“现代控制理论”课程教学改革探讨与质量提升

崔晓斌+闫艳燕+郭景霞

摘要：如何激发学生学习兴趣，培养学生创新能力，提升教学质量已成为高校教学改革的重要议题。《现代控制理论》课程是一门理论性和实践性较强的课程，具有多学科交叉的特点。本文针对该课程教学过程中易出现的问题，探讨课程教学内容、教学方法、考核手段等方面的改革，以促进教学质量的提升。

关键词：现代控制理论；教学内容；教学方法；考核方式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）16-0113-02

现代控制理论课程与工程实际问题有着紧密的联系，具有理论性和实践性并重、多学科交叉等特点[1]。该课程涉及到较多抽象的概念，且具有丰富的内容，掌握难度相对较大。在现今条件下，高校在校生数量不断增加，而学生的基础条件又各不相同。如何综合考虑课程特点以及在校生情况，激发学生学习兴趣，培养学生创新能力，提升教学质量已成为高校教学改革所面临的一个重大问题。为适应创新培养模式的教育理念，提升教学质量，河南理工大学机械与动力工程学院（以下内容中简称为“我院”）在现代控制理论课程的教学过程中，针对容易出现的矛盾和问题，不断摸索，总结经验，正向“优化、高效、实用”的课堂教学改革目标不断迈进。我院在现代控制理论课程的教学内容优化、教学方法改善、考核方式完善等方面，进行了一系列有益的努力和尝试，逐步提升教学质量，取得了良好的教学效果。

一、教学内容的优化

教学内容是授课的前提和基本。只有针对教学内容的各部分进行优化，方能使得学生熟悉课程内容框架，产生学习兴趣，良好地掌握课程具体内容以及了解学科前沿。

1.绪论内容的优化。现代控制理论课程的理论性强、计算繁杂，学生感到难学，易产生恐惧心理和厌学情绪[2]。这就需要教师在讲授这门课程的绪论部分内容时，根据现代控制理论这门课程的内容特点构建课程内容框架，并结合实例，对应直观展示。这样可以让学生对课程形成一个全局的概念，并引发学生自发、主动学习这门课程的兴趣。

2.正文内容的优化。在绪论之后的正文内容的讲授过程中，应注意根据专业取向不同，选择教学内容重点，并需补充必要相关基础知识以及适度介绍学科前沿。（1）教学内容的选取。按照本专业培养目标确定课程目标，遴选教学内容并强化重点内容。具体的教学内容主要涉及基于状态空间法的线性定常系统的分析与综合，最优控制问题的解决方法，可控性、可观性、稳定性的概念及判据，系统的极点配置，观测器的设计等。（2）必要基础知识的补充。现代控制理论具有多学科交叉的特点。其以近代应用数学和MATLAB的基础操作为理论工具，涉及线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论等学科。授课过程中，必须根据学习者的基础去填补一些新的知识。例如在讲解状态空间模型时，就有必要讲授一些关于线性系统理论的相关知识。（3）学科前沿的适度介绍。通过实例让学生了解这门课程的发展前景。在保证讲授本课程基本概念、基本原理和基本方法的基础上，适当增补控制学科研究前沿内容。例如，可以和学生交流国内外一流会议关于控制理论的最新进展、最新应用，使学生了解该学科的研究方向和发展趋势。

二、教学方法的改善

现代控制理论课程的概念抽象、内容丰富，其对教学方式方法有较高要求。完善教学方法和教学手段，进而提高教学质量，是课程改革的重中之重[3]。我院在该课程的教学过程中，选择灵活的教学方法并引导学生主动学习，加强课后练习与试验教学，积极引入Matlab语言，以完善教学方法，提升教学质量。

1.灵活选择教学方法，引导学生主动学习。（1）在教学过程中，不但要注重直观性教学，还应将其与传统的板书有机结合。注重直观性教学，积极探索图文并茂、声像结合且具有生动鲜明感染力的现代教学手段，如多媒体课件等。同时，授课过程中将板书、课件和视频结合起来，充分发挥这三种教学方式的优点。既能充分利用板书教学的严谨性、逻辑性强、步骤清晰的优点，又利用了多媒体教学的直观、逼真、容量大的优点。在加深巩固理论知识体系的同时，激发学生的求知欲望，从而调动学生学习的主观能动性，取得良好的教学效果。（2）多采用启发式教学方法，启发引导学生自主学习、探究学习。克服死记硬背的弊端，鼓励学生大胆质疑、奇思异想；变“一言堂”为群言堂，让学生充分参与，积极表现，在讨论、辩论中，使每个学生获取知识的同时能得到充分发展；鼓励学生通过亲自尝试、探索，建立新旧知识间的联系，从而更好地接触和掌握新知识。例如，提出现代控制理论的发展历程这一问题，要求学生在自动控制原理的基础上进行交流与讨论。而后，由教师加以总结，从而能够引申出除PID控制之外的智能控制、非线性控制、自适应控制、鲁棒控制等控制策略。

2.加强课后练习，注重实验教学效果。（1）对课后练习进行有针对性的布置，并及时总结。习题课教学是现代控制理论教学中不可或缺的重要组成部分，它是对基础理论知识的延伸和深化，是提升教学质量，实现教学目标的重要方法和途径。要有针对性地布置课后习题，根据作业情况及时讲解，并适当安排答疑。根据学生习题完成情况，做好总结，借此对知识点进行有效梳理。着重强调概念易混淆的地方，进行罗列与区分。比如在讲解与总结能控能观部分的习题时，就要做好能控与能观的条件、标准型以及分解之间的区分和联系[4]，加深学生的理解。（2）注重实验教学，促进学生实践能力的培养。理论联系实际，树立“边实验、边探索、边总结”的思想。通过实验教学这一环节，使学生巩固、验证、应用所学知识，并作适当探索，最终进行总结。使学生掌握知识的同时，提高其实践能力。软件是进行实验教学的重要媒介。在实验教学过程中应注意提高学生利用软件分析和设计控制系统的综合能力。

3.在教学过程中积极引入MATLAB语言。建立系统数学模型、分析系统性能等是现代控制理论课程的重点内容。在以往的教学过程中要花大量的时间在数学计算上，现在使用MATLAB语言提供的函数实现快速计算[5]。将MATLAB语言与课程重点内容的讲授有机结合进行教学，不但有助于学生对现代控制理论课程重点内容的理解和掌握，降低现代控制理论的抽象性，增强直观性，而且对学生熟悉和应用MATLAB也能起到积极作用。endprint

我院在教学过程中积极引入MATLAB语言，进行了一系列的教学尝试。例如，利用MATLAB语言去求一个三阶以上的状态转移阵时非常简单，二维和三维图形显示，使得教学效果生动和鲜明。又例如利用MATLAB函数很容易建立各种数学模型以及模型间的转换和串联、并联、反馈等形式的联结，能让学生轻松直观地了解线性系统的数学模型，这些模型包括系统的传递函数模型、零极点增益模型和状态空间模型。在状态空间分析章节中，系统在稳定的条件下，通过让学生编制MATLAB程序来绘制系统的时间响应曲线，使学生了解系统稳定性的判定方法以及系统时域响应的求解方法。

三、考核方式的完善

采用合理的方式对学生学习情况进行考核，不但助于调动学生自主学习的主动性与能动性，而且有助于对教学效果进行反馈，从而修正教学内容和教学方式，从而最终提升教学质量。在传统的书面试卷考核中，要注意合理设置考试题型、题量及难度。现代控制理论是一门理论性较强的课程，命题要重点考察对教材基本概念的掌握和基础理论的灵活运用，突出能力考核。仅用规定时间内的书面试卷考核方式，难以全面准确反映学生分析问题、解决问题的能力及创新能力，并且不利于调动学生自主学习的主动性和能动性。因此，应将传统的书面考核与平时表现成绩、实验成绩以及创新设计成绩相结合。为此，我院将最终成绩根据课程需要改革为“平时成绩+实验考核+期末试卷考核+创新性设计考核”的模块化分级积分，最终得出学生的学科总成绩。考核的总评成绩最高为100分，其中：（1）平时成绩30分。出勤与课堂表现占10分，课后作业占20分。（2）实验课成绩20分。利用Matlab编程完成实验设计占10分，科研实践占10分。（3）试卷考试成绩50分。（4）利用现代控制理论进行创新性设计并形成书面报告者可加创新成绩10分。

四、结语

针对“现代控制理论”课程教学改革中的教学内容优化、教学方式改善以及考核方式完善等方面，我院进行了一系列的努力和尝试。激发了学生的学习兴趣，促进了学生的自主学习，培养了学生的实践能力和创新能力，取得了良好的教学效果，教学质量得到逐步提升。同时，教师也在该课程教学改革的过程中，逐渐提高了自身的教学素养和水平。

参考文献：

[1]李艳杰，于艳秋.“现代控制理论”课程研究型教学实践与探讨[J].中国电力教育，2010，（15）：53-54.

[2]李钧涛，马天水，李文林.基于创新人才培养的现代控制理论课程教学改革[J].南阳师范学院学报，2011，10（3）：98-100.

[3]贾立.创新培养模式下的现代控制理论教学改革探索[J].科技信息，2011，（23）：680.

[4]肖小庆，周磊，张小美.基于素质教育的现代控制理论课程教学改革的探讨[J].高等函授学报：自然科学版，2012，25（3）：18-19.

[5]周磊，宋丽蓉，陈桂.MATLAB在现代控制理论教学中的应用[J].中国现代教育装备，2008，（5）：109-110.endprint