農(nóng)電專業(yè)現(xiàn)代控制工程課程教學改革與建設

李加念

[摘 要] 現(xiàn)代控制工程是農(nóng)業(yè)電氣化與自動化相關專業(yè)的一門學科基礎課。為進一步提升農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)研究生課程質(zhì)量，根據(jù)學科發(fā)展、生源素質(zhì)及其專業(yè)背景知識以及課程實際教學效果，從優(yōu)選教材、優(yōu)化教學內(nèi)容與教學大綱、改革教學模式與教學方法、構(gòu)建課程學習支持體系和建立課程考核與評價標準等方面進行課程改革與建設，切實提高教學質(zhì)量。

[關鍵詞] 現(xiàn)代控制工程;農(nóng)業(yè)電氣化與自動化;教學改革;課程建設

“雙一流”建設需要打造一流的研究生教育。研究生課程作為研究生教育的基礎，長期以來一直處于弱化或邊緣化的地位[1]。我國的碩士研究生處于課程學習與科學研究的轉(zhuǎn)型關鍵期，在人才培養(yǎng)鏈中，碩士研究生教育發(fā)揮著重要的作用，如果碩士研究生課程沒有充分發(fā)揮對學生學術訓練和能力培養(yǎng)的作用，無疑會制約研究生培養(yǎng)質(zhì)量的整體提高。課程體系建設是研究生教育的基礎性工作，課程質(zhì)量直接關系研究生知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建、創(chuàng)新能力的塑造和綜合素質(zhì)的提高，因而在研究生培養(yǎng)環(huán)節(jié)中具有不可替代的作用[2]。為全面體現(xiàn)培養(yǎng)目標和學位要求，構(gòu)建符合學科特點的研究生課程體系，我校開展了全面綜合型研究生課程體系建設，而現(xiàn)代控制工程作為我校農(nóng)業(yè)工程學科的農(nóng)業(yè)電氣化與自動化（簡稱農(nóng)電）專業(yè)的專業(yè)課，是學校研究生課程體系的一部分，對農(nóng)電專業(yè)研究生的教育與培養(yǎng)具有重要的作用。

一、課程改革與建設的思路及目標

現(xiàn)代控制工程是一門理論與應用性較強的課程，是農(nóng)業(yè)電氣化與自動化相關專業(yè)的一門學科基礎課。它涉及了目前控制領域常用的現(xiàn)代控制方法、理論與技術，是發(fā)展與實現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)智能裝備及農(nóng)業(yè)機器人的智能化的一種重要技術手段與方法，是發(fā)展農(nóng)業(yè)工程的重要技術支撐。

根據(jù)學科發(fā)展、生源的素質(zhì)與專業(yè)背景知識以及課程實際教學效果，以培養(yǎng)研究生的知識獲取能力、學術鑒別能力、獨立研究能力和解決實際問題能力為目標，按照精簡基礎理論、前沿專題講座、任務驅(qū)動、項目導向等方式改革教學內(nèi)容，精心設計教學方案，形成教、學、做合一的教學模式，并在未來3～5年內(nèi)，將本課程建設成為精品課程。

二、課程改革與建設內(nèi)容

（一）教材建設

教材建設是課程改革與建設的一個重點，現(xiàn)有的控制理論（工程）教材多將重點放在介紹以狀態(tài)方程等為數(shù)學模型的狀態(tài)空間分析與設計方法上，理論性很強，內(nèi)容較深奧，而目前我校農(nóng)電專業(yè)的研究生生源大多為調(diào)劑生，普遍缺乏或不具備控制理論基礎的相關知識背景，因而現(xiàn)有教材顯得很不適用，需重新編寫或重組教材（或講義）。為此，在分析現(xiàn)有教材基礎上，選用了一本相對簡明的教材《現(xiàn)代控制工程》（王萬良編著，高等教育出版社，2011年出版）。該教材條理清晰、重點突出，少繁瑣的理論推導，多注重與實踐應用結(jié)合。在實際教學中，根據(jù)學生的實際情況與農(nóng)業(yè)工程學科需要，有目的、有選擇的精選教材中的相關內(nèi)容進行授課，并對相關的控制理論進行精簡，突出重點，并增加MATLAB的仿真分析方法，現(xiàn)代控制理論與技術在農(nóng)業(yè)智能裝備、農(nóng)業(yè)機器人等農(nóng)業(yè)工程領域的應用案例及具體實現(xiàn)過程，使其真正適用于本專業(yè)。

（二）優(yōu)化教學內(nèi)容

針對現(xiàn)有教材的內(nèi)容和特點，根據(jù)目前我校生源現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)的應用需求，在現(xiàn)有教材基礎上，對相關的控制理論進行精簡，突出重點，并增加了控制系統(tǒng)的MATLAB仿真與分析方法、各種現(xiàn)代控制理論與技術在農(nóng)業(yè)工程領域的應用研究進展等內(nèi)容。該課程的教學內(nèi)容主要優(yōu)化為四部分。

1.現(xiàn)代控制理論的講授。化繁為簡，忽略深奧、枯燥的理論推導，重點突出各種現(xiàn)代控制方法與理論的基本概念、應用對象、適用條件、分析方法、技術指標、優(yōu)劣性等。

2.控制系統(tǒng)的MATLAB仿真與分析。講解并演示利用MATLAB對各種控制理論構(gòu)建的控制系統(tǒng)進行仿真與分析。

3.前沿研究進展專題講座。以專題講座的形式，介紹各種現(xiàn)代控制理論與技術的應用研究進展，尤其是在農(nóng)業(yè)工程領域的應用研究進展。

4.項目案例教學。以機器人小車為載體，講授最優(yōu)控制、自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等現(xiàn)代控制理論與技術的實際應用及其具體實現(xiàn)。

（三）優(yōu)化教學大綱

根據(jù)課程教學內(nèi)容的調(diào)整與優(yōu)化、教學方法與手段、考核方式，同步更新了課程教學大綱。以將課程知識服務與應用于農(nóng)業(yè)工程領域的科學研究為導向，精簡了現(xiàn)代控制理論基礎相關知識的課時，增加了控制系統(tǒng)的MATLAB仿真與分析、現(xiàn)代控制理論與技術應用于農(nóng)業(yè)工程領域的前沿專題，學生以討論或PPT匯報或現(xiàn)場完成課堂任務等方式參與課堂的互動環(huán)節(jié)等方面的課時。

三、教學模式與教學方法改革

（一）教學模式與教學方法改革

本課程主要采用理論教學法，隨著農(nóng)業(yè)機器人實驗室的建立，具備了現(xiàn)場教學的條件，除少部分內(nèi)容純理論教學外，大部分內(nèi)容完全可以在農(nóng)業(yè)機器人實驗室完成，并根據(jù)學生的實際課堂狀態(tài)，采用逆向啟發(fā)式教學與互動教學相結(jié)合的教學模式，在教學中強調(diào)“教、學、做”，注重學生的過程參與，力求搞活教學，實現(xiàn)“教、學、做”三合一。

1.多種教學方法相結(jié)合，并靈活使用。根據(jù)實際情況，在教學過程中可以采用由淺入深教學法、由表及里教學法、化繁為簡教學法、逆向啟發(fā)式教學、互動教學法、實物教學法、授漁教學法、比較式教學法等多種教學方法。

2.教學過程強調(diào)“教、學、做”，注重學生的過程參與，搞活教學。對于控制系統(tǒng)的MATLAB仿真與分析，以教師講授、指導為輔，學生自己動手為主;對于前沿專題講座，教師首先示范一次，然后將任務細化分配給學生，以個人或小組的形式讓每個學生或小組進行一次小專題講座，并就每次專題講座進行討論。

3.以項目實例教學為導向的課程教學模式。在課堂教學模式中導入項目任務的概念，引用典型、與現(xiàn)實比較接近的機器人小車控制系統(tǒng)，增加現(xiàn)場實踐與正常理論教學交替的教學模式，學中做，做中學，要求學生至少獨立完成一種現(xiàn)代控制技術（最優(yōu)控制、自適應控制、模糊控制或神經(jīng)網(wǎng)絡控制）在機器人小車控制系統(tǒng)的實際應用。

（二）構(gòu)建課程學習支持體系

采用微信群、QQ群等網(wǎng)絡手段和當面咨詢指導相結(jié)合的方式，構(gòu)建研究生課程學習支持體系，為研究生提供個別化的學習咨詢和有針對性的課程學習指導。

（三）建立課程考核與評價標準

本課程采用綜合評價、注重實效的考核方式。在考核方式上，采取期末開卷考試、階段任務完成情況、課堂表現(xiàn)與考勤、綜合能力考核相結(jié)合的綜合評價辦法。以上四個方面分別占總成績的40%、20%、20%和20%，從而建立完整的、具體的考核標準。這種考核方式與考核標準更注重過程考核，比以往只以理論考試進行考核的方法更有實效，更能測出學生的真實水平。

參考文獻

[1]仇鵬飛，吳俊，卞清，等.“雙一流”背景下的研究生課程體系建設——南京大學學術學位碩士研究生課程改革的探索與實踐[J].學位與研究生教育，2018，（09）：16-22.

[2]汪霞，卞清，孫俊華.論學術學位研究生課程體系建設[J].學位與研究生教育，2015，（10）：30-34.