“現(xiàn)代控制理論”課程教學(xué)中實(shí)施創(chuàng)新教育的探討

賈鶴鳴?宋文龍?戴天虹

摘要：現(xiàn)代控制理論課程是理工科院校自動(dòng)化專業(yè)的一門重要專業(yè)課，既要求學(xué)生掌握扎實(shí)的理論知識(shí)，又要求學(xué)生具有一定的實(shí)踐設(shè)計(jì)能力?，F(xiàn)實(shí)問(wèn)題是，當(dāng)下的教學(xué)模式和方法單一，過(guò)于偏重理論推導(dǎo)和定理論證，學(xué)生在理解上存在困難，亟需教學(xué)方法的改革，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。以創(chuàng)新教育理論為指導(dǎo)，結(jié)合“現(xiàn)代控制理論”課程特點(diǎn)，從更新教育理念、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、激發(fā)創(chuàng)造熱情三個(gè)方面，探討在現(xiàn)代控制理論課程中實(shí)施創(chuàng)新教育的方法和手段。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代控制理論；創(chuàng)新教育；創(chuàng)新理念；創(chuàng)新活動(dòng)

作者簡(jiǎn)介：賈鶴鳴（1983-），男，黑龍江哈爾濱人，東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，副教授；宋文龍（1973-），男，黑龍江哈爾濱人，東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150040）

基金項(xiàng)目：本文系東北林業(yè)大學(xué)校級(jí)重點(diǎn)專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0071-02

創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價(jià)值取向的教育。改革人才培養(yǎng)模式，實(shí)施創(chuàng)新教育，全面提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)，是當(dāng)前我國(guó)高等教育的一個(gè)中心任務(wù)，也是我國(guó)教育教學(xué)改革的重要熱點(diǎn)問(wèn)題之一。[1]現(xiàn)代控制理論課程集理論與實(shí)踐于一身，不僅是理工科高等院校自動(dòng)化專業(yè)及近電氣類專業(yè)的學(xué)科專業(yè)課，也成為很多院校大類培養(yǎng)平臺(tái)下的重要專業(yè)課之一，在提高學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力方面起著十分重要的作用。筆者以自己在現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)實(shí)踐中的體會(huì)，就如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，如何推進(jìn)教學(xué)創(chuàng)新，進(jìn)行了一些實(shí)踐與探索，以期引起更深入的研究。

一、課程教學(xué)內(nèi)容體系改革

在創(chuàng)新教育思想的引導(dǎo)下，高校教育工作者必須緊跟時(shí)代的步伐，迅速轉(zhuǎn)變教育觀念，把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力放在突出位置。[2]傳統(tǒng)教育的教學(xué)，把學(xué)生培養(yǎng)成一本本的“大百科全書(shū)”，訓(xùn)練出的學(xué)生多是模仿性地解決問(wèn)題；而創(chuàng)新教育重在使學(xué)生了解解決問(wèn)題的思維方法和過(guò)程，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，激勵(lì)學(xué)生探索、創(chuàng)新。創(chuàng)新教育培養(yǎng)的是對(duì)未來(lái)社會(huì)具有應(yīng)變能力的創(chuàng)新型、開(kāi)拓型人才，他們必須具有獨(dú)立思考、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。[3]不光要求學(xué)生只有高分和勤奮，更重要的要有創(chuàng)新精神和能力。

在課堂教學(xué)上，創(chuàng)新教育要對(duì)傳統(tǒng)教育的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)展，對(duì)其弊端和不足進(jìn)行改革。如果說(shuō)傳統(tǒng)教育更多的是傳授知識(shí)和學(xué)生積累知識(shí)的過(guò)程，那么創(chuàng)新教育就是在傳授知識(shí)的同時(shí)，重視學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，啟發(fā)學(xué)生的自主意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維活動(dòng)，變被動(dòng)教育為自主教育。學(xué)習(xí)的過(guò)程中，既儲(chǔ)備積累了必要的基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，又能具有提取、加工和拓展知識(shí)、信息的能力。在現(xiàn)代控制理論教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該貫穿模型分析——系統(tǒng)性能分析——系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)——系統(tǒng)穩(wěn)定性分析四條脈絡(luò)進(jìn)行清晰講解，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)每個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)思考與課程主線的關(guān)系，在筆者的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中加入了兩次工程實(shí)例分析課，是以半講解半討論的模式展開(kāi)，分別講解了二階工業(yè)機(jī)械臂和四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，深度開(kāi)發(fā)和培養(yǎng)了學(xué)生的自主分析能力。開(kāi)放討論的教學(xué)模式使得學(xué)生對(duì)所學(xué)的控制理論了解到使用目的，更重要的是掌握了分析和設(shè)計(jì)方法。

另外，教師也要非常重視學(xué)生身心健康的和諧發(fā)展，讓學(xué)生的知識(shí)積累、創(chuàng)新能力、健全的人格、鮮明的個(gè)性及團(tuán)隊(duì)合作精神等多方面素質(zhì)都能得到培養(yǎng)和發(fā)展。

二、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，講授成系統(tǒng)的重點(diǎn)

在當(dāng)前創(chuàng)新教育思想的導(dǎo)引下，很多高校都實(shí)行了大類培養(yǎng)，現(xiàn)代控制理論課程作為一門既抽象，實(shí)踐性又很強(qiáng)的專業(yè)課程，已成為重要的大類培養(yǎng)平臺(tái)課之一，它非常有助于提高同學(xué)們的創(chuàng)造性思維。但作為一門專業(yè)課，它的內(nèi)容較為豐富且繁雜，并且學(xué)時(shí)也相對(duì)有限。在這有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，如何保證教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到創(chuàng)新教育的目的，是一件必須認(rèn)真思考的事情。思考的基本原則是，無(wú)論這門課僅有時(shí)間講幾個(gè)重點(diǎn)，這幾個(gè)重點(diǎn)都必定是現(xiàn)代控制理論的命脈，也像是現(xiàn)代控制理論的骨架，它們相互聯(lián)結(jié)構(gòu)成的正是自控原理的系統(tǒng)性和完整性。[4]如果有時(shí)間能夠讓老師把每一個(gè)重點(diǎn)都一一展開(kāi)，那就是完整、系統(tǒng)、豐滿的現(xiàn)代控制理論。如果沒(méi)有時(shí)間都展開(kāi)，學(xué)生學(xué)到的也是完整的最核心的現(xiàn)代控制理論，未來(lái)在他們各自的生活中碰到現(xiàn)代控制理論的任何問(wèn)題，都跑不出他們?cè)鴮W(xué)過(guò)的原理框架，他們可以自行將其豐富和發(fā)展起來(lái)。[5]教師必須本著保重點(diǎn)，拓基礎(chǔ)的原則，調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法和手段，才能達(dá)到預(yù)期的教育目的。

教師必須用恰當(dāng)?shù)姆椒?，使學(xué)生掌握必要的基礎(chǔ)知識(shí)和重點(diǎn)知識(shí)，學(xué)時(shí)縮短不能以削弱基礎(chǔ)知識(shí)的傳授為代價(jià)，而應(yīng)該用比傳統(tǒng)教育更短的時(shí)間、更科學(xué)的方法，使學(xué)生更靈活、系統(tǒng)地掌握更多的基本知識(shí)，為創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)和發(fā)展，打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。在這個(gè)問(wèn)題上，創(chuàng)新教育絕不能舍本求末，基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握絕不能松懈，否則，學(xué)生的創(chuàng)新能力就成了無(wú)源之水，創(chuàng)新教育也就成了空中樓閣。

在專業(yè)課教學(xué)中，典型的多輸入單輸出系統(tǒng)的組成原理、系統(tǒng)特性分析仍然是講授的重點(diǎn)，教師要通過(guò)科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)，適當(dāng)應(yīng)用相似性教學(xué)和差異教學(xué)原理，將不同機(jī)構(gòu)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)前后聯(lián)系起來(lái)，讓學(xué)生能夠舉一反三，加深對(duì)系統(tǒng)構(gòu)建與反饋控制思想的理解和掌握。同時(shí)在講重點(diǎn)、講難點(diǎn)、講思路、講方法的基礎(chǔ)上，講一些學(xué)科發(fā)展前沿，在每章教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后給出文獻(xiàn)閱讀指南，鼓勵(lì)學(xué)生課外閱讀，與老師共同討論，在擴(kuò)展知識(shí)的同時(shí)，提高和活躍同學(xué)們的創(chuàng)造性思維。

對(duì)于現(xiàn)代控制理論課程的教學(xué)工作，也必須以這些新的教育觀念為先導(dǎo)，應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，才能達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的，培養(yǎng)出順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的開(kāi)拓創(chuàng)新型復(fù)合人才。例如關(guān)于二階系統(tǒng)的極點(diǎn)配置問(wèn)題，選擇合適的比例系數(shù)的核心思想就是閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制器增益設(shè)計(jì)問(wèn)題。如果不能清晰闡明核心思想，學(xué)生就僅會(huì)針對(duì)電路系統(tǒng)或動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)改變系統(tǒng)的極點(diǎn)位置，而不知道極點(diǎn)對(duì)于系統(tǒng)的性能和期望控制目標(biāo)的影響關(guān)系所在。

三、正確引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情

教師是創(chuàng)新教育的主導(dǎo)，而學(xué)生是自我學(xué)習(xí)的主體，無(wú)可否認(rèn)的是自由意志的存在使得教師無(wú)論如何使出渾身解數(shù)發(fā)揮主導(dǎo)作用，都不能代替學(xué)生自我學(xué)習(xí)的主體地位。簡(jiǎn)而言之，教師無(wú)論如何都不能主導(dǎo)學(xué)生的意識(shí)，綁住他的身體卻不能綁住他的意識(shí)。要激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情唯有正確引導(dǎo)一途。正如第斯多惠所言：“教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授的本領(lǐng)，而在于激勵(lì)、喚醒、鼓舞?！苯處熑绾握_引導(dǎo)，如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性潛力和熱情，是教師進(jìn)行教學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。

第一，引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情，首先必須尊重學(xué)生的主體地位。教師可以創(chuàng)設(shè)一些現(xiàn)代控制理論的基本知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的平臺(tái)，將學(xué)生置于課程學(xué)習(xí)的主體地位，使得學(xué)生的主體能動(dòng)性得到充分發(fā)揮，教師只起“引”的作用而不約束。如在講電路系統(tǒng)建模與RLC電路分析的時(shí)候，可以在實(shí)驗(yàn)室完成，讓學(xué)生自己連接基本電路結(jié)構(gòu)，檢查自己連接的結(jié)構(gòu)是否正確、是否出現(xiàn)死鎖、短路或是斷路現(xiàn)象等，通過(guò)親身體驗(yàn)輕松掌握教學(xué)重點(diǎn)知識(shí)的同時(shí)，創(chuàng)造性得以充分發(fā)揮和施展。

第二，給學(xué)生提供融會(huì)貫通的機(jī)會(huì)。融會(huì)貫通是創(chuàng)造新事物的必要前提。創(chuàng)造條件并鼓勵(lì)學(xué)生大量的在實(shí)驗(yàn)室中綜合運(yùn)用所學(xué)的各種知識(shí)。如在現(xiàn)代控制理論的教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，有單級(jí)運(yùn)放電路、數(shù)字電路等各種各樣的電氣元件，學(xué)生可利用所學(xué)的基本知識(shí)，像搭積木一樣將它們拼湊成各種電路結(jié)構(gòu)，并且實(shí)現(xiàn)不同的輸入與輸出功能。再如，安排學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的多輸入多輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新活動(dòng)，如生活中常見(jiàn)的溫度反饋控制系統(tǒng)或濕度調(diào)節(jié)反饋控制系統(tǒng)，使學(xué)生們能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)擬定機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成方案，并選擇最佳連接方式和回路閉環(huán)結(jié)構(gòu)；在控制芯片選擇時(shí)，能對(duì)所選擇的主控芯片的功能有所掌握，熟悉各個(gè)管角和觸點(diǎn)的作用，并對(duì)相應(yīng)芯片或元器件進(jìn)行評(píng)價(jià)。這樣的活動(dòng)對(duì)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是極為有效的，學(xué)校的電工電子實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該開(kāi)放給同學(xué)們，滿足同學(xué)們實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新的愿望。

第三，用豐富的社會(huì)實(shí)踐開(kāi)拓視野，看到書(shū)本知識(shí)在活生生的社會(huì)實(shí)踐中所起的作用，引導(dǎo)學(xué)生將理論和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)。學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在正常理論知識(shí)的學(xué)習(xí)之余，可以進(jìn)行一些社會(huì)實(shí)踐。[6]如開(kāi)展參觀實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的控制系統(tǒng)，去大型工廠或企業(yè)參觀控制系統(tǒng)全自動(dòng)生產(chǎn)線，激勵(lì)學(xué)生對(duì)于創(chuàng)新性勞動(dòng)的自豪感、歷史責(zé)任感和使命感；開(kāi)展與系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合分析有關(guān)的座談和交流，給現(xiàn)代控制理論這門相對(duì)枯燥的課程注入新的生機(jī)和活力，提升學(xué)生學(xué)習(xí)和創(chuàng)造的美的感受，從而促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新才能的發(fā)展；開(kāi)展智能控制、非線性控制等方面的講座活動(dòng)，使學(xué)生明確肩負(fù)的重任，以培養(yǎng)學(xué)生立志創(chuàng)新、造福于人類的崇高精神和情操。

第四，教師可以多多鼓勵(lì)同學(xué)們開(kāi)展學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。鼓勵(lì)學(xué)科相互交叉，讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到許多問(wèn)題的解決僅依靠單一學(xué)科知識(shí)是不夠的。為同學(xué)們營(yíng)造濃厚的學(xué)術(shù)氛圍，創(chuàng)造交流的機(jī)會(huì)，包括師生間交流，不同專業(yè)學(xué)生之間的交流，為學(xué)生提供指導(dǎo)性意見(jiàn)，以啟發(fā)學(xué)生思維。還可以結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)、電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)等課程，組成科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，鼓勵(lì)更多的學(xué)生參與到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新大賽中，如挑戰(zhàn)杯等。自動(dòng)化專業(yè)的相關(guān)教師可為同學(xué)們科技創(chuàng)新的選題和制作，提供指導(dǎo)和幫助，有意識(shí)地將反饋控制的思想溶入到同學(xué)們的科技作品中，將多學(xué)科交叉，提升科技創(chuàng)新的檔次和水平，進(jìn)一步培養(yǎng)和激發(fā)廣大學(xué)生的科技創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，增強(qiáng)和提高學(xué)生們從事科學(xué)研究的能力。

第五，要做到正確引導(dǎo)，教師還要把握激勵(lì)教學(xué)的尺度，給予學(xué)生渴望的鼓勵(lì)和表?yè)P(yáng)，對(duì)其創(chuàng)新思維的培養(yǎng)會(huì)起到很好的促進(jìn)作用。不要輕易否定學(xué)生的奇思妙想，不要打擊學(xué)生求新的熱情，對(duì)于學(xué)生的困惑，要努力幫助和解決；對(duì)于學(xué)生的努力和求新，要給予充分的表?yè)P(yáng)與鼓勵(lì)，對(duì)于學(xué)生的不足，也要給予正確的引導(dǎo)，給學(xué)生更多的創(chuàng)造空間，讓學(xué)生保持強(qiáng)烈的求知欲，使其成長(zhǎng)為敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新的人才。依據(jù)陶行知先生的教育思想，努力做到解放學(xué)生的大腦，解放學(xué)生的雙手，解放學(xué)生的眼睛，解放學(xué)生的嘴，解放學(xué)生的時(shí)間，解放學(xué)生的空間。

四、結(jié)語(yǔ)

總之，創(chuàng)新教育是一種全新的教育理念，實(shí)施創(chuàng)新教育是一項(xiàng)復(fù)雜的社會(huì)工程。在現(xiàn)代控制理論教學(xué)中首先要改變教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)；在教學(xué)方法上要調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，講授有系統(tǒng)的重點(diǎn)；正確引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。上述三點(diǎn)是筆者在教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，今后將以創(chuàng)新教育理論為指導(dǎo)，進(jìn)一步提高和完善自身的教學(xué)能力。

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注：宋文龍為本文通訊作者。

（責(zé)任編輯：王意琴）