李伯群 范璇 姜冠杰

摘? 要：《系統(tǒng)辨識與自適應控制》是控制領域研究生的重點專業(yè)選修課程，在自動化領域中占有十分重要的地位。此課程在建立應用型研究生研究理論問題的邏輯思維模式和提升碩士研究生的學術水平及應用能力等方面具有積極作用。文章結合對應用型人才的培養(yǎng)要求及《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程的實際特點，提出了明確的教學目標，通過課程團隊精英化，教學內容模塊化、案例化，教學方法多元化，考核方式細致化等途徑，進一步啟發(fā)學生控制理論思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐應用能力，從而切實改善教學效果。

關鍵詞：系統(tǒng)辨識;自適應控制;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）30-0138-03

Abstract： System Identification and Adaptive Control is a key professional elective course for graduate students in the field of control. At the same time， it plays a very important role in the field of automation. This course plays an active role in establishing the logical thinking mode of applied graduate students' theoretical problems and improving their academic level and application ability. Based on the training requirements for application-oriented talents and the actual characteristics of the course process identification and adaptive control， this paper puts forward a clear teaching goal. Through the ways of course team elite， teaching content modularization， case study， teaching method diversification and examination method meticulous， it further inspires students to control theoretical thinking， and cultivate students' innovation ability and practical application ability， so as to improve the teaching effect.

Keywords： system identification; adaptive control; teaching reform

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和工程教育專業(yè)認證的提出體現(xiàn)了我國對工程應用型人才培養(yǎng)的高度重視，其目的是打造更多具備專業(yè)化知識結構和實踐背景的工業(yè)化發(fā)展急需的應用型人才，要求該類人才具有充分的實踐經驗積累，能夠在生產一線解決重要的技術問題，同時，也對其設計和研發(fā)方面的綜合能力提出嚴格要求，從而能夠使高校學生與企業(yè)充分有效對接[1]。

《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程是融合了“系統(tǒng)辨識”與“自適應控制”兩個新的學術方向的科目，其均屬于現(xiàn)代控制理論范圍的自動化學科，對學生分析動態(tài)控制系統(tǒng)特性和解決工程問題的能力培養(yǎng)方面，具有十分重要的作用。本文在培養(yǎng)工程應用型人才的背景下，遵循該課程基本教學規(guī)律，在教學隊伍、教學內容、教學實踐、教學載體等方面不斷完善與革新，使本課程的理論與應用方法能夠在研究生的科研活動和生產活動中得以廣泛應用。

一、《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程特點及教學情況

《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程，我校開設于2000年，是控制工程專業(yè)研究生的專業(yè)選修課程。本課程重點在于將系統(tǒng)研究的對象模型化，能夠自主論述建立模型的理論和方法，并建立能夠描述系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學模型。自適應控制的對象是不確定的系統(tǒng)，即其過程動態(tài)特性、被控對象、數(shù)學模型具有不確定性，是經常變化的，因此，可用自適應控制來解決其常規(guī)反饋控制效果不佳的動態(tài)問題[2]。該課程覆蓋內容廣泛，理論教學和實際分析、應用性極強，要求具有良好的學科基礎，這對教學造成了一定程度上的困難，只有將理論吃透并可獨立分析實際案例，才可逐漸領悟本課程的精髓和控制邏輯思維。目前，該課程存在的較為突出問題如下：

1. 作為控制工程專業(yè)研究生的重要選修課程，《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程應更加突出在專業(yè)研究與實踐領域的應用。長期存在的“重理論，輕應用”的問題解決得還不夠理想。盡管在這方面已經做了許多探索，但在實際應用仍然是薄弱的方面，這主要受限于教學大綱設定、課時有限以及考核方式側重點，此問題有待在教學改革中進一步加強。

2. 該課程教學方式較為傳統(tǒng)且單一，如按部就班地依照指定教材進行灌輸式教育，非但學生無法學會動態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學模型建立，更無法領略控制方法的精髓及如何選用適當?shù)目刂撇呗詫ο到y(tǒng)進行有效控制。同時，這種傳統(tǒng)的灌輸式教育會對學生和教師產生雙重負面影響。學生方面，弱化學生對知識的掌握和理解能力，從而導致學生的學習興趣降低、主觀學習動力不足;教師方面，將傳授知識的過程程式化，導致課堂氣氛缺乏活力，很難使學生的創(chuàng)新性思維能力得到真正的鍛煉。由于以上多方面因素的影響，致使傳統(tǒng)的、單一的、灌輸式教育方式無法達到該課程的預期效果。

3. 本課程要求將課堂教學、理論研討和案例分析相結合，組織課程論文的公開討論。在目前課時有限的條件下，無法將課程全部內容進行精講細講，故必須進一步精簡課堂講授，加強課外輔導及網上資源教學資源共享，充分結合線上和線下兩種教育方式開展該課程的理論與實踐教學。

4. 通常情況下，課程的考核形式是以筆試成績來決定，此考核方式也是大多數(shù)課程的考核首選，但在一定程度上略顯僵化和片面，容易使學習模式和教學模式流于“應試”，不過，針對純理論基礎的課程考核效果還是較為明顯的。然而，對于一門工程背景極強的《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程而言，此考核方式則不夠合理，不僅不利于學生對課程內容的深入理解，也不利于對學生綜合素質能力的培養(yǎng)與提升，反之，很有可能使學生的學習方向產生偏差，誤將理論知識視為重點。由此，制定與該門課程相適應的新的考核體系是體現(xiàn)課程側重點的方式之一，也能夠使學生進一步明確學習方向，領略課程精髓，達到真正意義上的教學目的。

以上四點是我校開設該門課程以來較為突出的問題，在教學改革過程中，教師團隊長期致力于尋找最優(yōu)教學模式和有效的考核方式來提升課堂效果和學習成果，真正幫助學生做到學有所用，以打造出符合工程應用型人才培養(yǎng)的精品課程。

二、課程教學改革思路及措施

鑒于《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程在教學過程中存在的問題，本文則以培養(yǎng)工程應用型人才為出發(fā)點，從教學團隊的打造、教學目標的調整、教學內容的整合、教學手段的豐富和教學效果考核等方面提出改革思路和措施，為更好地打造工程應用型型人才提供理論與實踐的雙線支撐，逐步改革工程應用型人才培養(yǎng)方式[3]。

（一）提升教學團隊綜合能力，優(yōu)化課程體系

加強本課程教師隊伍建設是提高精品課程建設質量和水平的關鍵和根本所在，要形成以本課程的骨干教師為龍頭，雙師型教師為主體的教師團隊。課程教學團隊經過近20年的反復磨合調整已逐步成型，并根據研究生培養(yǎng)計劃的實際需求和教學目標的不斷提升，該教學團隊已在理論基礎、實踐應用等多層次方面吸納教學經驗豐富和科研能力強的青年教師參與教學，并充分利用校內、外資源，團隊成員輪流進修，互相交流，拓展研究視野，從而提升教學技能，現(xiàn)已形成一支穩(wěn)定、高水平、新思路的教學團隊。同時，經過對課程關鍵環(huán)節(jié)的定位和分析，逐步調整教學大綱，制定出符合工程應用型人才培養(yǎng)方向的教學目標，教學體系逐步得到完善，使《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程與研究生階段開設的其他課程有機銜接，提供了本課程教學過程中的必備知識儲備、理論基礎及研究方向。

（二）轉變教學模式，整合教學內容

理念的正確定位是課程改革過程中的方向標，直接決定著改革的成功與否。針對《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程的改革，教學團隊決定以工程應用型人才培養(yǎng)的要求為依托，融入以學生發(fā)展為中心，以學生能力提升為導向的OBE理念，將培養(yǎng)學生的實踐應用能力置于教學首位[4]。OBE理念教學模式完全打破了傳統(tǒng)教育模式的局限性，第一點，制定教學目標的側重點不同，傳統(tǒng)模式關注Input，即教學內容、學習的時間、學分和學習的過程，而OBE教育模式的焦點聚集在Output，即如何取得和評估學習成果;第二點，課程主體不同，由以教師、教科書為中心的被動學習，轉變成以學生為中心的主動學習，前者主要是以教師的個性為驅動，表現(xiàn)更多的是教師的主觀臆斷，故缺乏連續(xù)性，后者則以學生的不斷反饋為驅動，可使教學和過程可持續(xù)性改進;第三點，傳統(tǒng)教育模式以考試分數(shù)作為評價學生專業(yè)能力的唯一依據，而新的教育模式可實現(xiàn)基于學習結果的多種評估，并實現(xiàn)在多個專業(yè)領域進行學習、輔修，具有靈活性。由此可知，OBE教育理念的引入完全打破了傳統(tǒng)教育模式，更進一步符合工程應用型人才的培養(yǎng)要求。

隨著教學模式的改革，教學團隊通過與學生的交流反饋，精心設計并調整了符合當代學生特點、適應時代需求的教學內容，使課程教學更加完善，符合培養(yǎng)控制領域應用型和創(chuàng)新型人才的需求。本課程的教材選用方面，更加突出了教學內容的針對性和實用性，由單一性教材選用轉向融合性教材選擇，本課程選用清華大學方崇智教授主編的《系統(tǒng)辨識》教材、北京科技大學舒迪前主編《自適應控制》教材。以劉金琨教授2016年主編的《先進PID控制技術及MATLAB仿真》為輔助教材，書中的自考題， 例題和案例分析均為學生的研究性學習和自主學習的開展提供了資料清單。同時，將北京科技大學孫一康教授《冷熱軋板帶軋機的模型與控制》一書作為擴展性資料使用，結合鞍鋼1700ASP熱軋現(xiàn)場，做到理論與實際相結合。通過合理整合優(yōu)化教學內容，將《系統(tǒng)辨識》與《自適應控制》兩門課程有效融合。

《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程具有強理論性、強應用性、理論內容繁多，算法難等特點。為打破該課程教學的瓶頸，使學生掌握課程基本理論、動態(tài)系統(tǒng)建模、設計思路和控制策略的正確選用等，教學團隊通過反復實踐與思考，決定通過實驗，初步采用系統(tǒng)辨識建立過程模型的方法，引導學生學習自適應控制的基本概念、系統(tǒng)的構成原理，掌握模型參考自適應和自校正自適應控制這兩類主要的自適應控制系統(tǒng)，并通過實例了解自適應控制在工藝過程控制的應用等[5]。該課程重點主要有最小二乘法建模、神經網絡建模、PID參數(shù)整定、模型階次確定及神經網絡初始權值的選擇等。在授課過程中，將課堂基礎理論和方法的講授與現(xiàn)場實際講解相結合，課堂教學與學生的實踐相結合。在實踐教學方面，不斷完善課程團隊的師資力量，更新教學案例，加強案例討論內容和過程管理，注重模型計算與工業(yè)現(xiàn)場分析相結合，要求學生課后要查閱大量資料進行數(shù)據分析，形成課程論文。通過課程論文的寫作培養(yǎng)學生應用過程辨識分析方法解決實際自控問題的能力，論文經授課教學指導與修改投向國內外主流雜志進行發(fā)表，成效顯著。真正做到從課堂中培養(yǎng)學生的實例分析能力、工程問題解決能力以及系統(tǒng)科學與控制思維，尤其是在學習的過程中，提高學生的適應能力和創(chuàng)新能力[6]。

（三）豐富教學手段，制定多種考核方式

《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程在以往教學模式的基礎上，不斷改革創(chuàng)新，采用理論研討、案例精講、探究與協(xié)作多方結合的模式進行授課，有效地將理論教學延伸至實踐環(huán)節(jié)。根據不同時代的學生特點、教學內容整合與規(guī)劃以及教學目標的完善，采用形式靈活、效果最佳的教學方法，例如，針對理論性難點內容，如辨識與估計等內容，重點進行精講、精讀，充分研討，案例剖析等教學形式。對一些理論及實踐中爭議和質疑較多的知識點進行重點研究，前沿引領。并結合其他研究生方法論課程，進一步探討其核心思想。具體教學手段如下：

1. 傳統(tǒng)教學與多媒體教學相結合。從多媒體教學模式的自身優(yōu)勢來看，多媒體模式講授《系統(tǒng)辨識與自適應控制》，一方面，有效擴充課堂的信息承載量，另一方面，使課堂教學由刻板、單一化變得形象化、生動化。同時，適時地、有選擇性地運用板書教學，做到重、難點內容精講、細講，使學生更加透徹、精確的掌握課堂內容。

2. 討論教學。在保證正常教學的基礎上，穿插四分之一的課時進行討論模式教學，使教學方式徹底打破傳統(tǒng)的“灌輸式”，轉變多種教學形式有機結合，例如：精講、案例、討論等方式。學生由被動式學習轉為主觀學習，重視學習成果，激發(fā)學生的學習興趣。

3. 網絡教學，將教學課件、作業(yè)詳解、教案、案例分析、現(xiàn)場視頻等傳至校園網，方便學生有針對性的課下復習、自學，彌補課堂教學的不足。同步建立網絡互動平臺，可暢通師生之間的溝通，提供隨時解決學生提出問題的便捷通道。

該課程改變以往的專注理論知識的考核模式，打破傳統(tǒng)考核的單一化模式，將學生能力的培養(yǎng)作為該門課程的終極考核目標。改革后的課程考核體系由筆試成績、課程研討成績及論文成績三部分組成，其中分別占50%、30%和20%，在考核學生理論知識掌握程度的同時，著重考察了學生的應用能力，為培養(yǎng)工程應用型人才打下了基礎。同時，題型方面也要做出相應的調整，題型設計多樣化，拓寬題目覆蓋專業(yè)面，例如：單純記憶性純理論題目的減少，增加案例分析等實際應用型的考題，尤其是針對動態(tài)系統(tǒng)建模和實際工程問題解決方面的考察方面，應給予側重。由此，課堂知識傳授方式的多樣性和考核模塊的合理化組合，使學生的自主學習能力得以有效提高， 并對如何進行實證分析在專業(yè)的角度有了更好的理解。

三、結束語

《系統(tǒng)辨識與自適應控制》課程在教學改革過程中，緊密跟蹤現(xiàn)有理論的新發(fā)展，不斷更新教學內容，與國際接軌;在基本理論體系完整的基礎上，堅持“重思想、重方法、重思維訓練”的原則，能快速地提高本課程在國內同類課程中的水平。目前，本文所提出的教改意見已逐步在實際教學過程中實施，將“成果為導向、學生為中心、持續(xù)改進”的教學理念深入到教學和實踐中去，做到理論與實際相結合，使學生能在實際工作中，完成系統(tǒng)辨識工作，并在此基礎上實現(xiàn)自適應控制。本次教學改革提高了該課程的教學效果和教學質量，使系統(tǒng)辨識與自適應控制課程向著培養(yǎng)高質量工程應用型人才的方向持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]王許云，陳克正，劉福勝，等.新工科背景下應用型人才培養(yǎng)改革探索[J].山東化工，2019，48（21）：171-172.

[2]王建國.《系統(tǒng)辯識與自適應控制》課程教學改革探討[J].科技信息，2010（36）：11-14.

[3]王穎.基于應用型人才培養(yǎng)的高等數(shù)學課堂教學改革研究[J].教育進展，2019，9（02）：82-85.

[4]陳丹江，樊慧麗，楊亞萍.基于OBE理念的電氣工程專業(yè)改革思路[J].電氣電子教學學報，2019，41（6）：37-40.

[5]張彤，孫燕楠.《智能控制》研究生課程的教學改革方法研究[J].教育教學論壇，2019（48）：101-102.

[6]王永秀，雷建和，劉素花.“過程控制系統(tǒng)”教學改革研究[J].科技視界，2019（27）：113-114.