应用型高校自动化类专业的网络教学研究

葛继伟

（南京邮电大学通达学院，江苏扬州225009）

自动化类专业是以自动控制为基础，涵盖了高等数学、复变函数、自控原理、微机技术、单片机技术、DSP技术、电机系统、电力系统、编程技术等现代高校理工科课程中既有高深理论又有动手实践、既有硬件又有软件的多领域全方面教学内容。在笔者所工作的高校自动化类专业包含了自动化及电气工程及其自动化两个具体专业[1]。前者更偏向自动控制，而后者更偏向电力系统。自动化类专业因其广而杂固然有较好的就业面，但也带来学习迁移难度大等缺点，学生难以举一反三，部分课程甚至属于老大难问题，素以教者棘手，学者挂科率高而闻名。

不幸的是，2020年一场突如其来的危机打断了正常的线下课堂教育，迫使包括笔者在内的教育工作者与学生不得不进行一场前无古人的教育实验——以网络教育代替线下课堂教育。通过活生生的教学实践，教育工作者获得了仅仅通过理论研究所不能获得的教学经验，并将其升华为一般性的教育理论。该文基于网络教育的实践，针对应用型高校这一背景，提出了若干意见，并通过实践过程获得了令人满意的效果。

1 应用型高校自动化类专业培养目标与教学体系

应用型高等院校培养的学生被认为应该是具有一定理论知识的应用型人才。应用型人才培养目标不同于理论型人才培养目标，以为国家与社会培养一大批合格的工程技术人员为教学方向，为地区经济发展添砖加瓦，为我国企业发展壮大、进军国际顶尖地位提供生力军。因此，应用型高校应基于应用型人才教育这一基本背景，发扬“工匠精神”，以提升实践能力、充实应用技能为主要的教学目标，探索新型应用型电气工程师的人才培养模式，建构起基于应用型学院现实的独具特色的教育教学模式，在打好学生基本功的前提下，教会学生具有更强的综合技能运用和实践创新能力[2]。

鉴于应用型高校的人才培养目标以培养具有相应技能的电气工程师为方向，其第一步便是培养学生具备扎实的职业基础，教学体系也应以此为首要目标。所谓扎实的职业基础不仅指理论知识的学习，还应具备自动化类专业领域思维层次与表达能力的提升，学生应不仅熟悉在课堂上学到的理论知识，还应能够将一个应用型人才所需的思维方式和习惯深深地嵌入于大脑之中，并且能通过实践与语言将其有效地表达出来。因此教育工作者在实际教学过程中应以所在高校的实际情况为基础，借鉴国内外优秀应用型高校的教学经验，贴近信息化与人工智能大发展的时代背景，注重包括网络教学在内的多种形式，打造独具特色的应用型高校教学模式，着力培养提高学生应用知识思维能力、终身技能学习能力、人际沟通与理论知识表述能力。

2 网络教学的优势与弊端

2.1 网络教学的优势

网络教学是指基于互联网技术，以电子计算机，智能手机和平板电脑等电子设备作为教学工具，通过网络媒介将知识传递给学生。在知识传递过程中突破了线下接触的限制，理论上可在地理上极其遥远两地传递知识[3]。所传递的知识也可突破板书或幻灯片投影的限制，可以在极近距离内以声光电的形式呈现于学生眼前[4]。

2.1.1 网络教学更加便捷

网络教学具有便捷性，学生可不受学校围墙甚至国界的影响来学习课程。学生也无须亲自前往教室聆听教师讲课，而是可以在家中或是在宿舍完成课堂学习且即使身体不适也可进行。教育工作者可将自己的教学视频或是名师的教学录像推介给学生，方便学生在课后对其疏忽的知识点加以巩固。通过使用诸如QQ、腾讯会议、电子邮件、雨课堂等网络工具，教师可以与学生进行更密切地接触与互动。学生之间也可以在教师指导下进行课堂讨论，增加了彼此间的了解与默契。

2.1.2 网络教学更具表现力

网络教学因为使用电子设备与相关软件进行授课，在教育工作者具备一定的能力与资源的前提下，可以实现比线下授课更好的课堂表现力。所谓课堂表现力是指在授课过程中通过教师的课堂表现，激发学生的学习兴趣，确保知识准确传递，达到预定教学目的的过程。在网络授课过程中，教育工作者可突破线下课堂的限制，通过诸如仿真软件、Matlab控件等手段与学生进行实时互动，使得理论知识不再枯燥与割裂，而是与应用知识相结合，提升了课堂表现力，也符合应用型人才培养的宗旨。

2.1.3 网络教育可引入丰富的在线资源

在当今日新月异的互联网世界，网络教学资源已经并不罕见。诸如美国的哈佛大学、麻省理工学院在内的许多世界名校均已将其本科教学内容加以录制并公之于世，供各国师生加以学习研究。在目前的互联网上，甚至已经有专门的网络学习平台如中国大学MOOC（慕课）、爱课程网等对高校网络教学资源加以收集并展示。教育工作者亦可自行制作教学视频并发布于上述网络学习平台上。因此，如何最大化地利用互联网丰富的教学资源并将其有机嵌入于教育工作者自身的教学实践，是每一个教育工作者都应该思考的方向

2.2 网络教学的弊端

网络教学在带来极大的便利的同时，也存在着与生俱来的弊端。然而在其发展过程中，由于因客观原因缺乏过渡周期及对新生事物缺乏了解，现阶段网络教学因此或多或少会缩小其优势放大其弊端，因此，教育工作者应感知其弊端并在教学实践活动中尽可能地减少其不利影响[5]。

2.2.1 课堂安排有待创新

网络教育区别于线下教育或许有多个方面，但课堂安排的区别无疑是最显著的区别。如何精心安排课堂时间一直是最需要考虑的方面。在线下教育中，目前已经有了比较成熟、行之有效的课堂时间管理结构即一般情况下一节课45 min中，前5～10 min用于复习回顾与新课导入，中间20～30 min用于课堂内容讲解，最后10 min用于课堂反馈与总结。在师生互动关系上，一般是教育工作者在讲台上讲演而学生在课下听的知识单向传播模式，不利于学生主动性的发挥。

2.2.2 考核机制亟待探索

基于应用型高校的生源素质，在网络教育过程中必须时刻注意考核机制的运用情况。在大多数高校，考核机制可分为理论课程平时考核、实践课程考核以及期中期末考核3部分，在线下教育中三者目前也有了切实可行、成熟有效的考核方法，可有效杜绝逃课、作弊等情况。

然而，当前的网络教育考核机制如何保证具有与线下封闭的全日制高等教育同样的效力，学生在平时上课的投入程度很难把控，因为学生极易在上课时顶不住诱惑在电脑上打开后台程序做自己的事情，甚至于出现挂机等情况。平时的线下作业无须动笔书写仅需要会复制粘贴便可完成。在期末考试时，网络教学显然更难以保证学生的诚信程度。以上种种情形均说明，构建一套完善的网络教育考核机制仍是当代教育工作者需要思考与回应的问题。

3 自动化类专业网络教学的实施策略

3.1 完善网络教育的课堂结构安排

网络教育的课堂结构针对线下教育的弊端，结合自身特点，自然应扬长避短，有所舍取。第一，在时间安排上，大部分高校的情况（包括笔者所在的高校）是依然遵循线下教育的模式即两节课共90 min外加5 min课间休息时间共计95 min。因此合理安排时间显得尤为重要。在此可将自动化类课程大致分为理论型课程与应用型课程两种类型，前者偏向于数学计算与公式推导，对学生数理基础要求高，包括自动控制原理和现代控制理论等；后者则偏向于某一特定具体实物进行教学，多数可利用仿真软件进行模拟仿真，对学生实践能力要求较高，包括计算机控制技术与DSP技术与应用等。两类课程有不同的时间安排：理论型课程可安排为开始5 min导入，之后20 min讲解一知识点，再之后5 min用于布置课堂练习，时间一到便停止作答，将作答情况记入平时成绩，最后在下一节课开始时讲解课堂练习。如此往复循环，95 min的时间便可分为学生注意力所能集中的三部分，避免了传统线下教育学生注意力在一节课开始30 min以后注意力难以集中的缺陷；应用型课程因考虑到仿真软件与实物视频教学的应用而需要留有更多的时间冗余，因此时间安排也要有相应的调整即95 min可分为5 min导入+45 min理论知识+45 min仿真软件应用，意即更接近于传统的线下教育模式。

3.2 完善网络教育的课堂考核机制

线上教育具有容易匿名难以监督的特点。考虑到应用型高校的生源素质，在平时教学时可考虑将学生依据学生学号的奇偶性分为两组，分别布置不同的题目，从而达到考核学生的课堂听课情况，以杜绝作弊。学生的课后作业应强调手写完成，拍照或是扫描上传，至少应杜绝上交作业时将他人作业简单粗暴的复制粘贴。期末考核时应要求学生手写作答，在其座位前方安置摄像头并在考试时录像并上传，教师可通过腾讯会议等软件实时监控学生动态，对于少数重点对象可要求其设置一前一后双摄像头，以便能够比较彻底地杜绝作弊情形，维持网络教育期末考核时所需要的纪律。

3.3 网络教育应注意互动性

网络教育虽然没有线下教育的人与人面对面接触的亲切感和真实感，但却能够最大限度地利用当代科学技术的进步来营造师生互动的情境。例如，当前的网络教学平台普遍具有发送弹幕的功能，教育工作者在教学授课过程中，可不时地开启弹幕，注意学生匿名反馈的信息，即使有些写的并不恰当也应以表扬为主，避免打击学生积极性，通过师生互动可以事半功倍地收获1+1>2的效果。

3.4 创新打造教学工具

在网络教学过程中，教育工作者还需注意教学工具的创新。笔者在教学实践过程中，一定程度上运用到了以下若干教学工具的创新。第一，在理论型课程教学过程中，公式推导显然占据到了及其重要的比重。传统的公式推导过程一般通过课堂上的大黑板一步一步完成，具有简单可靠，一目了然的优势。然而在网络教学过程中，公式推导过程往往依托PPT翻页一步到位式地给出，推导过程只要稍微复杂，学生很容易一头雾水，不知所云并进而难以跟上课程进度，产生厌学情绪。解决方法可分为3种：（1）为PPT加入动画效果。（2）运用手写输入板一步步输入手写信息。目前市面可在淘宝网等电商平台上较为容易地买到多种手写输入板。（3）运用小黑板，通过摄像头拍摄的方法写出公式推导过程。笔者所采用的便是这一方法，图1笔者于小黑板上推导公式。

图1 运用小黑板进行公式推导

第二，在自动化类学科网络教学中，如果能够熟练使用Matlab控件显然将会是大有成效的。运用Matlab控件具有以下优势：（1）强化学生参与感。传统教学方式，无论是板书还是PPT，均存在学生在学习过程中缺乏主体性的问题。而由学生亲自使用计算机运用Matlab控件将会避免这一问题。学生通过亲自使用Matlab控件调节系统参数，将使其能够直观感受到自动控制原理这门课程的魅力，获得了探索感与满足感，避免了单调乏味。比如，在自动控制原理中的二阶系统响应的教学过程中，在Matlab控件中通过对阻尼比的调节，借由直观的响应曲线图像演示，学生能够一眼看出其对系统响应的影响。此时教育工作者应不失时机地穿插相应理论知识的讲解，便可以有效加深学生的理解。（2）部分动手能力强、好奇心重的学生会试图打开控件源文件，了解背后的代码，甚至在教育工作者鼓励与支持下加以改进。如此，便可获得让教育者所期望的教育迁移的效果，使得自动控制原理与编程知识相结合，收到更好的效果。

第三，创新教学工具还包括演示模式的创新。传统教学演示工具一般使用PowerPoint（PPT）进行。而目前已出现了多种新兴的演示工具诸如Focusky和Prezi等。Focusky是一款国人开发的免费、高效的演示软件，它具有操作方便，易用性好，可挖掘性强，可利用无限缩放/旋转/移动的切页方式，使网络教学变得生动有趣，并且效果专业。Prezi则是一种通过缩放/快捷动作使演示更为高效的软件。它以跳跃性的方式从一个页面转向另一个页面，极富视觉冲击力。较之于PPT，以上两款软件均具有更好的视觉效果表现力和更加丰富的功能，在教育工作者网络授课过程中应注意加以使用[6]。

第四，在备课阶段，为适应智能手机所带来的当代生活智能化，学生注意力愈加难以集中的趋势，可引入在微博中常用的长图片形式对课堂所学知识点加以总结并于课后发放给学生。这样可以方便学生对所学内容加以回顾，充分利用碎片化时间达到高效复习的目的。

4 结语

在当前特殊时期，不论教育工作者的主观意愿与客观条件，网络教学已经成为唯一一种可行的教学手段，因此亟须教育界全体人士进行广泛而又专门的研究。在当前教育部关于教学改革的纲要中，已明确提出了杜绝水课，打造金课的目标。自动化类专业课程多抽象艰深、理解不易的特征，极其容易陷入教育工作者在讲台上空讲，学生却无人听课的水课经典状态。该文针对特殊时期自动化类专业网络教育所应注意的问题，提出了四方面的改进方法，从而响应教育部号召，提高应用型人才培养高校的教学质量，为培养国家下一代应用型人才而服务。