慕課下機(jī)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(dòng)虛擬教學(xué)方式，而“機(jī)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(diǎn)，簡(jiǎn)述了“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)及存在的問題，闡述了基于慕課的“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)設(shè)計(jì)和具體實(shí)施方案。
關(guān)鍵詞：慕課；互聯(lián)網(wǎng)；機(jī)械控制工程基礎(chǔ)；教學(xué)改革
0引言
近年來(lái)，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下新一代大學(xué)生的成長(zhǎng)，傳統(tǒng)高等教育的授課模式已經(jīng)不能引起新時(shí)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(jī)械控制工程基礎(chǔ)”是機(jī)械工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是機(jī)械、控制和信息領(lǐng)域的交叉學(xué)科［1］，其理論性強(qiáng)，涉及大量數(shù)理知識(shí)，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(dòng)性不強(qiáng)。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)載體創(chuàng)建一個(gè)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”慕課教學(xué)平臺(tái)，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(diǎn)和時(shí)間，借助任何通信手段參與到虛擬課堂的教學(xué)活動(dòng)中來(lái)，以此來(lái)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(diǎn)
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(guó)崛起，《紐約時(shí)報(bào)》發(fā)文將2012年稱為慕課元年。美國(guó)先后出現(xiàn)了Coursera，Udacity，edX等線上課程慕課平臺(tái)，歐盟推出了“教育平臺(tái)”（OpenupEd），法國(guó)政府推出了“法國(guó)數(shù)學(xué)大全”（FranceUniversityNumerique），印度有“卡特教育”（EduKart），日本則有“學(xué)?！保⊿chool），2013年，清華大學(xué)推出“學(xué)堂在線”，是中國(guó)本土的首個(gè)慕課網(wǎng)站，也是全球首個(gè)中文版慕課平臺(tái)［3］。慕課是一種教師和學(xué)習(xí)者通過(guò)教與學(xué)聯(lián)系起來(lái)的大規(guī)模線上虛擬教學(xué)方式，不受時(shí)間和空間限制。具體來(lái)說(shuō)其特點(diǎn)可以概括如下。
1.1規(guī)模大
學(xué)生可能來(lái)自世界各地，同時(shí)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(jī)會(huì)，使教育資源擴(kuò)大化。
1.2教學(xué)模式為互動(dòng)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(huì)提供相應(yīng)的動(dòng)畫和測(cè)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(guò)注冊(cè)進(jìn)行學(xué)習(xí)。慕課由于其特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，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(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”的教學(xué)改革發(fā)展有所幫助。
2“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)及存在的問題
“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”是機(jī)械工程專業(yè)一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是適應(yīng)機(jī)電一體化的技術(shù)需要，針對(duì)機(jī)械對(duì)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(shí)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(shí)驗(yàn)為輔，是一種有限互動(dòng)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(huì)安排以大班制教學(xué)進(jìn)行，導(dǎo)致學(xué)生與教師之間的交流減少，學(xué)生對(duì)課程的反饋不足；另外實(shí)驗(yàn)也多為集成式模塊實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只是在模塊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上接線，無(wú)法掌握實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)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(shí)，在有限的課時(shí)內(nèi)要求機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立、其時(shí)域和頻域分析方法、穩(wěn)定性分析等相關(guān)重點(diǎn)與難點(diǎn)是十分困難的。這往往使得學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，感到難學(xué)、乏味，對(duì)所學(xué)內(nèi)容難以消化、吸收和鞏固，尤其對(duì)一些難點(diǎn)、重點(diǎn)內(nèi)容，要掌握好就更不容易。無(wú)疑，這樣最終使得一部分學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)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(huì)導(dǎo)致學(xué)生整體機(jī)械知識(shí)體系鏈出現(xiàn)斷鏈，制約其整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的和諧建立［6］。
3基于慕課的“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)設(shè)計(jì)
針對(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)，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(fù)責(zé)準(zhǔn)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(duì)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(chǎng)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(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)體系的熟練掌握，對(duì)整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)非常熟悉，以及對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)化新技術(shù)的熟練開發(fā)等。
3.1通過(guò)慕課建立課程知識(shí)群
針對(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)，建立相應(yīng)的上下游課程聯(lián)動(dòng)慕課教學(xué)知識(shí)群。“機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)”“電力拖動(dòng)”“機(jī)械工程測(cè)試”“機(jī)電一體化”“畢業(yè)設(shè)計(jì)”等專業(yè)課程。根據(jù)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程知識(shí)體系，將總體知識(shí)分為控制理論的基本概念、系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、時(shí)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(shí)群［8］，并且合并上下游課程涉及的知識(shí)內(nèi)容，然后再依次細(xì)化成相應(yīng)的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，詳細(xì)講解。此基于慕課教學(xué)知識(shí)群建立的關(guān)鍵在于教師對(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程系統(tǒng)的整體掌握，對(duì)機(jī)械控制工程涉及的課程內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)都有非常清楚的認(rèn)知，以此非常突出地建立基于慕課的教學(xué)知識(shí)群。
3.2通過(guò)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(jià)值取向，進(jìn)而調(diào)動(dòng)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(guò)學(xué)生自主、獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問題，獲得知識(shí)、技能，特別是探索精神和創(chuàng)新能力的提高。在慕課中，“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程被分割成若干相聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)，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(cè)試，滿足學(xué)生隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)需求。通過(guò)慕課平臺(tái)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(shí)的盲點(diǎn)和教師進(jìn)行探討，同時(shí)也可以向教師反映教師在教授過(guò)程中存在的不足，達(dá)到師生共同進(jìn)步的目的。
3.3通過(guò)慕課增加與課程相關(guān)的創(chuàng)新項(xiàng)目
教師從日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐中挖掘出與課程章節(jié)相關(guān)的創(chuàng)新項(xiàng)目，例如針對(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)，基于慕課平臺(tái)，為提升學(xué)生創(chuàng)新性和獨(dú)立學(xué)習(xí)能力，建立基于MATLAB創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)置等。將它們到“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程的慕課平臺(tái)，學(xué)生可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況和興趣愛好進(jìn)行選題，與教師進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交流。教師對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行從始到終的全程指導(dǎo)，并不斷進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度跟蹤：從項(xiàng)目開始到結(jié)束，教師可以查看學(xué)生提交到慕課平臺(tái)的項(xiàng)目進(jìn)度、數(shù)學(xué)模型、其相關(guān)性能分析及系統(tǒng)校正各個(gè)環(huán)節(jié)的材料。教師進(jìn)行項(xiàng)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(shí)水平的機(jī)械控制工程實(shí)際例子，適當(dāng)超前于本科生水平，以此來(lái)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(jìn)行全程指導(dǎo)。
3.4通過(guò)慕課進(jìn)行互動(dòng)式課程教學(xué)評(píng)價(jià)
學(xué)習(xí)成績(jī)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(dòng)力。慕課由于是網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，虛擬不可見，對(duì)于教學(xué)效果評(píng)價(jià)則與以往有所不同。因此，在慕課教學(xué)效果評(píng)價(jià)過(guò)程中，應(yīng)倡導(dǎo)開放的評(píng)價(jià)原則，采用線上學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，如隨堂測(cè)驗(yàn)、考試等。慕課平臺(tái)可以將過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合。通過(guò)慕課平臺(tái)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的全過(guò)程進(jìn)行跟蹤與評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)任務(wù)、創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)、分階段考試、課堂練習(xí)等環(huán)節(jié)，通過(guò)過(guò)程性評(píng)價(jià)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，最終在期末階段對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行終結(jié)性評(píng)價(jià)。由于慕課平臺(tái)能將過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，進(jìn)行全程的互動(dòng)式課程教學(xué)評(píng)價(jià)，使“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程的成績(jī)?cè)u(píng)定更加合理。
4基于慕課的“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)實(shí)施
針對(duì)“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)，慕課的具體教學(xué)實(shí)施如下［9］。
4.1微課程的建立
將“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”課程分割成若干相聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)，將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)錄制成10分鐘左右的微視頻，將微視頻放在慕課平臺(tái)上。4.2微視頻對(duì)應(yīng)練習(xí)題慕課平臺(tái)一個(gè)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(jìn)行下一個(gè)階段的學(xué)習(xí)。
4.3教師與學(xué)生互動(dòng)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(guò)慕課平臺(tái)可以獲取每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展以及學(xué)習(xí)教學(xué)視頻的反饋情況，能夠及時(shí)進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)。
4.4創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)置及跟蹤
教師從日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐中挖掘與課程章節(jié)相關(guān)的創(chuàng)新項(xiàng)目，到機(jī)械控制工程基礎(chǔ)課程的慕課平臺(tái)，教師和學(xué)生可通過(guò)慕課平臺(tái)互動(dòng)完成創(chuàng)新項(xiàng)目的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容。教師可以查看學(xué)生提交到慕課平臺(tái)的項(xiàng)目進(jìn)度、數(shù)學(xué)模型、其相關(guān)性能分析及系統(tǒng)校正各個(gè)環(huán)節(jié)的材料，對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤。
4.5過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合
通過(guò)慕課平臺(tái)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的全過(guò)程進(jìn)行跟蹤與評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)任務(wù)、創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)、分階段考試、課堂練習(xí)等環(huán)節(jié)，通過(guò)過(guò)程性評(píng)價(jià)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，最終在期末階段對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行終結(jié)性評(píng)價(jià)，通過(guò)慕課平臺(tái)能夠?qū)⑦^(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合。
5結(jié)語(yǔ)
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(tái)，具有傳統(tǒng)教學(xué)所不具備的優(yōu)勢(shì)。而“機(jī)械控制工程基礎(chǔ)”是機(jī)械專業(yè)重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，應(yīng)用慕課嘗試對(duì)該課程進(jìn)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(zhēng) 王繼強(qiáng) 張恒 單位:東北大學(xué)秦皇島分校控制工程學(xué)院