基于“雨课堂”的智能控制理论与工程应用课程混合式教学改革①
马 静，缑林峰，彭 凯
（西北工业大学动力与能源学院，陕西 西安710072）
［摘 要］ 以“雨课堂”为核心构建智能控制理论与工程应用课程的混合式教学，融入“新工科”理念，借助新式信息和网络技术，通过课前导学、线上自主学习、课堂重点难点讲解、线下线上深度讨论、过程性多元化考核等方式，将“教师教授为主”的传统式教学模式向以“学生自主学习为主的”新型教学模式转变。同时兼顾专业课理论性强和专业发展特点，教师在教学过程中通过线上引导和线下督促，提高学生的学习能力和学习效果。
［关 键 词］ 雨课堂；智能控制理论与工程应用；混合式教学；自主学习
一、引言
“雨课堂”是一款基于PowerPoint 和微信的教学辅助软件，将课前预习、实时课堂、课后复习全程教学活动融为一体，使教学过程从单纯的课堂教学转变为全方位、立体的教学活动；同时教师和学生的全程互动及教学过程中的各种情况和数据都能够及时反馈到教师手中，便于教师全面掌握教学过程和效果；将原来不可量化的教学过程和效果通过背后大量的数据和经验转换成可以供教师借鉴和吸收的结果。为教师新的教学手段，如MOOC、翻转课堂等使用提供基础，促进“教”与“学”的过程更加轻松，更加有效。另外，智能控制理论与工程应用作为控制专业、研究生专业课程，具有概念多、理论性强、计算公式多的特点，内容抽象，比较难以理解。在以课堂教学为主的教学过程中，由于课堂时间的限制，学生的理解比较困难；所以该课程需要借助以“雨课堂”为核心的现代化教学工具，创新学科和专业建设理念与实践，开发“人工智能控制+新工科”导向的课程，从人工智能基础和人工智能共性技术层面建设“人工智能+新工科”课程体系，结合多种教学手段和方法共同实现教学目标。
5.Foods，fruits，sports and books can also make you beautiful.Do you think so?
二、课程改革内容
（一）教学内容改革
智能控制理论与工程应用是自动化专业的专业方向选修课，是经典控制理论和现代控制理论的新发展。目的是使学生能更深入地了解控制理论的发展前沿。任务主要是使学生对智能控制的基本原理、发展现状、智能控制器的设计方法和应用等有基本的了解。为学生在今后的学习和工作中对智能控制的深入研究和应用打下良好的基础。
对9例接受过呼唤护理后苏醒的颅脑损伤病人进行访谈，结果显示：病人心理体验包括人生感悟、心理压力增大、寻求社会支持；情绪体验包括积极情绪体验、消极情绪体验。建议构建多元化延续护理模式、构建心理咨询门诊提高病人延续性护理服务质量，减轻病人压力，促进病人康复。
本课程改变原有的单一教学内容，依据“雨课堂”的特点将教学内容分为理论教学和实验教学两部分。
理论教学主要包括：（1）模糊控制。模糊集合的基本概念，模糊集合及模糊关系的运算，能够进行精确量与模糊量的相互转换及精确化计算方法；根据控制系统要求设计模糊控制系统，包括输入输出变量的确定、隶属度函数的选取、模糊控制规则的建立及在工程中的应用等。（2）神经网络控制。神经元网络模型，掌握BP 算法及Hopfield 网络等不同类型的神经网络；掌握基于神经网络的辨识和控制方法以及工程中的实现。（3）模糊神经网络。（4）遗传算法等智能算法。（5）专家控制系统。
课后，通过雨课堂学生可以看到所有课堂的教学内容，复习方便；另外，教师也可以通过雨课堂获得所有的授课信息，并推送其他复习内容，反馈复习结果，便于教师把握教学效果。
（二）授课形式改革
课堂上，教师开启雨课堂后，学生扫描实时生成的二维码进入课堂（相当于签到），授课PPT 课件会同时出现在教室投影和学生手机中，既能按正常PPT 形式播放，又能让学生在每页PPT下选择“收藏”和“不懂”按钮，帮助学生收藏难点，同时将不懂的内容反馈给教师，教师可以据此调整教学内容和速度。另外，雨课堂中也有试题发布功能，能将试题在课堂上发送给学生，学生在手机上作答，答题情况、答案等会及时通知教师和学生，两者都能及时获得学习效果检测结果。为了增加课程的趣味性，雨课堂中还有弹幕、红包、分组等功能。
因此，在智能控制理论与工程应用的混合式教学过程中既强调学生的“主体”作用，也重视教师的“主导”作用，通过两者结合实现最佳的教学效果。混合式教学思路如图2 所示（见文末图）。
开展黑龙江省河流上游保护区、保留区背景值研究，有效区分水体天然背景和人为污染的因素，为水污染治理提供有力支撑。通过开展讷谟尔河和山口水库河湖健康评估试点研究，提出针对高寒地区冬季封冻期特点的河湖健康评价指标体系与评价方法，为高寒地区河湖治理保护、编制“一河(湖)一策(档)”提供了依据和参考。
智能控制理论与工程应用课程的主要教学环节包括课前预习、课堂讲授及习题课、课外作业、实验、机构创新课程设计、考试考查等。这些教学环节将借助“雨课堂”实现，采用“课堂教学+在线教学”的混合式教学方式，具体如下。
我还想设计一个手机充电口，计划在停电时给手机、平板电脑等电子产品充电，但是我掌握的知识还不够，因此没有制作。
实验教学主要包括：（1）二维模糊控制器设计和应用。（2）BP神经网络控制系统设计。（3）非线性神经网络系统辨识器设计。（4）神经网络PID 自适应控制器设计。（5）模糊神经模型参考自适应控制器设计。
所以，课前、课上、课后的雨课堂应用可以实现教师对教学过程的全面掌握，能够完成课前预习、课堂互动教学、课后复习等工作，并通过量化和分析教学数据获得教学规律和方法的总结。
三、课程混合式教学改革思路
（1）网络顺畅是保证课程顺利进行的基础；教师需做好双重准备。
图1 课程混合式教学模式框架设计
智能控制理论与工程应用作为一门理论性较强的课程，需要充分调动学生学习的积极性，作为学习的主体，学生要能将理论知识与实践有机结合，掌握实际系统的智能控制系统设计问题。通过师生互动和多形式的课堂教学，激发学生的学习热情。学生要根据教师布置的任务及推送的相关资料进行自学，并随时与教师进行交流，完成教师发布的练习或作业。
针对智能控制理论与工程应用不同章节设计不同的教学方法和手段，充分利用“雨课堂”达到教学内容和手段的完美结合。如学生通过课前自学应基本掌握智能控制相关概念知识，课堂学习主要是对知识进行深化，学生通过参与教学活动，展示自己的学习程度，对学习中遇到的疑难问题及时向教师反馈，积极参与讨论，深化学习。课堂上教师主要讲授智能控制中的重点、难点以及课前练习中错误率较高的问题（模糊数学到模糊控制原理的转换、神经网络控制的原理等），并结合实例讲解、小组讨论、学生汇报、答疑等多种形式进行深入探讨，通过实时答题、简单测评等方式掌握和监督学生对难点的学习情况。
课前，预习内容的推送和学习效果的检验。由于“雨课堂”是一款综合多功能教学软件，教师可以借助多种资源构成自己的教学内容，所以课前预习的内容可以包括PPT 课件、教师讲解声音、MOOC 等教学视频；教师可以根据课程特点和个人的教学习惯定制符合自己教学风格和教学节奏的教学设计。用于课前预习的多素材PPT 讲义发送到雨课堂后，可设置预习截止时间，学生可以在规定时间内边学边练，同时学生的预习和学习情况可以直接反馈给教师，教师可以根据预习情况决定课堂教学内容和教学方式。
以第一章智能控制概论为例大致说明教学过程的设计思路，如下表所示。
教学过程设计表
四、课程改革后的优势和可能遇到的问题
以“雨课堂”为核心的混合式教学为基础的智能控制理论与工程应用课程的优势主要在于:
（1）对课程内容重新规划，不仅是教师自身资源，还有浩瀚的网络资源，大大扩充了课程容量；理论、实例、实验的结合，课堂、PPT 课件、MOOC 视频等多渠道加深学生对知识的理解和掌握。
设以阶跃信号作为输入信号，幅值为r，假设系统的误差不是很大，则根据泰勒级数的展开式有eau-1≈au，根据中值定理，图1系统输出Ψ为
（2）传统课堂中信息的传递方向是以单向为主，教师无法及时掌控课堂上的教学效果。雨课堂软件抓住了学生利用手机微信社交的特点，对学生有相当的吸引力。
The potential distribution at Vgs = 1.1 V, Vds = Vdd = 0.8 V of the N channel devices (w/o well, with P well, with N well)are shown in Fig. 4. It can be seen that the channel potential of N channel devices with P well is significantly lower than the other two types of N channel devices.
（3）雨课堂把课件推送到学生的手机上，方便学生学习和复习相关内容。既避免了以前学生在网站下载相关内容的繁琐，也解决了坐在后面的学生可能看不清楚课件的问题。
（4）采用雨课堂授课后，软件自动生成课堂小结，也可以实现自动点名统计。
（5）在上课时，教师根据知识点设置试卷，当堂作答，促进学生集中注意力；同时弹幕功能也便于学生和教师及学生之间的互动。
（6）以“雨课堂”为基础的混合式教学便于教师在课堂调节讲课进度，以适应不同学生的需求；故对学生类型和人数没有过多要求，对小班和大班都可以适用。教学初期可以以小班为试点，逐渐推广、完善。
当然这种基于新型现代网络的教学技术在实施过程中由于条件的限制，可能会遇到的主要问题是：
以“雨课堂”软件为基础构建智能控制理论与工程应用课程的多功能、混合式教学资源，进行教学手段、方法和模式的改革，课程混合教学总体框架设计如图1 所示。
（2）学生需要在课下花费很多的时间自己学习，如果多门课都采用这样的教学方式，学生自我学习压力比较大；可通过逐步试点，让教师和学生都逐步找到合适的比例和方法。
五、总结
借助“雨课堂”进行智能控制理论与工程应用课程混合式教学改革，是以研究生的综合能力培养为目标，全面提高教学质量。
①刘泽文：《大学生创业政策反思：政策解构与转型——基于“输入—过程—输出”的分析维度》，《教育发展研究》2015年第17期。②张英杰：《大学生创业金融支持体系创新的探索性案例研究》，《科技进步与对策》2016年第11期。③[美]罗伯特·赫里斯、[美]迈克尔·彼得斯：《创业学》，王玉等译，清华大学出版社，2004年，第134页。④习近平：《胸怀大局把握大势着眼大事 努力把宣传思想工作做得更好》，《人民日报》2013年8月21日。
（一）以“雨课堂”为基础，多教学手段和方法相融合
利用“雨课堂”这一智慧教学工具能够服务课前、课上、课后的每一个环节，让师生连接更加紧密。教师在教学过程中受约束程度降低，可以有更多的时间、精力和条件来更好地组织教学活动，使教与学的过程更为生动、轻松。
（二）充分利用网络和多媒体环境，实现课时“立体提升”
图2 智能控制理论与工程应用课程的混合式教学
课堂上的计算机、投影等多媒体加上在线学习平台和学习资源等网络环境，在保证课堂基本课时量的同时，不分时段和场所地扩充网络课时量。让学生根据自己的能力和兴趣不断学习。既完成教学大纲规定的教学内容，又突破教学大纲对课时量的严格限制。
（三）采用适用于“雨课堂”的多种教学模式，形成教学的“双主”模式
以学生为主体、教师为主导”的“双主”模式的形成，使学习过程的中心从教师转移到学生。在这个过程中，教师和学生都要注意自己的角色转换。
（四）打造全方位的交流环境，动态调整教学资源
混合式教学是传统教学环境和网络在线环境的高度融合，打造全方位的交流环境，教师可以根据不同的客观条件变化，动态合理地选择教学资源和教学方式，优化教学过程，提高学习效率，促进学生学习。
显然，机构全部尺寸常数中4个独立(例如r、b、a、c)，已知任意4个尺寸常数，可由式(1)-式(3)求出其他尺寸常数。
参考文献：
［1］李德毅，马楠.智能时代新工科：人工智能推动教育改革的实践［J］.高等工程教育研究，2017（5）.
［2］林健.面向未来的中国新工科建设［J］.清华大学教育研究，2017（2）：26-35.
［中图分类号］ G642
［文献标志码］ A
［文章编号］ 2096-0603（2019）31-0043-03
①本文受西北工业大学学位与研究生教育研究基金项目资助（18GZ050101）。
◎编辑 冯永霞
标签：雨课堂论文; 智能控制理论与工程应用论文; 混合式教学论文; 自主学习论文; 西北工业大学动力与能源学院论文;