單麒赫，俞菲斐，滕菲，肖仲明，于仁海

（1.大連海事大學(xué) 航海學(xué)院，遼寧大連 116026；2.大連海事大學(xué) 船舶電氣工程學(xué)院，遼寧大連 116026）

近年來，隨著信息化建設(shè)的發(fā)展，數(shù)字技術(shù)不斷加快向教育領(lǐng)域全方位融入。從2012 年3 月教育部印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020 年）》[1]，到2018 年4 月教育部印發(fā)《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》[2]，到2021 年7 月教育部等六部門印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》[3]，再到2022 年2 月教育部發(fā)布的《教育部2022年工作要點(diǎn)》[4]明確提出“實(shí)施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)”，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)、融合創(chuàng)新駛?cè)肟燔嚨馈?022 年10 月，黨的二十大召開，首次將“推進(jìn)教育數(shù)字化”寫進(jìn)二十大報(bào)告，標(biāo)志著教育數(shù)字化正式成為國(guó)家教育改革發(fā)展的戰(zhàn)略部署，為高校網(wǎng)信工作者進(jìn)一步做好新時(shí)代高校科技創(chuàng)新和教育數(shù)字化支撐工作，指明了前進(jìn)方向、提供了根本遵循[5]。

隨著數(shù)字化成為推進(jìn)高等教育高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略支撐和必然趨勢(shì)，我國(guó)順應(yīng)高等教育數(shù)字化發(fā)展大勢(shì)，重視總體規(guī)劃的超前性、主動(dòng)性、科學(xué)性，開展了一系列的有益探索與積極實(shí)踐[6-8]。中國(guó)慕課自2013 年起步，經(jīng)過10 年探索與實(shí)踐，建設(shè)數(shù)量和應(yīng)用規(guī)模均居世界第一[9]。以慕課為抓手，我國(guó)陸續(xù)構(gòu)建了在線教育數(shù)字化政策支持體系，建設(shè)了國(guó)家智慧教育平臺(tái)，深入推進(jìn)“慕課西部行計(jì)劃”，持續(xù)推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合[10]。我國(guó)連續(xù)三年舉辦世界慕課與在線教育大會(huì)，發(fā)起成立世界慕課與在線教育聯(lián)盟[11-13]，搭建慕課與在線國(guó)際交流合作新機(jī)制、新平臺(tái)，為世界高等教育數(shù)字化發(fā)展貢獻(xiàn)了中國(guó)經(jīng)驗(yàn)、中國(guó)方案。隨著慕課平臺(tái)的不斷壯大和數(shù)字化發(fā)展不斷深入推進(jìn)，高等教育課堂正在重構(gòu)，線上線下教學(xué)模式相互融合，催生出高等教育教學(xué)數(shù)字化新常態(tài)。

與此同時(shí)，工程教育改革創(chuàng)新方興未艾。2017 年，教育部先后在復(fù)旦大學(xué)和天津大學(xué)召開研討會(huì)，達(dá)成了“新工科建設(shè)復(fù)旦共識(shí)”[14]，發(fā)布了新工科建設(shè)行動(dòng)路線（“天大行動(dòng)”）[15]，提出要探索建立工科發(fā)展新范式。智能船舶作為《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，已成為船舶工程界科技創(chuàng)新的前沿課題。而航海類專業(yè)研究生是高層次工科人才，是未來智能船舶技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中堅(jiān)力量，如何使其具備成長(zhǎng)為卓越工程師的創(chuàng)新能力和專業(yè)素質(zhì)，是新工科建設(shè)亟待解決的重要問題之一[16-17]。

當(dāng)前，航海類專業(yè)研究生培養(yǎng)過程中普遍存在理論與實(shí)踐聯(lián)系不緊密的現(xiàn)象，課程建設(shè)中脫離航海特色，過多地強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)，這使得部分研究生課堂學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)，無法很好地適應(yīng)新時(shí)期航海類職業(yè)需求。隨著新工科建設(shè)工作的逐步推進(jìn)，面向航海類專業(yè)研究生的課程教學(xué)應(yīng)以有效學(xué)習(xí)為中心，旨在引導(dǎo)研究生學(xué)習(xí)有用的知識(shí)，強(qiáng)化理論知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐。然而，現(xiàn)有的課程考核方式多以研究生的出勤情況和期末成績(jī)?yōu)樵u(píng)價(jià)指標(biāo)，考試內(nèi)容過于依附教材，弱化了對(duì)研究生實(shí)踐應(yīng)用能力的評(píng)價(jià)。要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，還需設(shè)計(jì)科學(xué)的、可操作的課程考核評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)中要關(guān)注航海類專業(yè)研究生對(duì)知識(shí)的實(shí)際掌握應(yīng)用情況，使教學(xué)工作的重點(diǎn)真正落實(shí)到研究生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)上。因此，隨著高等教育模式的調(diào)整，航海類高校應(yīng)當(dāng)在教育教學(xué)中關(guān)注如何結(jié)合航海類專業(yè)特色，構(gòu)建新工科背景下研究生專業(yè)課程體系，以適應(yīng)航海類新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)。

綜上，在高等教育數(shù)字化和新工科建設(shè)的背景下，航海類專業(yè)研究生課程教學(xué)亟須在政策引導(dǎo)下作出調(diào)整與改革。本文以航海類專業(yè)研究生現(xiàn)代控制理論課程為例，通過對(duì)目前課程教學(xué)現(xiàn)狀的分析，嘗試從授課方式、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程考核評(píng)價(jià)方面進(jìn)行教學(xué)改革，全面提升數(shù)字化課堂教學(xué)水平和航海類新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 現(xiàn)代控制理論研究生課程教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)代控制理論是建立在狀態(tài)空間法基礎(chǔ)上的一種控制理論，是自動(dòng)控制理論的主要組成部分。它所包含的學(xué)科內(nèi)容十分廣泛，主要有：線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論、隨機(jī)控制理論和自適應(yīng)控制理論。

現(xiàn)代控制理論課程是航海學(xué)院交通信息工程及控制、航?？茖W(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生階段的核心課程，具有理論性強(qiáng)、內(nèi)容寬泛、應(yīng)用發(fā)展迅速等特點(diǎn)。目前，大連海事大學(xué)航海學(xué)院碩士/博士現(xiàn)代控制理論課程安排32 課時(shí)，于研究生第一學(xué)年上半學(xué)期進(jìn)行授課。課程的主要內(nèi)容有：線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述、線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析、線性系統(tǒng)的可控性和可觀測(cè)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析以及線性反饋系統(tǒng)的時(shí)間域綜合。課程采用了以理論教學(xué)和課堂講授為主的授課方式。

與很多研究生基礎(chǔ)課程一樣，現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)也存在以下問題：

1.1 線下教學(xué)方式存在局限性

一方面，新工科建設(shè)對(duì)航海類人才培養(yǎng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式提供的教學(xué)資源有限，在為航海類專業(yè)研究生拓寬行業(yè)視野和了解新興技術(shù)方面稍顯乏力。另一方面，教師在對(duì)現(xiàn)代控制理論課程進(jìn)行單一的線下教學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于信息化教學(xué)在線下課堂的可應(yīng)用性有限，使得課程教學(xué)設(shè)計(jì)較為單薄，課堂氛圍略顯嚴(yán)肅，在復(fù)雜煩瑣的理論教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的專注程度要求較高，難以保證教學(xué)效率。同時(shí)，由于課堂教學(xué)內(nèi)容較多，部分非航海類專業(yè)出身的研究生專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，難以確保其對(duì)所有課程教學(xué)內(nèi)容完全吸收理解。因此，在高等教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，現(xiàn)代控制理論課程線上教學(xué)體系構(gòu)建成為必然。

1.2 課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置缺乏科學(xué)合理性

現(xiàn)代控制理論課程面向航海學(xué)院交通信息工程及控制、航海科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的研究生授課時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，與航海類新工科人才培養(yǎng)所需要的知識(shí)結(jié)構(gòu)契合度不高，科學(xué)合理性有待提高。智能船舶是航海新工科重要的發(fā)展方向，船舶控制理論在現(xiàn)代控制理論課程中的重要性也愈發(fā)凸顯。面對(duì)未來發(fā)展方向，大多集中于航海領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)的研究生群體，在制定課程教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合航海類專業(yè)特色與航海類專業(yè)研究生發(fā)展特點(diǎn)，突出海上控制相關(guān)理論教學(xué)。然而目前的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置主要偏重于線性控制系統(tǒng)的理論與分析方法的講解，理論性強(qiáng)，但教材略顯單一，沒有很好地結(jié)合航海領(lǐng)域的相關(guān)控制問題與前沿控制理論，使研究生通過課程學(xué)習(xí)掌握的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與方式較為落后

現(xiàn)有的現(xiàn)代控制理論課程在理論與實(shí)踐教學(xué)上難以形成閉環(huán)，對(duì)研究生工程知識(shí)的應(yīng)用能力培養(yǎng)不足，與基于新工科背景下的航海專業(yè)人才培養(yǎng)要求存在一定的差距。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置較為陳舊，還停留在單一理論與知識(shí)點(diǎn)的仿真驗(yàn)證方面，沒有很好地結(jié)合航海領(lǐng)域工程實(shí)例，且過于模塊化，對(duì)所學(xué)工程知識(shí)的銜接性和統(tǒng)籌應(yīng)用不強(qiáng)，學(xué)生只是機(jī)械地按照算法進(jìn)行編程，缺乏對(duì)實(shí)際問題解決能力的訓(xùn)練。此外，實(shí)驗(yàn)方式的選取也較為落后，目前所用的仍是一些數(shù)學(xué)處理功能較弱、語言結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高級(jí)語言，如C 語言等，在可視化實(shí)物仿真方面提供的功能過少，使用難度也較大。

1.4 考核方式和評(píng)價(jià)指標(biāo)單一

現(xiàn)代控制理論課程在進(jìn)行研究生課程成績(jī)考核時(shí)，主要采用平時(shí)出勤+期末成績(jī)且以期末考試成績(jī)?yōu)橹鞯慕K結(jié)性評(píng)價(jià)方式?？己诵问胶驮u(píng)價(jià)指標(biāo)單一，考核內(nèi)容簡(jiǎn)單且主要依附于教材，過程性考核較少，對(duì)研究生所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力的檢驗(yàn)有待加強(qiáng)。部分研究生缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性，在平時(shí)課堂中的聽講效率難以得到保證，能力素質(zhì)無法得到提升。對(duì)于授課教師來說，通過指標(biāo)單一的終結(jié)性評(píng)價(jià)方式，無法了解學(xué)生不同階段學(xué)習(xí)過程中的知識(shí)掌握情況，不利于教學(xué)方案實(shí)施效果的反饋和調(diào)整改進(jìn)，課程考核的導(dǎo)向作用難以發(fā)揮。

2 現(xiàn)代控制理論課程多元化線上教學(xué)課堂設(shè)計(jì)

2.1 更新教學(xué)內(nèi)容，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)體系

從航海類專業(yè)研究生培養(yǎng)目標(biāo)與發(fā)展特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)接教學(xué)目標(biāo)，更新傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容。以船舶自動(dòng)化和無人船舶系統(tǒng)為切入點(diǎn)，融合線性控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)、最優(yōu)控制等相關(guān)理論知識(shí)，密切聯(lián)系課程內(nèi)容在航海領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐。對(duì)復(fù)雜且實(shí)用性不強(qiáng)的內(nèi)容進(jìn)行刪減，精選教學(xué)內(nèi)容，凝練出完整獨(dú)立的教學(xué)體系，凸顯知識(shí)體系中的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，淡化教材中復(fù)雜、煩瑣的理論證明和公式推導(dǎo)，側(cè)重現(xiàn)代控制理論在航海領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，將教師在本領(lǐng)域的研究成果科學(xué)合理地融入原有的教學(xué)內(nèi)容中，如多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制在船舶控制領(lǐng)域的應(yīng)用，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)充與更新。配合現(xiàn)代控制的前沿發(fā)展方向及相關(guān)技術(shù)，拓寬學(xué)生的視野，從理論知識(shí)、分析能力、應(yīng)用能力和解決問題的能力等方面不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。具體章節(jié)及內(nèi)容如表1 所示。

表1 現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)內(nèi)容

2.2 利用多樣化的在線平臺(tái)，推動(dòng)課程線上教學(xué)

在高等教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，研究生線上教學(xué)成為新常態(tài)。由于現(xiàn)代控制理論課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、抽象概念多，教學(xué)內(nèi)容中包含大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析與證明，對(duì)研究生基礎(chǔ)知識(shí)的儲(chǔ)備要求較高，對(duì)線上教學(xué)質(zhì)量的要求較高。針對(duì)該課程特點(diǎn)，利用云教育平臺(tái)的各種多媒體工具，制定了如表2 所示的“慕課+騰訊會(huì)議”的多元化線上教學(xué)策略。通過慕課上傳課程教學(xué)相關(guān)的電子教材、視頻、PPT 等教學(xué)資源，幫助研究生結(jié)合具體案例對(duì)理論知識(shí)加深理解；針對(duì)部分研究生專業(yè)基礎(chǔ)差的情況，在慕課平臺(tái)上有選擇地進(jìn)行線性系統(tǒng)理論、自動(dòng)控制原理等前序課程相關(guān)知識(shí)的補(bǔ)充，方便學(xué)生課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。同時(shí)，借助騰訊會(huì)議進(jìn)行直播授課，改變研究生傳統(tǒng)線下教學(xué)一對(duì)多的課堂體驗(yàn)感，為每位學(xué)生提供和教師更直接的互動(dòng)，方便學(xué)生主動(dòng)參與課堂活動(dòng)，增強(qiáng)課堂融入感，便于開展線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)。此外，教師通過線上平臺(tái)可以實(shí)時(shí)分享技術(shù)發(fā)展前沿，為新工科背景下航海類專業(yè)研究生的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

表2 現(xiàn)代控制理論課程線上教學(xué)平臺(tái)

2.3 利用豐富的軟件資源構(gòu)建線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

以工科人才能力培養(yǎng)為目標(biāo)，強(qiáng)化實(shí)踐能力訓(xùn)練，選用MATLAB 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，在幫助研究生夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)、加深對(duì)課程理論內(nèi)容理解的同時(shí)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)一步的探究能力、分析能力和運(yùn)用能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面，在側(cè)重理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)方面，增設(shè)面向工程實(shí)例的綜合性實(shí)驗(yàn)，將MATLAB 仿真軟件提供的針對(duì)控制系統(tǒng)建模、分析與設(shè)計(jì)的強(qiáng)大功能和無人船平臺(tái)有機(jī)結(jié)合，提供可視化的控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加入控制對(duì)象的演示仿真，使線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)更為生動(dòng)有趣，讓學(xué)生感受到控制的過程和效果，加深理解，提升學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式方面，教師采用“視頻演示+線上直播”的方式，在線上教學(xué)過程中實(shí)時(shí)解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的各類問題，并錄制教學(xué)視頻，上傳至慕課平臺(tái)，供學(xué)生課后自主進(jìn)行回顧；學(xué)生嚴(yán)格遵循課前預(yù)習(xí)、線上教學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、課后按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的順序，來完成線上實(shí)驗(yàn)課程。

2.4 制定多元化的考核方式，完善評(píng)價(jià)體系

調(diào)整現(xiàn)代控制理論課程傳統(tǒng)的單一考核模式，將終結(jié)性考核與形成性考核相結(jié)合，學(xué)習(xí)過程評(píng)價(jià)與目標(biāo)評(píng)價(jià)相結(jié)合，理論知識(shí)考核與能力素質(zhì)考核相結(jié)合，課程期末考試與平時(shí)考查相結(jié)合，筆試與實(shí)踐操作相結(jié)合，以多元化的綜合性評(píng)價(jià)方式全面考核研究生的能力培養(yǎng)達(dá)成情況。加大平時(shí)成績(jī)?cè)谡n程考核中的占比，增加案例討論、小組項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)仿真等形成性評(píng)價(jià)，平時(shí)成績(jī)由課堂考勤、隨堂測(cè)驗(yàn)和課程作業(yè)三部分組成。其中隨堂測(cè)驗(yàn)包括課堂提問、課堂討論、課上習(xí)題等形式；課程作業(yè)包括課后習(xí)題、小組項(xiàng)目以及實(shí)驗(yàn)仿真等類型。具體考核方式及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 現(xiàn)代控制理論課程考核方式及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)語

隨著高等教育數(shù)字化的不斷深化，加快推進(jìn)教學(xué)改革是新工科建設(shè)背景下提升高校教育教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。航海類專業(yè)研究生基礎(chǔ)課程承擔(dān)著應(yīng)用型、技能型航海人才培養(yǎng)的重任，推動(dòng)建設(shè)具有航海特色的數(shù)字化課程體系是必然趨勢(shì)。針對(duì)航海類專業(yè)研究生現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)，本文圍繞當(dāng)前形勢(shì)下課程建設(shè)過程中存在的問題，從授課方式、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程考核四個(gè)方面深入研究，提出了現(xiàn)代控制理論課程多元化線上教學(xué)課程改革方案，更新完善后的教學(xué)內(nèi)容密切聯(lián)系理論發(fā)展前沿與實(shí)際應(yīng)用，拓寬了學(xué)生視野，提高了航海類專業(yè)研究生的實(shí)踐應(yīng)用能力；通過“慕課+騰訊會(huì)議”的數(shù)字化教學(xué)手段，輔以MATLAB 線上仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高了研究生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性，在夯實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)培養(yǎng)了研究生的實(shí)踐探究能力；多元化的考核方式豐富了研究生課程教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提高了課堂教學(xué)成效和研究生的學(xué)習(xí)積極性。在國(guó)家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)的引導(dǎo)下，航海教育工作者未來應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)研究生專業(yè)課程的數(shù)字化教學(xué)改革，在航海類專業(yè)研究生培養(yǎng)過程中加強(qiáng)課程體系的內(nèi)涵建設(shè)，為全面提高航海類新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量提供有力支持。