“現代控制理論”課程教學改革探討與質量提升

崔曉斌+閆艷燕+郭景霞

摘要：如何激發學生學習興趣，培養學生創新能力，提升教學質量已成為高校教學改革的重要議題。《現代控制理論》課程是一門理論性和實踐性較強的課程，具有多學科交叉的特點。本文針對該課程教學過程中易出現的問題，探討課程教學內容、教學方法、考核手段等方面的改革，以促進教學質量的提升。

關鍵詞：現代控制理論；教學內容；教學方法；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）16-0113-02

現代控制理論課程與工程實際問題有著緊密的聯系，具有理論性和實踐性并重、多學科交叉等特點[1]。該課程涉及到較多抽象的概念，且具有豐富的內容，掌握難度相對較大。在現今條件下，高校在校生數量不斷增加，而學生的基礎條件又各不相同。如何綜合考慮課程特點以及在校生情況，激發學生學習興趣，培養學生創新能力，提升教學質量已成為高校教學改革所面臨的一個重大問題。為適應創新培養模式的教育理念，提升教學質量，河南理工大學機械與動力工程學院（以下內容中簡稱為“我院”）在現代控制理論課程的教學過程中，針對容易出現的矛盾和問題，不斷摸索，總結經驗，正向“優化、高效、實用”的課堂教學改革目標不斷邁進。我院在現代控制理論課程的教學內容優化、教學方法改善、考核方式完善等方面，進行了一系列有益的努力和嘗試，逐步提升教學質量，取得了良好的教學效果。

一、教學內容的優化

教學內容是授課的前提和基本。只有針對教學內容的各部分進行優化，方能使得學生熟悉課程內容框架，產生學習興趣，良好地掌握課程具體內容以及了解學科前沿。

1.緒論內容的優化。現代控制理論課程的理論性強、計算繁雜，學生感到難學，易產生恐懼心理和厭學情緒[2]。這就需要教師在講授這門課程的緒論部分內容時，根據現代控制理論這門課程的內容特點構建課程內容框架，并結合實例，對應直觀展示。這樣可以讓學生對課程形成一個全局的概念，并引發學生自發、主動學習這門課程的興趣。

2.正文內容的優化。在緒論之后的正文內容的講授過程中，應注意根據專業取向不同，選擇教學內容重點，并需補充必要相關基礎知識以及適度介紹學科前沿。（1）教學內容的選取。按照本專業培養目標確定課程目標，遴選教學內容并強化重點內容。具體的教學內容主要涉及基于狀態空間法的線性定常系統的分析與綜合，最優控制問題的解決方法，可控性、可觀性、穩定性的概念及判據，系統的極點配置，觀測器的設計等。（2）必要基礎知識的補充。現代控制理論具有多學科交叉的特點。其以近代應用數學和MATLAB的基礎操作為理論工具，涉及線性系統理論、非線性系統理論、最優控制理論、隨機控制理論和適應控制理論等學科。授課過程中，必須根據學習者的基礎去填補一些新的知識。例如在講解狀態空間模型時，就有必要講授一些關于線性系統理論的相關知識。（3）學科前沿的適度介紹。通過實例讓學生了解這門課程的發展前景。在保證講授本課程基本概念、基本原理和基本方法的基礎上，適當增補控制學科研究前沿內容。例如，可以和學生交流國內外一流會議關于控制理論的最新進展、最新應用，使學生了解該學科的研究方向和發展趨勢。

二、教學方法的改善

現代控制理論課程的概念抽象、內容豐富，其對教學方式方法有較高要求。完善教學方法和教學手段，進而提高教學質量，是課程改革的重中之重[3]。我院在該課程的教學過程中，選擇靈活的教學方法并引導學生主動學習，加強課后練習與試驗教學，積極引入Matlab語言，以完善教學方法，提升教學質量。

1.靈活選擇教學方法，引導學生主動學習。（1）在教學過程中，不但要注重直觀性教學，還應將其與傳統的板書有機結合。注重直觀性教學，積極探索圖文并茂、聲像結合且具有生動鮮明感染力的現代教學手段，如多媒體課件等。同時，授課過程中將板書、課件和視頻結合起來，充分發揮這三種教學方式的優點。既能充分利用板書教學的嚴謹性、邏輯性強、步驟清晰的優點，又利用了多媒體教學的直觀、逼真、容量大的優點。在加深鞏固理論知識體系的同時，激發學生的求知欲望，從而調動學生學習的主觀能動性，取得良好的教學效果。（2）多采用啟發式教學方法，啟發引導學生自主學習、探究學習。克服死記硬背的弊端，鼓勵學生大膽質疑、奇思異想；變“一言堂”為群言堂，讓學生充分參與，積極表現，在討論、辯論中，使每個學生獲取知識的同時能得到充分發展；鼓勵學生通過親自嘗試、探索，建立新舊知識間的聯系，從而更好地接觸和掌握新知識。例如，提出現代控制理論的發展歷程這一問題，要求學生在自動控制原理的基礎上進行交流與討論。而后，由教師加以總結，從而能夠引申出除PID控制之外的智能控制、非線性控制、自適應控制、魯棒控制等控制策略。

2.加強課后練習，注重實驗教學效果。（1）對課后練習進行有針對性的布置，并及時總結。習題課教學是現代控制理論教學中不可或缺的重要組成部分，它是對基礎理論知識的延伸和深化，是提升教學質量，實現教學目標的重要方法和途徑。要有針對性地布置課后習題，根據作業情況及時講解，并適當安排答疑。根據學生習題完成情況，做好總結，借此對知識點進行有效梳理。著重強調概念易混淆的地方，進行羅列與區分。比如在講解與總結能控能觀部分的習題時，就要做好能控與能觀的條件、標準型以及分解之間的區分和聯系[4]，加深學生的理解。（2）注重實驗教學，促進學生實踐能力的培養。理論聯系實際，樹立“邊實驗、邊探索、邊總結”的思想。通過實驗教學這一環節，使學生鞏固、驗證、應用所學知識，并作適當探索，最終進行總結。使學生掌握知識的同時，提高其實踐能力。軟件是進行實驗教學的重要媒介。在實驗教學過程中應注意提高學生利用軟件分析和設計控制系統的綜合能力。

3.在教學過程中積極引入MATLAB語言。建立系統數學模型、分析系統性能等是現代控制理論課程的重點內容。在以往的教學過程中要花大量的時間在數學計算上，現在使用MATLAB語言提供的函數實現快速計算[5]。將MATLAB語言與課程重點內容的講授有機結合進行教學，不但有助于學生對現代控制理論課程重點內容的理解和掌握，降低現代控制理論的抽象性，增強直觀性，而且對學生熟悉和應用MATLAB也能起到積極作用。endprint

我院在教學過程中積極引入MATLAB語言，進行了一系列的教學嘗試。例如，利用MATLAB語言去求一個三階以上的狀態轉移陣時非常簡單，二維和三維圖形顯示，使得教學效果生動和鮮明。又例如利用MATLAB函數很容易建立各種數學模型以及模型間的轉換和串聯、并聯、反饋等形式的聯結，能讓學生輕松直觀地了解線性系統的數學模型，這些模型包括系統的傳遞函數模型、零極點增益模型和狀態空間模型。在狀態空間分析章節中，系統在穩定的條件下，通過讓學生編制MATLAB程序來繪制系統的時間響應曲線，使學生了解系統穩定性的判定方法以及系統時域響應的求解方法。

三、考核方式的完善

采用合理的方式對學生學習情況進行考核，不但助于調動學生自主學習的主動性與能動性，而且有助于對教學效果進行反饋，從而修正教學內容和教學方式，從而最終提升教學質量。在傳統的書面試卷考核中，要注意合理設置考試題型、題量及難度。現代控制理論是一門理論性較強的課程，命題要重點考察對教材基本概念的掌握和基礎理論的靈活運用，突出能力考核。僅用規定時間內的書面試卷考核方式，難以全面準確反映學生分析問題、解決問題的能力及創新能力，并且不利于調動學生自主學習的主動性和能動性。因此，應將傳統的書面考核與平時表現成績、實驗成績以及創新設計成績相結合。為此，我院將最終成績根據課程需要改革為“平時成績+實驗考核+期末試卷考核+創新性設計考核”的模塊化分級積分，最終得出學生的學科總成績。考核的總評成績最高為100分，其中：（1）平時成績30分。出勤與課堂表現占10分，課后作業占20分。（2）實驗課成績20分。利用Matlab編程完成實驗設計占10分，科研實踐占10分。（3）試卷考試成績50分。（4）利用現代控制理論進行創新性設計并形成書面報告者可加創新成績10分。

四、結語

針對“現代控制理論”課程教學改革中的教學內容優化、教學方式改善以及考核方式完善等方面，我院進行了一系列的努力和嘗試。激發了學生的學習興趣，促進了學生的自主學習，培養了學生的實踐能力和創新能力，取得了良好的教學效果，教學質量得到逐步提升。同時，教師也在該課程教學改革的過程中，逐漸提高了自身的教學素養和水平。

參考文獻：

[1]李艷杰，于艷秋.“現代控制理論”課程研究型教學實踐與探討[J].中國電力教育，2010，（15）：53-54.

[2]李鈞濤，馬天水，李文林.基于創新人才培養的現代控制理論課程教學改革[J].南陽師范學院學報，2011，10（3）：98-100.

[3]賈立.創新培養模式下的現代控制理論教學改革探索[J].科技信息，2011，（23）：680.

[4]肖小慶，周磊，張小美.基于素質教育的現代控制理論課程教學改革的探討[J].高等函授學報：自然科學版，2012，25（3）：18-19.

[5]周磊，宋麗蓉，陳桂.MATLAB在現代控制理論教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2008，（5）：109-110.endprint