姜順　張相勝　潘豐

摘要：以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，本文闡述了現(xiàn)代控制理論課程的教學(xué)改革問題。針對該課程理論性強、內(nèi)容繁雜、較為抽象等特點，本文從教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)方法的改進(jìn)以及考核方式的完善等方面進(jìn)行了探討，以期提升教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代控制理論；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0132-02

現(xiàn)代控制理論是在上世紀(jì)50年代蓬勃興起的航天技術(shù)推動下發(fā)展起來的，它是自動控制理論的重要組成部分?，F(xiàn)代控制理論課程是自動化、電氣工程等專業(yè)的核心課程，它主要研究線性系統(tǒng)狀態(tài)的運動規(guī)律以及改變這種運動規(guī)律的可行性及方法，其目的在于建立和揭示隱藏在系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、行為、參數(shù)及性能之間的定性或定量關(guān)系。從宏觀而言，現(xiàn)代控制理論主要研究系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合兩方面的問題，這門課程的特點是理論性強，用到較多的數(shù)理知識，運算量較大，抽象概念和結(jié)論較多，內(nèi)容涉及多個學(xué)科的交叉。然而目前大多數(shù)理工科高校中該課程的教學(xué)學(xué)時壓縮為32學(xué)時。所以在這有限的學(xué)時之內(nèi)，如何甄選恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容，改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量已成為教學(xué)改革所面臨的一個重要問題。為了有效地解決這一突出問題，我校自動化系控制理論課題組的教師，結(jié)合現(xiàn)代控制理論課程體系的特點，以創(chuàng)新培養(yǎng)模式和教育理念為指導(dǎo)，不斷探索與總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，近幾年在教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，教學(xué)方法的改進(jìn)以及考核方式的完善等方面做了一系列有益嘗試與拓新，取得了令人滿意的教學(xué)效果。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容 突出教學(xué)重點

在僅有的32課時授課限制下，任課教師要想將教材內(nèi)容完整無缺地、極其細(xì)致地灌輸給學(xué)生，那是很難做到的。而且即便勉強能夠把所有內(nèi)容講完，可能也會出現(xiàn)“欲速則不達(dá)”的后果。因此教師必須按照“高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會”制定的教學(xué)大綱要求，精選教學(xué)內(nèi)容，強調(diào)基本理論，突出教學(xué)重點，才能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的[1]。針對現(xiàn)代控制理論課程體系的特點，我系教師在充分討論和調(diào)研的基礎(chǔ)上將教學(xué)內(nèi)容劃分為三大塊，即系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合，這種分塊方法符合人們解決工程問題的一般程序?，F(xiàn)代控制理論這門課程理論性、運算繁雜，學(xué)生容易對該課程產(chǎn)生恐懼心理和厭學(xué)情緒。這就需要任課教師在講授這門課程的主體內(nèi)容之前，認(rèn)真準(zhǔn)備一次內(nèi)容充實、脈絡(luò)清晰的緒論課。在緒論部分教師需要講授現(xiàn)代控制理論的發(fā)展過程、研究內(nèi)容、應(yīng)用領(lǐng)域以及它與經(jīng)典控制理論聯(lián)系，這樣能夠使學(xué)生對該課程的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容有一個全局的把握，從而很好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在講授系統(tǒng)建模部分，教師需要對這一部分內(nèi)容進(jìn)行“削枝強桿”，重點講解狀態(tài)、狀態(tài)空間、狀態(tài)方程與輸出方程幾個概念。在理論方面重點講述狀態(tài)空間表達(dá)式的建立方法，三種建模方法當(dāng)中根據(jù)機理建模和根據(jù)微分方程建模是講解的重點。為了體現(xiàn)現(xiàn)代控制理論課程的實用性，教師可以針對不用的專業(yè)選擇不同的例子進(jìn)行講解。例如，如果授課對象是自動化專業(yè)的學(xué)生，教師可以選擇車載倒立擺系統(tǒng)作為建模的例子進(jìn)行講解，如果學(xué)生是近電氣類專業(yè)的學(xué)生，則可將機電系統(tǒng)作為建模的對象進(jìn)行講解。這主要是充分考慮到學(xué)生的專業(yè)特點和知識系體，盡量選擇學(xué)生所熟悉的系統(tǒng)作為建模對象，這樣一方面可以降低課程的難度、便于學(xué)生把握，另一方面也能夠體現(xiàn)該課程的實用性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。對于系統(tǒng)分析部分，它是現(xiàn)代控制理論課程的難點，這是由于該部分理論性強，用到較多的線性代數(shù)、微分/差分方程、矩陣論以及復(fù)變函數(shù)與積分變換等基礎(chǔ)課的知識。為此教師在精簡教學(xué)內(nèi)容的同時，備課時必須要做好知識“回爐”的準(zhǔn)備，有些復(fù)雜的數(shù)理基礎(chǔ)知識要安排學(xué)生課下復(fù)習(xí)，講課時可以以隨時提問的方式引導(dǎo)學(xué)生思考。對于系統(tǒng)分析這一難點部分可以按教材章節(jié)體系細(xì)化為運動方程求解、能控性與能觀性、穩(wěn)定性三個面講授。這一部分的講述最好按照由特殊到一般的原則進(jìn)行，例如在講解運動方程的求解問題時，首先重點講解連續(xù)時間線性定常齊次方程的求解，其核心放在矩陣指數(shù)函數(shù)計算這一問題上，齊次方程的求解方法掌握后，再逐步過渡到非齊次方程的求解；在講解能控性與能觀性判別問題時，也是先講連續(xù)時間定常系統(tǒng)的判據(jù)，再過渡到離散時間系統(tǒng)的判據(jù)；穩(wěn)定性問題先講連續(xù)時間線性定常自治系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)，再過渡的一般線性系統(tǒng)的Lyapunov穩(wěn)定性判據(jù)。在授課內(nèi)容的詳略安排上，要將主要精力放到連續(xù)/離散時間線性定常系統(tǒng)的分析問題上，而對時變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的分析方法則可以略講。只有這樣將理論性強的內(nèi)容劃整為零、各個擊破，同時針對各部分內(nèi)容抓大放小、突出重點，才能使學(xué)生更深刻、透徹地理解課本主體內(nèi)容。從哲學(xué)的觀點而言，系統(tǒng)分析屬于系統(tǒng)認(rèn)識的范疇，而系統(tǒng)綜合則為改造系統(tǒng)的范疇。在講授系統(tǒng)綜合問題時一定要向?qū)W生強調(diào)系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合兩者之間的“前呼后應(yīng)”對照關(guān)系。對于系統(tǒng)綜合問題的講授重點應(yīng)放在極配置、觀測器設(shè)計以及線性二次型最優(yōu)控制幾個經(jīng)典問題上，而對于系統(tǒng)解耦、漸近跟蹤的問題則可略講。總之，在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的同時，教師必須抓住課程的重點，使學(xué)生掌握必要的基礎(chǔ)知識和重點內(nèi)容，學(xué)時的壓縮不能以削弱教學(xué)內(nèi)容為代價，而應(yīng)該突出重點難點問題，使學(xué)生更為系統(tǒng)地掌握更多的基本知識和基本理論，從而為創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)打下扎實的專業(yè)基礎(chǔ)。

二、改進(jìn)教學(xué)方法 提高教學(xué)質(zhì)量

教學(xué)方法是任課教師為了完成教學(xué)任務(wù)，傳授與學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容所用的基本手段與途徑，這其中包括教師講授的方法和學(xué)生學(xué)習(xí)的方法。當(dāng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)確定之后，教學(xué)方法是否得當(dāng)，對教學(xué)效果起到舉足輕重的作用。由于現(xiàn)代控制理論課程的概念較為抽象、內(nèi)容極為豐富，所以對其教學(xué)方法有很高要求。改進(jìn)教學(xué)方法，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量，是本課程改革的重中之重。我系控制理論課題組的教師在該課程的教學(xué)過程中，靈活選擇流圖法，案例法、討論法等教學(xué)方法，努力提高教學(xué)質(zhì)量。

1.流圖法教學(xué)。在講授課程的緒論部分時，首先將《現(xiàn)代控制理論》課程各章之間的邏輯關(guān)系用一個框圖羅列出來，并在圖中用不同顏色的文字將各章的重點、難點以及學(xué)習(xí)的先后次序詳細(xì)地標(biāo)出來，這樣有利于學(xué)生在大腦中建立起這門程的大致框架，從而對課程的總體內(nèi)容有一個粗線條的把握，有助于學(xué)生快速入門。

2.案例法教學(xué)。這種教學(xué)方法是上世紀(jì)初美國哈佛大學(xué)工商管理學(xué)院提出的，它主要是通過對經(jīng)典案例的分析進(jìn)行教學(xué)的方法，在教學(xué)過程中通過組織學(xué)生討論一些具有典型意義的案例，并針對案例提出有效的問題解決方法，從而使學(xué)生掌握有關(guān)的專業(yè)知識與基本理論[2]?，F(xiàn)代控制理論具有理論性與實踐性并重的特點，它與工程實際問題和社會經(jīng)濟問題有著密切的聯(lián)系。現(xiàn)實生活中有很多問題都可以借助現(xiàn)代控制理論的知識來解釋，這些問題都可以作為教學(xué)案例。

3.討論法教學(xué)。討論法又稱為“辯論法”，是授課教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞某一問題在課堂上或小組里各抒已見、互相爭辯的教學(xué)方法?，F(xiàn)代控制理論課程有很多抽象的概念，這些概念大多是以純數(shù)學(xué)的方式引入的，很多時候老師需要引導(dǎo)學(xué)生去“咬文嚼字”，并提出一些非常相近概念，讓學(xué)生參與討論并分析這些概念的異同。

三、完善考核方式 調(diào)整評價體系

對學(xué)生學(xué)習(xí)成績的評價，不僅可以作為檢查學(xué)生是否掌握課程內(nèi)容的手段，也可以作為任課老師教學(xué)效果的一種反饋機制。教師應(yīng)該把課程考核當(dāng)成調(diào)動教與學(xué)雙方積極性的有效手段，而不能把它作為對學(xué)生施壓的途徑[3]。采用合理的課程考核方法，不但有助于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，而且也有利于老師即時改良教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。現(xiàn)代控制理論是理論性較強的課程，因此書面命題應(yīng)重點考查學(xué)生對基本概念的理解和基本理論的應(yīng)用上。同時該課程的許多知識點又頗具應(yīng)用性，所以僅用試卷的方式考核難以全面準(zhǔn)確地反映學(xué)生分析與解決問題的能力。因此，更為恰當(dāng)?shù)目己朔绞綉?yīng)該是將期末的書面考試與平時課堂表現(xiàn)、實驗成績以及創(chuàng)新性設(shè)計成績相結(jié)合。為此，我系將最終總評成績改革為“平時成績+實驗成績+期末成績+創(chuàng)新性設(shè)計考核”的模塊化分級積分。該課程的考核總評成績最高為100分，其中：（1）平時成績30分（出勤與課堂表現(xiàn)10分，課后作業(yè)20分）；（2）實驗成績20分（利用Matlab編程完成實驗設(shè)計10分，實驗報告10分）；（3）期末試卷考試成績50分；（4）在總評成績不超過100分的情況下，利用現(xiàn)代控制理論進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計并撰寫書面報告者可加創(chuàng)新成績10分。

在過去的幾年中，針對現(xiàn)代控制理論教學(xué)改革中教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)方法的改進(jìn)以及考核方式的完善等方面，我系控制理論課題組的教師進(jìn)行了一系列的努力與探索。從教學(xué)效果來看，這些方面的改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力，培養(yǎng)了學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新能力，教學(xué)質(zhì)量得到了很大提升。但是在教學(xué)改革實踐過程中，也遇到了很多新問題，這就要求我們?nèi)握n教師要不斷研究教學(xué)方法、探索教學(xué)規(guī)律，為持續(xù)提高教學(xué)質(zhì)量貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]崔曉斌，閆艷燕，郭景霞.“現(xiàn)代控制理論”課程教學(xué)改革探討與質(zhì)量提升[J].教育教學(xué)論壇，2015，（16）：113-114.