全英文研究生課程“動態系統的故障估計與調節”教學改革與實踐

張柯

摘要：本文針對全英文研究生課程“動態系統的故障估計與調節”的特征，開展了該門課程的教學改革與實踐，從教材選取、教學方法等方面進行了探索，并提出了一些該門全英文研究生課程的教學改革思路，促進了對研究生國際化和創新能力的培養。

關鍵詞：研究生課程；全英文教學；故障估計與調節

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）43-0107-02

一、引言

2015年10月24日，國務院印發了《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》，吹響了建設高等教育強國的號角。“世界一流大學和一流學科建設”（下稱“雙一流”），是繼“985工程”、“211工程”后，中國高等教育領域的又一項國家重點建設工程。按照黨中央、國務院的重大戰略決策部署，我校黨委積極響應號召，已提出創建南京航空航天大學（下簡稱南航）“雙一流”的目標、思路和任務。南航前校長朱劍英教授關于南航“雙一流”建設曾講“在教學方面，要加強研究生國際化培養是南航踐行‘雙一流的重要組成部分”。而全英文研究生課程則是研究生國際化培養的重要一環[1]。針對南航全英文研究生精品建設課程——“動態系統的故障估計與調節”，根據該課程的特征，以研究生國際化培養為導向，開展該課程的改革與實踐。

二、“動態系統的故障估計與調節”課程的特征與挑戰

1.課程特征。“動態系統的故障估計與調節”課程具有專業性較強的特點，專業術語較多，要求選課的研究生熟悉自動控制原理，尤其是現代控制理論。

在全英文授課過程中，英語聽力和英語思維方式也會給學生對授課內容的理解帶來不小的障礙。如何調動研究生學習的主觀能動性，激發學生的學習熱情和創新性思考，幫助其順利適應全英文授課，是擺在任課教師面前的首要難題，也是全英文教學能否順利開展和被學生接受的關鍵所在[2，3]。

2.授課對象。本門課程作為研究生的學位課，授課對象是控制科學與工程學科留學和本土的研究生，供碩士研究生和博士研究生選修。這些學生基本都具備良好的自動控制理論基礎和較好的英文基礎。

為適應教育全球化的國際形勢和進一步推動我校研究生全英文課程建設的進程，提高我校研究生課程教學國際化的水平，南航近幾年非常重視研究生國際化培養。近年來，隨著招收留學研究生數量的持續上升，對研究生全英文課程的需求也在持續增長。留學研究生通過這門全英文課程可以學習控制系統的故障估計和調節的先進理論知識，及時了解國際上的最新動態和研究方向。而本土研究生則通過全英文授課的形式，進一步增強英文文獻的閱讀和撰寫能力，提升專業英語的口語水平，為撰寫英文論文、參加國際學術交流打下基礎。因此，留學和本土的研究生都對全英文授課課程有較大的需求。

3.教學模式。從南航的實際情況來看，研究生國際化課程的授課教師主要為本土教師。而本土教師由于長期以來所受到的國內教育的影響，使得他們更加習慣于“教師主動教、學生被動學”的傳統教學模式。

留學研究生由于其國際化的教育背景，在課堂上通過表現相當活躍，敢于大膽提出各種問題，回答問題也非常積極、主動，并不適用于傳統的教學模式；而絕大部分本土研究生，尤其是控制科學與工程專業的研究生，希望通過這門課程，了解故障估計、故障診斷、故障調節、容錯控制等方面知識和最新技術。但由于他們在聽、說等方面的英文基礎較留學生要弱很多，因此，他們更傾向于傳統的傳授型的教學模式[4]。如何同時滿足留學生研究生和本土留學生的需求，調動他們的積極性是一個需要思考和解決的問題。

三、“動態系統的故障估計與調節”課程教學改革與探索

1.教材選取。教材的選取是全英文教學中的一個重要環節。本課程教材選取的是本人撰寫的專著——《Observer- Based Fault Estimation and Accommodation for Dynamic Systems》[5]，已在國際著名出版社Springer正式出版。作者在故障診斷與容錯控制從事了十余年的科研工作，尤其在動態系統故障估計和調節方面取得了較突出的研究成果，清晰地掌握了國內外研究現狀和最新動態。該教材不僅包括了作者多年的成果，而且補充了本領域國際著名學者的最新研究結果。

同時，還推薦了一些故障診斷與容錯控制領域知名學者的專著，以及國外流行的研究生教材，比如：IEEE Fellow、國際故障診斷權威學者R.J. Patton的專著——《Robust Model-Based Fault Diagnosis for Dynamic Systems》、國際故障診斷權威學者S.X. Ding教授的專著——《Model-Based Fault Diagnosis Techniques Design Schemes，Algorithms and Tools》。這些專著可以幫助學生更加全面地了解故障估計和調節。

2.互動式教學。在全英文研究生教學過程中，擺脫教師授課、學生聽課的傳統模式，增強老師和學生之間的互動，提高學生上課積極性，同時全方位提高研究生的英語能力。

選課的研究生需要熟悉現代控制理論，尤其需要熟悉基于狀態空間模型的可控制、可觀性等概念，以及控制器和觀測器設計等內容。如果只是提前讓同學課前熟悉一下，很多研究生很可能只是翻翻書，達不到真正熟悉的效果，這將給上課帶來較大的障礙。

針對該問題，教師在講完第一章“Introduction”后，將復習任務以作業的形式留給學生。以觀測器和控制器分析和設計的教學為例，首先，給出一個4階飛行控制系統的模型和參數，要求學生在一周時間完成控制器和觀測器的設計，并利用MATLAB進行仿真實現，并將設計過程和仿真結果用全英文制作成PPT，在課上用英語給大家演示設計過程和仿真結果。這樣做的益處在于：（1）通過一個實際模型的具體設計過程來熟悉控制器和觀測器的設計和實現；（2）準備全英文PPT的過程，可以鍛煉學生的英文教材的閱讀能力、英語寫作能力、英語語言組織能力等；（3）讓學生上講臺用全英文展示并交流PPT，鍛煉學生英語口語表達能力和英語思維能力。

除此之外，在后續課程進行中，讓學生獨立完成一個控制系統的故障估計觀測器和調節控制的設計和仿真，做全英文PPT并在課堂上進行展示。這些展示將會納入最終成績。通過這些訓練，可以激發學生的學習積極性和主能動性，全方位提高英語能力，達到良好教學效果的目的。

3.注重培養研究生國際化視野。研究生既需要學習專業知識，又需要用英語獲取故障估計和調節的專業知識。通過采用國際著名出版社Springer出版的專著作為英文教材及參考書，用全英文PPT授課，用全英文講課等形式制造全英文語言的學習環境。在全英文教學環境下，著重培養其英語思維，為研究生階段課題研究中的閱讀英文文獻和撰寫英文論文打下堅實的基礎，以及可以達到參加國際會議時用全英文表達和交流研究成果的目的。

四、總結

本文針對研究生全英文課程“動態系統的故障估計與調節”的特征，以培養研究生國際化視野為導向，積極開展全英文教學的改革與探索，著重在全英文課程的互動式教學方法等方面不斷探索和實踐，在整個學習過程中調動學生的積極性，提高學生對全英文教學的興趣，拓寬了學生的國際視野，增強了師生互動性，從而達到良好教學效果的目的。

參考文獻：

[1]夏品奇，江駒，王嚴.創新理念 立足本土 面向世界——南京航空航天大學研究生教育國際化探索[J].學位與研究生教育，2013，（10）：53-57.

[2]齊瑞云.提高留學生教學質量的新型教學模式探索[J].教育教學論壇，2014，32（8）：204-205.

[3]徐巍華.工學研究生課程的全英文教學實踐[J].電氣電子教學學報，2013，35（2）：1，2，32.

[4]劉德彰，張環.創新精神和能力的培養是研究生教育的生命力所在[J].南京航空航天大學學報（社會科學版），2002，4（1）：65-67.

[5]Ke Zhang，Bin Jiang，and Peng Shi. Observer-Based Fault Estimation and Accommodation for Dynamic Systems[M]. Springer，2013.