面向能力培養(yǎng)的CACSD課程教學(xué)模式探索與實(shí)踐

何秋生，趙志誠(chéng)（太原科技大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，太原 030027）

面向能力培養(yǎng)的CACSD課程教學(xué)模式探索與實(shí)踐

何秋生，趙志誠(chéng)
（太原科技大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，太原 030027）

針對(duì)CACSD課程內(nèi)容要求的特殊性，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐教學(xué)的探索和實(shí)踐，提出一種面向能力培養(yǎng)的CACSD課程教學(xué)模式。在介紹該課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了所實(shí)施的教學(xué)方式并介紹了近幾年在該課程教學(xué)中這種教學(xué)方式的實(shí)施效果。結(jié)果表明這種教學(xué)方式增強(qiáng)了研究生學(xué)習(xí)該課程的學(xué)習(xí)興趣，也提高了研究生的整體學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)。

實(shí)踐能力；教學(xué)模式；教學(xué)改革

0　引言

教育部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部《關(guān)于深化研究生教育改革的意見(jiàn)》提出要?jiǎng)?chuàng)新人才培養(yǎng)模式，重視課程教學(xué)在研究生培養(yǎng)中的作用［1］；劉延?xùn)|副總理在全國(guó)研究生教育質(zhì)量工作會(huì)議暨國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)第三十一次會(huì)議上的講話中提出“以服務(wù)需求、提高質(zhì)量為主線”、“更加突出創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)”的總體思路［2］，因此為適應(yīng)研究生課程教學(xué)改革發(fā)展，結(jié)合多年的研究生教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CACSD）課程的特點(diǎn)，提出一種新的CACSD課程教學(xué)模式。

1　CACSD課程的特點(diǎn)

控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CACSD）課程是控制理論與控制工程專業(yè)的一門專業(yè)課程，目前該課程教學(xué)大綱還是要求以講授MATLAB語(yǔ)言及工具輔助設(shè)計(jì)各類型控制系統(tǒng)為主，是一門需要以實(shí)踐為主的課程，該課程具有以下特點(diǎn)。

1.1該課程涉及基礎(chǔ)內(nèi)容寬

CACSD課程在講解利用MATLAB輔助設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，會(huì)涉及到本科階段學(xué)過(guò)的“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“概率與統(tǒng)計(jì)”以及研究生階段需要學(xué)的“線性系統(tǒng)理論”、“魯棒控制”、“智能控制”、“最優(yōu)控制”以及“矩陣論”等專業(yè)課程的內(nèi)容，另外由于MATLAB語(yǔ)言需要有C語(yǔ)言基礎(chǔ)，因此該課程還會(huì)涉及到如何利用C語(yǔ)言編寫(xiě)魯棒控制、模糊控制以及自適應(yīng)控制等許多控制方法的編程問(wèn)題，內(nèi)容涉及面較寬，會(huì)給學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中造成內(nèi)容不明確、主次不清晰的錯(cuò)覺(jué)。

1.2該課程知識(shí)重點(diǎn)內(nèi)容窄

雖然課程涉及基礎(chǔ)內(nèi)容較多，但是課程的核心是以介紹MATLAB語(yǔ)言為主，讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何利用MATLAB輔助設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的方法，或者說(shuō)學(xué)習(xí)如何利用MATLAB幫助快速簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的方法。因此，該課程核心實(shí)際上可以簡(jiǎn)單理解為就是學(xué)習(xí)一門語(yǔ)言（以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)），以及如何利用該語(yǔ)言的問(wèn)題。而且與其他高級(jí)語(yǔ)言所不同的是，利用MATLAB輔助設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)需要編寫(xiě)的程序較少，因?yàn)镸ATLAB已經(jīng)提供了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)所需要的大多數(shù)函數(shù)和模塊，因此學(xué)生們只需要熟悉了解就可以了。

1.3該課程還具有實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)

如前所述，該課程實(shí)際上是學(xué)習(xí)一門MATLAB語(yǔ)言以及學(xué)習(xí)如何利用MATLAB設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，因此如何讓學(xué)生能夠真正掌握該課程內(nèi)容，實(shí)際上是需要學(xué)生了解MATLAB所提供的函數(shù)和模塊并掌握如何利用這些函數(shù)和模塊設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的方法。而這些內(nèi)容只有通過(guò)親自實(shí)踐體會(huì)，學(xué)生才能真正掌握這些內(nèi)容，否則只能是紙上談兵，眼高手低。

1.4該課程考核方式欠完善

在教學(xué)大綱中，CACSD課程的考核方式還是以試卷考核為主，由于該課程內(nèi)容和要求的特殊性，如果還是以考試為主，那么即使學(xué)生考上100分，也不一定能利用MATLAB設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，因此在現(xiàn)有教學(xué)環(huán)境已經(jīng)大為改善的情況下，這種原始的考核方式對(duì)于CACSD課程而言已經(jīng)不能適應(yīng)了。

2　CACSD課程實(shí)踐教學(xué)方式探索

對(duì)于控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程而言，其實(shí)踐環(huán)節(jié)在培養(yǎng)方案的整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中僅到22%，而實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)踐效果和充實(shí)度對(duì)整個(gè)教學(xué)效果往往起著決定性的作用。為了構(gòu)建多元化的課程教學(xué)方式［3］，改善實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)踐效果和充實(shí)學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容，教學(xué)過(guò)程中探索并實(shí)踐了一種新的實(shí)踐教學(xué)模式。

2.1調(diào)整大綱中的授課時(shí)間與實(shí)踐時(shí)間

目前CACSD課程的教學(xué)大綱授課和實(shí)踐的時(shí)間分別為78%和22%，實(shí)際上還是需要采用灌輸式的教學(xué)方式為主，根據(jù)多年的授課經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果發(fā)現(xiàn)這種方式不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，而且也會(huì)影響學(xué)生后續(xù)進(jìn)入研究課題后的研究效率。因此在近三年教學(xué)過(guò)程中把授課時(shí)間和實(shí)踐時(shí)間調(diào)整到20%和80%，而且授課時(shí)間是貫穿在學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程中，授課是以介紹實(shí)踐內(nèi)容為前提，以解決實(shí)踐過(guò)程中的問(wèn)題為目的，這樣從本質(zhì)上可以加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.2通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的實(shí)例教學(xué)

使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、指導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題和幫助學(xué)生解決問(wèn)題。對(duì)于剛進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們大多數(shù)不清楚自己將來(lái)的研究方向和研究?jī)?nèi)容，也不清楚學(xué)習(xí)各門課程的目的是什么，他們還是以本科生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)態(tài)度來(lái)對(duì)待研究生階段的課程，因此基于CACSD課程的教學(xué)，從實(shí)際操作入手，讓學(xué)生能夠體會(huì)到利用MATLAB工具為系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)的快速性和準(zhǔn)確性，同時(shí)也讓學(xué)生能夠體會(huì)到MATLAB工具便利性，尤其是對(duì)于本科學(xué)習(xí)過(guò)控制理論的學(xué)生而言更是如此，例如最簡(jiǎn)單的一個(gè)BODE圖［4］，本科學(xué)習(xí)時(shí)需要通過(guò)系統(tǒng)表達(dá)式找出幾個(gè)特殊點(diǎn)，然后才能粗略的繪制出，但是CACSD課程提供的一個(gè)函數(shù)bode（）能直接準(zhǔn)確繪制出BODE圖。通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單例子可以豐富課堂教學(xué)模式［5］，也讓學(xué)生能真正了解課程目的的同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣。借鑒“問(wèn)題-探究”教學(xué)模式［6］，提出“學(xué)習(xí)-問(wèn)題-探究”的教學(xué)模式，在教學(xué)過(guò)程中教師主要負(fù)責(zé)講解課程內(nèi)容激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)、激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題、引導(dǎo)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題并探究問(wèn)題的緣由，并且?guī)椭鷮W(xué)生解決這些問(wèn)題，即教師的角色由主動(dòng)授課變?yōu)橹笇?dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題和幫助學(xué)生解決的角色，為使學(xué)生能真正明白該課程內(nèi)容實(shí)際上是自己未來(lái)研究過(guò)程中不可或缺的研究工具。

2.3調(diào)整考核方式

目前CACSD課程的教學(xué)大綱中規(guī)定的考核方式還是原始的試卷考核為主的考核方式。但是考慮到課程內(nèi)容和要求的特殊性，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，將該課程的考核分為兩部分：一部分是平常的實(shí)踐效果，這一部分的考核結(jié)果相當(dāng)于其他課程的平時(shí)成績(jī)，另外一部分為最后的綜合設(shè)計(jì)考核，是在課程結(jié)束后通過(guò)一個(gè)綜合的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考核學(xué)生利用MATLAB工具輔助綜合設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)的能力為主，這部分考核結(jié)果相當(dāng)于其他課程的期末考試成績(jī)。兩部分的考核過(guò)程實(shí)際上包含對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和綜合應(yīng)用能力的考核，既能考核學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)效果，也能考核學(xué)生對(duì)相關(guān)課程的掌握程度。

3　CACSD課程能力培養(yǎng)

作為一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，需要從以下幾方面培養(yǎng)學(xué)生的能力。

3.1培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

作為研究生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)每門課程的知識(shí)固然重要，但是更重要的是要通過(guò)每門課的學(xué)習(xí)提高自己學(xué)習(xí)知識(shí)的能力。因此CACSD課程教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)讓學(xué)生演示實(shí)例，拋磚引玉，激發(fā)學(xué)生提出問(wèn)題，并引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，讓學(xué)生真正明白原理，能夠真正實(shí)現(xiàn)舉一反三，使學(xué)生能夠不僅知其然，更能知其所以然。例如，在學(xué)習(xí)繪圖函數(shù)plot（）時(shí)，只是通過(guò)簡(jiǎn)單例題學(xué)會(huì)了怎么使用該函數(shù)，而要繪制內(nèi)容更豐富、信息更全面的圖形，就需要了解該函數(shù)的詳細(xì)使用說(shuō)明，這些都需要學(xué)生通過(guò)MATLAB的幫助菜單中所提供函數(shù)的英文說(shuō)明去學(xué)習(xí)。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)諸如“如何在一個(gè)圖中繪制多條曲線、如何用不同的線形來(lái)表示不同的曲線、如何在圖中特別標(biāo)注某條曲線或者曲線上的點(diǎn)”等問(wèn)題的解答自然就一目了然，而不用教師再費(fèi)時(shí)間去詳細(xì)講解。通過(guò)一個(gè)函數(shù)的學(xué)習(xí)，并與其它函數(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生能夠融會(huì)貫通，學(xué)會(huì)把相關(guān)知識(shí)串聯(lián)起來(lái)分析學(xué)習(xí)，可以大大提升自己的學(xué)習(xí)效率，最終提高自己的學(xué)習(xí)能力。

3.2培養(yǎng)學(xué)生使用工具設(shè)計(jì)系統(tǒng)能力

由于CACSD課程是以MATLAB為主要工具，因此學(xué)會(huì)使用MATLAB工具設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是該課程最基本要求。首先就要求學(xué)生熟悉MATLAB編程環(huán)境和常用函數(shù)，所有這些不是靠上課就能全部學(xué)會(huì)的，而是需要通過(guò)多聯(lián)系使用和靠動(dòng)手設(shè)計(jì)去學(xué)的，也就是常說(shuō)的熟能生巧；其次MATLAB所提供的函數(shù)并不是需要全部記住的，作為學(xué)生最重要的是需要知道MATLAB能提供什么樣的環(huán)境和函數(shù)以及怎樣利用該工具去實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只要知道這些并能在后續(xù)的研究過(guò)程中利用通過(guò)CACSD課程所獲得的能力快速完成設(shè)計(jì)任務(wù)即可。

3.3可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

MATLAB中雖然提供了許多常用的函數(shù)以及各門學(xué)科中專用的函數(shù)，但是還是不能滿足用戶的需要，因此鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)的不同需求以及自己的想法，針對(duì)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，自由發(fā)揮，利用MATLAB所提供的函數(shù)、指令和模塊設(shè)計(jì)出自己的函數(shù)和模塊，對(duì)于一些非常有創(chuàng)意的、靈活又通用的函數(shù)和模塊，可以在考核過(guò)程中加分獎(jiǎng)勵(lì)，同時(shí)這個(gè)結(jié)果也可以作為學(xué)生后續(xù)研究過(guò)程中的函數(shù)和模塊去使用。

4　CACSD課程教學(xué)方法成效及評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)近三年對(duì)該實(shí)踐教學(xué)方式的探索，從教學(xué)效果來(lái)看，成效明顯。具體如下：

4.1激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

這種模式激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)各種知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情同時(shí)改善了整體學(xué)習(xí)環(huán)境。通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生實(shí)踐各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓控制理論與控制工程的學(xué)生們體會(huì)到了學(xué)習(xí)該課程的樂(lè)趣并清楚的認(rèn)識(shí)到MATLAB工具對(duì)他們后續(xù)研究的重要性。

4.2提高學(xué)生動(dòng)手能力

這種模式提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)。學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手開(kāi)發(fā)程序、設(shè)計(jì)和調(diào)試系統(tǒng)等，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。尤其通過(guò)各種類型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生們真正體會(huì)到MATLAB工具對(duì)于設(shè)計(jì)分析控制系統(tǒng)的高效性。通過(guò)完成作業(yè)，真正培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也豐富了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

4.3適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)需要

這種模式適應(yīng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，也適應(yīng)了學(xué)生后續(xù)研究課題的需要。經(jīng)過(guò)2年對(duì)控制理論與控制工程專業(yè)學(xué)生的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，89%的學(xué)生希望以這種方式上課。另外學(xué)生經(jīng)過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，在后續(xù)研究課題中，95%以上的學(xué)生能夠直接應(yīng)用MATLAB服務(wù)于自己的課題，而不用再費(fèi)大量的時(shí)間去學(xué)習(xí)如何應(yīng)用MATLAB。

5　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近3年的實(shí)踐，面向能力培養(yǎng)的CACSD課程教學(xué)模式可以滿足控制理論與控制工程專業(yè)甚至是相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)工作的需求，這種教學(xué)模式可以使學(xué)生增長(zhǎng)知識(shí)的同時(shí)提升他們的實(shí)踐能力和培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)能力，能夠改變學(xué)?？刂评碚撆c控制工程專業(yè)甚至是相關(guān)專業(yè)教學(xué)實(shí)踐普遍不到位或效果不良的狀況，提高相關(guān)專業(yè)研究生的綜合素質(zhì)，甚至可以提高研究生的培養(yǎng)質(zhì)量。

［1］教育部，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，財(cái)政部.關(guān)于深化研究生教育改革的意見(jiàn)［EB/OL］.（2013-03-29）.http://www.moe.edu. cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/A22_zcwj/201307/154118.html.

［2］劉延?xùn)|.在全國(guó)研究生教育質(zhì)量工作會(huì)議暨國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)第三十一次會(huì)議上的講話［J］.學(xué)位與研究生教育.2015（1）:1-6.

［3］傅立芳，湯巖，張戰(zhàn)國(guó).面向創(chuàng)新教育的研究生數(shù)學(xué)課程教學(xué)模式研究［J］.大學(xué)教育.2014（9）:98-100.

［4］薛定宇.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言及應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社.2013.

［5］高坤華，余江明，段安平，等.研究生課程教學(xué)模式研究與改革實(shí)踐［J］.學(xué)位與研究生教育.2014（5）:20-23.

［6］孫亮，柏靜儒，李娟，等.“問(wèn)題-探究”教學(xué)模式在研究生教學(xué)中的應(yīng)用［J］.吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào).2014.31（6）:44-46.

Exploration and Practice on Teaching Mode of CACSD Oriented toAbility Training

HE Qiu-sheng，ZHAO Zhi-cheng
（School of Electronics and Information Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030027，China）

A new teaching mode of CACSD oriented to ability training is presented in this paper with years of exploration and practice.The features of CACSD course and implementation results of the new teaching mode are elaborated.It is showed that this new teaching mode can help to improve the graduate students'interest in learning CACSD as well as their learning ability and comprehensive quality.

practical ability；teaching mode；teaching reform

TP391.72-4；TP273-4

A

1673-1891（2016）02-0133-03

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.02.038

2016-04-08

太原科技大學(xué)研究生教改項(xiàng)目“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式探索與實(shí)踐”（20152005）；山西省高等學(xué)校教學(xué)改革項(xiàng)目“學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的人才培養(yǎng)模式探索”（78）。

何秋生（1974—），男，山西孝義人，博士，副教授，研究方向：研究生課程教學(xué)模式的研究。