“現(xiàn)代控制理論”課程教學改革探討與質量提升

崔曉斌+閆艷燕+郭景霞

摘要：如何激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，提升教學質量已成為高校教學改革的重要議題。《現(xiàn)代控制理論》課程是一門理論性和實踐性較強的課程，具有多學科交叉的特點。本文針對該課程教學過程中易出現(xiàn)的問題，探討課程教學內容、教學方法、考核手段等方面的改革，以促進教學質量的提升。

關鍵詞：現(xiàn)代控制理論；教學內容；教學方法；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）16-0113-02

現(xiàn)代控制理論課程與工程實際問題有著緊密的聯(lián)系，具有理論性和實踐性并重、多學科交叉等特點[1]。該課程涉及到較多抽象的概念，且具有豐富的內容，掌握難度相對較大。在現(xiàn)今條件下，高校在校生數(shù)量不斷增加，而學生的基礎條件又各不相同。如何綜合考慮課程特點以及在校生情況，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，提升教學質量已成為高校教學改革所面臨的一個重大問題。為適應創(chuàng)新培養(yǎng)模式的教育理念，提升教學質量，河南理工大學機械與動力工程學院（以下內容中簡稱為“我院”）在現(xiàn)代控制理論課程的教學過程中，針對容易出現(xiàn)的矛盾和問題，不斷摸索，總結經(jīng)驗，正向“優(yōu)化、高效、實用”的課堂教學改革目標不斷邁進。我院在現(xiàn)代控制理論課程的教學內容優(yōu)化、教學方法改善、考核方式完善等方面，進行了一系列有益的努力和嘗試，逐步提升教學質量，取得了良好的教學效果。

一、教學內容的優(yōu)化

教學內容是授課的前提和基本。只有針對教學內容的各部分進行優(yōu)化，方能使得學生熟悉課程內容框架，產(chǎn)生學習興趣，良好地掌握課程具體內容以及了解學科前沿。

1.緒論內容的優(yōu)化。現(xiàn)代控制理論課程的理論性強、計算繁雜，學生感到難學，易產(chǎn)生恐懼心理和厭學情緒[2]。這就需要教師在講授這門課程的緒論部分內容時，根據(jù)現(xiàn)代控制理論這門課程的內容特點構建課程內容框架，并結合實例，對應直觀展示。這樣可以讓學生對課程形成一個全局的概念，并引發(fā)學生自發(fā)、主動學習這門課程的興趣。

2.正文內容的優(yōu)化。在緒論之后的正文內容的講授過程中，應注意根據(jù)專業(yè)取向不同，選擇教學內容重點，并需補充必要相關基礎知識以及適度介紹學科前沿。（1）教學內容的選取。按照本專業(yè)培養(yǎng)目標確定課程目標，遴選教學內容并強化重點內容。具體的教學內容主要涉及基于狀態(tài)空間法的線性定常系統(tǒng)的分析與綜合，最優(yōu)控制問題的解決方法，可控性、可觀性、穩(wěn)定性的概念及判據(jù)，系統(tǒng)的極點配置，觀測器的設計等。（2）必要基礎知識的補充。現(xiàn)代控制理論具有多學科交叉的特點。其以近代應用數(shù)學和MATLAB的基礎操作為理論工具，涉及線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論、隨機控制理論和適應控制理論等學科。授課過程中，必須根據(jù)學習者的基礎去填補一些新的知識。例如在講解狀態(tài)空間模型時，就有必要講授一些關于線性系統(tǒng)理論的相關知識。（3）學科前沿的適度介紹。通過實例讓學生了解這門課程的發(fā)展前景。在保證講授本課程基本概念、基本原理和基本方法的基礎上，適當增補控制學科研究前沿內容。例如，可以和學生交流國內外一流會議關于控制理論的最新進展、最新應用，使學生了解該學科的研究方向和發(fā)展趨勢。

二、教學方法的改善

現(xiàn)代控制理論課程的概念抽象、內容豐富，其對教學方式方法有較高要求。完善教學方法和教學手段，進而提高教學質量，是課程改革的重中之重[3]。我院在該課程的教學過程中，選擇靈活的教學方法并引導學生主動學習，加強課后練習與試驗教學，積極引入Matlab語言，以完善教學方法，提升教學質量。

1.靈活選擇教學方法，引導學生主動學習。（1）在教學過程中，不但要注重直觀性教學，還應將其與傳統(tǒng)的板書有機結合。注重直觀性教學，積極探索圖文并茂、聲像結合且具有生動鮮明感染力的現(xiàn)代教學手段，如多媒體課件等。同時，授課過程中將板書、課件和視頻結合起來，充分發(fā)揮這三種教學方式的優(yōu)點。既能充分利用板書教學的嚴謹性、邏輯性強、步驟清晰的優(yōu)點，又利用了多媒體教學的直觀、逼真、容量大的優(yōu)點。在加深鞏固理論知識體系的同時，激發(fā)學生的求知欲望，從而調動學生學習的主觀能動性，取得良好的教學效果。（2）多采用啟發(fā)式教學方法，啟發(fā)引導學生自主學習、探究學習。克服死記硬背的弊端，鼓勵學生大膽質疑、奇思異想；變“一言堂”為群言堂，讓學生充分參與，積極表現(xiàn)，在討論、辯論中，使每個學生獲取知識的同時能得到充分發(fā)展；鼓勵學生通過親自嘗試、探索，建立新舊知識間的聯(lián)系，從而更好地接觸和掌握新知識。例如，提出現(xiàn)代控制理論的發(fā)展歷程這一問題，要求學生在自動控制原理的基礎上進行交流與討論。而后，由教師加以總結，從而能夠引申出除PID控制之外的智能控制、非線性控制、自適應控制、魯棒控制等控制策略。

2.加強課后練習，注重實驗教學效果。（1）對課后練習進行有針對性的布置，并及時總結。習題課教學是現(xiàn)代控制理論教學中不可或缺的重要組成部分，它是對基礎理論知識的延伸和深化，是提升教學質量，實現(xiàn)教學目標的重要方法和途徑。要有針對性地布置課后習題，根據(jù)作業(yè)情況及時講解，并適當安排答疑。根據(jù)學生習題完成情況，做好總結，借此對知識點進行有效梳理。著重強調概念易混淆的地方，進行羅列與區(qū)分。比如在講解與總結能控能觀部分的習題時，就要做好能控與能觀的條件、標準型以及分解之間的區(qū)分和聯(lián)系[4]，加深學生的理解。（2）注重實驗教學，促進學生實踐能力的培養(yǎng)。理論聯(lián)系實際，樹立“邊實驗、邊探索、邊總結”的思想。通過實驗教學這一環(huán)節(jié)，使學生鞏固、驗證、應用所學知識，并作適當探索，最終進行總結。使學生掌握知識的同時，提高其實踐能力。軟件是進行實驗教學的重要媒介。在實驗教學過程中應注意提高學生利用軟件分析和設計控制系統(tǒng)的綜合能力。

3.在教學過程中積極引入MATLAB語言。建立系統(tǒng)數(shù)學模型、分析系統(tǒng)性能等是現(xiàn)代控制理論課程的重點內容。在以往的教學過程中要花大量的時間在數(shù)學計算上，現(xiàn)在使用MATLAB語言提供的函數(shù)實現(xiàn)快速計算[5]。將MATLAB語言與課程重點內容的講授有機結合進行教學，不但有助于學生對現(xiàn)代控制理論課程重點內容的理解和掌握，降低現(xiàn)代控制理論的抽象性，增強直觀性，而且對學生熟悉和應用MATLAB也能起到積極作用。endprint

我院在教學過程中積極引入MATLAB語言，進行了一系列的教學嘗試。例如，利用MATLAB語言去求一個三階以上的狀態(tài)轉移陣時非常簡單，二維和三維圖形顯示，使得教學效果生動和鮮明。又例如利用MATLAB函數(shù)很容易建立各種數(shù)學模型以及模型間的轉換和串聯(lián)、并聯(lián)、反饋等形式的聯(lián)結，能讓學生輕松直觀地了解線性系統(tǒng)的數(shù)學模型，這些模型包括系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型、零極點增益模型和狀態(tài)空間模型。在狀態(tài)空間分析章節(jié)中，系統(tǒng)在穩(wěn)定的條件下，通過讓學生編制MATLAB程序來繪制系統(tǒng)的時間響應曲線，使學生了解系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法以及系統(tǒng)時域響應的求解方法。

三、考核方式的完善

采用合理的方式對學生學習情況進行考核，不但助于調動學生自主學習的主動性與能動性，而且有助于對教學效果進行反饋，從而修正教學內容和教學方式，從而最終提升教學質量。在傳統(tǒng)的書面試卷考核中，要注意合理設置考試題型、題量及難度。現(xiàn)代控制理論是一門理論性較強的課程，命題要重點考察對教材基本概念的掌握和基礎理論的靈活運用，突出能力考核。僅用規(guī)定時間內的書面試卷考核方式，難以全面準確反映學生分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新能力，并且不利于調動學生自主學習的主動性和能動性。因此，應將傳統(tǒng)的書面考核與平時表現(xiàn)成績、實驗成績以及創(chuàng)新設計成績相結合。為此，我院將最終成績根據(jù)課程需要改革為“平時成績+實驗考核+期末試卷考核+創(chuàng)新性設計考核”的模塊化分級積分，最終得出學生的學科總成績。考核的總評成績最高為100分，其中：（1）平時成績30分。出勤與課堂表現(xiàn)占10分，課后作業(yè)占20分。（2）實驗課成績20分。利用Matlab編程完成實驗設計占10分，科研實踐占10分。（3）試卷考試成績50分。（4）利用現(xiàn)代控制理論進行創(chuàng)新性設計并形成書面報告者可加創(chuàng)新成績10分。

四、結語

針對“現(xiàn)代控制理論”課程教學改革中的教學內容優(yōu)化、教學方式改善以及考核方式完善等方面，我院進行了一系列的努力和嘗試。激發(fā)了學生的學習興趣，促進了學生的自主學習，培養(yǎng)了學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學效果，教學質量得到逐步提升。同時，教師也在該課程教學改革的過程中，逐漸提高了自身的教學素養(yǎng)和水平。

參考文獻：

[1]李艷杰，于艷秋.“現(xiàn)代控制理論”課程研究型教學實踐與探討[J].中國電力教育，2010，（15）：53-54.

[2]李鈞濤，馬天水，李文林.基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的現(xiàn)代控制理論課程教學改革[J].南陽師范學院學報，2011，10（3）：98-100.

[3]賈立.創(chuàng)新培養(yǎng)模式下的現(xiàn)代控制理論教學改革探索[J].科技信息，2011，（23）：680.

[4]肖小慶，周磊，張小美.基于素質教育的現(xiàn)代控制理論課程教學改革的探討[J].高等函授學報：自然科學版，2012，25（3）：18-19.

[5]周磊，宋麗蓉，陳桂.MATLAB在現(xiàn)代控制理論教學中的應用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，（5）：109-110.endprint