CDIO模式下《現代控制理論》課程輻射教學方法探索

徐辰華

摘要：分析《現代控制理論》課程教學實踐中存在的問題，結合CDIO工程教育模式，探討采用輻射教學法對現代控制理論進行改革，完善課程教學體系、教材建設、實驗環節等內容，提出改革措施，從而提高《現代控制理論》課程的教學質量，提升學生的專業技能和綜合素質。

關鍵詞：現代控制理論；CDIO模式；輻射教學法

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）03-0109-02

一、引言

《現代控制理論》是自動化類專業本科生必修的一門專業課，是《自動控制原理》的后續課程。通過該課程的學習，使學生掌握以狀態空間為主的數學模型，分析系統的可控制性、可觀性、穩定性等基本特點，主要以狀態反饋和輸出反饋的方法進行系統分析與綜合，為自動化專業課程《運動控制》、《計算機控制》、《檢測與自動化裝置》、《過程控制》等奠定理論基礎。因此，《現代控制理論》起著承前啟后的橋梁和紐帶作用。掌握和理解理論，離不開實踐。如何幫助學生理解與掌握《現代控制理論》課程的基本概念、原理、分析方法，以及提高綜合應用所學知識解決實際問題的能力，是目前《現代控制理論》教學所要解決的關鍵問題[1]。廣西大學電氣自動化類本科生的培養定位為工程研究應用型。為了培養出具有厚基礎、寬口徑、高素質和強能力的工程研究應用型人才[2]，對《現代控制理論》課程進行教學改革，是當前亟待解決的一個重要任務。麻省理工學院、瑞典林克平大學、查爾姆斯技術學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國合作研究于2004年創立了CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate：分別代表構思、設計、實現和運作）工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO（構思—設計—實現—運行）工程教育理念正是源于對產品、工程、系統生命周期的強調，讓學生以主動的、實踐的和課程間有機聯系的方式進行工程學習[3]，獲得工程能力，將“未來工程師”培養成能夠在現代團隊環境下構思/設計/實現/運行復雜高附加值工程系統的真正卓越工程師人才。其實，這一理念是很多專家和學者倡導的“科學主導工程”的訓練方法和“課堂教學必須和實踐教學緊密結合起來”的教學方法的繼承與拓展。CDIO的理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，該理念為教學改革方法提供了新思路。

二、教學實踐中存在的問題及原因

《現代控制理論》課程具有多學科交叉、以理論性為主的特點。在課程教學中發現，學生對該課程的學習，在理論學習與實踐環節過程中往往抓不住要領，普遍感到較為抽象和難學，最后也就滿足于背結論、套公式、做習題，不理解為什么，一知半解，一個學期結束后不知道所學知識的作用[4]。特別是在學時大幅縮減的情況下，學生的綜合、分析、設計能力的下降尤為突出，這種現象在很多學生中普遍存在。在本科階段，更多的學生或老師認為該門課程最大的用處可能就是為了研究生入學考試。

學生出現這種現象的原因，可歸結為以下幾個方面：

1.學生自學能力沒有被培養起來，習慣于“填鴨式”的串講，課后又不加以理解，僅滿足于做作業和考試，必將導致對已學知識掌握不夠或不扎實，長時間不用就容易遺忘，進而使學習新知識變得更加困難，形成惡性循環。

2.與《現代控制理論》相關的課程教、學單獨依序開課，學生所學知識是分散的，在教學中沒有注意用“事物之間相互聯系的觀點”加以引導，導致學生認識事物的片面性、極端性。

3.理論教育與工程實踐嚴重脫節。由于實驗缺少必要的工程背景引導，學生知其然，不知其所以然，導致普遍缺乏工程實踐能力和創新意識。

4.先進教學手段應用不合理。在教學過程中適當增加多媒體教學內容，使常規教學與多媒體教學緊密結合起來。多媒體教學確實有很多好處：可以形象直觀地展現一些圖形或圖片，傳達的信息量也比較大，但在定理的證明、推導等過程中容易使學生思路跟不上，并且易造成視覺疲勞，“眼中無物”，降低了教學質量。

5.系統仿真技術掌握有限，而相關的實驗平臺較少，跟不上理論課程的內容和需要。而在這種情況下，由于學生欠缺對離線仿真平臺的實際操作能力，布置的仿真實驗也不能很好地完成，得過且過。

三、CDIO模式下《現代控制理論》課程輻射教學法改革

《現代控制理論》課程主要分析實際物理系統的抽象數學模型，研究動態系統的運動規律。基于CDIO教育理念，以工程應用為背景，讓學生主動參加實踐，通過基于工程項目的教育學習。

所謂輻射教學法，是指打破原來相對封閉的教學模式，采用相對開放的、探索的、知識關聯的教學方法[5]。采用輻射教學法對現代控制理論課程進行教學改革，能夠對前導課程的知識點再提煉，并為后續課程的學習打基礎。CDIO模式下《現代控制理論》課程輻射教學法采用以建立《現代控制理論》課程網站為基礎的自學和課堂精講相結合的教學模式，在理論課程講授和實驗中輻射相關課程，并將其關聯起來，融匯貫通，擴大學生思路，達到學以致用，提高學習和研究的興趣以及創新能力。

下面我們探討基于CDIO工程模式《現代控制理論》課程的輻射教學法改革，主要有以下幾個方面的內容。

1.建立輻射教學法的理念。首先，在老師和學生中要培養和建立輻射教學法這種理念。老師研究輻射教學法的理論與機制，將輻射教學法理論應用到現代控制理論課程的教學中。教師要善于采用知識關聯的教學方法，注意與前導課程的聯系和滲透，以及與后續課程的分工和銜接。

2.建立與時俱進的教學內容更新機制，結合CDIO教育理念，及時吸收先進科研成果，優化理論聯系實際，保證教學內容的系統性、先進性和實用性。教師研究輻射教學法的理論與機制，并將輻射教學法理論應用在《現代控制理論》課程的教學中，教師要善于采用知識關聯的教學方法，引導學生掌握從《現代控制理論》課程輻射出去的各有關知識系列，注意與前導課程的聯系和滲透，以及與后續課程的分工和銜接。

3.建立以課程網站為基礎的自學和課堂精講相結合的教學模式，在每個學期開始將理論作業和實踐項目任務全部布置，通過教學網站的問題留言系統和在線交流系統及時與教師溝通，方便教師在課余及時地了解學生的相關學習情況，并及時解答自學時遇到的問題，培養學生自學的習慣與興趣。

4.建立完善的實驗教學機制，例如：獨立/分組實驗制，課堂與課外相結合，靈活實驗時間，等等，引導學生獨立思考和團結協作的精神。此外，為《現代控制理論》的實驗設置獨立設課機制，通過筆試、口試和上機操作等相結合的形式對實驗進行考核，引導學生自覺增強學習能力和探索精神的同時達到提高學生口頭和書面表達能力的目的。

5.建立靈活合理的課程考核制度。筆試考核試題庫保持及時更新，根據考核難度系數抽取相關試題，實現試題初稿自動命題；健全實踐考核機制，加大課程實踐考核占總成績的比例。靈活選用考核方式，并試行累加式考核方式。

6.將多媒體教學與傳統教學方法有效地結合起來，劃分合理的多媒體與黑板講授的內容與比例。充分利用多媒體教學的優勢，增進學生理解的同時提高學生學習的興趣。但是對于現代控制理論課程中的定理證明、推導過程，采用板書的效果要比多媒體效果好得多。因為使用多媒體容易使學生思路跟不上，并且易造成視覺疲勞，“眼中無物”。

7.建立合理完善的教學評價體系。教學評價體系作為教學活動的一個信息反饋機制，能夠有助于教師更好地了解到教學系統運行的情況，從而有效地做出相應的調節和完善。

四、結束語

目前，高等教育的傳統教學方式，例如老師講學生聽的教學模式已不能發揮最好的教學效果，而讓學生自己動手的實驗教學起到了越來越重要的作用。針對《現代控制理論》課程的特點以及學校的實際情況，基于CDIO工程教育理念，采用輻射教學法對具體的教學內容和教學方法，提出了相應的改革措施，同時完善了《現代控制理論》課程的教學大綱，形成了一套有效的教、學實施方案和計劃。絕大部分學生表示與其他課程相比，輻射教學法不僅提高了他們的學習興趣，而且提高了其分析問題、解決問題的能力。但是提出的教學改革方法加大了教師的工作量，需要在課前準備預習問題，實時地調整教學計劃，并且學生的問題過于分散，增加了解決問題的難度。課程改革是一個循序漸進、永無止境的過程，在今后的教學中，我們要努力探索教學效果更好的教學模式，為社會培養更多更優秀的自動化人才。

參考文獻：

[1]賈立.創新培養模式下的現代控制理論教學改革探索[J].科技信息，2011，（23）：680.

[2]侯沛勇.厚基礎、寬口徑、強能力、高素質———高校跨世紀人才培養的目標模式[J].科技·人才·市場，2008，8（7）：25-27.

[3]蕢秀惠.“CDIO”模式下單片機課程改革探索[J].寧波職業技術學院學報，2010，14（6）：35-36.

[4]程淑紅，劉琳，劉志新，吳忠強，張典范.自動控制理論教學改革的思路與實踐[J].教學研究，2006，29（5）：433-436.

[5]呂智林，胡立坤，盧子廣.面向“工程研究應用型”的自動化專業控制理論課程輻射教學法研究[J].廣西大學學報（哲學社會科學版），2011，（33）：86-89.