《現(xiàn)代控制理論》的課程建設(shè)與教學(xué)改革研究

王林軍 謝又祥

【摘要】針對(duì)本校現(xiàn)代控制理論課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題和不足，從課程建設(shè)目標(biāo)和思路、課程教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)方法、課程實(shí)踐教學(xué)、科研促進(jìn)教學(xué)等方面提出了幾點(diǎn)想法，以對(duì)搞好現(xiàn)代控制理論課程建設(shè)具有一定的科學(xué)指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代控制理論? 課程建設(shè)? 教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】本文系三峽大學(xué)2021年研究生課程建設(shè)項(xiàng)目（SDKC202108）的研究成果。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G444 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）29-0186-02

現(xiàn)代控制理論課程是三峽大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我?！保C(jī)械工程、動(dòng)力工程及工程熱物理、能源動(dòng)力和電氣工程等研究生學(xué)碩和專(zhuān)碩的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，同時(shí)也是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，該課程在機(jī)械工程、動(dòng)力工程及工程熱物理、能源動(dòng)力和電氣工程等領(lǐng)域中有著非常重要的應(yīng)用，與生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合[1]。我校是國(guó)家水利部和湖北省人民政府共建大學(xué)，是教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”高校，我校大批本科畢業(yè)生奔赴生產(chǎn)第一線，結(jié)合地方需求服務(wù)地方發(fā)展，機(jī)械類(lèi)、能源動(dòng)力類(lèi)、電氣類(lèi)等專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)更加注重生產(chǎn)一線，這就對(duì)該類(lèi)專(zhuān)業(yè)的課程科學(xué)設(shè)置和規(guī)劃提出了更高要求，并且與實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)?，F(xiàn)代控制理論課程作為機(jī)械工程、動(dòng)力工程及工程熱物理、能源動(dòng)力和電氣工程等研究生學(xué)碩和專(zhuān)碩的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課[2-4]，主要目的是使學(xué)生熟悉控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析方法，掌握線性控制系統(tǒng)的狀態(tài)能控性、能觀性和李亞普諾夫穩(wěn)定性理論，掌握狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法，并能對(duì)線性控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上掌握最優(yōu)控制方法等。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)解決控制系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題，為工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。然而，隨著國(guó)際高教界逐漸形成了一股新的潮流，即高等院校越來(lái)越重視實(shí)踐和應(yīng)用，教育活動(dòng)逐漸傾向于短學(xué)程化，這就導(dǎo)致了當(dāng)前現(xiàn)代控制理論課程的教學(xué)課時(shí)被較大幅度地減少，從而對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等提出了更高的要求[5]。

1.現(xiàn)代控制理論課程在教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.1課程教學(xué)時(shí)間安排不夠

現(xiàn)代控制理論課程內(nèi)容飽滿(mǎn)，理論晦澀，但為適應(yīng)應(yīng)用型高等院校的短學(xué)程化要求，對(duì)課程教學(xué)課時(shí)進(jìn)行了大幅度的消減以及壓縮，使得目前的課程理論教學(xué)學(xué)時(shí)僅為24學(xué)時(shí)，從而導(dǎo)致了教師無(wú)法在課堂上詳細(xì)講解許多重要知識(shí)點(diǎn)，這樣更加增加了課程教學(xué)的難度。

1.2課程教學(xué)的內(nèi)容抽象、公式推導(dǎo)較復(fù)雜、理論性較強(qiáng)

此外，傳統(tǒng)課堂教學(xué)手法單一性，容易導(dǎo)致學(xué)生較難理解和掌握相關(guān)理論內(nèi)容。同時(shí)，考慮到學(xué)生在基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)掌握有所欠缺，以及“現(xiàn)代控制理論”課程以狀態(tài)空間模型為基礎(chǔ)，其復(fù)雜的理論知識(shí)體系，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)注意力不集中、對(duì)課程有抵觸情緒等問(wèn)題。

1.3理論與實(shí)踐聯(lián)系不緊密，實(shí)驗(yàn)部分少

由于理論課程內(nèi)容不能馬上用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論的理解和綜合運(yùn)用不夠。同時(shí)實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)資源的限制，影響許多實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。

針對(duì)該課程上述問(wèn)題，并結(jié)合前期教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn)，本文從課程建設(shè)目標(biāo)和思路、教學(xué)方法、教學(xué)手段、課程建設(shè)內(nèi)容等方面進(jìn)行改革和實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)解決控制系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題，為工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。

2.課程建設(shè)思路與教學(xué)改革研究

2.1 課程建設(shè)目標(biāo)和思路

對(duì)各專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行調(diào)查和研究，分析現(xiàn)代控制理論課程的重要性，并考慮人才培養(yǎng)目標(biāo)，將典型工程案例引入課程教學(xué)中，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的激發(fā)，同時(shí)能促進(jìn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決能力，進(jìn)一步有助于學(xué)生實(shí)踐技能的提高以及工程應(yīng)用型人才能力的培養(yǎng)。通過(guò)了解課程建設(shè)的當(dāng)前現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)好的課程建設(shè)寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)課程建設(shè)新思路進(jìn)行梳理，對(duì)多種教學(xué)方法進(jìn)行探索，不斷促進(jìn)課程教學(xué)效果的提高，同時(shí)有助于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性更好地激發(fā)。通過(guò)現(xiàn)代控制理論課程建設(shè)與教學(xué)改革實(shí)踐研究，對(duì)老師的教學(xué)創(chuàng)新意識(shí)有加強(qiáng)的作用，有助于課程教學(xué)水平和教師教學(xué)研究能力的提高。

2.2 課程教學(xué)內(nèi)容改革

購(gòu)置課程相關(guān)圖書(shū)資料，不斷拓寬視野，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容不斷更新，適應(yīng)未來(lái)課程建設(shè)改革發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)內(nèi)容不斷與時(shí)俱進(jìn)。購(gòu)置課程相關(guān)的控制模型或?qū)嵨?，并?duì)其進(jìn)行講解，有助于學(xué)生增強(qiáng)現(xiàn)代系統(tǒng)控制工程意識(shí)，理論知識(shí)與實(shí)踐綜合運(yùn)用相結(jié)合，以及學(xué)生學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)積極性的提高。

2.3 課程教學(xué)方法改革

針對(duì)現(xiàn)代控制理論課程的特點(diǎn)，讓學(xué)生從教材中的純理論知識(shí)、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)脫離出來(lái)，想辦法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的濃厚興趣，并讓學(xué)生感受到所學(xué)該課程知識(shí)在工程實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。在該課程建設(shè)過(guò)程中，不斷摸索科學(xué)合理的教學(xué)方法，如翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法、微課教學(xué)法等。

2.4 課程教學(xué)手段改革

現(xiàn)代控制理論課程抽象，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論要求較高，所以在進(jìn)行講授過(guò)程中，要充分利用計(jì)算機(jī)輔助工具，精心準(zhǔn)備優(yōu)秀課程教學(xué)PPT，這樣有助于在短學(xué)程化的條件下，能對(duì)現(xiàn)代控制理論課程內(nèi)容的重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行講授，以及改善該課程的課堂教學(xué)效果。同時(shí)，還可以采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的課堂教學(xué)方法，依據(jù)教學(xué)計(jì)劃的安排，選擇科學(xué)合理的章節(jié)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講授，進(jìn)行選取學(xué)校附近的公司及工廠，根據(jù)公司或企業(yè)中的現(xiàn)代控制案例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講授，讓學(xué)生能邊學(xué)習(xí)理論知識(shí)邊看實(shí)物，這樣有助于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的提高。同時(shí)，可以通過(guò)該課程的實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生嘗試對(duì)理論驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)行修改和創(chuàng)新，有助于學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和提高，還可以促使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的了解和熟悉，同時(shí)還可以安排一些現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)，讓學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立自主設(shè)計(jì)，最終通過(guò)數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果感受到設(shè)計(jì)的結(jié)果，這樣有助于提高學(xué)生的現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析能力。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生到相關(guān)公司進(jìn)行實(shí)習(xí)，學(xué)習(xí)和了解生產(chǎn)實(shí)踐中所用到的現(xiàn)代控制理論知識(shí)，促使學(xué)生在工程實(shí)踐中對(duì)控制問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，并能將所學(xué)理論知識(shí)用到生產(chǎn)實(shí)踐，真正解決實(shí)際生產(chǎn)中的現(xiàn)代控制問(wèn)題，這樣讓學(xué)生感受到這門(mén)課的課程價(jià)值、重要性和實(shí)用性，還有利于發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)該課程的積極性，以及課堂教學(xué)質(zhì)量的提高。

2.5 加強(qiáng)課程實(shí)踐教學(xué)建設(shè)

添置新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和設(shè)備，增加一些有趣實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生切實(shí)感受到學(xué)以致用。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生去實(shí)際工程中尋找與現(xiàn)代控制工程相關(guān)的問(wèn)題，激發(fā)興趣點(diǎn)和活躍思維，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，解決實(shí)際工程中的現(xiàn)代控制問(wèn)題，不斷培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神的意識(shí)，為后續(xù)從事現(xiàn)代控制工程相關(guān)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)為地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做好技術(shù)服務(wù)。

2.6 科研促進(jìn)教學(xué)

任課老師積極申報(bào)現(xiàn)代控制理論方面的科研項(xiàng)目，帶動(dòng)學(xué)生參與到老師的課題中，不斷培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)，歷練學(xué)生用所學(xué)現(xiàn)代控制理論知識(shí)來(lái)解決科學(xué)問(wèn)題。同時(shí)，教師還可以在課堂教學(xué)過(guò)程中講授科研項(xiàng)目中是如何解決現(xiàn)代復(fù)雜控制工程問(wèn)題，讓學(xué)生切實(shí)感受到現(xiàn)代控制理論的重要性。

2.7 加強(qiáng)和同行交流

了解相關(guān)工科專(zhuān)業(yè)課程培養(yǎng)方案，并與同行進(jìn)行廣泛交流，認(rèn)真調(diào)研現(xiàn)代控制理論課程在相關(guān)課程體系的地位和相關(guān)要求，力爭(zhēng)在后續(xù)工作中使得該課程能更科學(xué)合理地支撐相關(guān)專(zhuān)業(yè)的整個(gè)課程體系。

3.結(jié)語(yǔ)

考慮到現(xiàn)代控制理論課程是一門(mén)多學(xué)科交叉的課程，并結(jié)合我校人才培養(yǎng)目標(biāo)的特點(diǎn)，在當(dāng)前形勢(shì)下，對(duì)我?，F(xiàn)代控制理論課程的建設(shè)目標(biāo)和思路、課程教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)方法和手段、課程實(shí)踐教學(xué)、科研促進(jìn)教學(xué)等方面進(jìn)行了改革和研究，在進(jìn)行現(xiàn)代控制理論課程建設(shè)的同時(shí)，不斷對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行深化、改革和創(chuàng)新，形成了具有一定特色的課程教學(xué)模式。教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性的培養(yǎng)，而且要根據(jù)不同層次的學(xué)生特點(diǎn)，不斷對(duì)課程教學(xué)手段進(jìn)行改革和創(chuàng)新，這樣有助于更好地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動(dòng)手能力、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)計(jì)算以及利用已掌握的知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐愛(ài)平，楊靖.淺談新工業(yè)時(shí)代控制科學(xué)與工程的新發(fā)展與基礎(chǔ)教育[J].科教文匯（上旬刊），2021（4）：88-89+92.

[2]陳斌，周怡琳，林雪燕，高寶成.面向工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的現(xiàn)代控制理論高新課教學(xué)改革研究[J].高教學(xué)刊，2021，25（7）：128-131.

[3]王林軍，謝又祥.“現(xiàn)代控制理論”多媒體雙語(yǔ)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].科教文匯，2016（16）：61-62.

[4]張寶琳，房慶祥，曹飛龍.數(shù)學(xué)專(zhuān)業(yè)“現(xiàn)代控制理論”課程教學(xué)改革的思考[J].科教文匯（下旬刊），2010（12）.

[5]亢潔.新工科背景下《現(xiàn)代控制理論》教學(xué)改革與教材建設(shè)[J].中國(guó)新通信，2021，23（7）：171-172.

作者簡(jiǎn)介：

王林軍（1982年-），男，湖北黃岡人，博士，三峽大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院副教授，機(jī)械系黨支部書(shū)記，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性分析、反問(wèn)題理論與方法等研究。

謝又祥（1982年-），女，湖南邵陽(yáng)人，碩士，三峽大學(xué)科技學(xué)院副教授，研究方向?yàn)槲⒎址匠汤碚摷皯?yīng)用。