面向能力培養的CACSD課程教學模式探索與實踐

何秋生，趙志誠（太原科技大學 電子信息工程學院，太原 030027）

面向能力培養的CACSD課程教學模式探索與實踐

何秋生，趙志誠
（太原科技大學 電子信息工程學院，太原 030027）

針對CACSD課程內容要求的特殊性，經過多年實踐教學的探索和實踐，提出一種面向能力培養的CACSD課程教學模式。在介紹該課程特點的基礎上，詳細描述了所實施的教學方式并介紹了近幾年在該課程教學中這種教學方式的實施效果。結果表明這種教學方式增強了研究生學習該課程的學習興趣，也提高了研究生的整體學習能力和綜合素質。

實踐能力；教學模式；教學改革

0　引言

教育部、國家發展和改革委員會、財政部《關于深化研究生教育改革的意見》提出要創新人才培養模式，重視課程教學在研究生培養中的作用［1］；劉延東副總理在全國研究生教育質量工作會議暨國務院學位委員會第三十一次會議上的講話中提出“以服務需求、提高質量為主線”、“更加突出創新精神和實踐能力培養”的總體思路［2］，因此為適應研究生課程教學改革發展，結合多年的研究生教學經驗和控制系統計算機輔助設計（CACSD）課程的特點，提出一種新的CACSD課程教學模式。

1　CACSD課程的特點

控制系統計算機輔助設計（CACSD）課程是控制理論與控制工程專業的一門專業課程，目前該課程教學大綱還是要求以講授MATLAB語言及工具輔助設計各類型控制系統為主，是一門需要以實踐為主的課程，該課程具有以下特點。

1.1該課程涉及基礎內容寬

CACSD課程在講解利用MATLAB輔助設計控制系統的過程中，會涉及到本科階段學過的“自動控制理論”、“現代控制理論”、“概率與統計”以及研究生階段需要學的“線性系統理論”、“魯棒控制”、“智能控制”、“最優控制”以及“矩陣論”等專業課程的內容，另外由于MATLAB語言需要有C語言基礎，因此該課程還會涉及到如何利用C語言編寫魯棒控制、模糊控制以及自適應控制等許多控制方法的編程問題，內容涉及面較寬，會給學生學習過程中造成內容不明確、主次不清晰的錯覺。

1.2該課程知識重點內容窄

雖然課程涉及基礎內容較多，但是課程的核心是以介紹MATLAB語言為主，讓學生學習如何利用MATLAB輔助設計控制系統的方法，或者說學習如何利用MATLAB幫助快速簡化設計控制系統的方法。因此，該課程核心實際上可以簡單理解為就是學習一門語言（以C語言為基礎），以及如何利用該語言的問題。而且與其他高級語言所不同的是，利用MATLAB輔助設計控制系統時需要編寫的程序較少，因為MATLAB已經提供了設計控制系統所需要的大多數函數和模塊，因此學生們只需要熟悉了解就可以了。

1.3該課程還具有實踐性強的特點

如前所述，該課程實際上是學習一門MATLAB語言以及學習如何利用MATLAB設計控制系統，因此如何讓學生能夠真正掌握該課程內容，實際上是需要學生了解MATLAB所提供的函數和模塊并掌握如何利用這些函數和模塊設計控制系統的方法。而這些內容只有通過親自實踐體會，學生才能真正掌握這些內容，否則只能是紙上談兵，眼高手低。

1.4該課程考核方式欠完善

在教學大綱中，CACSD課程的考核方式還是以試卷考核為主，由于該課程內容和要求的特殊性，如果還是以考試為主，那么即使學生考上100分，也不一定能利用MATLAB設計一個簡單的控制系統，因此在現有教學環境已經大為改善的情況下，這種原始的考核方式對于CACSD課程而言已經不能適應了。

2　CACSD課程實踐教學方式探索

對于控制系統計算機輔助設計課程而言，其實踐環節在培養方案的整個教學環節中僅到22%，而實踐環節的實踐效果和充實度對整個教學效果往往起著決定性的作用。為了構建多元化的課程教學方式［3］，改善實踐環節的實踐效果和充實學生的實踐環節內容，教學過程中探索并實踐了一種新的實踐教學模式。

2.1調整大綱中的授課時間與實踐時間

目前CACSD課程的教學大綱授課和實踐的時間分別為78%和22%，實際上還是需要采用灌輸式的教學方式為主，根據多年的授課經驗和學生的學習效果發現這種方式不利于提高學生學習該課程的興趣，而且也會影響學生后續進入研究課題后的研究效率。因此在近三年教學過程中把授課時間和實踐時間調整到20%和80%，而且授課時間是貫穿在學生實踐學習過程中，授課是以介紹實踐內容為前提，以解決實踐過程中的問題為目的，這樣從本質上可以加強學生的實踐學習，提高學生的學習效果。

2.2通過簡單易懂的實例教學

使學生發現問題、指導學生分析問題和幫助學生解決問題。對于剛進入研究生學習階段的學生來說，他們大多數不清楚自己將來的研究方向和研究內容，也不清楚學習各門課程的目的是什么，他們還是以本科生的學習方式和學習態度來對待研究生階段的課程，因此基于CACSD課程的教學，從實際操作入手，讓學生能夠體會到利用MATLAB工具為系統設計帶來的快速性和準確性，同時也讓學生能夠體會到MATLAB工具便利性，尤其是對于本科學習過控制理論的學生而言更是如此，例如最簡單的一個BODE圖［4］，本科學習時需要通過系統表達式找出幾個特殊點，然后才能粗略的繪制出，但是CACSD課程提供的一個函數bode（）能直接準確繪制出BODE圖。通過幾個簡單例子可以豐富課堂教學模式［5］，也讓學生能真正了解課程目的的同時激發學生學習課程的興趣。借鑒“問題-探究”教學模式［6］，提出“學習-問題-探究”的教學模式，在教學過程中教師主要負責講解課程內容激勵學生學習、激發學生發現學習過程中的問題、引導學生分析發現的問題并探究問題的緣由，并且幫助學生解決這些問題，即教師的角色由主動授課變為指導學生分析問題和幫助學生解決的角色，為使學生能真正明白該課程內容實際上是自己未來研究過程中不可或缺的研究工具。

2.3調整考核方式

目前CACSD課程的教學大綱中規定的考核方式還是原始的試卷考核為主的考核方式。但是考慮到課程內容和要求的特殊性，在實際教學過程中，將該課程的考核分為兩部分：一部分是平常的實踐效果，這一部分的考核結果相當于其他課程的平時成績，另外一部分為最后的綜合設計考核，是在課程結束后通過一個綜合的控制系統設計考核學生利用MATLAB工具輔助綜合設計一個控制系統的能力為主，這部分考核結果相當于其他課程的期末考試成績。兩部分的考核過程實際上包含對學生學習能力和綜合應用能力的考核，既能考核學生對該課程的學習效果，也能考核學生對相關課程的掌握程度。

3　CACSD課程能力培養

作為一門實踐性較強的課程，需要從以下幾方面培養學生的能力。

3.1培養學生的學習能力。

作為研究生來說，學習每門課程的知識固然重要，但是更重要的是要通過每門課的學習提高自己學習知識的能力。因此CACSD課程教學過程中，通過讓學生演示實例，拋磚引玉，激發學生提出問題，并引導學生分析問題和解決問題，讓學生真正明白原理，能夠真正實現舉一反三，使學生能夠不僅知其然，更能知其所以然。例如，在學習繪圖函數plot（）時，只是通過簡單例題學會了怎么使用該函數，而要繪制內容更豐富、信息更全面的圖形，就需要了解該函數的詳細使用說明，這些都需要學生通過MATLAB的幫助菜單中所提供函數的英文說明去學習。通過學習，學生對諸如“如何在一個圖中繪制多條曲線、如何用不同的線形來表示不同的曲線、如何在圖中特別標注某條曲線或者曲線上的點”等問題的解答自然就一目了然，而不用教師再費時間去詳細講解。通過一個函數的學習，并與其它函數關聯起來，讓學生能夠融會貫通，學會把相關知識串聯起來分析學習，可以大大提升自己的學習效率，最終提高自己的學習能力。

3.2培養學生使用工具設計系統能力

由于CACSD課程是以MATLAB為主要工具，因此學會使用MATLAB工具設計控制系統是該課程最基本要求。首先就要求學生熟悉MATLAB編程環境和常用函數，所有這些不是靠上課就能全部學會的，而是需要通過多聯系使用和靠動手設計去學的，也就是常說的熟能生巧；其次MATLAB所提供的函數并不是需要全部記住的，作為學生最重要的是需要知道MATLAB能提供什么樣的環境和函數以及怎樣利用該工具去實現系統設計，只要知道這些并能在后續的研究過程中利用通過CACSD課程所獲得的能力快速完成設計任務即可。

3.3可以培養學生創新能力

MATLAB中雖然提供了許多常用的函數以及各門學科中專用的函數，但是還是不能滿足用戶的需要，因此鼓勵學生根據系統的不同需求以及自己的想法，針對系統的特點和要求，自由發揮，利用MATLAB所提供的函數、指令和模塊設計出自己的函數和模塊，對于一些非常有創意的、靈活又通用的函數和模塊，可以在考核過程中加分獎勵，同時這個結果也可以作為學生后續研究過程中的函數和模塊去使用。

4　CACSD課程教學方法成效及評價

經過近三年對該實踐教學方式的探索，從教學效果來看，成效明顯。具體如下：

4.1激發學生學習熱情

這種模式激發了學生主動學習各種知識的學習熱情同時改善了整體學習環境。通過鼓勵學生實踐各種系統的設計，讓控制理論與控制工程的學生們體會到了學習該課程的樂趣并清楚的認識到MATLAB工具對他們后續研究的重要性。

4.2提高學生動手能力

這種模式提高了學生的動手能力和工程實踐能力，也培養了學生的綜合素質。學生通過親自動手開發程序、設計和調試系統等，培養了學生的實際動手能力。尤其通過各種類型控制系統的設計，讓學生們真正體會到MATLAB工具對于設計分析控制系統的高效性。通過完成作業，真正培養學生的工程實踐能力和在實踐中發現問題、分析問題和解決問題的能力，同時也豐富了學生學習專業知識，鍛煉和培養了學生的綜合素質。

4.3適應學生學習需要

這種模式適應了學生學習的需要，也適應了學生后續研究課題的需要。經過2年對控制理論與控制工程專業學生的調查發現，89%的學生希望以這種方式上課。另外學生經過該課程的學習，在后續研究課題中，95%以上的學生能夠直接應用MATLAB服務于自己的課題，而不用再費大量的時間去學習如何應用MATLAB。

5　結語

經過近3年的實踐，面向能力培養的CACSD課程教學模式可以滿足控制理論與控制工程專業甚至是相關專業人才培養工作的需求，這種教學模式可以使學生增長知識的同時提升他們的實踐能力和培養他們的學習能力，能夠改變學校控制理論與控制工程專業甚至是相關專業教學實踐普遍不到位或效果不良的狀況，提高相關專業研究生的綜合素質，甚至可以提高研究生的培養質量。

［1］教育部，國家發展和改革委員會，財政部.關于深化研究生教育改革的意見［EB/OL］.（2013-03-29）.http://www.moe.edu. cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/A22_zcwj/201307/154118.html.

［2］劉延東.在全國研究生教育質量工作會議暨國務院學位委員會第三十一次會議上的講話［J］.學位與研究生教育.2015（1）:1-6.

［3］傅立芳，湯巖，張戰國.面向創新教育的研究生數學課程教學模式研究［J］.大學教育.2014（9）:98-100.

［4］薛定宇.控制系統計算機輔助設計——MATLAB語言及應用［M］.北京：清華大學出版社.2013.

［5］高坤華，余江明，段安平，等.研究生課程教學模式研究與改革實踐［J］.學位與研究生教育.2014（5）:20-23.

［6］孫亮，柏靜儒，李娟，等.“問題-探究”教學模式在研究生教學中的應用［J］.吉林化工學院學報.2014.31（6）:44-46.

Exploration and Practice on Teaching Mode of CACSD Oriented toAbility Training

HE Qiu-sheng，ZHAO Zhi-cheng
（School of Electronics and Information Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030027，China）

A new teaching mode of CACSD oriented to ability training is presented in this paper with years of exploration and practice.The features of CACSD course and implementation results of the new teaching mode are elaborated.It is showed that this new teaching mode can help to improve the graduate students'interest in learning CACSD as well as their learning ability and comprehensive quality.

practical ability；teaching mode；teaching reform

TP391.72-4；TP273-4

A

1673-1891（2016）02-0133-03

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.02.038

2016-04-08

太原科技大學研究生教改項目“控制系統計算機輔助設計課程教學模式探索與實踐”（20152005）；山西省高等學校教學改革項目“學科競賽驅動學生創新實踐能力的人才培養模式探索”（78）。

何秋生（1974—），男，山西孝義人，博士，副教授，研究方向：研究生課程教學模式的研究。