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慕课下机械控制工程课程改革分析

摘要:慕课是基于互联网的大规模线上互动虚拟教学方式,而“机械控制工程基础”是一门重要专业基础课。文章分析了慕课的发展及特点,简述了“机械控制工程基础”课程的特点及存在的问题,阐述了基于慕课的“机械控制工程基础”课程教学设计和具体实施方案。

关键词:慕课;互联网;机械控制工程基础;教学改革

0引言

近年来,伴随着互联网环境下新一代大学生的成长,传统高等教育的授课模式已经不能引起新时代大学生的学习兴趣。而以互联网为载体的慕课教学模式,可提高学生的学习兴趣和教学效率。“机械控制工程基础”是机械工程专业重要的专业基础课,是机械、控制和信息领域的交叉学科[1],其理论性强,涉及大量数理知识,并且比较抽象,具有一定的深度和难度,往往使得学生学习兴趣较差,学习的主动性不强。应用互联网载体创建一个“机械控制工程基础”慕课教学平台,使学生不再局限于传统的课堂,在可以使用互联网的任何地点和时间,借助任何通信手段参与到虚拟课堂的教学活动中来,以此来提高学生的学习兴趣和教师的教学质量。

1慕课的发展及特点

慕课(MassiveOpenOnlineCourse,MOOCs)意为“大规模在线开放课程”,由戴夫•科米尔与布赖恩•亚历山大[2]联合提出,慕课首先在美国崛起,《纽约时报》发文将2012年称为慕课元年。美国先后出现了Coursera,Udacity,edX等线上课程慕课平台,欧盟推出了“教育平台”(OpenupEd),法国政府推出了“法国数学大全”(FranceUniversityNumerique),印度有“卡特教育”(EduKart),日本则有“学校”(School),2013年,清华大学推出“学堂在线”,是中国本土的首个慕课网站,也是全球首个中文版慕课平台[3]。慕课是一种教师和学习者通过教与学联系起来的大规模线上虚拟教学方式,不受时间和空间限制。具体来说其特点可以概括如下。

1.1规模大

学生可能来自世界各地,同时数量也不受限制[4],可以为许多在职和全日制学生提供学习的机会,使教育资源扩大化。

1.2教学模式为互动教学

与线上学习相匹配的是论坛或者学习交流社区,老师和同学们可以在其中自由地交流关于学习的问题。

1.3授课形式多样,成本低廉

学习方式除了视频学习外,老师会提供相应的动画和测试等,提高学生的学习兴趣。只要拥有电脑和网络,学习者就可通过注册进行学习。慕课由于其特点及优势,在某些课程教学方面已经有了相关的应用[5],能对“机械控制工程基础”的教学改革发展有所帮助。

2“机械控制工程基础”课程的特点及存在的问题

“机械控制工程基础”是机械工程专业一门专业基础课,是适应机电一体化的技术需要,针对机械对象的控制,基于经典控制理论形成的课程。该课程主要突出讲解控制系统的基本组成及其概念、系统的数学模型、系统时域和频域分析方法、系统的稳定性及其误差分析、控制系统的综合与校正。目前该课程的教学模式还是传统的老师课堂讲授为主、课下作业与实验为辅,是一种有限互动式教学模式。而且作为一门专业基础课,学校通常会安排以大班制教学进行,导致学生与教师之间的交流减少,学生对课程的反馈不足;另外实验也多为集成式模块实验,学生只是在模块实验平台上接线,无法掌握实验本质,达不到实验的目的。再者,该课程是一门基于数学的专业基础课,涉及有关高等数学与复变函数等多方面的数理知识,在有限的课时内要求机械工程专业学生掌握机械系统数学模型建立、其时域和频域分析方法、稳定性分析等相关重点与难点是十分困难的。这往往使得学生在学习的过程中,感到难学、乏味,对所学内容难以消化、吸收和巩固,尤其对一些难点、重点内容,要掌握好就更不容易。无疑,这样最终使得一部分学生学习的主动性变差,产生厌学情绪,从而影响到该课程的教学质量,这样会导致学生整体机械知识体系链出现断链,制约其整个知识结构的和谐建立[6]。

3基于慕课的“机械控制工程基础”课程教学设计

针对“机械控制工程基础”课程的特点,慕课课程从内容上可分为两部分,如图1所示:线上内容和线下交流[7]。线上内容由教师负责准备制作的部分和学习者参与构建的部分组成的。而线下交流比较常见的形式有3种:面对面线下答疑,只能面向学校附近的少数学习者,不可能覆盖到所有学习者;学习社区是由某些网站牵头组成的,或者由学习者自主成立的,是学习者们互帮互助的场所,也是慕课课程传播口碑的重要途径;翻转课堂是指学生在看完视频、完成小题之后,到教室参加教师主导的讨论课,也算线下内容。慕课内容建立的关键在于教师对“机械控制工程基础”课程教学体系的熟练掌握,对整个教学环节非常熟悉,以及对相关网络化新技术的熟练开发等。

3.1通过慕课建立课程知识群

针对“机械控制工程基础”课程的特点,建立相应的上下游课程联动慕课教学知识群。“机械控制工程基础”课程向上涉及“高等数学”“积分变换及复变函数”“大学物理”“工程力学”等基础课程,向下涉及“机械设计”“电力拖动”“机械工程测试”“机电一体化”“毕业设计”等专业课程。根据“机械控制工程基础”课程知识体系,将总体知识分为控制理论的基本概念、系统数学建模、时间响应分析、频率特性分析、系统稳定性分析及系统性能校正五大知识群[8],并且合并上下游课程涉及的知识内容,然后再依次细化成相应的教学知识点,详细讲解。此基于慕课教学知识群建立的关键在于教师对“机械控制工程基础”课程系统的整体掌握,对机械控制工程涉及的课程内容的重点和难点都有非常清楚的认知,以此非常突出地建立基于慕课的教学知识群。

3.2通过慕课建立以“学”为本的教学模式

慕课反映的是以“学”为本的教学价值取向,进而调动了学生学习的积极性。倡导学生探究式学习,教师要在教学中创设一种类似于开辟学术研究的情境和氛围。通过学生自主、独立地发现问题,获得知识、技能,特别是探索精神和创新能力的提高。在慕课中,“机械控制工程基础”课程被分割成若干相联系的知识点,慕课视频课程被切割成10分钟甚至更小的“微课程”,在其中嵌入随堂测试,满足学生随时随地的学习需求。通过慕课平台的论坛、交流社区等途径,学习者就自身存在的关于知识的盲点和教师进行探讨,同时也可以向教师反映教师在教授过程中存在的不足,达到师生共同进步的目的。

3.3通过慕课增加与课程相关的创新项目

教师从日常生活、生产实践中挖掘出与课程章节相关的创新项目,例如针对“机械控制工程基础”课程的特点,基于慕课平台,为提升学生创新性和独立学习能力,建立基于MATLAB创新项目设置等。将它们发布到“机械控制工程基础”课程的慕课平台,学生可以根据自身的学习情况和兴趣爱好进行选题,与教师进行网络交流。教师对项目进行从始到终的全程指导,并不断进行项目进度跟踪:从项目开始到结束,教师可以查看学生提交到慕课平台的项目进度、数学模型、其相关性能分析及系统校正各个环节的材料。教师进行项目设置环节的关键在于要选取大量的相应知识水平的机械控制工程实际例子,适当超前于本科生水平,以此来提升学生自我学习能力,并且教师应投入相应的精力进行全程指导。

3.4通过慕课进行互动式课程教学评价

学习成绩是学习者关心的问题,也是引导学习者们不断努力学习的动力。慕课由于是网络平台,虚拟不可见,对于教学效果评价则与以往有所不同。因此,在慕课教学效果评价过程中,应倡导开放的评价原则,采用线上学习评价系统,如随堂测验、考试等。慕课平台可以将过程性评价与终结性评价相结合。通过慕课平台,对学生学习的全过程进行跟踪与评价,评价内容包括网络学习任务、创新项目设计、分阶段考试、课堂练习等环节,通过过程性评价引导学生自主学习,最终在期末阶段对学生的学习状况进行终结性评价。由于慕课平台能将过程性评价与终结性评价相结合,进行全程的互动式课程教学评价,使“机械控制工程基础”课程的成绩评定更加合理。

4基于慕课的“机械控制工程基础”课程教学实施

针对“机械控制工程基础”课程的特点,慕课的具体教学实施如下[9]。

4.1微课程的建立

将“机械控制工程基础”课程分割成若干相联系的知识点,将每个知识点录制成10分钟左右的微视频,将微视频放在慕课平台上。4.2微视频对应练习题慕课平台一个很重要的环节就是学生学习完教师录制微视频后,必须完成相应的练习题,才能够进行下一个阶段的学习。

4.3教师与学生互动式教学,学生学习相应的视频,并完成相应的练习

教师通过慕课平台可以获取每个学生的学习进展以及学习教学视频的反馈情况,能够及时进行互动式教学。

4.4创新设计项目设置及跟踪

教师从日常生活、生产实践中挖掘与课程章节相关的创新项目,发布到机械控制工程基础课程的慕课平台,教师和学生可通过慕课平台互动完成创新项目的具体设计内容。教师可以查看学生提交到慕课平台的项目进度、数学模型、其相关性能分析及系统校正各个环节的材料,对设计项目进行跟踪。

4.5过程性评价与终结性评价相结合

通过慕课平台,对学生学习的全过程进行跟踪与评价,评价内容包括网络学习任务、创新项目设计、分阶段考试、课堂练习等环节,通过过程性评价引导学生自主学习,最终在期末阶段对学生的学习状况进行终结性评价,通过慕课平台能够将过程性评价与终结性评价相结合。

5结语

基于互联网的慕课是一种新兴的在线课程模式和创新平台,具有传统教学所不具备的优势。而“机械控制工程基础”是机械专业重要的一门专业基础课,应用慕课尝试对该课程进行教学改革探索适应了“互联网+”的教学模式,有助于多元化的教学模式的发展,有助于提高学生的学习兴趣。

参考文献

[1]杨叔子,杨克冲.机械工程控制基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2011.

[2]DAVEC,BRIANA.MassiveOpenOnlineCourses(MOOCs):Disruptingteachingandlearningpracticesinhighereducation[J].BritishJournalofEducationalTechnology,2015(3):451-454.

[3]吕中华.“慕课”(MOOC)对高校教育的影响和启示[J].长春工业大学学报(高教研究版),2014(2):25-26.

[4]任红卫,刘美.慕课背景下的教学模式变革———以“电力系统分析”为例[J].中国电力教育,2014(31):40-41.

[5]张晓玲.微课、慕课在医学影像技术教学中的应用[J].中国医药导报,2014(36):130-131.

[6]王芳.“机械控制工程基础”课程教学改革探讨[J].西安航空技术高等专科学校学报,2008(5):76-77.

[7]陈江.慕课的建设与实施策略[J].北京广播电视大学学报,2014(1):33-42.

[8]郑明军,刘希太,王海花.《机械控制工程基础》课程教学改革研究与实践[J].中国科技信息,2009(6):257-258.

[9]杨小龙,何美丽.基于“MOOCs”(慕课)的机械原理课程教学改革[J].现代企业教育,2015(2):440.

作者:王海芳 褚天争 王继强 张恒 单位:东北大学秦皇岛分校控制工程学院

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