大，教师还需要学习专业知识以外的新技能，与不同院校的同事多学习、交流，去挖掘更多的功能，才能更好地翻转课堂。

相信随着移动学习平台功能的不断提升，混合式教学模式的不断实践，教师间经验的不断交流，以上问题都会得到解决。

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作者：刘璎瑛，南京农业大学工学院，副教授，博士，研究方向为农产品无损检测;腾秀梅、吴金桂，南京农业大学工学院;

屈鹏程，南京农业大学工学院，研究方向为图像处理及模式识别;丁永前，南京农业大学工学院，副教授，研究方向为农业信息化与自动化（210031）。