線性系統(tǒng)理論興趣教學(xué)方法探析

王居鳳

摘 要：線性系統(tǒng)理論是高等院校自動化、控制等相關(guān)專業(yè)的必修課程之一，該課程理論性很強(qiáng)，通過三個(gè)方面探討了如何利用興趣教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)。

關(guān)鍵詞：線性系統(tǒng)理論；教學(xué)；興趣

線性系統(tǒng)理論該門課比較抽象、理論性比較強(qiáng)，需要用大量的數(shù)學(xué)知識，這讓一些學(xué)生望而卻步，還有些學(xué)生認(rèn)為該課程在實(shí)際中沒有什么用，不是很重視線性系統(tǒng)理論的學(xué)習(xí)。如果學(xué)生對這門課有興趣，則會主動學(xué)習(xí)。作為線性系統(tǒng)理論老師，如何讓學(xué)生有學(xué)習(xí)的動力顯得非常重要。本文將在課堂上如何利用興趣教學(xué)方法做些探討。

一、選講相關(guān)的歷史資料，激發(fā)學(xué)生的興趣

在教學(xué)中，適當(dāng)講些與本課程相關(guān)的歷史資料，比如，對線性系統(tǒng)理論的發(fā)展有著重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家做些介紹、對一些理論的產(chǎn)生做些介紹。在第一次課上需要介紹一些線性系統(tǒng)理論的起源與發(fā)展，讓學(xué)生對這門課有個(gè)大致的了解。

線性系統(tǒng)的思想在很久的古代就有了。線性系統(tǒng)理論分為兩個(gè)階段，一是經(jīng)典線性系統(tǒng)理論，另一是現(xiàn)代線性系統(tǒng)理論。經(jīng)典線性系統(tǒng)理論以單輸入單輸出為研究對象，20世紀(jì)50年代開始，隨著航空科技的發(fā)展，線性系統(tǒng)理論已不能滿足實(shí)際需要，因而導(dǎo)致了線性系統(tǒng)理論從經(jīng)典到現(xiàn)代的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)代線性理論研究多輸入多輸出系統(tǒng)，建立在狀態(tài)空間的模型上，可以揭示系統(tǒng)內(nèi)部特性。

二、精選與實(shí)際相關(guān)的例子，增強(qiáng)趣味性

選些經(jīng)典的實(shí)際例子，將被控對象的圖片展示出來，能激起學(xué)生的好奇心，從而產(chǎn)生興趣。

例如，展示古代水鐘“銅壺滴漏”，讓學(xué)生解釋液位控制系統(tǒng)。隨著銅壺內(nèi)收集的水逐漸增多，木塊托著箭桿也慢慢地往上浮，古人從箭桿上的標(biāo)記所指位置來判斷時(shí)間。由于漏壺內(nèi)的水多時(shí)，流水較快，水少時(shí)流水慢，影響計(jì)時(shí)精度。于是在漏壺上再加一只漏壺，并在兩漏壺之間加一浮子，水從下面漏壺流出去的同時(shí)，上面漏壺的水即源源不斷地補(bǔ)充給下面的漏壺，使下面漏壺內(nèi)的水均勻地流入箭壺，從而取得比較精確的時(shí)刻。

例如，講述狀態(tài)空間模型時(shí)，舉小車-倒立擺例子，分析結(jié)構(gòu)，將其建模，然后再在狀態(tài)空間模型上分析系統(tǒng)的特性。問學(xué)生，如何設(shè)計(jì)外部力，使得倒立擺相對于小車的位置不變？再進(jìn)一步講述這個(gè)外力不但可以求出而且可以通過遠(yuǎn)程控制來實(shí)現(xiàn)。使學(xué)生明白抽象的系統(tǒng)是來源于生活，避免學(xué)生覺得線性系統(tǒng)理論沒有什么作用。

三、增加上機(jī)實(shí)驗(yàn)課

線性系統(tǒng)理論里有著復(fù)雜的計(jì)算，而Matlab軟件有強(qiáng)大的計(jì)算功能，通過Matlab可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。Matlab中還有仿真的功能，比如在學(xué)習(xí)系統(tǒng)穩(wěn)定性時(shí)，通過Matlab可以將系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡圖展示出來。讓學(xué)生對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有個(gè)感性的認(rèn)識，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)：

鄭大鐘.線性系統(tǒng)理論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

（作者單位 中國計(jì)量學(xué)院數(shù)學(xué)系）