《現(xiàn)代控制理論》教學(xué)改革探討

董敏+++聞凱

摘 要： 作者根據(jù)《現(xiàn)代控制理論》教學(xué)現(xiàn)狀，提出了教學(xué)改革的方案。在教學(xué)內(nèi)容方面，進(jìn)行內(nèi)容精簡，注重基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)理論的講解；在教學(xué)方法方面，將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合，理論知識講解和實驗仿真相結(jié)合；在考核方式上，強(qiáng)調(diào)平時成績作為考核成績的參考，弱化期末考試在考核上的比例。

關(guān)鍵詞： 《現(xiàn)代控制理論》 教學(xué)改革 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法 考核方式

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)滲透到了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等各個領(lǐng)域。任何一種技術(shù)的應(yīng)用都有相應(yīng)的理論作為發(fā)展依據(jù)，現(xiàn)代控制理論作為自動控制理論的一個重要分支，是為了滿足越來越具有非線性、時變性等特點的系統(tǒng)控制要求而出現(xiàn)的。目前，《現(xiàn)代控制理論》作為自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)本科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是自動控制原理的后續(xù)課程，也是控制類專業(yè)碩士研究生線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論等學(xué)位課程的基礎(chǔ)[1]。

該課程的特點是理論性較強(qiáng)，概念抽象，要把這門課上好，使學(xué)生真正理解接受課程內(nèi)容，必須在課程教學(xué)上進(jìn)行深入的研究與改革。

1.教學(xué)內(nèi)容的改革

1.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

根據(jù)南航金城學(xué)院《現(xiàn)代控制理論》教學(xué)大綱要求，本課程共有40個學(xué)時，采用的教材是劉豹、唐萬生主編的《現(xiàn)代控制理論》。

該課程的理論性較強(qiáng)，存在大量的證明與數(shù)學(xué)計算，內(nèi)容比較枯燥，也比較容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。在教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)精簡教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化重點知識，突出基本概念、原理和方法的介紹。教學(xué)內(nèi)容主要講述基于狀態(tài)空間法的線性定常系統(tǒng)的分析與綜合，可控性、可觀性、穩(wěn)定性判據(jù)及最小實現(xiàn)的概念，要求學(xué)生對系統(tǒng)進(jìn)行極點配置、對觀測器進(jìn)行設(shè)計[2]。

1.2補(bǔ)充數(shù)學(xué)知識。

該課程以線性代數(shù)和微分方程作為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，一些學(xué)生會因為線性代數(shù)知識基礎(chǔ)薄弱而影響課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，所以在正式內(nèi)容開始之前，大概利用一兩學(xué)時的時間，加入跟本課程密切相關(guān)的線性代數(shù)知識的介紹，讓學(xué)生在用到這部分知識的時候得心應(yīng)手。

2.教學(xué)方法的改革

2.1多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。

現(xiàn)如今，多媒體教學(xué)已經(jīng)引入課堂并且得到充分的利用。多媒體教學(xué)具有直觀、生動、形象等特點。把一部分用語言、板書難于描述的內(nèi)容，用幻燈片或動畫進(jìn)行演示教學(xué)，將加強(qiáng)學(xué)生對授課內(nèi)容的理解與記憶。但是在教學(xué)過程中不能過于依賴多媒體教學(xué)，忽略傳統(tǒng)板書教學(xué)方式。對一些重要公式的推導(dǎo)及重要計算內(nèi)容的講解，可以通過結(jié)合板書的形式，讓學(xué)生在老師的逐步推導(dǎo)講解過程中跟上老師的教學(xué)思路，真正理解和掌握知識。

2.2理論教學(xué)與實驗仿真相結(jié)合。

由于現(xiàn)代控制理論這門課程涉及大量的復(fù)雜計算，對于低階系統(tǒng)的分析與計算，可以通過筆算完成，但是對于一些高階系統(tǒng)的分析單憑人工計算是很難實現(xiàn)的，而在實際工程問題中，有很多系統(tǒng)都是高階系統(tǒng)，所以學(xué)生必須掌握一種解決高階系統(tǒng)問題的方法。

MATLAB程序設(shè)計語言是美國Mathworks公司推出的高性能數(shù)值運(yùn)算軟件?？捎糜跀?shù)值計算、可視化及編程的高級語言和交互式環(huán)境，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)、測試和測量等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。由于現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間表達(dá)式是用矩陣表示，而MATLAB是以矩陣為基本運(yùn)算單元的，有許多預(yù)先定義的函數(shù)可供用戶求解不同類型的控制問題時調(diào)用，而且具有進(jìn)行交互分析的能力，所以使用MATLAB語言工具進(jìn)行現(xiàn)代控制理論的計算與仿真是最佳的[3]。將MATLAB與現(xiàn)代控制理論課程內(nèi)容結(jié)合起來，用于系統(tǒng)的建模、分析、設(shè)計和仿真，可以加深學(xué)生對概念及相關(guān)理論知識的理解。

結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，利用MATLAB可以進(jìn)行以下內(nèi)容的實驗：狀態(tài)空間表達(dá)式建立實驗、系統(tǒng)能控能慣性分析實驗、極點配置實驗，也可以安排學(xué)生利用課下時間，用Matlab完成一些仿真實驗，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3以學(xué)生為主導(dǎo)，注重教學(xué)反饋。

教學(xué)是一個教與學(xué)的雙向過程。教師不但要把知識傳授給學(xué)生，還要根據(jù)學(xué)生對知識的掌握情況及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度與教學(xué)方法。因此，在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)注意與學(xué)生的交流，通過課堂提問和布置作業(yè)，以及跟學(xué)生聊天，了解學(xué)生對于每部分內(nèi)容的掌握情況，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3.考核方式的改革

課程的考核不能單純地依靠期末考試的卷面成績，要加強(qiáng)對平時和實踐能力的考核?？梢詫⑵綍r成績和期末卷面成績分別占40%和60%，平時成績應(yīng)包括課堂提問、實驗、作業(yè)及出勤等方面。這樣可以讓學(xué)生注重學(xué)習(xí)習(xí)慣和能力的培養(yǎng)，而不僅僅是在臨近考試前進(jìn)行突擊，這樣的考核方式公平合理[4]。

4.結(jié)語

為了適應(yīng)社會與教育教學(xué)發(fā)展的需要，現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)必須不斷改革教學(xué)方法與手段。本文在教學(xué)內(nèi)容上注重基本概念和理論的講解，進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化；在教學(xué)方法上將多媒體課件與傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合，將理論知識與實驗仿真相結(jié)合；在考核方式上，兼顧平時成績與期末考試成績，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，為后繼專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和將來的工作打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉豹，唐萬生.現(xiàn)代控制理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]李鈞濤，馬天水，李文林.基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)改革，南陽師范學(xué)院學(xué)報，2011，10（3）：98-100.

[3]王從慶，丁勇.現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)改革的實踐與探討，南京航空航天大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2004，6（1）：72-75.

[4]王冬梅，劉帥師，黃艷秋.現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)改革探索，長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報（高教研究版），2011，32（3）：50-51.