專業碩士課程改革探索

張慧妍+金學波+劉翠玲+蘇婷立

摘 要 線性控制系統課程是控制工程全日制專業研究生的專業必修課，為更好地實現強化基礎、側重實踐與應用的教學目的，對課程進行改革是十分必要的。從課程選材與內容優化出發，奠定改革的基礎與框架，通過課后延續與實驗的協同配合，提升實踐教學的深度與廣度，最后提出有效的過程考核機制，對于激發學生的學習與實踐潛能具有積極的引導作用。

關鍵詞 專業學位碩士；線性控制系統；實驗；MATLAB

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）18-0097-03

1 引言

以1991年清華大學等九所高校開始招收工商管理碩士研究生為標志，我國拉開了專業學位研究生教育的序幕。《教育部關于做好全日制碩士專業學位研究生培養工作的若干意見》（教研〔2009〕1號）指出，專業學位碩士研究生，相對于學術型碩士研究生而言，其目的是培養具有扎實理論基礎，并適應特定行業或職業實際工作需要的應用型高層次專門人才[1]。雖然人們都理解專業學位研究生教育與學術型研究生教育面向的差異，但是培養過程中亟待強化內涵建設，凸顯自身特色。特別是2009年后，由于專業碩士教育發展迅速，招生比例和招生專業都有大幅度增加。截至2015年的研究生報考統計數據表明，專業學位碩士招生占研究生總招生的50%以上。

因此，基于專業碩士培養人數不斷增多，培養目標定位明晰的現狀，進行有針對性調整，切實解決專業學位研究生培養中涉及的內涵、特色、差異化教育問題，以專業實踐為導向，進行注重應用的教學改革探索工作是必要而緊迫的[2-3]。

控制工程專業碩士學位是設置在控制科學與工程一級學科下的學科領域，培養目的是以工程領域中的控制系統為主要對象，以控制理論、檢測技術和計算機技術為主要工具，研究和實現各種控制裝置、控制策略及控制系統的理論與技術、應用，實現自動化系統工程的設計、調試和運行。

2 線性控制系統課程改革框架

線性控制系統課程作為控制工程專業碩士學位培養中的一門必修理論課程，如圖1所示，是后續多門主干課程的基礎。以往這門課程的開設較多地借鑒了學術學位研究生控制理論與控制工程的教學模型，具有一定的盲目性。近三年來，結合專業學位人才培養要求，進行適當改革與調整，主要涉及教材甄選、內容精練、教法改革等方面。

線性控制系統這門課程是整個系統與控制科學領域的基礎理論，針對多輸入多輸出系統，從動態系統的建模、分析和綜合三個方面，系統地介紹控制理論的基本概念和方法。

目前，國內外可供選擇的相關教材非常豐富，其中清華大學鄭大鐘老師編著的教材《線性控制系統理論》，內容豐富，翔實完整[4]；美國加利福尼亞大學理查德·C.多爾夫教授等人主編的教材Modern Control Systems，則一直是該類課程暢銷全球的教材范本，例子和習題大多取材于現代科技領域中的實際問題，新穎而恰當[5]。

本文教學團隊依據少而精的原則，最后選定西安電子科技大學李俊民老師主編的《線性控制系統理論與方法》[6]

作為教材，以實現在34學時的課堂教學要求下，能夠幫助學生形成課程的主要框架（如圖2所示），并對其中的關鍵內容進行深入分析、計算、仿真研究。同時強調上述兩本經典教材作為主要參考書目，以輔助學生從不同角度、深度去研究問題。

線性控制系統這門課程從狀態空間模型及其求解部分開始，給學生以應用性強、需要的數學基礎較多的印象，但是煩瑣的數學推導并不適合專業型碩士。因此在講授這門課程的時候，要針對學生的實際應用需求進行凝練，以強化關于控制系統的概念、對系統進行分析時的思考方法。穩定性、能控性與能觀測性是動態系統的三個主要性質，其中穩定與否是決定系統可否應用的首要條件。利用對偶原理，課堂可重點講解能控性或能觀測性之一即可。線性反饋系統的時間域綜合，涉及的概念比較多，其中的極點配置、動態解耦、跟蹤控制和擾動抑制，對于從事控制系統研究的學生非常重要，也是仿真研究部分的重頭戲。

在此基礎上，指導學生網上查閱魯棒控制、最優控制及自抗擾控制的相關文獻，針對其中某項主題，如參數調試方法、穩定范圍、響應性能等，進行分析、推導、仿真研究，形成學習報告。

3 課后延續學習與實驗的有機協調

為了深化線性控制系統的相關概念、理論，僅僅依靠課堂教學是不夠的。以課后作業為手段的課后延續與實驗教學內容應相輔相成，成為鞏固知識、深化概念的有效途徑。

如圖3所示，通過第二章“線性系統的數學模型”部分的教學引導，學生能夠獨立進行對實際問題的物理認識、理解、抽象，而后建立數學模型。具有了這些基本知識與技能后，布置作業，要求學生對具有實際應用意義的控制系統進行前期的基礎調研與分析，采用手工推導數學模型與MATLAB仿真計算并行結合的方式，逐一分析研究對象的能控性、能觀測性與穩定性，既掌握了理論知識，又提升了解決問題的能力。

最后的綜合性分組大實驗，其設置目的是從測（能觀測）、控（能控制）兩方面結合，通過控制實際的一個不穩定系統及機器魚對抗仿真演示，一方面便于增強學生的學習興趣，明確線性控制系統中知識點的實際可用性；另一方面通過編程實現，直觀地檢驗控制效果，便于發現問題，深化研究與學習。此外，對機器魚仿真大作業完成效果較好的團隊，建議其參加每年舉辦的機器人大獎賽，以進一步深化難度，增強對抗性，推廣應用。

總之，對于控制工程專業型碩士研究生，線性控制系統這門理論性強與實踐聯系緊密的必修課的教學探索，應基于專業學位研究生對實踐能力有較高要求這一目的，從研一開始引導學生利用計算機仿真軟件編程解決一些具有應用背景的題目。這樣，通過學習和解決這些理論與實踐問題，可以使學生的創造性精神得到潛移默化的提升。

通過學習內容的逐步深化、推進，前期主要設立針對具體知識點的演練，而后期則通過綜合性大實驗實現系統部分與總體的分解與綜合訓練。其中，通過設立大綜合性應用問題，引導學生進行模塊分解，進而自愿分組實驗，通過團隊交流、討論，協作完成本組任務；而后整個班級的幾大模塊組合，共同完成一個綜合任務。這一過程模擬了實際工程項目的團體協作過程，鍛煉了學生的多方面能力。endprint

近年來，北京工商大學計算機與信息工程學院也一直重視專業學位研究生實踐基地與產學研工程實踐教學基地的建設，每學期開學，通過與企業導師交流，向學生公布目前企業需要解決且與線性控制系統課程相關的實際問題，對于培養學生開闊性思維、密切校企合作是非常有意義的，后續這方面的合作也是課程改革需要深入探索的一個方面。

4 有效的考核與引導

近年來，隨著專業學位研究生數量不斷增長，在教學與科研過程中也的確遇到過個別不夠努力的學生。近年來，國家及學校也在思考并探索如何通過有效的考核手段，引導學生在有限的學習階段利用時間與機會不斷提升自己的能力。目前，各類獎學金的設置以及廣泛性的拓展，的確對研究生的學習與科研具有積極的促進作用，學生更注重最后的學習成績與研究成果的發表。而與學術型碩士以學術研究為導向，偏重理論和研究的培養目的不同，專業碩士培養在專業和專門技術上受到正規、高水平訓練的高層次人才。實踐能力在專業學位碩士研究生的學習與研究過程中備受重視，因此，過程考核與引導尤為關鍵。

建立以社會需求的學生能力為導向的考核機制，可高效引導學生的學習熱情，提升學習能力。表1為總結的控制工程專業碩士在線性控制系統課程中的培養能力列表。在課程開展過程中應遵循以專業能力培養為主，其他綜合能力培養為輔的原則，注重增加平時作業、實驗、文檔與PPT匯報在總成績中所占百分比。其中參與綜合性大實驗的表現尤為重要，在過程中表現出的發現問題能力，通過網絡、書本讀物等收集資料、進行調研的能力，團隊合作能力及專業能力等，是多方面能力的綜合表現。其中考核既要考核團隊，又要細化到個人的貢獻，以實現對學生的有效監督與鞭策。

5 結束語

課程居于學校教育事業的核心，是實現教育目標的中介，一個人才培養類型的改革發展必須以課程的改革發展為基礎和先導[5]。線性控制系統作為控制工程全日制專業型研究生培養的重要基礎課程，具有理論性強、應用性廣的特點，是后續眾多課程的基礎。本文從課程架構、選材、內容凝練、課后延續與實驗的協同等方面，介紹近年來的改革探索經驗，特別強調不斷由點到面地逐步增強課程理論教學與實踐的聯系，是本門課程建設的關鍵。最后指出，為了突出實踐能力的切實培養，可以對學生學習過程中的階段性學習成果進行多角度、分階段的考核。依據社會對專業型控制工程研究生的能力需求，確定需要注意培養的能力，并對學習過程和學習結果進行全面考查，目的是引導學生改善學習態度和學習方式，能夠自主探究，不斷提高學習能力和實踐能力，提高綜合素質，促進學生全面發展。

參考文獻

[1]張健.試談我國碩士專業學位研究生教育存在的問題與對策[J].教育探索，2014（8）：76-78.

[2]張樂平，付晨晨，朱敏，等.全日制碩士專業學位研究生教育課程體系的獨立性與實踐性問題[J].高等工程教育研究，2015（1）：161-167.

[3]潘泉，王雄，程詠梅，等.“控制工程領域工程碩士專業學位標準”中課程體系的制定研究[J].中國高教研究，

2007（9）：23-25.

[4]鄭大鐘.線性控制系統理論[M].2版.北京：清華大學出版社，2002.

[5]Dorf R C， Bishop R H. Modern Control Systems[M].12th edition.北京：電子工業出版社，2012.

[6]李俊民，李靖，等.線性控制系統理論與方法[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009.endprint