《現代控制理論》教學改革探討

董敏+++聞凱

摘 要： 作者根據《現代控制理論》教學現狀，提出了教學改革的方案。在教學內容方面，進行內容精簡，注重基礎知識和基礎理論的講解；在教學方法方面，將多媒體教學與傳統教學方法相結合，理論知識講解和實驗仿真相結合；在考核方式上，強調平時成績作為考核成績的參考，弱化期末考試在考核上的比例。

關鍵詞： 《現代控制理論》 教學改革 教學內容 教學方法 考核方式

隨著科學技術的發展，自動控制技術得到了廣泛的應用，已經滲透到了工業、農業、航空航天等各個領域。任何一種技術的應用都有相應的理論作為發展依據，現代控制理論作為自動控制理論的一個重要分支，是為了滿足越來越具有非線性、時變性等特點的系統控制要求而出現的。目前，《現代控制理論》作為自動化專業、電氣工程及其自動化專業本科的專業基礎課程，是自動控制原理的后續課程，也是控制類專業碩士研究生線性系統理論、最優控制理論等學位課程的基礎[1]。

該課程的特點是理論性較強，概念抽象，要把這門課上好，使學生真正理解接受課程內容，必須在課程教學上進行深入的研究與改革。

1.教學內容的改革

1.1優化教學內容。

根據南航金城學院《現代控制理論》教學大綱要求，本課程共有40個學時，采用的教材是劉豹、唐萬生主編的《現代控制理論》。

該課程的理論性較強，存在大量的證明與數學計算，內容比較枯燥，也比較容易使學生產生厭學情緒。在教學過程中，應當精簡教學內容，強化重點知識，突出基本概念、原理和方法的介紹。教學內容主要講述基于狀態空間法的線性定常系統的分析與綜合，可控性、可觀性、穩定性判據及最小實現的概念，要求學生對系統進行極點配置、對觀測器進行設計[2]。

1.2補充數學知識。

該課程以線性代數和微分方程作為數學基礎，一些學生會因為線性代數知識基礎薄弱而影響課程內容的學習，所以在正式內容開始之前，大概利用一兩學時的時間，加入跟本課程密切相關的線性代數知識的介紹，讓學生在用到這部分知識的時候得心應手。

2.教學方法的改革

2.1多媒體與傳統教學相結合。

現如今，多媒體教學已經引入課堂并且得到充分的利用。多媒體教學具有直觀、生動、形象等特點。把一部分用語言、板書難于描述的內容，用幻燈片或動畫進行演示教學，將加強學生對授課內容的理解與記憶。但是在教學過程中不能過于依賴多媒體教學，忽略傳統板書教學方式。對一些重要公式的推導及重要計算內容的講解，可以通過結合板書的形式，讓學生在老師的逐步推導講解過程中跟上老師的教學思路，真正理解和掌握知識。

2.2理論教學與實驗仿真相結合。

由于現代控制理論這門課程涉及大量的復雜計算，對于低階系統的分析與計算，可以通過筆算完成，但是對于一些高階系統的分析單憑人工計算是很難實現的，而在實際工程問題中，有很多系統都是高階系統，所以學生必須掌握一種解決高階系統問題的方法。

MATLAB程序設計語言是美國Mathworks公司推出的高性能數值運算軟件。可用于數值計算、可視化及編程的高級語言和交互式環境，廣泛應用于控制系統、測試和測量等眾多應用領域。由于現代控制理論中的狀態空間表達式是用矩陣表示，而MATLAB是以矩陣為基本運算單元的，有許多預先定義的函數可供用戶求解不同類型的控制問題時調用，而且具有進行交互分析的能力，所以使用MATLAB語言工具進行現代控制理論的計算與仿真是最佳的[3]。將MATLAB與現代控制理論課程內容結合起來，用于系統的建模、分析、設計和仿真，可以加深學生對概念及相關理論知識的理解。

結合具體的教學內容，利用MATLAB可以進行以下內容的實驗：狀態空間表達式建立實驗、系統能控能慣性分析實驗、極點配置實驗，也可以安排學生利用課下時間，用Matlab完成一些仿真實驗，提高學生的學習興趣。

2.3以學生為主導，注重教學反饋。

教學是一個教與學的雙向過程。教師不但要把知識傳授給學生，還要根據學生對知識的掌握情況及時調整教學進度與教學方法。因此，在教學過程中應當注意與學生的交流，通過課堂提問和布置作業，以及跟學生聊天，了解學生對于每部分內容的掌握情況，進而提高學生的學習效率。

3.考核方式的改革

課程的考核不能單純地依靠期末考試的卷面成績，要加強對平時和實踐能力的考核。可以將平時成績和期末卷面成績分別占40%和60%，平時成績應包括課堂提問、實驗、作業及出勤等方面。這樣可以讓學生注重學習習慣和能力的培養，而不僅僅是在臨近考試前進行突擊，這樣的考核方式公平合理[4]。

4.結語

為了適應社會與教育教學發展的需要，現代控制理論課程教學必須不斷改革教學方法與手段。本文在教學內容上注重基本概念和理論的講解，進行了教學內容優化；在教學方法上將多媒體課件與傳統教學方法相結合，將理論知識與實驗仿真相結合；在考核方式上，兼顧平時成績與期末考試成績，調動學生的學習積極性，提高教學質量和學生的學習效率，為后繼專業課程的學習和將來的工作打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]劉豹，唐萬生.現代控制理論[M].北京：機械工業出版社，2011.

[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，南陽師范學院學報，2011，10（3）：98-100.

[3]王從慶，丁勇.現代控制理論課程教學改革的實踐與探討，南京航空航天大學學報（社會科學版），2004，6（1）：72-75.

[4]王冬梅，劉帥師，黃艷秋.現代控制理論課程教學改革探索，長春工業大學學報（高教研究版），2011，32（3）：50-51.