現(xiàn)代控制系統(tǒng)課程的主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法

劉云龍， 唐述宏， 考永貴， 季 濤， 高在瑞, 吳小進(jìn)

(1.濰坊學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，山東 濰坊 261061；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)系，山東 威海 264209)

?

現(xiàn)代控制系統(tǒng)課程的主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法

劉云龍1， 唐述宏1， 考永貴2， 季 濤1， 高在瑞1, 吳小進(jìn)1

(1.濰坊學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，山東 濰坊 261061；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)系，山東 威海 264209)

針對(duì)自動(dòng)控制原理課程和現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)中存在的工程設(shè)計(jì)理論化和知識(shí)體系碎片化的問(wèn)題，將二者整合成一門(mén)新的課程——現(xiàn)代控制系統(tǒng)，提出了主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法。首先分析了主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的來(lái)源、科學(xué)依據(jù)和基本特征。其次在教學(xué)內(nèi)容上，將課程分為12個(gè)教學(xué)單元，調(diào)整了空間狀態(tài)方程、系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒控制系統(tǒng)等內(nèi)容，設(shè)置了33個(gè)課程項(xiàng)目。再次將主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的實(shí)施過(guò)程分為項(xiàng)目選題、項(xiàng)目準(zhǔn)備、項(xiàng)目討論、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和項(xiàng)目答辯等五個(gè)步驟。最后給出了主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的自我評(píng)價(jià)、項(xiàng)目組評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)及其注意問(wèn)題。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法遵循學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣，注重學(xué)生的實(shí)踐能力。該教學(xué)方法有較好的操作性，具有良好的教學(xué)效果。

現(xiàn)代控制系統(tǒng)； 項(xiàng)目教學(xué)； 主動(dòng)式； Matlab仿真

0 引 言

自動(dòng)控制原理課程和現(xiàn)代控制理論課程是控制科學(xué)和工程的重要基礎(chǔ)課程，是工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，是自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器等本科專業(yè)的必修課程。自動(dòng)控制原理課程和現(xiàn)代控制理論課程的基礎(chǔ)知識(shí)涵蓋數(shù)學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)、電力電子、機(jī)械工程、微機(jī)原理等，偏重于理論、概念較抽象[1-3]。傳統(tǒng)的課程教學(xué)多采用“基礎(chǔ)理論+實(shí)驗(yàn)仿真+實(shí)踐訓(xùn)練”的疊加串行模式，這種教學(xué)模式相對(duì)乏味，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，無(wú)法真正做到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題能力。目前，盡管自動(dòng)化科學(xué)的學(xué)術(shù)活動(dòng)在國(guó)內(nèi)外影響非常廣泛，但在歐美國(guó)家，自動(dòng)化并不從屬于某個(gè)工程學(xué)科，也不是一個(gè)獨(dú)立的工程學(xué)科，而是分布在許多實(shí)際應(yīng)用的工程學(xué)科中，如電子電氣自動(dòng)化、化工流程自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化、機(jī)電一體化、自動(dòng)機(jī)器人等。自動(dòng)化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域拓展，如管理自動(dòng)化、經(jīng)濟(jì)自動(dòng)化、國(guó)防自動(dòng)化、醫(yī)療自動(dòng)化、教學(xué)自動(dòng)化等。項(xiàng)目教學(xué)是一種以問(wèn)題為導(dǎo)向的教學(xué)模式，學(xué)習(xí)目標(biāo)和理論知識(shí)凝編成許多教學(xué)單元，將知識(shí)以面向項(xiàng)目的方式呈現(xiàn)給師生，已經(jīng)應(yīng)用許多工程類課程，如機(jī)器人系統(tǒng)[4]、嵌入式系統(tǒng)[5]、電力拖動(dòng)系統(tǒng)[6]等。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)指在項(xiàng)目教學(xué)中，以鍛煉學(xué)生的思維為目的，以學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)為主體，在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，學(xué)生主動(dòng)完成項(xiàng)目的提出問(wèn)題和解決問(wèn)題過(guò)程，在項(xiàng)目實(shí)踐中，進(jìn)行知識(shí)構(gòu)建和思維訓(xùn)練。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法體現(xiàn)了人才培養(yǎng)理念的主觀能動(dòng)特征，引導(dǎo)學(xué)生從事研究性學(xué)習(xí)， 較好地處理了理論教學(xué)和項(xiàng)目實(shí)踐的結(jié)合問(wèn)題，同時(shí)，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1 主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法簡(jiǎn)介

1.1 主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的提出

理想的教學(xué)過(guò)程應(yīng)該是在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，學(xué)生主動(dòng)提出一系列問(wèn)題，分析和理解某些已知的答案或結(jié)論，然后對(duì)這些答案或結(jié)論進(jìn)行重新解決與發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新。而傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程忽視了學(xué)生提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的主動(dòng)性，通常教師直接給出問(wèn)題，并很快給出所謂標(biāo)準(zhǔn)的答案。整個(gè)教學(xué)過(guò)程，學(xué)生感覺(jué)不到知識(shí)的新奇與刺激，沒(méi)有創(chuàng)造的沖動(dòng)與探索，對(duì)于問(wèn)題的提出和探索訓(xùn)練變?yōu)楦砂桶偷闹R(shí)傳授過(guò)程。教學(xué)的最佳設(shè)想應(yīng)該是教師提出一些與學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)的問(wèn)題，學(xué)生積極主動(dòng)去征詢答案。項(xiàng)目教學(xué)方法則溯源于此教學(xué)設(shè)想，早期的研究見(jiàn)于教育專家凱茲博士和查德博士所著的《項(xiàng)目教學(xué)方法》，文中綜述了這種在工作情境中完成真實(shí)的項(xiàng)目任務(wù)，以能力為本位、以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法以問(wèn)題為導(dǎo)向，以學(xué)生主動(dòng)提出問(wèn)題、解決問(wèn)題和創(chuàng)新知識(shí)為核心，促進(jìn)學(xué)生積極思維，感受創(chuàng)新的艱辛與樂(lè)趣，重視團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。傳統(tǒng)自動(dòng)化學(xué)科的串行教學(xué)模式是：先作理論知識(shí)講解，再對(duì)其實(shí)驗(yàn)仿真模擬，最后進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的實(shí)踐訓(xùn)練。而自動(dòng)化學(xué)科的主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法正好與此相反，它將知識(shí)凝編成許多項(xiàng)目單元，以問(wèn)題為導(dǎo)向，學(xué)生主動(dòng)提出問(wèn)題，然后實(shí)踐設(shè)計(jì)解決問(wèn)題，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證方案的可行性，最后整理和對(duì)比教材已有結(jié)論和定理等，撰寫(xiě)報(bào)告，參加答辯，反饋和總結(jié)知識(shí)與應(yīng)用。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法中每個(gè)流程的師生任務(wù)如圖1所示。

圖1 主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的師生任務(wù)流程圖

1.2 主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)的科學(xué)依據(jù)

(1) 建構(gòu)主義理論認(rèn)為，當(dāng)現(xiàn)有知識(shí)無(wú)法解決問(wèn)題時(shí)，一個(gè)人真正的學(xué)習(xí)才會(huì)發(fā)生。通過(guò)教師向?qū)W生傳遞知識(shí)的過(guò)程是“偽學(xué)習(xí)”，真正的學(xué)習(xí)過(guò)程應(yīng)該是學(xué)生自己建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程。學(xué)生不是被動(dòng)地接受知識(shí)，而是主動(dòng)地通過(guò)已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)對(duì)新知識(shí)進(jìn)行加工和建構(gòu)，這種學(xué)習(xí)更強(qiáng)調(diào)主動(dòng)性、情境性、協(xié)作性、社會(huì)性，而且這種知識(shí)建構(gòu)過(guò)程，教師不能代替，也無(wú)法代替[7]。

(2) 現(xiàn)代心理學(xué)研究表明：“耳聽(tīng)”感受的記憶保持率約為20%；“眼看”感受的記憶保持率約為30%；“耳聽(tīng)+眼看”感受的記憶保持率約為50%；“親身實(shí)踐”感受的記憶保持率高于90%。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法具有典型的親身實(shí)踐感受過(guò)程，有利于學(xué)生掌握完備的基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力。

(3) 以問(wèn)題為導(dǎo)向的科學(xué)觀，彰顯主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的科學(xué)性和可行性。正如習(xí)近平總書(shū)記指出的“改革是由問(wèn)題倒逼而產(chǎn)生，又在不斷解決問(wèn)題中得以深化”，現(xiàn)代控制系統(tǒng)課程的教學(xué)應(yīng)以問(wèn)題為導(dǎo)向，以項(xiàng)目為教學(xué)單元，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)提出問(wèn)題和解決問(wèn)題。

1.3 主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的基本特征

主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法與傳統(tǒng)串行授課教學(xué)方法相比，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過(guò)程層面有很大的差異，主要體現(xiàn)在兩個(gè)中心的轉(zhuǎn)移：在活動(dòng)主體上，以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，真正還原教育的目的；在教學(xué)內(nèi)容上，以課本知識(shí)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)踐項(xiàng)目為中心，體現(xiàn)學(xué)以致用原則。具體而言，主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法有以下基本特征：

(1) 學(xué)生自主性。這是該教學(xué)方法的根本特征，教師引導(dǎo)和提供給學(xué)生一些具體可行的項(xiàng)目，學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行查找和學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，提出問(wèn)題和尋求解決問(wèn)題的研究方法和技術(shù)路線，從而有效地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造思維能力的發(fā)展。

(2) 項(xiàng)目實(shí)踐性。項(xiàng)目對(duì)象一般源于先進(jìn)的科技產(chǎn)品或工藝, 項(xiàng)目的主題與客觀世界密切聯(lián)系，項(xiàng)目的選擇具有典型性、實(shí)用性和前沿性。

(3) 評(píng)價(jià)客觀性。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的評(píng)價(jià)，注重學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)中展現(xiàn)能力，不再是一紙考卷決定成績(jī)。該教學(xué)方法的測(cè)評(píng)內(nèi)容包括學(xué)生參與項(xiàng)目活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，采用自我評(píng)價(jià)、 項(xiàng)目組測(cè)評(píng)和教師綜合評(píng)價(jià)等方式。

2 教學(xué)內(nèi)容的項(xiàng)目化

針對(duì)傳統(tǒng)串行教學(xué)模式，自動(dòng)控制原理和現(xiàn)代控制理論課程中的工程設(shè)計(jì)過(guò)于理論化、知識(shí)體系過(guò)于碎片化等問(wèn)題，參考教材[8-12]，將以傳遞函數(shù)、頻域分析為代表的經(jīng)典控制理論和以狀態(tài)空間分析為代表的現(xiàn)代控制理論有機(jī)結(jié)合起來(lái)，整合為一門(mén)新的課程——現(xiàn)代控制系統(tǒng)。新課程的教學(xué)單元分為十二部分，見(jiàn)表1，主要調(diào)整如下：① 狀態(tài)空間方程前置在單元三中；② 經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論的系統(tǒng)穩(wěn)定性判定統(tǒng)一到單元五中；③ 系統(tǒng)的能控能觀理論調(diào)整到狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的單元九中；④ 增加了魯棒控制、變結(jié)構(gòu)控制[13-14]等現(xiàn)代控制算法，放置在單元十中。

建議課時(shí)為108個(gè)學(xué)時(shí)，計(jì)8個(gè)學(xué)分，分兩學(xué)期授課。其中，必修單元為單元一至九，建議課時(shí)為80學(xué)時(shí)，計(jì)6個(gè)學(xué)分，選修單元為單元十至十二，建議課時(shí)為28學(xué)時(shí)，計(jì)2個(gè)學(xué)分。

表1 現(xiàn)代控制系統(tǒng)課程的教學(xué)單元項(xiàng)目表

3 主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的實(shí)施過(guò)程

教學(xué)過(guò)程，本質(zhì)上是一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)。在這個(gè)控制系統(tǒng)中，接受教育的學(xué)生相當(dāng)于受控體或受控對(duì)象，教師相當(dāng)于控制器或調(diào)節(jié)器，學(xué)生的測(cè)驗(yàn)為量測(cè)器或傳感器，輸入對(duì)象為需要學(xué)習(xí)的知識(shí)，輸出對(duì)象為掌握的知識(shí)。師生之間是一個(gè)教學(xué)相長(zhǎng)的過(guò)程，就是所需的知識(shí)，經(jīng)過(guò)教師的啟發(fā)指導(dǎo)與調(diào)節(jié)作用于學(xué)生，變成輸出的知識(shí)，再利用測(cè)驗(yàn)手段等量測(cè)與反饋學(xué)生掌握的知識(shí)，達(dá)到期望的目標(biāo)，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程是所需知識(shí)與掌握知識(shí)的誤差越來(lái)越小的過(guò)程。其教學(xué)反饋控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 教學(xué)反饋控制系統(tǒng)圖

主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的實(shí)施過(guò)程主要體現(xiàn)在教學(xué)反饋控制系統(tǒng)中的教學(xué)環(huán)節(jié)上，與傳統(tǒng)教學(xué)方式有很大的不同，主要由以下五個(gè)步驟構(gòu)成：

(1) 項(xiàng)目選題。項(xiàng)目的范圍要緊緊圍繞現(xiàn)代控制系統(tǒng)的理論知識(shí)。項(xiàng)目的難度一定要適中，既能激發(fā)學(xué)生自主探索的興趣，又不能影響學(xué)生的自信心。項(xiàng)目應(yīng)該具有工程技術(shù)實(shí)用性。實(shí)用性既包括生活中的實(shí)用技術(shù)，如打印機(jī)皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、汽車速度控制系統(tǒng)等，也包括生產(chǎn)線自動(dòng)化技術(shù)，如銑床切割控制系統(tǒng)、超精密鉆石切削機(jī)等，還包括前沿科技產(chǎn)品，如機(jī)遇號(hào)火星漫游車，衛(wèi)星軌道的姿態(tài)控制等。教學(xué)系統(tǒng)給出的項(xiàng)目單元，除單元一和單元十二外，每個(gè)單元均為3個(gè)項(xiàng)目。

(2) 項(xiàng)目準(zhǔn)備。學(xué)生確定項(xiàng)目與分組，每個(gè)項(xiàng)目組成員有5或6人，完成每個(gè)單元中的某個(gè)項(xiàng)目。每個(gè)項(xiàng)目組，推選一位組長(zhǎng)或負(fù)責(zé)人和一位秘書(shū)，組長(zhǎng)或負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)項(xiàng)目的各項(xiàng)工作，安排和調(diào)配項(xiàng)目組成員，制定項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃進(jìn)度等。秘書(shū)統(tǒng)籌組織撰寫(xiě)和整理除答辯報(bào)告外的所有項(xiàng)目文檔。

(3) 項(xiàng)目討論。項(xiàng)目組結(jié)合現(xiàn)代控制系統(tǒng)的理論知識(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)查詢，召開(kāi)學(xué)習(xí)會(huì)議，討論項(xiàng)目中的研究方法和技術(shù)路線、存在的問(wèn)題和疑點(diǎn)等，整理成項(xiàng)目報(bào)告，尋求教師的指導(dǎo)。

(4) 項(xiàng)目設(shè)計(jì)。項(xiàng)目組掌握每個(gè)單元的理論知識(shí)后，再根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)嶒?yàn)產(chǎn)品，基于Matlab等仿真軟件進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)、繪制系統(tǒng)仿真曲線、設(shè)計(jì)控制器或調(diào)節(jié)器[15]等，并注意程序的整體運(yùn)行是否成功，和完成項(xiàng)目的幫助文件。期間，遇到問(wèn)題時(shí)，可以尋求教師或?qū)＜业膸椭?/p>

(5) 項(xiàng)目答辯。在完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)后，項(xiàng)目組中的每個(gè)成員都要整理和撰寫(xiě)項(xiàng)目課程報(bào)告，適當(dāng)側(cè)重自己在項(xiàng)目中所完成的任務(wù)和經(jīng)驗(yàn)心得。教師指導(dǎo)和幫助修改項(xiàng)目答辯報(bào)告。進(jìn)行項(xiàng)目答辯，做好學(xué)生項(xiàng)目成績(jī)的評(píng)定和項(xiàng)目歸檔工作。

4 教學(xué)評(píng)價(jià)、效果分析與注意問(wèn)題

4.1 主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的教學(xué)評(píng)價(jià)

項(xiàng)目教學(xué)方法的評(píng)價(jià)以項(xiàng)目為核心，尊重教學(xué)過(guò)程中的學(xué)生主體地位，已有一些嘗試。文獻(xiàn)[16]給出了自動(dòng)控制原理課程的“優(yōu)化控制”實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的項(xiàng)目教學(xué)方法。文獻(xiàn)[17]介紹了德克薩斯大學(xué)的現(xiàn)代控制系統(tǒng)課程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)教學(xué)方法和項(xiàng)目答辯流程。文獻(xiàn)[18]采取了基于實(shí)物命題的遞進(jìn)任務(wù)教學(xué)方法，引入工程背景的產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為項(xiàng)目選題，采取遞進(jìn)式學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)原則。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的評(píng)價(jià)應(yīng)該由完成項(xiàng)目的情況來(lái)衡量，包括自我評(píng)價(jià)、項(xiàng)目組評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)。自我評(píng)價(jià)是由學(xué)生本人進(jìn)行自我分析，是否掌握項(xiàng)目的理論基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)仿真等。項(xiàng)目組評(píng)價(jià)是根據(jù)各項(xiàng)目組員對(duì)本組貢獻(xiàn)的情況進(jìn)行互評(píng)組員的解決問(wèn)題意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)等。教師評(píng)價(jià)是教師對(duì)項(xiàng)目組完成項(xiàng)目情況進(jìn)行評(píng)定，能否共同協(xié)作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)定功能及技術(shù)的優(yōu)化, 是否掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，是否能夠真正的解決實(shí)際問(wèn)題，是否具有創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)或新穎設(shè)計(jì)。現(xiàn)代控制系統(tǒng)課程的項(xiàng)目教學(xué)自評(píng)表、組評(píng)表和師評(píng)表如表2所示。

表2 現(xiàn)代控制系統(tǒng)課程的項(xiàng)目教學(xué)自評(píng)(組評(píng)、師評(píng))表

4.2 主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的效果分析

近3年，通過(guò)單元項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)代控制系統(tǒng)課程的主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法進(jìn)行探索與實(shí)踐，我校自動(dòng)化教學(xué)取得了顯著的效果，主要表現(xiàn)在以下方面：

(1) 有效地整合了自動(dòng)控制原理和現(xiàn)代控制理論的課程資源，縮短了教師的授課周期。利用現(xiàn)有教學(xué)資源、人才師資和學(xué)校有限的資金投入，完善了自動(dòng)化課程體系的建設(shè)，打破了多門(mén)課程孤立的教學(xué)體系，提高了教師的時(shí)間利用率，為教師進(jìn)行相關(guān)科研或課題工作提供了大量額外的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了教師時(shí)間的高效利用。

(2) 提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與技能水平。通過(guò)采用主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)，引導(dǎo)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的授課方式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。同時(shí)，學(xué)生在設(shè)計(jì)項(xiàng)目的程中，提升了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和人際交流能力。

(3) 取得了豐碩的教學(xué)和科研成果，實(shí)現(xiàn)了更為豐富的服務(wù)社會(huì)職能。課程教學(xué)中的項(xiàng)目設(shè)計(jì)不僅服務(wù)于師生的教與學(xué)，同時(shí)為教師、科研人員和研究生的學(xué)術(shù)研究提供實(shí)踐支持。近3年，參與課程改革的自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生，在大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，榮獲國(guó)家二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、省一等獎(jiǎng)5項(xiàng)、省二等獎(jiǎng)6項(xiàng)。山東科技創(chuàng)新大賽2等獎(jiǎng)3項(xiàng)，百余人次獲得全國(guó)信息化工程師等技能證書(shū)。

4.3 實(shí)施主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法的注意問(wèn)題

主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)注意以下問(wèn)題：

(1) 優(yōu)化項(xiàng)目選題，創(chuàng)造高效教學(xué)效果。在主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中，項(xiàng)目選題至為關(guān)鍵。選題不但要與所在教學(xué)單元的理論知識(shí)保持一致，而且要與生活、生產(chǎn)和前沿科技緊密聯(lián)系。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品展示，將成果分享給全體學(xué)生，由教師和學(xué)生共同評(píng)價(jià)，增強(qiáng)學(xué)生的成就感。

(2) 建立良好的師生關(guān)系，倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)合作精神。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，相對(duì)于學(xué)生而言，教師往往具有知識(shí)的優(yōu)勢(shì)，居高臨下、盛氣凌人。但主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法是以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，教師應(yīng)當(dāng)充分尊重學(xué)生，解決學(xué)生遇到的疑點(diǎn)和難題，用扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)、 過(guò)人的專業(yè)技能和濃厚的人格魅力影響和感染學(xué)生。項(xiàng)目的實(shí)施要以項(xiàng)目組為基本單位，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，提高學(xué)生的人際溝通能力，倡導(dǎo)學(xué)術(shù)交流和科研合作的精神。

(3) 注重培養(yǎng)學(xué)生的自主性和創(chuàng)新能力。在主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中，雖然是以項(xiàng)目組為單位進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，但每名成員還要獨(dú)立完成自己的項(xiàng)目計(jì)劃。在此過(guò)程中，學(xué)生有很多疑點(diǎn)和問(wèn)題，教師不是單純地給出答案，而是做好問(wèn)題的引導(dǎo)，以授人以漁的方式指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成。教師僅需提供項(xiàng)目所必需的信息和材料，為學(xué)生自主發(fā)揮聰明才智，留出充足余地，充分鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新力。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)自動(dòng)控制原理課程和現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，本文基于主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法進(jìn)行了課程內(nèi)容的優(yōu)化和教學(xué)模式的改革。主動(dòng)式項(xiàng)目教學(xué)方法遵循學(xué)生的認(rèn)知習(xí)慣，注重學(xué)生的實(shí)踐能力。該教學(xué)方法有較好的操作性，在理論學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐兩方面均有良好的教學(xué)反饋效果。

[1] 戴先中, 趙光宙. 自動(dòng)化學(xué)科概論[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

[2] 萬(wàn)百五, 韓崇昭, 蔡遠(yuǎn)利. 控制論——概念、方法與應(yīng)用[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2009.

[3] Bencomo S D. Control learning: present and future [J]. Annual Reviews in Control, 2004, 28 (1): 115-136.

[4] 雷靜桃, 劉 亮, 張海洪. “機(jī)器人學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[M]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2013, 32 (5): 179-182, 190.

[5] 張其亮, 王愛(ài)春, 陳永生. 能力遞進(jìn)式項(xiàng)目教學(xué)法在嵌入式系統(tǒng)課程中的實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2014, 33 (8): 185-189.

[6] 張敬南, 彭 輝. 電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2014, 33 (9): 236-239.

[7] 黃艷芳, 趙 晶, 劉 華, 等. 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論下現(xiàn)代教學(xué)方法在電工電子實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2010, 27 (11): 271-273.

[8] 胡壽松. 自動(dòng)控制原理[M].6版. 北京: 科學(xué)出版社, 2013.

[9] 程 鵬. 自動(dòng)控制原理[M].2版. 北京: 高等教育出版社, 2010.

[10] 劉 豹, 唐萬(wàn)生. 現(xiàn)代控制理論[M].3版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.

[11] 張嗣瀛, 高立群. 現(xiàn)代控制理論[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2006.

[12] Dorf Richard C, Bishop Robert H. Modern Control Systems [M]. 12st ed. San Autonio: Pearson Education, 2012.

[13] 劉云龍, 高存臣, 任啟峰, 等. 水下機(jī)器人基于sigmoid函數(shù)的軟變結(jié)構(gòu)控制[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào), 2012, 16 (2): 90-95.

[14] 高存臣, 劉云龍, 李云艷. 不確定離散變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的趨近律方法[J]. 控制理論與應(yīng)用, 2009, 26 (7): 781-785.

[15] 結(jié) 碩, 韓光勝. Matlab在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2012, 29 (2): 95-97, 108.

[16] 徐 敏, 郭曉華, 袁哲人, 等. “自動(dòng)控制原理”教學(xué)中“優(yōu)化控制”實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2013, 32 (11): 273-275.

[17] 強(qiáng) 盛, 史小平, 何 朕. 基于項(xiàng)目的“自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)”改革探索[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2013, 32 (11): 416-418.

[18] 夏靜萍, 王 瑛. 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究——基于實(shí)物命題的遞進(jìn)式教學(xué)法[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2013, 32 (12): 184-189.

Active Project Teaching Method in Course of Modern Control System

LIUYun-long1,TANGShu-hong1,KAOYong-gui2,JITao1,GAOZai-rui1,WUXiao-jin1

(1. College of Information and Control Engineering, Weifang University, Weifang 261061, China;2. Department of Mathematics, Harbin Institute of Technology, Weihai 264209, China)

Aiming at the existing problem about engineering design theorization and knowledge hierarchy fragmentation in curriculum teaching of automatic control principle and modern control theory, the two courses will be integrated into a new course named modern control system. The active project teaching method (APTM) for modern control system is proposed in this paper. The origin of APTM is introduced, the scientific evidence of APTM is analyzed, and the basic characteristics of APTM are given. In the teaching content, the whole course is divided into twelve teaching units. The content of state space equation, system stability and robust control system is adjusted, and thirty-three course projects are set up. The implementation process of APTM is subdivided into five steps: topics selection, preparation, discussion, project design and project defense. Finally, self evaluation, project team evaluation and teacher evaluation of APTM are proposed and some problems that should be paid more attention are given. APTM follows student cognitive habits, and pays attention to practical ability of students. The teaching mode has a better practicability, and the teaching effect of APTM is good.

modern control system; project teaching method; active mode; Matlab simulation

2015-01-19

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2012FL06, ZR2015PE025)；山東省高校科技計(jì)劃項(xiàng)目(J14LN52)；濰坊市科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2014GX022)

劉云龍(1982-)，男，山東莒縣人，博士，講師，主要研究方向?yàn)榛？刂疲x散控制，廣義系統(tǒng)理論。

Tel.: 13562650201；E-mail: fhylren@163.com

TP 13; G 642.0

A

1006-7167(2016)01-0161-05