《線性系統(tǒng)理論》研究生教育優(yōu)質(zhì)課程建設探究

趙 峰 陳向勇 郭 明 張星慧

（臨沂大學自動化與電氣工程學院，山東 臨沂 276005）

《線性系統(tǒng)理論》課程是系統(tǒng)與控制學科領(lǐng)域的一門最為基礎(chǔ)的課程，是普通高校控制類、電類及機電類等許多學科碩士研究生學位基礎(chǔ)課程。以線性系統(tǒng)為基本對象，研究系統(tǒng)狀態(tài)的運動規(guī)律，揭示系統(tǒng)中固有的結(jié)構(gòu)特性，建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與性能之間的定性、定量的關(guān)系，以及為改善系統(tǒng)性能以滿足工程指標要求而采取的各類控制器設計方法。由于在數(shù)學上處理線性系統(tǒng)比較方便，所以線性系統(tǒng)理論在系統(tǒng)和控制領(lǐng)域中得到研究和發(fā)展，并且應用廣泛，成果較多。本課程的主要內(nèi)容包括線性系統(tǒng)的數(shù)學描述、線性系統(tǒng)的運動分析、能控性與能觀測性、傳遞函數(shù)矩陣的狀態(tài)空間實現(xiàn)、系統(tǒng)運動的穩(wěn)定性、狀態(tài)反饋、狀態(tài)觀測器等。其理論性強，知識涉及面廣，所研究的概念、原理、方法、結(jié)論等對于其他相關(guān)控制課程，如自適應控制、非線性系統(tǒng)控制、最優(yōu)控制、魯棒控制、系統(tǒng)辨識、過程控制等具有非常重要的基礎(chǔ)性作用[1]。

信息技術(shù)的不斷應用于現(xiàn)代教育領(lǐng)域，我國各方面的建設對研究生的需求規(guī)模不斷擴大，但是規(guī)模的擴大使得研究生的培養(yǎng)參差不齊。這就要求高校在研究生的培養(yǎng)、專業(yè)設置等方面需要不斷優(yōu)化，為我國各方面的建設提供充足的人力資源。因此要不斷推進創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，把追求人才數(shù)量逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽非笕瞬刨|(zhì)量。《線性系統(tǒng)理論》作為系統(tǒng)與控制學科領(lǐng)域的最基礎(chǔ)的課程之一，課程的建設需要不斷的改革和完善，特別是課程的優(yōu)質(zhì)建設是未來學科應用的重點。

一、課程教學存在的問題

《線性系統(tǒng)理論》課程理論性較強，涉及的內(nèi)容廣，對數(shù)學基礎(chǔ)要求較高，使得學生的理解難度較大，并且該課程共48學時，很難涉及全部內(nèi)容。目前仍然單純地按照教材組織授課內(nèi)容，并且教學內(nèi)容陳舊，內(nèi)容普遍滯后于學科發(fā)展前沿，教學形式上缺乏授課內(nèi)容的設計，忽略了教學內(nèi)容與相關(guān)領(lǐng)域的控制問題的結(jié)合，理論與實踐脫節(jié)，教學方法單調(diào)、枯燥。在教學過程中往往教師占主導地位，仍然以“填鴨式”教學為主，忽略了學生的主體地位，重視知識的傳授而忽略了能力的培養(yǎng)，重視知識的傳承而忽略對知識的創(chuàng)新，忽略學生和教師、學生和學生之間的交流討論，缺乏研究生的主動參與，缺乏開放性、主體性、研究性，學生參與度不夠，導致學習效果較差。同樣的，課堂教學評價側(cè)重衡量教師完成教學目標和知識傳授情況，忽略了學生的主體性，不顧學生的學習效果。網(wǎng)絡資源開發(fā)不足，不能滿足學生對知識的需求以及自學能力的提升。同時作為研究生課程，由于教學形式的單一，不能很好地培養(yǎng)學生自主學習及研究能力，不能使學生形成完整的知識體系。僅僅講解課本上的知識，而不關(guān)注最新的研究進展，不能拓寬學生的知識面和視野。

二、課程建設中的改革措施

（一）教學方法和教學手段的創(chuàng)新與完善

教學方法和教學手段的改革是優(yōu)質(zhì)課程建設成功與否的關(guān)鍵。《線性系統(tǒng)理論》課程知識體系抽象，傳統(tǒng)的教學方法已經(jīng)無法適應研究生的培養(yǎng)要求，也無法滿足學生對知識的需求，這就要求在教學過程中教師采用靈活多樣的教學方法和手段。在教學過程中，要不斷引入形象化的案例，將案例教學貫穿課程始終，把抽象的知識形象化。《線性系統(tǒng)理論》課程是以狀態(tài)空間描述為基礎(chǔ)，對線性系統(tǒng)進行建模、分析和綜合，涉及線性系統(tǒng)的可控性、客觀性、標準性、狀態(tài)反饋涉及、觀測器、穩(wěn)定性分析等等，理論性較強，內(nèi)容比較抽象，這就要求將所講授的內(nèi)容與工程實際相結(jié)合，如在講解系統(tǒng)建模時，可以用電機模型為例，讓學生熟悉實際的建模過程；在講解系統(tǒng)狀態(tài)解耦時，可以用直升機為例，如果沒有解耦技術(shù)，飛機的駕駛難度高，就需要飛機駕駛員具有很高的駕駛技術(shù)，但是解耦技術(shù)的利用將使得直升機的駕駛難度降低。同時把課程思政引入教學過程中，根據(jù)課程內(nèi)容和特點，介紹我國本領(lǐng)域的突出成就和相關(guān)的人物事跡，激發(fā)學生的愛國情懷，真正落實立德樹人的根本任務。在實驗教學過程中，利用MATLAB等工具，不僅能夠加深整個學習過程的印象，還能熟悉軟件的應用，例如在學習線性定常系統(tǒng)的運動分析時，可以利用MATLAB繪制系統(tǒng)的單位階躍響應，更加直觀地了解系統(tǒng)收斂和發(fā)散的情況，也熟悉了程序的編寫以及Simulink的使用。同時在教學過程中要發(fā)揮學生的主體作用，充分發(fā)揮學生的主動性，增加課程教學過程中的討論和探究環(huán)節(jié)，調(diào)動學生的積極性。例如教師引出下節(jié)課的知識點，安排學生課下進行自學，然后在課上進行講解，學生之間相互交流討論，最后由教師指出存在的問題并做相應的補充，這樣不僅提升學生的專業(yè)素養(yǎng)，還可以培養(yǎng)學生的自學能力和表達能力。因此在教學過程中，改變單一的教學形式，不斷研究新的教學方法和教學手段，不斷提升學生學習的理論深度，增強學生的學習興趣，從而使學生能夠輕松地掌握所學的課程知識，提高教學質(zhì)量。

（二）課程網(wǎng)絡資源的豐富

隨著時代的發(fā)展，對學生科學素養(yǎng)等方面的要求會越來越高，而學生能力的提升，必須有大量、豐富的課程資源來支撐。現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展影響著人們的思維和學習生活方式，也使得學生通過網(wǎng)絡能夠了解更多的理念、知識、信息。信息技術(shù)的發(fā)展也沖擊著傳統(tǒng)的教學方式、教學理念、教學方法等，因此需要一種新的學習方式。利用最有效的資源去輔助教學，為學生知識技能、價值觀等目標的全面實現(xiàn)提供必要的支持，其中互聯(lián)網(wǎng)資源與教育的融合促進了教學的改革，積極開創(chuàng)慕課、微課等課程，可以充分利用網(wǎng)絡資源，使得教學內(nèi)容和教學資源開放共享[2，5]。組織教師不斷豐富完善課程資源，制作精益求精的課件、視頻。通過網(wǎng)絡平臺建設，可以充分體現(xiàn)科技手段的人性化，合理地嵌入電子課件、視頻資料、動畫等元素，不僅豐富了課程資源，也使得抽象的知識更加形象化。同時使得學習資源更加優(yōu)化，利用更加高效，學生可以隨時觀看利用，不受課堂的限制，也有助于學生拓寬知識面，了解本課程的前沿知識，這就彌補了在課堂教學過程中時間短、知識量大的缺點。而且利用網(wǎng)絡，師生之間、學生之間可以隨時進行溝通交流，對于學生普遍關(guān)注的問題，教師可以在課堂上詳細講解，使網(wǎng)絡資源成為擴充學生知識、課堂教學反饋的輔助教學手段。

（三）教師教研能力的提升與課程團隊的建設

在信息化的環(huán)境下，教師的角色不再是知識的壟斷者，而是學生學習的指導者和幫助者，因此在日新月異的數(shù)字化時代，教師必須具有強烈的現(xiàn)代化教學意識，熟練的教學技巧。與此同時《線性系統(tǒng)理論》課程所涉及的知識面廣，這就要求教師需要不斷地提升自身科研能力和學科的知識水平[3-4]，不斷豐富自身閱歷，掌握現(xiàn)代化的教學方法，把握教學的實質(zhì)內(nèi)涵，把先進的學術(shù)思想和前沿知識滲透到教學過程中，引導學生積極思考，激發(fā)學生對科學研究的興趣，增強學術(shù)研究的信心，提升學生的自主學習能力，努力培養(yǎng)學生的責任感和使命感，從而實現(xiàn)教與學的統(tǒng)一，知識學習與能力培養(yǎng)的統(tǒng)一，教學與科研的統(tǒng)一結(jié)合，以此提升整個課程建設的高度。在提升教師自身教研能力的同時，加強課程團隊建設，組織課程團隊教師外出學習，開闊教師的國際視野，強化合作交流[6]。課程團隊需要經(jīng)常交流，共同解決教學科研中遇到的問題，及時凝練在交流過程中掌握的新的理論、技術(shù)、方法。建設一支教學科研能力強，結(jié)構(gòu)合理的課程團隊，為優(yōu)質(zhì)課程建設打下堅實的基礎(chǔ)。

（四）考核評價體系的改革

提高研究生課堂教學質(zhì)量，科學有效的考核評價體系能夠全面客觀的反饋人才培養(yǎng)的效果，對學生產(chǎn)生激勵作用，為教師提高教學改進的動力和方向。打破傳統(tǒng)的記憶式的考核模式，注重多元化的評價模式，特別是過程性考核，實現(xiàn)學生自評互評、教師評價以及課程教學團隊評價的多元化的評價方式。學生自評互評包括學生對本門課程學習情況的自我總結(jié)，找出自身的不足，促進學生自主學習。教師評價包括研究生的課堂出勤率、作業(yè)、筆記、參與課堂討論、對新知識的講授理解以及對問題的解答等，可以直觀地了解學生對《線性理論課程》的需求內(nèi)容，也可以使教師了解教學效果，實現(xiàn)反思與自評。課程團隊評價主要是研究生閱讀指定文獻的理解、發(fā)表學術(shù)論文、完成調(diào)查研究報告、實現(xiàn)創(chuàng)新設計及獲取專利等，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W研究作風。最后的考核也采用開放式、多樣式的課程考核體系。通過多方面的考核方式，能夠綜合、公平的評價學生的學習效果。參考國內(nèi)外先進的經(jīng)驗，不斷的改革和完善考試評價體系，為優(yōu)質(zhì)課程的建設提供保障。

三、結(jié)束語

本文從《線性系統(tǒng)理論》課程的特點出發(fā)，結(jié)合臨沂大學自動化與電氣工程學院研究生實際情況，從教學方式方法、課程資源、教師能力、團隊建設、考核評價體系等方面進行改革。然而優(yōu)質(zhì)課程的建設是一個系統(tǒng)的、長期的動態(tài)過程，是研究生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，在后續(xù)的教學過程中，需要不斷地探索研究，努力把本課程建成國家級優(yōu)質(zhì)課程，為全面提升研究生的專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)研究生的各方面的能力提供保障。