研究生教學(xué)中的現(xiàn)代控制理論課程改革探析

白濤+徐博

摘 要：文章針對碩士研究生基礎(chǔ)課程“現(xiàn)代控制理論”教學(xué)存在的“教學(xué)模式單一，學(xué)生接受困難”的現(xiàn)狀，根據(jù)碩士研究生學(xué)習(xí)的不同需求，提出了“現(xiàn)代控制理論”教學(xué)模式與考核方式改革方案，完善了該門課程的人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化了學(xué)生的知識體系，提高了學(xué)生的成績以及理論、實踐水平，為學(xué)生之后的就業(yè)和升學(xué)打下了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代控制理論；課程改革；自動控制

中圖分類號：G643 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）12-0028-02

“現(xiàn)代控制理論”課程是哈爾濱工程大學(xué)自動控制專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，是碩士研究生課程中的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對后續(xù)的“最優(yōu)控制理論”、“魯棒控制理論”等一系列控制理論相關(guān)課程有著承上啟下的作用。在目前以教師課堂講授為主的教學(xué)模式下，大部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、為應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)，有學(xué)者認(rèn)為這種情況是由于在教學(xué)交互過程中，流向?qū)W習(xí)者的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流向傳授者的信息量，其最終必然導(dǎo)致學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和積極性被扼殺，創(chuàng)造性被泯滅[1-2]。這種現(xiàn)象不符合創(chuàng)建研究型大學(xué)所要求的培養(yǎng)學(xué)生自主分析問題、解決問題并擁有創(chuàng)新能力的要求。為改變這一情況，我們結(jié)合學(xué)校的教改需求，通過對該課程的教學(xué)模式和考核方式進(jìn)行改革，取得了較好的效果。

一、針對學(xué)習(xí)需求的教學(xué)模式

（一）研究生的學(xué)習(xí)需求

哈爾濱工程大學(xué)碩士研究生分為兩年和兩年半兩種學(xué)制，其中第一年均為課程學(xué)習(xí)，后續(xù)為在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。

碩士研究生在入學(xué)時普遍已經(jīng)有了較為成熟的學(xué)習(xí)目標(biāo)，一般為方便就業(yè)和考博升學(xué)。

以升學(xué)為學(xué)習(xí)目的學(xué)生，他們的關(guān)注點是學(xué)習(xí)的知識是否能夠讓其成功升學(xué)并盡快適應(yīng)博士階段的科研和學(xué)習(xí)。

以就業(yè)為學(xué)習(xí)目的的學(xué)生，特別是兩年制的學(xué)生，其在課程學(xué)習(xí)后只有半年時間進(jìn)行理論和實踐學(xué)習(xí)，之后就必須面臨就業(yè)的壓力，因此，他們對于學(xué)習(xí)的目的更加傾向于適應(yīng)工作需求的知識的學(xué)習(xí)。

（二）“按需分類”的教學(xué)模式

“按需分類”的教學(xué)模式是根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)目的進(jìn)行有針對性的教學(xué)和考核的教學(xué)模式，為簡化教學(xué)管理難度，目前一般根據(jù)就業(yè)和升學(xué)兩種學(xué)習(xí)需求進(jìn)行安排。

“現(xiàn)代控制理論”是一門主要講述多輸入、多輸出系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)化、分析和綜合等內(nèi)容的理論教學(xué)課程，作為哈爾濱工程大學(xué)自動化學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，所有子專業(yè)的碩士生均需進(jìn)行學(xué)習(xí)。

以往的教學(xué)經(jīng)驗表明，由于本課程在控制理論與控制工程專業(yè)中的基礎(chǔ)性以及其在升學(xué)考試和申請國外博士學(xué)位中的必要性，因此即使在以前的教學(xué)模式下，以升學(xué)為目的學(xué)生也是學(xué)習(xí)最認(rèn)真、成績最好的一部分。因此，針對這部分學(xué)生的要求應(yīng)該是在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上加入專業(yè)論文寫作方面的內(nèi)容，讓他們在課程學(xué)習(xí)的過程中，就能夠結(jié)合自己的學(xué)科方向練習(xí)學(xué)術(shù)論文的寫作技能，更快地進(jìn)入并適應(yīng)博士階段的學(xué)習(xí)節(jié)奏，最大程度地調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極性。

以就業(yè)為學(xué)習(xí)目標(biāo)的學(xué)生是學(xué)生中的主體，為了就業(yè)他們注重的是學(xué)習(xí)一些實用的、符合就業(yè)需求的技術(shù)和知識，因此許多學(xué)生把大量的精力放在了編程、畫板等與實際工作有關(guān)的知識的學(xué)習(xí)上。理論課程在這方面有著先天的劣勢，因此許多學(xué)生對理論課程的態(tài)度多是通過考試、拿到學(xué)分即可。所以，為了使本課程的教學(xué)模式適應(yīng)他們的需求，使課程的學(xué)習(xí)與實踐相結(jié)合，需要通過教師的努力，給學(xué)生安排與教學(xué)相關(guān)的實踐項目，讓學(xué)生感到學(xué)的東西有用，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和意識。

二、現(xiàn)代控制理論課程改革的策略

（一）課程的安排

首先在全面介紹課程內(nèi)容及教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，通過問卷形式對學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿進(jìn)行調(diào)查，需要強(qiáng)調(diào)不同的學(xué)習(xí)模式均要完成課堂的理論課程學(xué)習(xí)及試卷考核，且不同的分類對最終的考核成績沒有決定性的影響，以避免學(xué)生為通過考核或獲得更好的成績進(jìn)行虛假的選擇。

在教學(xué)過程中，仍以傳統(tǒng)的課堂教學(xué)為主要教學(xué)形式，輔以“慕課”的形式對課堂教學(xué)中的難點以形象化的教學(xué)方式給以輔導(dǎo)，例如，關(guān)于李亞普諾夫穩(wěn)定性的概念，在課堂上根據(jù)動畫演示可以較為輕松地講解，但隨著課程的深入，學(xué)生忘記的可能性加大，因此以“慕課”的形式給學(xué)生一個能夠隨時復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)的手段是非常重要的；再比如，在多極點配置綜合問題的理論推導(dǎo)過程中，涉及了模型是否為真的問題，由于推導(dǎo)過程是從模型為理論理想狀態(tài)，通過數(shù)學(xué)手段推導(dǎo)到模型為嚴(yán)真狀態(tài)，因此其中很多步驟中的數(shù)學(xué)理論并不容易理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很容易混淆概念，而“慕課”的形式可以在每一步推導(dǎo)中隨時提醒學(xué)生為什么這么做的理由，能夠化繁為簡，補充了課堂講授形式的不足，易于學(xué)生接受較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。

在課堂講授的基礎(chǔ)上，針對升學(xué)需求的學(xué)生，在教學(xué)的各個階段增加仿真、論文寫作方面的內(nèi)容，提供相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，如船舶、飛機(jī)的微分?jǐn)?shù)學(xué)模型，訓(xùn)練學(xué)生使用學(xué)到的知識，對這些數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，分析和綜合，并使用matlab等仿真軟件對模型的不同參數(shù)進(jìn)行仿真分析，最終要求形成一篇結(jié)構(gòu)完整、論據(jù)翔實、結(jié)果明晰的論文，使他們在學(xué)習(xí)課堂知識的基礎(chǔ)上，能夠運用課程知識對自己的專業(yè)內(nèi)容進(jìn)行建模、分析和綜合，并能將本門課程的知識作為基礎(chǔ)、靈活運用，為之后的博士階段學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

對于占多數(shù)的，以就業(yè)為學(xué)習(xí)為目的的學(xué)生而言，他們需要的是能夠滿足工作需求的知識的學(xué)習(xí)，以往這方面的知識大多是通過在教研室跟隨導(dǎo)師得到的。但實際情況是，許多學(xué)生，特別是兩年制的研究生，在入學(xué)時并沒有能力選擇具有很強(qiáng)實力的導(dǎo)師或教研室，這樣他們只能通過自學(xué)來實現(xiàn)知識和能力的積累，那么這些學(xué)生自然更加沒有精力和興趣來投入理論課程的學(xué)習(xí)。針對這些學(xué)生，我們采用以實踐代入學(xué)習(xí)的方式來培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣。這里我們借助教改項目“跨學(xué)科科研中基于導(dǎo)師團(tuán)隊的研究生培養(yǎng)模式探究”，將項目合作導(dǎo)師的科研項目與課程內(nèi)容相結(jié)合對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，由于目前團(tuán)隊中的導(dǎo)師都具有各個類別的縱向、橫向項目，因此我們可以在這些項目中抽取與課程內(nèi)容相關(guān)的內(nèi)容，適時、適當(dāng)?shù)匕才艑W(xué)生介入這些項目，例如：在導(dǎo)航裝置或數(shù)據(jù)記錄裝置的研發(fā)中的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化編程、濾波器的基礎(chǔ)開發(fā)等等，讓學(xué)生接觸到真正與實踐接軌的東西，讓學(xué)生理解課程內(nèi)容在實際領(lǐng)域中的應(yīng)用，讓他們了解以后在本專業(yè)領(lǐng)域的工作中應(yīng)具有什么樣的能力。

（二）課程的考核

在課程考核的改革中，我們參考了《華盛頓協(xié)議》對本科生進(jìn)行考核的方式[3]，放棄了傳統(tǒng)的一張卷子定勝負(fù)的考核方式。采取了以卷面考核成績占70%，平時成績占30%的形式，平時成績的考核方式針對不同類型的學(xué)生采取不同的考核方式。

對以升學(xué)為目的的學(xué)生，主要以平時作業(yè)和期末上交的論文考核平時成績，主要考核學(xué)生是否掌握了論文的寫作能力，所以考核的重點是論文的結(jié)構(gòu)和語言、圖表的組織，不要求內(nèi)容的創(chuàng)新性以杜絕抄襲，必要時可令學(xué)生單獨向教師以答辯形式講述論文內(nèi)容。

對以就業(yè)為目的的學(xué)生，主要考核其將本課程知識和項目結(jié)合的能力，以參與項目內(nèi)容的完成程度和項目所屬的教師的評價為依據(jù)，側(cè)重考核完成的內(nèi)容的實用性。

使用這種考核方式，能夠比較公平地將不同類別的學(xué)生的成績，在統(tǒng)一的模式下進(jìn)行評價。

（三）加強(qiáng)理論結(jié)合實際，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

為了在教學(xué)之外拓展培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，彌補過于關(guān)注學(xué)業(yè)成績，忽視學(xué)生全面發(fā)展的問題[4]，借助哈爾濱工程大學(xué)的國家級實驗教學(xué)示范中心，結(jié)合一些教師在項目上的需求，采用由教師的項目提供資金，借用實驗室的資源和設(shè)備，對有興趣的學(xué)生進(jìn)行有針對性的培養(yǎng)，使其能夠參與創(chuàng)新類的項目或各個級別的競賽項目，如：出水四旋翼飛機(jī)的設(shè)計和實驗、DSP+FPGA用于導(dǎo)航定位裝置的設(shè)計、超空泡形態(tài)的檢測和控制實驗設(shè)備的設(shè)計、MEMS導(dǎo)航板的設(shè)計等硬件及軟件的相關(guān)開發(fā)等。這樣既能夠鞏固課程知識的學(xué)習(xí)，又能發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，特別感興趣的學(xué)生也能有機(jī)會參與科技大賽的團(tuán)隊或加入更加有實力的團(tuán)隊中發(fā)揮自己的能力。

三、結(jié)語

信息化、網(wǎng)絡(luò)化并結(jié)合個性化、需求化的培養(yǎng)方式，實現(xiàn)了對“現(xiàn)代控制理論”課程在碩士研究生教學(xué)中進(jìn)行改革和加強(qiáng)的目的，使本課程的教學(xué)和科研水平有了很大的提高，學(xué)生理論課成績提高了10%，及格率提高

了12%，教師的科研立項、學(xué)生的創(chuàng)業(yè)課題和電子大賽獲獎都有了很大的提高。該教學(xué)模式解決了學(xué)生的不同的學(xué)習(xí)需要，培養(yǎng)了學(xué)生的分析問題、解決問題的能力，符合研究型大學(xué)培養(yǎng)研究生的培養(yǎng)目標(biāo)，同時該教學(xué)模式的改革也促進(jìn)了教師能力的加強(qiáng)，促進(jìn)了“慕課”的建設(shè)，促進(jìn)了教師對課程的理解并為課程補充了新鮮的內(nèi)容，體現(xiàn)了學(xué)生的需求就是大學(xué)教學(xué)的目的的思想。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳迪.互動媒體支撐下的課堂教學(xué)研究[D].武漢：華中 師范大學(xué)，2012.

[2]郭殿林，姜志成，劉遠(yuǎn)義.電機(jī)與拖動基礎(chǔ)教學(xué)改革探析 [J].黑龍江教育：高教研究與評估，2016，（12）.

[3]樊一陽，易靜怡.《華盛頓協(xié)議》對我國高等工程教育的 啟示[J].中國高教研究，2014，（8）.

[4]段成芳.培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)管理改革——以 “挑戰(zhàn)杯”為個案的研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.