文/韓娜妮 徐秀妮

“現(xiàn)代控制理論”課程是自動化專業(yè)的核心課程，根據(jù)目前的教學(xué)效果及學(xué)生的反饋，此課程的課堂教學(xué)和實驗課程教學(xué)中依然存在很多問題：第一，教學(xué)模式陳舊，學(xué)生依然是被動地接受知識灌輸，不利于學(xué)生知識的理解及創(chuàng)新意識和創(chuàng)造思維的培養(yǎng)；第二，“現(xiàn)代控制理論”課程理論性較強，對于數(shù)學(xué)等知識要求較高，導(dǎo)致老師平時講課大部分時間用在公式推導(dǎo)上，忽視對學(xué)生工程實踐能力的引導(dǎo)與培養(yǎng)；第三，由于“現(xiàn)代控制理論”課程理論性強，加上學(xué)院實驗設(shè)備有限，目前開設(shè)的實驗大部分是驗證性的實驗，缺乏和實際系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)計實例。因此，如何在現(xiàn)有的實驗硬件設(shè)備條件下，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)提高學(xué)生實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，成為目前課程教學(xué)亟需解決的問題。

當(dāng)前，關(guān)于“現(xiàn)代控制理論”教學(xué)改革的研究成果較多。潘俊濤[1]等提出一種基于便攜式倒立擺的“現(xiàn)代控制理論”課程教學(xué)改革方案，改革方案將便攜式倒立擺平臺的控制系統(tǒng)設(shè)計流程與課程核心知識點進行緊密結(jié)合。周穎[2]等探討了控制理論課程體系改革。韓娜妮[3]等研究了面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的“現(xiàn)代控制理論”教學(xué)改革，從理論課堂教學(xué),實踐教學(xué)及考核制度等方面提出了課程改革方案。祁玉梅[4]提出新的教學(xué)理念，翻轉(zhuǎn)式課堂為主的教學(xué)策略以及多元化的考核方式，幫助提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，工程實踐能力以及科研創(chuàng)新能力。李鳳霞[5]等結(jié)合中國石油大學(xué)勝利學(xué)院具體情況從教材選擇，教學(xué)方法和模式，雙語師資隊伍建設(shè)等方面，對應(yīng)用技術(shù)型高校自動化專業(yè)“現(xiàn)代控制理論”雙語教學(xué)改革進行了探索研究。雷旭升[6]將無人機這類具有典型航空特色產(chǎn)品引入到““現(xiàn)代控制理論”與方法”的教學(xué)工作中，將抽象的理論與具體的工程項目緊密結(jié)合，促進學(xué)生對概念和方法的理解。高瑜[7]等探討在專業(yè)認(rèn)證的背景下，如何將實際工程問題融入控制理論課程教學(xué)過程中，加強工程教育與工業(yè)界的聯(lián)系，達到提高畢業(yè)學(xué)生國際競爭力的目的，等等。

文章依照工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，以提高學(xué)生實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目的，對“現(xiàn)代控制理論”課程的理論課程和實驗課程進行改革研究。從目前的教學(xué)效果表明，以工程項目為導(dǎo)向的教學(xué)方式，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠更好地掌握所學(xué)習(xí)的理論知識，同時能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，提高教學(xué)和學(xué)習(xí)效率。

一、研究內(nèi)容

以提高學(xué)生實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目的，參考自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，從以下幾方面進行研究。

第一，教學(xué)理念及教學(xué)目標(biāo)的正確定位。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，基于應(yīng)用型本科院校，對自動化專業(yè)的合理定位“現(xiàn)代控制理論”課程教學(xué)目標(biāo)，是教學(xué)改革卓有成效的前提和保障。

按照應(yīng)用型本科院校要求，課程教學(xué)應(yīng)以培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才為基本職責(zé)使命?！艾F(xiàn)代控制理論”課程理論性強，以往教學(xué)中側(cè)重理論概念的理解及公式的推導(dǎo)，忽略對學(xué)生應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，如何對本課程的教學(xué)理念及教學(xué)目標(biāo)進行正確的定位是本課題研究的前提。

第二，以工程項目為導(dǎo)向設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。首先，針對“現(xiàn)代控制理論”課程具體特點，從學(xué)生實際情況出發(fā)，分析學(xué)生學(xué)習(xí)特征。然后在學(xué)生學(xué)習(xí)特征的基礎(chǔ)上，對目前所用的教材內(nèi)容進行優(yōu)化。目前，“現(xiàn)代控制理論”課程所用教材側(cè)重基礎(chǔ)理論，數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，缺乏實際工程項目案例，因此，對理論教學(xué)內(nèi)容進行合理優(yōu)化，是課堂教學(xué)改革的首要任務(wù)。

在理論課堂授課中，根據(jù)授課內(nèi)容、學(xué)生實際情況，選擇典型的實際控制系統(tǒng)，如常見的水箱液位控制系統(tǒng)、無人飛行器系統(tǒng)等，引導(dǎo)學(xué)生抽象出其具體的數(shù)學(xué)模型，并且利用所學(xué)理論知識分析研究其運動規(guī)律。通過讓學(xué)生參與具體的實踐訓(xùn)練項目，加深對所學(xué)理論知識的理解，真正實現(xiàn)“做中學(xué)”。

第三，構(gòu)建創(chuàng)新性教學(xué)實驗體系。實驗環(huán)節(jié)是工科教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、計算機技術(shù)等技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生來完成實驗系統(tǒng)的設(shè)計及執(zhí)行。

由于課程特點及實驗硬件條件的限制，目前的課程實驗安排為8個實驗，其中大部分是理論驗證性實驗，缺乏創(chuàng)新性實驗。按照應(yīng)用型本科院校要求，為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，利用相應(yīng)軟件及網(wǎng)絡(luò)，增加實際案例的仿真實驗。

另外，實驗部分增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)。按照目前的課程大綱安排，學(xué)生在“現(xiàn)代控制理論”課程之前，在軟件應(yīng)用及基本控制理論方面已經(jīng)有了一定的積累。通過課程設(shè)計，學(xué)生不僅可以對學(xué)習(xí)的相關(guān)課程體系的知識進行綜合性應(yīng)用，同時，在課程設(shè)計過程中，通過對具體實際系統(tǒng)相關(guān)資料的查找、學(xué)習(xí)，而且可以增加學(xué)生對實際工程項目的了解，鍛煉學(xué)生的應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

第四，優(yōu)化課程考核體系。按照課程特點，考核方式多樣化，并且適當(dāng)增大平時成績在課程綜合成績中所占比例，如作業(yè)、實驗和課程設(shè)計等。建立合理的考核體系，評價學(xué)生對所學(xué)理論知識的應(yīng)用能力及解決復(fù)雜工程問題的能力，這也是準(zhǔn)確診斷教學(xué)、發(fā)展教學(xué)、促進改革的重要保障。

二、研究思路和方法

為培養(yǎng)學(xué)生的實踐、創(chuàng)新能力，本課程研究以MATLAB軟件為基礎(chǔ)，以實際案例為驅(qū)動設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，以工程項目為導(dǎo)向設(shè)計實驗教學(xué)，具體如圖1、圖2所示。

圖1 “現(xiàn)代控制理論”課程理論教學(xué)體系

圖2 “現(xiàn)代控制理論”課程實踐教學(xué)體系

圖1是“現(xiàn)代控制理論”課堂授課體系。在“現(xiàn)代控制理論”課程教學(xué)活動中，以相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識為基礎(chǔ)，以實際案例為驅(qū)動設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生在教師的組織和引導(dǎo)下，自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識。理論教學(xué)負(fù)責(zé)從實踐案例中建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用相關(guān)理論知識分析系統(tǒng)的運動特性及控制特性。然后將學(xué)生分成小組，以小組為單位，按照要求完成實際案例的構(gòu)思、設(shè)計和實施，進行討論、協(xié)作學(xué)習(xí)，以達到對所學(xué)知識的融會貫通，從而培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力、提高學(xué)生對未知知識的探索能力。在整體學(xué)習(xí)過程中，教師隨時根據(jù)學(xué)生的反饋調(diào)整教學(xué)計劃。

圖2是以工程項目為導(dǎo)向的實驗教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。在圖2所示的實驗環(huán)節(jié)中，針對不同的工程項目，利用MATLAB軟件，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，進行系統(tǒng)建模與分析。在基礎(chǔ)理論實驗中，通過軟件仿真，進一步理解、掌握理論知識。在綜合仿真設(shè)計及綜合實驗中，通過具體的工程項目，如水箱液位系統(tǒng)、四旋翼飛行器系統(tǒng)等，指導(dǎo)學(xué)生進行系統(tǒng)建模、分析和設(shè)計。以4至6人小組進行工程項目實驗，設(shè)計團隊的工作理念。通過互相協(xié)作，共同完成實驗項目的設(shè)計和實施。在這個過程中，既鍛煉了學(xué)生的實踐能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作精神。

三、結(jié)語

為培養(yǎng)學(xué)生的實踐、創(chuàng)新能力，文章以實際案例為驅(qū)動設(shè)計教學(xué)內(nèi)容；在實驗環(huán)節(jié)中，以工程項目為導(dǎo)向，利用MATLAB等軟件，進行實驗課程的改革。通過教學(xué)改革，學(xué)生不僅充分理解、掌握理論知識，并且通過實際案例和工程項目，鍛煉了學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。