農(nóng)電專業(yè)現(xiàn)代控制工程課程教學(xué)改革與建設(shè)

蘭睿

摘要：眾所周知，在農(nóng)電專業(yè)中現(xiàn)代控制工程作為重要的學(xué)科之一，是不可或缺的。為進一步提升農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)研究生課程質(zhì)量，根據(jù)學(xué)科發(fā)展、生源素質(zhì)及其專業(yè)背景知識以及課程實際教學(xué)效果，從優(yōu)選教材、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)大綱、改革教學(xué)模式與教學(xué)方法、構(gòu)建課程學(xué)習(xí)支持體系和建立課程考核與評價標準等方面進行課程改革與建設(shè)，切實提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：農(nóng)電專業(yè);現(xiàn)代控制工程;課程教學(xué);改革與建設(shè)

引言

隨著我國農(nóng)網(wǎng)建設(shè)及規(guī)模的發(fā)展，尤其是互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)代先進的輸電技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)、安全穩(wěn)定控制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，保證了互聯(lián)電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性。這些技術(shù)的應(yīng)用代表了目前農(nóng)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展水平，也使農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)大大加強。我國農(nóng)電企業(yè)正在實施“新農(nóng)村、新電力、新服務(wù)”的農(nóng)電發(fā)展戰(zhàn)略，國家電網(wǎng)公司已提出積極開展“農(nóng)電隊伍素質(zhì)工程”，但縣級供電企業(yè)由于歷史原因，不論是人才數(shù)量還是人才結(jié)構(gòu)都遠遠不能適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展。

1農(nóng)電專業(yè)現(xiàn)代控制工程的含義

現(xiàn)代控制理論是現(xiàn)代控制方法的理論基礎(chǔ)，在信息、通信、自動控制和生物工程等很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。該課程主要介紹以狀態(tài)空間方程為模型的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計方法，包括系統(tǒng)的狀態(tài)方程數(shù)學(xué)模型、時域性能、系統(tǒng)穩(wěn)定性、系統(tǒng)能控性和能觀性等分析，狀態(tài)反饋控制與狀態(tài)觀測器設(shè)計及最優(yōu)控制等教學(xué)內(nèi)容。

2傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

現(xiàn)代控制理論課程作為自動化專業(yè)的核心課程，按照新版人才培養(yǎng)方案要求，目前的教學(xué)過程中存在許多問題。首先，由于現(xiàn)代控制理論具有理論性強和內(nèi)容抽象的特點，講課重點通常落實在理論知識、概念和公式推導(dǎo)上，忽視對學(xué)生工程實踐能力的引導(dǎo)與培養(yǎng)，從而很難將現(xiàn)代控制理論應(yīng)用于實際工程系統(tǒng)的設(shè)計中，很難提高復(fù)雜工程問題的分析和解決能力;第二，現(xiàn)有教材的內(nèi)容偏重于理論概念和公式推導(dǎo)，復(fù)雜工程示例較少，難以體現(xiàn)現(xiàn)代控制理論在分析和設(shè)計復(fù)雜工程控制問題的優(yōu)越性，并且與經(jīng)典控制理論聯(lián)系不夠緊密;第三，目前開設(shè)的實驗大部分是對理論的簡單驗證，缺乏復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計實例。

3農(nóng)電專業(yè)現(xiàn)代控制工程課程教學(xué)改革

3.1課堂教學(xué)改革

為了進一步突出“現(xiàn)代控制理論”課程的理論概念和工程背景，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，在實踐教學(xué)過程中引入倒立擺實驗平臺。倒立擺實驗平臺是控制研究領(lǐng)域廣為采用的控制算法驗證平臺，工程實踐中的許多控制問題，如火箭垂直發(fā)射、病人下肢康復(fù)訓(xùn)練、雙足機器人行走等，都可以歸結(jié)為倒立擺控制在實際中的應(yīng)用。因此，將倒立擺實驗平臺引入到“現(xiàn)代控制理論”實踐教學(xué)過程中來，通過指導(dǎo)學(xué)生獨立完成倒立擺實驗平臺的系統(tǒng)建模、性能分析、控制器設(shè)計等環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對復(fù)雜系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析方法的理解，切實提高學(xué)生對復(fù)雜控制對象的分析和控制設(shè)計能力。

3.2理論聯(lián)系實際

首先，在理論教學(xué)設(shè)計方面，在保證現(xiàn)代控制理論科學(xué)性的基礎(chǔ)上，盡量簡化理論推導(dǎo)，突出重要的概念、公式和方法，通俗易懂地講解現(xiàn)代控制方法。其次，在課程實驗教學(xué)設(shè)計方面，為確保實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，教師可以提前布置相關(guān)實驗教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生上實驗課前形成相關(guān)預(yù)習(xí)報告，實驗教學(xué)過程中做好對每位學(xué)生的實驗情況記錄，以便通過實驗教學(xué)環(huán)節(jié)及時了解每位學(xué)生的理論掌握程度，從而給理論教學(xué)提供依據(jù).實驗教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后要求學(xué)生嚴格按要求撰寫實驗報告并及時上交。此外，可以引用電子信息工程專業(yè)相關(guān)的一些工程系統(tǒng)，介紹這些工程中的控制問題以及解決思路.通過改造現(xiàn)有的實驗項目、電子競賽題目、引入工程實例等方式，壓縮驗證性實驗比例，提高綜合性、設(shè)計性和探究性實驗比例，以加深學(xué)生對概念、性質(zhì)和算法的理解，切實提高學(xué)生利用現(xiàn)代控制理論和方法解決實際工程問題的能力。

3.3充分運用現(xiàn)代化教學(xué)手段

采用多種教學(xué)手段，如電化教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。使學(xué)生在較短的時間內(nèi)對專業(yè)涉及的工程內(nèi)容有較具體的感性認識，幫助理解專業(yè)理論知識;采用多媒體教學(xué)，能夠使學(xué)生加深對課程原理的理解和掌握，生動形象，取得了好的教學(xué)效果。

3.4提高師資水平

應(yīng)充分認識到師資隊伍的整體水平在人才培養(yǎng)中的重要性，通過引進和自我培養(yǎng)相結(jié)合，努力提升教師的學(xué)歷層次和業(yè)務(wù)水平，鼓勵教師攻讀高層次學(xué)位。對于年輕教師的培養(yǎng)也刻不容緩，對此實施教授與助教一對一的指導(dǎo)模式，從而促進了年輕教師的成熟。所有教師堅持教學(xué)與科研并重，以科研促教學(xué)。科研工作的開展不僅提高了教師的學(xué)術(shù)水平，而且豐富了教學(xué)內(nèi)容。

3.5建立課程考核與評價標準

在考核方式上，采取期末開卷考試、階段任務(wù)完成情況、課堂表現(xiàn)與考勤、綜合能力考核相結(jié)合的綜合評價辦法。以上四個方面分別占總成績的40%、20%、20%和20%，從而建立完整的、具體的考核標準。這種考核方式與考核標準更注重過程考核，比以往只以理論考試進行考核的方法更有實效，更能測出學(xué)生的真實水平。

4農(nóng)電專業(yè)現(xiàn)代控制工程課程教學(xué)建設(shè)

4.1教材建設(shè)

教材建設(shè)是課程改革與建設(shè)的一個重點，現(xiàn)有的控制理論（工程）教材多將重點放在介紹以狀態(tài)方程等為數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)空間分析與設(shè)計方法上，理論性很強，內(nèi)容較深奧，而目前我校農(nóng)電專業(yè)的研究生生源大多為調(diào)劑生，普遍缺乏或不具備控制理論基礎(chǔ)的相關(guān)知識背景，因而現(xiàn)有教材顯得很不適用，需重新編寫或重組教材。在實際教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生的實際情況與農(nóng)業(yè)工程學(xué)科需要，有目的、有選擇的精選教材中的相關(guān)內(nèi)容進行授課，并對相關(guān)的控制理論進行精簡，突出重點，并增加MATLAB的仿真分析方法，現(xiàn)代控制理論與技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能裝備、農(nóng)業(yè)機器人等農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用案例及具體實現(xiàn)過程，使其真正適用于本專業(yè)。

4.2整合教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)體系

根據(jù)學(xué)生已有的知識水平和能力，以編制的教學(xué)大綱為依據(jù)，在兼顧各種教學(xué)環(huán)境因素的前提下，在教學(xué)內(nèi)容上重點講解核心概念、原理。在多年教學(xué)實踐經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，將教學(xué)內(nèi)容劃分為：狀態(tài)空間建模、系統(tǒng)性能分析、系統(tǒng)性能綜合三個模塊。在教學(xué)過程中，將教學(xué)重點放在線性定常系統(tǒng)的性能分析和改善上，對于線性時變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的分析則可略講;對于基礎(chǔ)性的關(guān)鍵內(nèi)容，如狀態(tài)空間表達式的獎勵、能觀能控制的判別、穩(wěn)定性的分析、極點配置和狀態(tài)觀測器的設(shè)計等部分進行重點講解。同時，依據(jù)自動化相關(guān)專業(yè)課程體系和人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，從廣泛使用的現(xiàn)代控制方法中合理篩選出有代表性工程實例融入到課程教學(xué)內(nèi)容中，通過介紹工程實例的控制問題及解決思路，以加深學(xué)生對課程相關(guān)概念、性質(zhì)的理解，加大課程教學(xué)的工程應(yīng)用特色。

結(jié)束語

綜上所述，為全面體現(xiàn)培養(yǎng)目標和學(xué)位要求，構(gòu)建符合學(xué)科特點的課程體系，開展了全面綜合型研究生課程體系建設(shè)，而現(xiàn)代控制工程作為農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)的專業(yè)課，是學(xué)校學(xué)生課程體系的一部分，對農(nóng)電專業(yè)研究生的教育與培養(yǎng)具有重要的作用。

參考文獻

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