研究生教學(xué)中的現(xiàn)代控制理論課程改革探析

白濤+徐博

摘 要：文章針對(duì)碩士研究生基礎(chǔ)課程“現(xiàn)代控制理論”教學(xué)存在的“教學(xué)模式單一，學(xué)生接受困難”的現(xiàn)狀，根據(jù)碩士研究生學(xué)習(xí)的不同需求，提出了“現(xiàn)代控制理論”教學(xué)模式與考核方式改革方案，完善了該門(mén)課程的人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化了學(xué)生的知識(shí)體系，提高了學(xué)生的成績(jī)以及理論、實(shí)踐水平，為學(xué)生之后的就業(yè)和升學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代控制理論；課程改革；自動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2017）12-0028-02

“現(xiàn)代控制理論”課程是哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)控制專業(yè)的一門(mén)專業(yè)主干課程，是碩士研究生課程中的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)后續(xù)的“最優(yōu)控制理論”、“魯棒控制理論”等一系列控制理論相關(guān)課程有著承上啟下的作用。在目前以教師課堂講授為主的教學(xué)模式下，大部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、為應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)，有學(xué)者認(rèn)為這種情況是由于在教學(xué)交互過(guò)程中，流向?qū)W習(xí)者的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流向傳授者的信息量，其最終必然導(dǎo)致學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和積極性被扼殺，創(chuàng)造性被泯滅[1-2]。這種現(xiàn)象不符合創(chuàng)建研究型大學(xué)所要求的培養(yǎng)學(xué)生自主分析問(wèn)題、解決問(wèn)題并擁有創(chuàng)新能力的要求。為改變這一情況，我們結(jié)合學(xué)校的教改需求，通過(guò)對(duì)該課程的教學(xué)模式和考核方式進(jìn)行改革，取得了較好的效果。

一、針對(duì)學(xué)習(xí)需求的教學(xué)模式

（一）研究生的學(xué)習(xí)需求

哈爾濱工程大學(xué)碩士研究生分為兩年和兩年半兩種學(xué)制，其中第一年均為課程學(xué)習(xí)，后續(xù)為在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

碩士研究生在入學(xué)時(shí)普遍已經(jīng)有了較為成熟的學(xué)習(xí)目標(biāo)，一般為方便就業(yè)和考博升學(xué)。

以升學(xué)為學(xué)習(xí)目的學(xué)生，他們的關(guān)注點(diǎn)是學(xué)習(xí)的知識(shí)是否能夠讓其成功升學(xué)并盡快適應(yīng)博士階段的科研和學(xué)習(xí)。

以就業(yè)為學(xué)習(xí)目的的學(xué)生，特別是兩年制的學(xué)生，其在課程學(xué)習(xí)后只有半年時(shí)間進(jìn)行理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)，之后就必須面臨就業(yè)的壓力，因此，他們對(duì)于學(xué)習(xí)的目的更加傾向于適應(yīng)工作需求的知識(shí)的學(xué)習(xí)。

（二）“按需分類(lèi)”的教學(xué)模式

“按需分類(lèi)”的教學(xué)模式是根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)目的進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)和考核的教學(xué)模式，為簡(jiǎn)化教學(xué)管理難度，目前一般根據(jù)就業(yè)和升學(xué)兩種學(xué)習(xí)需求進(jìn)行安排。

“現(xiàn)代控制理論”是一門(mén)主要講述多輸入、多輸出系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)化、分析和綜合等內(nèi)容的理論教學(xué)課程，作為哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，所有子專業(yè)的碩士生均需進(jìn)行學(xué)習(xí)。

以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，由于本課程在控制理論與控制工程專業(yè)中的基礎(chǔ)性以及其在升學(xué)考試和申請(qǐng)國(guó)外博士學(xué)位中的必要性，因此即使在以前的教學(xué)模式下，以升學(xué)為目的學(xué)生也是學(xué)習(xí)最認(rèn)真、成績(jī)最好的一部分。因此，針對(duì)這部分學(xué)生的要求應(yīng)該是在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上加入專業(yè)論文寫(xiě)作方面的內(nèi)容，讓他們?cè)谡n程學(xué)習(xí)的過(guò)程中，就能夠結(jié)合自己的學(xué)科方向練習(xí)學(xué)術(shù)論文的寫(xiě)作技能，更快地進(jìn)入并適應(yīng)博士階段的學(xué)習(xí)節(jié)奏，最大程度地調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極性。

以就業(yè)為學(xué)習(xí)目標(biāo)的學(xué)生是學(xué)生中的主體，為了就業(yè)他們注重的是學(xué)習(xí)一些實(shí)用的、符合就業(yè)需求的技術(shù)和知識(shí)，因此許多學(xué)生把大量的精力放在了編程、畫(huà)板等與實(shí)際工作有關(guān)的知識(shí)的學(xué)習(xí)上。理論課程在這方面有著先天的劣勢(shì)，因此許多學(xué)生對(duì)理論課程的態(tài)度多是通過(guò)考試、拿到學(xué)分即可。所以，為了使本課程的教學(xué)模式適應(yīng)他們的需求，使課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，需要通過(guò)教師的努力，給學(xué)生安排與教學(xué)相關(guān)的實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生感到學(xué)的東西有用，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和意識(shí)。

二、現(xiàn)代控制理論課程改革的策略

（一）課程的安排

首先在全面介紹課程內(nèi)容及教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，通過(guò)問(wèn)卷形式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿進(jìn)行調(diào)查，需要強(qiáng)調(diào)不同的學(xué)習(xí)模式均要完成課堂的理論課程學(xué)習(xí)及試卷考核，且不同的分類(lèi)對(duì)最終的考核成績(jī)沒(méi)有決定性的影響，以避免學(xué)生為通過(guò)考核或獲得更好的成績(jī)進(jìn)行虛假的選擇。

在教學(xué)過(guò)程中，仍以傳統(tǒng)的課堂教學(xué)為主要教學(xué)形式，輔以“慕課”的形式對(duì)課堂教學(xué)中的難點(diǎn)以形象化的教學(xué)方式給以輔導(dǎo)，例如，關(guān)于李亞普諾夫穩(wěn)定性的概念，在課堂上根據(jù)動(dòng)畫(huà)演示可以較為輕松地講解，但隨著課程的深入，學(xué)生忘記的可能性加大，因此以“慕課”的形式給學(xué)生一個(gè)能夠隨時(shí)復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)的手段是非常重要的；再比如，在多極點(diǎn)配置綜合問(wèn)題的理論推導(dǎo)過(guò)程中，涉及了模型是否為真的問(wèn)題，由于推導(dǎo)過(guò)程是從模型為理論理想狀態(tài)，通過(guò)數(shù)學(xué)手段推導(dǎo)到模型為嚴(yán)真狀態(tài)，因此其中很多步驟中的數(shù)學(xué)理論并不容易理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中很容易混淆概念，而“慕課”的形式可以在每一步推導(dǎo)中隨時(shí)提醒學(xué)生為什么這么做的理由，能夠化繁為簡(jiǎn)，補(bǔ)充了課堂講授形式的不足，易于學(xué)生接受較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

在課堂講授的基礎(chǔ)上，針對(duì)升學(xué)需求的學(xué)生，在教學(xué)的各個(gè)階段增加仿真、論文寫(xiě)作方面的內(nèi)容，提供相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，如船舶、飛機(jī)的微分?jǐn)?shù)學(xué)模型，訓(xùn)練學(xué)生使用學(xué)到的知識(shí)，對(duì)這些數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，分析和綜合，并使用matlab等仿真軟件對(duì)模型的不同參數(shù)進(jìn)行仿真分析，最終要求形成一篇結(jié)構(gòu)完整、論據(jù)翔實(shí)、結(jié)果明晰的論文，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)課堂知識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠運(yùn)用課程知識(shí)對(duì)自己的專業(yè)內(nèi)容進(jìn)行建模、分析和綜合，并能將本門(mén)課程的知識(shí)作為基礎(chǔ)、靈活運(yùn)用，為之后的博士階段學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

對(duì)于占多數(shù)的，以就業(yè)為學(xué)習(xí)為目的的學(xué)生而言，他們需要的是能夠滿足工作需求的知識(shí)的學(xué)習(xí)，以往這方面的知識(shí)大多是通過(guò)在教研室跟隨導(dǎo)師得到的。但實(shí)際情況是，許多學(xué)生，特別是兩年制的研究生，在入學(xué)時(shí)并沒(méi)有能力選擇具有很強(qiáng)實(shí)力的導(dǎo)師或教研室，這樣他們只能通過(guò)自學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)和能力的積累，那么這些學(xué)生自然更加沒(méi)有精力和興趣來(lái)投入理論課程的學(xué)習(xí)。針對(duì)這些學(xué)生，我們采用以實(shí)踐代入學(xué)習(xí)的方式來(lái)培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣。這里我們借助教改項(xiàng)目“跨學(xué)科科研中基于導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)的研究生培養(yǎng)模式探究”，將項(xiàng)目合作導(dǎo)師的科研項(xiàng)目與課程內(nèi)容相結(jié)合對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，由于目前團(tuán)隊(duì)中的導(dǎo)師都具有各個(gè)類(lèi)別的縱向、橫向項(xiàng)目，因此我們可以在這些項(xiàng)目中抽取與課程內(nèi)容相關(guān)的內(nèi)容，適時(shí)、適當(dāng)?shù)匕才艑W(xué)生介入這些項(xiàng)目，例如：在導(dǎo)航裝置或數(shù)據(jù)記錄裝置的研發(fā)中的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化編程、濾波器的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)等等，讓學(xué)生接觸到真正與實(shí)踐接軌的東西，讓學(xué)生理解課程內(nèi)容在實(shí)際領(lǐng)域中的應(yīng)用，讓他們了解以后在本專業(yè)領(lǐng)域的工作中應(yīng)具有什么樣的能力。

（二）課程的考核

在課程考核的改革中，我們參考了《華盛頓協(xié)議》對(duì)本科生進(jìn)行考核的方式[3]，放棄了傳統(tǒng)的一張卷子定勝負(fù)的考核方式。采取了以卷面考核成績(jī)占70%，平時(shí)成績(jī)占30%的形式，平時(shí)成績(jī)的考核方式針對(duì)不同類(lèi)型的學(xué)生采取不同的考核方式。

對(duì)以升學(xué)為目的的學(xué)生，主要以平時(shí)作業(yè)和期末上交的論文考核平時(shí)成績(jī)，主要考核學(xué)生是否掌握了論文的寫(xiě)作能力，所以考核的重點(diǎn)是論文的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)言、圖表的組織，不要求內(nèi)容的創(chuàng)新性以杜絕抄襲，必要時(shí)可令學(xué)生單獨(dú)向教師以答辯形式講述論文內(nèi)容。

對(duì)以就業(yè)為目的的學(xué)生，主要考核其將本課程知識(shí)和項(xiàng)目結(jié)合的能力，以參與項(xiàng)目?jī)?nèi)容的完成程度和項(xiàng)目所屬的教師的評(píng)價(jià)為依據(jù)，側(cè)重考核完成的內(nèi)容的實(shí)用性。

使用這種考核方式，能夠比較公平地將不同類(lèi)別的學(xué)生的成績(jī)，在統(tǒng)一的模式下進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（三）加強(qiáng)理論結(jié)合實(shí)際，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

為了在教學(xué)之外拓展培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，彌補(bǔ)過(guò)于關(guān)注學(xué)業(yè)成績(jī)，忽視學(xué)生全面發(fā)展的問(wèn)題[4]，借助哈爾濱工程大學(xué)的國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，結(jié)合一些教師在項(xiàng)目上的需求，采用由教師的項(xiàng)目提供資金，借用實(shí)驗(yàn)室的資源和設(shè)備，對(duì)有興趣的學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的培養(yǎng)，使其能夠參與創(chuàng)新類(lèi)的項(xiàng)目或各個(gè)級(jí)別的競(jìng)賽項(xiàng)目，如：出水四旋翼飛機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)、DSP+FPGA用于導(dǎo)航定位裝置的設(shè)計(jì)、超空泡形態(tài)的檢測(cè)和控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)、MEMS導(dǎo)航板的設(shè)計(jì)等硬件及軟件的相關(guān)開(kāi)發(fā)等。這樣既能夠鞏固課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，又能發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，特別感興趣的學(xué)生也能有機(jī)會(huì)參與科技大賽的團(tuán)隊(duì)或加入更加有實(shí)力的團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮自己的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

信息化、網(wǎng)絡(luò)化并結(jié)合個(gè)性化、需求化的培養(yǎng)方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)“現(xiàn)代控制理論”課程在碩士研究生教學(xué)中進(jìn)行改革和加強(qiáng)的目的，使本課程的教學(xué)和科研水平有了很大的提高，學(xué)生理論課成績(jī)提高了10%，及格率提高

了12%，教師的科研立項(xiàng)、學(xué)生的創(chuàng)業(yè)課題和電子大賽獲獎(jiǎng)都有了很大的提高。該教學(xué)模式解決了學(xué)生的不同的學(xué)習(xí)需要，培養(yǎng)了學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，符合研究型大學(xué)培養(yǎng)研究生的培養(yǎng)目標(biāo)，同時(shí)該教學(xué)模式的改革也促進(jìn)了教師能力的加強(qiáng)，促進(jìn)了“慕課”的建設(shè)，促進(jìn)了教師對(duì)課程的理解并為課程補(bǔ)充了新鮮的內(nèi)容，體現(xiàn)了學(xué)生的需求就是大學(xué)教學(xué)的目的的思想。

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