线上教学优秀案例（4） | 《电力拖动自控控制系统》基于超星“一平三端”的在线教学方案设计
【前言】目前我校在线课堂教学如火如荼，老师们在各大教学平台化身“直播高手”“网课达人”倾心打造精彩课堂，有效保证了在线学习与线下课堂教学质量实质等效。为进一步推进信息技术与教育教学深度融合，创新线上教学模式，培育和打造线上“金课”，发挥优秀案例引领示范作用，教务处通过此专栏搭建学习交流平台，总结在线课堂教学经验，展示在线课程建设成果，供老师们参考、学习和借鉴。
【本期分享】自动化学院伍银波老师：《电力拖动自控控制系统》基于超星“一平三端”的在线教学方案设计
一、课程简介
《电力拖动自控控制系统》课程是电气工程及其自动化、自动化专业重要的专业课程，旨在介绍电力拖动控制系统的原理、分析方法和设计方法等内容，是一门理论性和实践性均很强的课程。课程内容主要涵盖：电力电子技术的可控电源和可控电源-电动机系统的特殊问题及机械特性；电力拖动自动控制系统的调速性能指标和设计过程中存在的各种问题；典型交、直流电力拖动自动系统的工作原理、结构和数学模型；结合电力拖动自动控制系统的分析给出反馈控制的基本特点；介绍了反馈控制系统的静态和动态性能指标及分析方法；重点讲解了调节器参数的工程设计方法及在电力拖动自动控制系统中的实现；结合相关理论穿插介绍了计算机仿真验证和实验检验的内容。二、线上授课模式选择
（一）课程传统授课模式
本课程有基于超星泛雅平台建设的课程网站，学生可在平台进行资源下载、浏览课件、阅读拓展资料、讨论、签到等学习活动。课程可同时支持电脑端和手机端，数据是同步的，目前网站除了教学视频之外，其它教学资源和拓展资源丰富。课程建成后从14级使用至今，累计授课班级14个，上课人数40人；本学期17电气师共2个班级共76人选课，课程的访问量已接近10万。课程以往采取的教学形式如图1所示，属于典型的课堂讲授为主、线上学习为辅的模式。如图1所示，教师通过泛雅平台进行资源建设和管理，通过移动端开展教学活动和互动；结合教室端，可以开展丰富的线上线下混合教学。突如其来的疫情，让教师们必须进行对教室端教学部分也转移到线上，开展完全的线上教学。
（二）线上授课新模式
基于疫情期间的特殊性，经过课程团队成员交流后，制定新的教学模式，用直播间代替“一平三端”中的教室端，之所以采用直播而不是在线语音会议、在线视频会议、QQ群课堂等其它形式，是团队在对主流线上教学工具进行评测后做出的选择。
表1 主流教学工具评测
表1是对QQ、企业微信、钉钉、腾讯课堂和超星直播客户端等的详细评测结果，因为在线会议类工具大多无法进行回看，因此不适合在线教学。在表1中QQ群的直播和群课堂均不支持回看，因此不建议使用。经过实际测试，企业微信直播、钉钉、疼腾讯课堂和超星均可满足直播和回看的需求，在文件管理、注册入驻、分享等方面均可胜任。钉钉主要面向中小学，普及率和分享功能有限，也不推荐使用。企业微信直播时可分享给群成员，四星推荐。腾讯课堂和超星直播客户端均支持网址分享，而且是专业的课程直播平台，教学功能更丰富，这里进行五星推荐。
三、直播前的准备
该课程组使用电脑进行直播，主要原因在于：教学工具手机端对文件支持有限，容易出错；手机直播操作功能有限，很多素材无法展示，教学不能只靠语音和PPT演示；3.电话、微信、QQ等应用容易对直播造成干扰。（一） 摄像头准备视频传输对网络带宽要求较高，因此摄像头不是必须的。但网络良好情况下使用摄像头可提高课堂氛围和交互性，建议酌情选配。摄像头无特殊要求，一般使用普通USB摄像头即可。笔者手头刚好有工业监控用的摄像头，通过胶带简单固定到电脑显示器上即可，效果如图2所示。连接上麦克风后，右键任务栏声音图标，选择录音设备进行麦克风设置。如图4所示在级别选项卡中可对麦克风进行加强；在增强选项卡中勾选立即模式、DC偏移消除、噪音抑制和回声消除。
（四）双麦克风直播方案
为了提高直播音质，可以同时使用手机和电脑的麦克风，从而增强音效。这种方式下任一麦克风出故障均不会影响直播，具体操作如下：
1.电脑下载安装WOMic client，手机下载安装WO Mic，打开网址；
2.在手机端进行设置，如图5所示有4种方式可选；
3.在电脑端连接，笔者使用的是USB链接方式（需要将手机和电脑连接）。
图5 将手机作为电脑的麦克风
进行完以上三步，即可将手机变为电脑麦克风，从而实现双麦克风的叠加的效果。影响双麦克风效果的因素较多，实际应用中可分别对双麦克风、电脑和WOMic进行测试，从而选择效果最好的方案。四、线上教学方案设计
不同教学阶段，教师和学生需要进行的准备和开展的活动。课前教师的准备工作要多于平时的课堂授课，并且进行教学引导和测试。该课程组的主要教学活动设计见表2所示。表2 课程主要教学活动设计（一）授课测试及学生引导
线上授课期间，为了弥补超星平台教学视频缺失，采用自建课程网站和中国大学慕课平台共同开展日常教学。中国大学慕课所选教材和本课程一致，内容契合度高。对教学形式和注意事项提前通知，为学生注册账号提供使用说明（2月16日）。针对中国大学慕课注册认证难等问题，经过实测可以通过第三方账号微信/QQ等登陆，直接学习。报名后如果显示等待开课，是可以随时回看之前开课信息和视频。实际测试了企业微信和学习通配合的教学形式，学习通主要用于资源展示、签到、投票和讨论等教学互动；企业微信用于直播、会议讨论和答疑，能够确保线上教学质量。图6是课前引导，分别以企业微信群、微信朋友圈等形式进行宣传，图7是中国大学慕课《电力拖动自动控制系统》学习测试。图8 课前进行公告和授课测试
图8是学习通和企业微信配合进行的课前授课测试，企业微信主要进行语音直播、发布公告和即时交流。
（二）直播教学
考虑到学生的使用便捷性、可回看和后续资源的维护性，最终采用“一主两辅”直播方案（超星直播客户端为辅、腾讯课堂/企业微信为辅）。由于线上教学高峰期服务器压力大，容易造成网络问题，一主两辅的直播方案确保直播质量，应对一些突发状况。
图9是超星直播客户端教师端操作界面，教师可能够非常方便地进行PPT演示、屏幕分享、视频分享等操作，在网络状况不佳时，还可以用图片代替摄像头。最关键的是，直播客户端会自动将直播过程录制成课程视频存储到本地，可以按需进行后续加工。
图9 超星直播客户端教师界面
学生可以通过学习通进行观看和互动，其它人员可以通过浏览器观看教师授课情况。在直播期间，如果需要开展签到、测验、抢答等教学活动，可以用学习通对事先准备的教学活动进行发布。图10是学生端观看直播效果，以及课后作业的情况，客观题答案可直接提交，主观题可以选择以文件形式提交。
图10 超星直播客户端教师界面
专业课程除了要进行PPT演示外，还经常需要演示视频、Excel文件、Matlab等其它各种专业软件，这时候就必须要用到屏幕分享功能了。图11是利用Excel展示异步电机机械特性的效果，图12是利用Sinmulink进行控制模型仿真演示的效果。
图14 录播功能+公式编辑器实现公式推导
（三）直播教学注意事项
1. 不能使用在线语音会议或者视频会议，因为无法回看，QQ群课堂和直播均不支持回看。
2. 一定要用电脑直播，并且预备2-3种直播软件，以应对各种突发状况。因为大多数直播软件支持链接分享，因此学生观看直播并不需要安装专门的软件，有可以上网的电脑或者手机即可。教师在课余时间可以对重难点和习题录制讲解视频，但是并不建议完全在上课期间播放录播的视频，因为互动性欠佳。但是可以在直播室播放录播视频，有点绕哈，总之为了提高互动性，开直播是非常有必要的。
3. 麦克风和摄像头需要进行简单固定，这样可以保持声音和视频画面稳定。直播授课时，教师需要大量键盘和鼠标操作，声源位置变动较大。条件允许的话，建议使用多个麦克风，提升拾音范围和效果。另外，直播软件一般对含有大量公式的PPT兼容性不太好，容易显示混乱，可通过以下两种途径解决：将PPT转为PDF格式，缺点是会损失动画效果；采用屏幕分享功能，缺点是可能会影响实时的文字交流和互动。实际使用中发现，企业微信直播时，可以看到学生的留言，但是教师无法留言。直播过程中重点内容，因为文字可以一直保留，通过发送群聊文字有助于学生理解和消化。腾讯课堂极速版在高峰期容易发生拥堵，正式版认证周期较长，大家可以根据上课时间段，酌情选择适合自己的直播工具。
4. 学生学习记录分析。采用超星学习通和直播客户端最大的优势是能够充分利用之前的建设成果和资源，教学活动丰富多样，并且能够对学生学习行为进行详细的记录和分析。图15是本课程现有的活动库，将随着课程进度持续更新；图16是学生分时访问数据。
图15 教学活动库
五、总结分析
该课程线上教学主要的特色是采用了双麦克风对语音进行增强、资源平台采用超星为主/中国大学慕课为辅的方案、直播工具采用超星直播客户端为主/企业微信和腾讯课堂为辅的方案，该方案能够最大程度确保线上授课的效果和稳定性。只要不是电脑和手机同时故障，或者超星、企业微信和腾讯课堂同时拥挤，均可正常授课。课程属于典型的工科专业课，教学过程中需要用到的演示工具较多，可供类似课程参考。课程团队的线上教学方案，已经在团队负责的其它课程中进行了试用，并不断进行学习和完善。
来源 | 自动化学院
文案 | 伍银波
排版 | 吴雁翎
编辑 | 赵建云、李 冲
审核 | 向 凯