李俊紅+顧菊平+馬衛(wèi)國+王娟

摘 要 現(xiàn)代控制理論是自動化相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課。為了適應(yīng)新形勢下對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，進(jìn)行一系列教學(xué)改革：首先根據(jù)學(xué)時安排及學(xué)生的實(shí)際水平，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化關(guān)鍵內(nèi)容；針對該課程理論性強(qiáng)、公式多等特點(diǎn)，將實(shí)際例子貫穿于課堂講授全過程；并通過將科研與教學(xué)結(jié)合，把最新的控制理論講授給學(xué)生，開闊學(xué)生視野。

關(guān)鍵詞 現(xiàn)代控制理論；教學(xué)改革；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）20-0114-02

Research on Teaching Reform of Modern Control Theory//LI Junhong， GU Juping， MA Weiguo， WANG Juan

Abstract Modern control theory is an important basic course of automatic specialty. In order to meet requirements under the new situation of innovative talents， we conducted a series of teaching reform： first of all， according to the actual level of students and the schedules， we optimize the teaching content and strengthen the key content； according to the characteristics of the course， the actual examples are added throughout the whole course process； and through the combination of scientific research and teaching， students can obtain the latest progress in the control theory， and their horizons are broaden.

Key words modern control theory； teaching reform； teaching manner

1 前言

現(xiàn)代控制理論是南通大學(xué)自動化專業(yè)學(xué)生“自動控制原理”的后續(xù)課程，是自動化類專業(yè)本科生的一門專業(yè)必修課，學(xué)時為48學(xué)時，其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時為6學(xué)時。本課程不僅是自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，而且是一門考研專業(yè)課，占有舉足輕重的地位。目前，不僅許多大學(xué)的自動化專業(yè)將本課程作為本科生的必修課，而且許多其他學(xué)科，比如運(yùn)籌學(xué)、經(jīng)濟(jì)類等學(xué)科，也把該課程作為選修課。

為了適應(yīng)新形勢下控制理論發(fā)展的需要以及新時期人才培養(yǎng)的新要求，研究型教學(xué)模式日益受到重視。研究型教學(xué)模式是以知識教育為依托，以培養(yǎng)學(xué)生的能力為主要目的，把學(xué)習(xí)、研究、實(shí)踐有機(jī)結(jié)合并引導(dǎo)學(xué)生科研主動性的充分發(fā)揮[1-2]，并且能夠創(chuàng)造性地運(yùn)用知識和技能，養(yǎng)成能夠自主解決問題的科學(xué)探索精神，以培養(yǎng)高層次、復(fù)合型的高素質(zhì)人才的一種教學(xué)模式。

目前，南通大學(xué)正加快推進(jìn)從教學(xué)型大學(xué)向教學(xué)研究型大學(xué)的轉(zhuǎn)變。在這個背景下提出現(xiàn)代控制理論課程的研究型教學(xué)改革，期望通過實(shí)行教學(xué)與研究的結(jié)合，讓學(xué)生接觸本學(xué)科前沿知識，通過優(yōu)化課程內(nèi)容和教學(xué)方法建立基于研究的學(xué)習(xí)模式，推進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)代控制理論課程的主要特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、概念抽象、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高、公式多、計(jì)算繁雜，學(xué)生往往感到枯燥無味、難懂，而有些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好的學(xué)生，盡管能看懂理論和方法，但不知道如何使用[3-4]。目前南通大學(xué)本課程所用的教材是國家級精品課程主干教材《自動控制原理》（第五版），授課學(xué)時是48學(xué)時，包括6學(xué)時實(shí)驗(yàn)，因此理論授課時間是非常有限的。如何在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生把握住重點(diǎn)？這就需要精簡教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化關(guān)鍵內(nèi)容。因此，教師在講授過程中，結(jié)合學(xué)生的水平及學(xué)時安排情況，精簡了部分教學(xué)內(nèi)容。比如：在可控性方面，重點(diǎn)掌握狀態(tài)可控性，尤其是線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)可控性；在可觀測性方面，重點(diǎn)講線性連續(xù)系統(tǒng)的內(nèi)容，對于離散系統(tǒng)部分，可以根據(jù)對照關(guān)系讓學(xué)生掌握。

此外，作為一門不斷發(fā)展和前進(jìn)的學(xué)科，新的控制理論研究熱點(diǎn)和內(nèi)容不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有教材的更新往往遠(yuǎn)落后于理論的飛速發(fā)展。因此，在保證書本上重點(diǎn)內(nèi)容、基本原理和方法的介紹之外，適時增加控制理論的新的內(nèi)容。

3 理論知識和實(shí)際例子有機(jī)結(jié)合

現(xiàn)代控制理論課程包含大量的理論概念和矩陣運(yùn)算，概念抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺較為枯燥，有些學(xué)生甚至認(rèn)為該門課的主要任務(wù)就是數(shù)學(xué)計(jì)算，而忽略了現(xiàn)代控制理論的工程應(yīng)用背景[5]。為了讓學(xué)生將理論與實(shí)際結(jié)合起來，在教學(xué)過程中引入實(shí)驗(yàn)室的旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)作為工程案例，并貫穿于整個教學(xué)過程。比如，在講狀態(tài)空間建模時，除了介紹課本上的RLC電路和機(jī)械系統(tǒng)的建模例子之外，將實(shí)驗(yàn)室的倒立擺系統(tǒng)作為一個實(shí)際對象，讓學(xué)生通過懸臂、擺桿的受力分析，并通過線性化處理，化簡并列出它的狀態(tài)空間模型；在講能控性、能觀測性這一部分時，同樣結(jié)合倒立擺系統(tǒng)，根據(jù)化簡得到的狀態(tài)空間模型，通過MATLAB仿真分析它的能控性和能觀測性。通過直觀的控制系統(tǒng)實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主和研究型的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

4 翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)授課方式相結(jié)合

現(xiàn)代控制理論課程包含大量的復(fù)雜公式和數(shù)學(xué)證明，如果僅僅通過每節(jié)課40分鐘的課堂講授，有些學(xué)生可能對某些知識點(diǎn)掌握不牢。MOOC（Massive Open Online Course）endprint

近兩年來受到國際及國內(nèi)教育界的高度關(guān)注，它的主要思想是借助現(xiàn)代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺，將傳統(tǒng)高校的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)平臺，讓更多的學(xué)習(xí)者在虛擬的教室里自由學(xué)習(xí)[6-7]。MOOC的開放性可使學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)搜索找到全球各學(xué)科最高水平的課程，并可針對不同大學(xué)的課程進(jìn)行比較，分析其異同，找到更適合自己學(xué)習(xí)的課程，有助于更加深入、全面地理解課程內(nèi)容。對于不明白的地方，可以通過反復(fù)觀看講課視頻掌握，而這是傳統(tǒng)高等教育很難達(dá)到的。

目前，在線學(xué)習(xí)、隨時學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)、互動學(xué)習(xí)等一系列新理念吸引了全球眾多名校加入到新的教育改革浪潮[6]。目前，國內(nèi)除了像國家精品課程資源網(wǎng)這樣的精品課程展示網(wǎng)站外，也已經(jīng)出現(xiàn)了慕課中文網(wǎng)站。在課程講授過程中，把精品課程、MOOC網(wǎng)站上的課程網(wǎng)址告知學(xué)生，在講課之前讓他們事先通過課程網(wǎng)站學(xué)習(xí)相關(guān)知識點(diǎn)，讓學(xué)生帶著問題聽課，從而提高課堂教學(xué)效率。對于課程學(xué)習(xí)中的問題，也可以課后通過繼續(xù)查看相關(guān)視頻深入掌握。通過將MOOC在線課堂與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，從而培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、處理問題的能力。

5 科研與教學(xué)緊密結(jié)合

研究型教學(xué)是要培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，養(yǎng)成良好的科研素養(yǎng)，這就需要學(xué)生接觸和學(xué)習(xí)新的理論和方法。隨著控制理論和技術(shù)的不斷發(fā)展，新的控制方法不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有的教材中往往不能緊跟控制理論最新的研究方向和熱點(diǎn)。這就需要教師結(jié)合自己的科研方向和研究進(jìn)展，將接觸到的最新的控制領(lǐng)域發(fā)展介紹給學(xué)生[3]。

首先，教師要能夠走出去，參加比如中國控制會議、中國控制與決策會議等國內(nèi)重要的控制會議，聽取國際國內(nèi)著名控制專家的大會報(bào)告，并與同行交流，自己首先能夠消化吸收。

其次，在教學(xué)過程中，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，適時地把中國控制會議或中國控制與決策會議等部分大會報(bào)告進(jìn)行介紹[8]，并介紹一些非線性控制、系統(tǒng)辨識及建模、預(yù)測控制、魯棒控制及分布參數(shù)系統(tǒng)控制等最新的控制理論進(jìn)展，使學(xué)生及時了解和掌握現(xiàn)代控制理論的發(fā)展方向。

最后，將自己科研中下載的某些比較好的英文綜述文獻(xiàn)發(fā)送給學(xué)生，既可以開闊他們的視野，還可以鍛煉他們閱讀英文文獻(xiàn)的能力，提高他們的綜合素質(zhì)。

6 結(jié)語

針對現(xiàn)代控制理論課程公式多、理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中，通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、科研與教學(xué)相結(jié)合等舉措，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高他們利用控制理論解決實(shí)際問題的能力和科研創(chuàng)新精神，收到良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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