“現代控制理論”課堂實踐教學經驗淺談

郭強+閆艷燕+張燕+高國富+趙波

摘要：針對當代學生多為“獨生子女”以及多數大學生過慣“養尊處優”生活的實際情況，并且對于大學相對較為開放的課堂，使得學生主觀上有抵制課堂教學的傾向，尤其針對“現代控制理論”比較難以理解的專業基礎課，如何使學生愿意去課堂，愿意聽課是本文試圖理解和解決的關鍵問題。本文分析了生活聯系課堂實踐式教學方法的優勢，并進一步采用“反饋式”課堂交流的方式，增強教學效果，同時在教學上著重訓練動手能力（生活實踐能力）與加入網絡熱點，使本課程理論化繁入簡，活躍課堂氣氛。為理論上較強的專業理論課教學提供一種切實可行的教學方法。

關鍵詞：現代控制理論；實踐性；反饋；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）16-0212-02

當代大學生多為“獨生子女”，在“養尊處優”的環境中生活了10多年，他們已經有了抵制困難的傾向。在機械學科中，“現代控制理論”[1]是一門控制理論與機械學科緊密結合的機械工程類和機電類相關專業師生的必選課程。該門課程主要與前期所學“線性代數理論”、“矩陣理論”密切相關，并且主要以分析計算為主，同時引入了狀態空間的概念，這給師生學習帶來一定的困難。為了達到培養效果，經過幾年的探索與實驗，總結出幾點經驗。

一、實例性教學方法，入門教學的關鍵

學好一門課，第一節課對這門課的第一印象極為重要，通過第一節課的講解，要讓學生對這門課程產生濃厚的興趣。通過實踐性教學方法，即列舉大量同學經常能夠接觸到或者了解到的事物，如讓學生拿出手機感受一下有重力感應的游戲（即使手機里面沒有，他們也肯定見識過），為什么會有重力感應呢？中國神舟飛船上天直播過程中工程師和遠在太平洋控制船上的工程師們是如何控制飛船的？飛船在姿態變換過程中，這些工程師是如何控制的？都在干些什么？使學生在腦海中形成解答這些問題的渴求，進而引出控制的概念，這樣就能激發他們繼續深入學習這門功課的動力；此外，為了讓大家掌握“狀態空間”的概念，我們可以首先給學生列出一個復雜的常微分方程與傳遞函數（傳統線性定常系統），他們雖然有一定的數學基礎，但是當他們看到這幾個等式時，立刻就會覺得這種方式太難了，很難學進去，從而產生退縮心理，這時，教師可以提出一個問題，即：“如果給學生們一種選擇，這種選擇能夠實現同樣的功能，同時更容易理解和接受，他們愿意嗎？”至此肯定能夠形成共鳴。此時再引入“狀態空間”的概念就可以使他們容易接受和理解了。因此，在第一堂課采用實例教學和問題教學刺激學生的求知欲，為我們后期的課程開展開了個好頭。

二、交互式（反饋式）問題探討，深化理解的階梯

由于各種原因，當代的學生基本沒有課前預習的習慣，所以在課堂上，每個問題對他們來說都是新的，沒有接觸過。開始學習時，即使講臺上教師講得再出色，學生當時聽得很清楚，同時也理解教師想表達的意思，但是做題時依然錯誤百出。如何使學生在渴求的狀態下學習完概念后，讓他們更好的理解呢？作者在教授課程的過程中發現，一個概念講授完成后，提出一個問題，預留一定的時間給學生，讓他們帶著問題，帶著渴求在理解概念的基礎上與周圍同學交流，與教師探討；同時，教師不應該只站在講臺上，而應走到學生的中間，實時講解，這樣能夠形成反饋式教學模式，夠使學生深化認識，深化理解，更容易讓他們達到“課堂上學會，課堂下不易忘記”的狀態。

三、動手能力的利用，興趣愛好的建立

這里的“動手能力”不是去實驗室做實驗，而是在課堂上利用一切有利于學生理解的物體，讓他們自己動手做一做。例如在講到“李雅普諾夫穩定性”的問題時，就可以利用學生非常熟悉的騎自行車的例子，讓他們回憶一下騎車的時候，剛起步時是什么感覺？起步以后是什么感覺？停車的時候是什么感覺？在騎車過程中為什么會摔倒？等等。學生經常騎自行車，那么針對這些問題，他們肯定會有各式各樣的答案，肯定有的同學會回答正確。這時，在交互過程中，講課教師有意識地引導學生思考，之所以騎車過程中感覺很平穩，甚至有些技術高超的可以脫把騎行，是因為騎行過程中他們很好的做到了平衡性的問題。這就涉及到了李雅普諾夫穩定性定理的相關內容：開始起步到停車的時候，實際上是從不穩定到穩定的過度，這進一步解釋了穩定性的相關概念。在講授倒立擺控制理論時，講師就可以利用另一個學生小時候經常做的動作，即家里面有“雞毛撣子”或者一根長棍子，拿手指或者手掌頂住一端，然后手臂在下面運動，從而保證其可以保持倒立狀態一段時間不倒，這和下圖中老大爺劍鞘頂劍[2]具有異曲同工之妙，這為進一步講到倒立擺實驗緩解了思想上的壓力，并且使學生有了學習倒立擺的控制原理“渴求”式的動力。

有時候講課教師舉例說明時，想到的實例可能是學生經常接觸的并且非常熟悉的，但不一定會恰到好處，這個在教學過程中不必追究，正如鄧小平同志所說：“不管是白貓黑貓，只要能抓老鼠就是好貓”。即在教學實踐過程，舉到的實例可能不是很符合某個定理的說明，但是，只要有利于學生理解書本上的知識，只要不涉及到法律禁止的、低俗的內容，只要學生樂于接受，不管是什么樣的示例，我們都可以采用。

四、網上熱點的加入，課堂氣氛的活躍

如果僅在課堂上講授知識，那么學生會感覺非常枯燥無味。每個教師都遇到過這樣的情況，在講課過程中，有的同學趴在桌子上睡著了，這種情況往往發生在一節課的后半段。這時，大部分的教師會采取直接點名的方式，如“第幾排的那位男（女）同學，別打瞌睡了”、“就說你呢”，以及“同學們清醒清醒”等這些話語，雖然暫時的一兩分鐘能對該同學起到提醒作用，但是一會就又照睡不誤了。造成這些的原因有本課程的理論性太強、學生的基礎知識缺乏、教師講課時的語調以及情緒不高等。教師的情緒和語調可以調節，然而，該課程本身的理論性強以及學生的基礎知識無法立即提高的現實卻不能改變。所以，針對這樣的學生不能一味的批評與責備，除了適當改變教師自身的教學能力外，學會調動學生的情緒是解決問題的可行之道。那么，如何合理地調動學生的情緒是問題的關鍵。在講授的過程中，適時的講授和談論一些網絡上出現的熱點事件、熱點話題以及熱點詞語（必須把悲觀的、低級的、涉及到色情的內容剔除）來引起學生的注意。例如當發現大家有了困意之后，教師就可以隨口說出網上交易時的口吻：“親”。當教師采用這樣的口吻時，學生就會不自覺的發笑，只要他們有笑聲，那么這種笑聲就會傳染，從而緩解困意。在授課過程中，引用網絡熱點時要貼合授課內容，要做到隨性而發，引起共鳴，從而達到活躍課堂氣氛、勞逸結合的目的。

五、采用考核，防止消極抵制

任何教學方法都不可能提起所有同學的興趣，這個時候，為了控制教學效果，還需采用考核形式。由于該課程是一門重要的專業基礎課，除了主要采用閉卷的形式測試學生的學習成果，還需要配合考核在課堂教學過程中學生的出勤率[3]。可以對主動回答問題的學生給予適當的獎勵，做到“課堂表現直接影響成績”、“學習過程得到重視”而不是“考試前突擊”以及“考試后忘記”的效果。

六、結語

上述所提是實踐性教學的幾個方面。這些方面不是孤立的，而是需要緊密聯系實際，根據實踐情況綜合某幾個方面、全部或者傳統方法與本文所提方法相結合。利用這些實踐教學成果能夠活躍課堂氣氛，使課程的講授不至于太過乏味，使授課內容化繁入簡，使學生在聽課的過程中保持渴求的心理，從而達到課堂內容順利“走進”學生的大腦并“保留”下去的效果。即，達到學生能夠主動接受知識并記住知識的目標。

誠然，這些實踐經驗是作者在教授該課程的過程中得出的一些方法與經驗，還存在很多不足之處，還需在教學實踐過程中進一步努力提高，不斷改進，以期找到一條更適合本課程教學的成功之路。

參考文獻：

[1]劉豹，唐萬生.現代控制理論[M].第三版.北京：機械工業出版社，2011.

[2]胡珍，葉卉.公園里的“雜技師”[N].溫州日報，2008.

[3]張燕.“機械工程控制基礎”課堂教學經驗簡析[J].課程教材改革，2013，（1）：85-86.endprint