《線性系統(tǒng)理論》研究生教育優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)探究

趙 峰 陳向勇 郭 明 張星慧

（臨沂大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，山東 臨沂 276005）

《線性系統(tǒng)理論》課程是系統(tǒng)與控制學(xué)科領(lǐng)域的一門(mén)最為基礎(chǔ)的課程，是普通高?？刂祁?lèi)、電類(lèi)及機(jī)電類(lèi)等許多學(xué)科碩士研究生學(xué)位基礎(chǔ)課程。以線性系統(tǒng)為基本對(duì)象，研究系統(tǒng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，揭示系統(tǒng)中固有的結(jié)構(gòu)特性，建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)與性能之間的定性、定量的關(guān)系，以及為改善系統(tǒng)性能以滿足工程指標(biāo)要求而采取的各類(lèi)控制器設(shè)計(jì)方法。由于在數(shù)學(xué)上處理線性系統(tǒng)比較方便，所以線性系統(tǒng)理論在系統(tǒng)和控制領(lǐng)域中得到研究和發(fā)展，并且應(yīng)用廣泛，成果較多。本課程的主要內(nèi)容包括線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述、線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析、能控性與能觀測(cè)性、傳遞函數(shù)矩陣的狀態(tài)空間實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、狀態(tài)反饋、狀態(tài)觀測(cè)器等。其理論性強(qiáng)，知識(shí)涉及面廣，所研究的概念、原理、方法、結(jié)論等對(duì)于其他相關(guān)控制課程，如自適應(yīng)控制、非線性系統(tǒng)控制、最優(yōu)控制、魯棒控制、系統(tǒng)辨識(shí)、過(guò)程控制等具有非常重要的基礎(chǔ)性作用[1]。

信息技術(shù)的不斷應(yīng)用于現(xiàn)代教育領(lǐng)域，我國(guó)各方面的建設(shè)對(duì)研究生的需求規(guī)模不斷擴(kuò)大，但是規(guī)模的擴(kuò)大使得研究生的培養(yǎng)參差不齊。這就要求高校在研究生的培養(yǎng)、專(zhuān)業(yè)設(shè)置等方面需要不斷優(yōu)化，為我國(guó)各方面的建設(shè)提供充足的人力資源。因此要不斷推進(jìn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，把追求人才數(shù)量逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽非笕瞬刨|(zhì)量?！毒€性系統(tǒng)理論》作為系統(tǒng)與控制學(xué)科領(lǐng)域的最基礎(chǔ)的課程之一，課程的建設(shè)需要不斷的改革和完善，特別是課程的優(yōu)質(zhì)建設(shè)是未來(lái)學(xué)科應(yīng)用的重點(diǎn)。

一、課程教學(xué)存在的問(wèn)題

《線性系統(tǒng)理論》課程理論性較強(qiáng)，涉及的內(nèi)容廣，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，使得學(xué)生的理解難度較大，并且該課程共48學(xué)時(shí)，很難涉及全部?jī)?nèi)容。目前仍然單純地按照教材組織授課內(nèi)容，并且教學(xué)內(nèi)容陳舊，內(nèi)容普遍滯后于學(xué)科發(fā)展前沿，教學(xué)形式上缺乏授課內(nèi)容的設(shè)計(jì)，忽略了教學(xué)內(nèi)容與相關(guān)領(lǐng)域的控制問(wèn)題的結(jié)合，理論與實(shí)踐脫節(jié)，教學(xué)方法單調(diào)、枯燥。在教學(xué)過(guò)程中往往教師占主導(dǎo)地位，仍然以“填鴨式”教學(xué)為主，忽略了學(xué)生的主體地位，重視知識(shí)的傳授而忽略了能力的培養(yǎng)，重視知識(shí)的傳承而忽略對(duì)知識(shí)的創(chuàng)新，忽略學(xué)生和教師、學(xué)生和學(xué)生之間的交流討論，缺乏研究生的主動(dòng)參與，缺乏開(kāi)放性、主體性、研究性，學(xué)生參與度不夠，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果較差。同樣的，課堂教學(xué)評(píng)價(jià)側(cè)重衡量教師完成教學(xué)目標(biāo)和知識(shí)傳授情況，忽略了學(xué)生的主體性，不顧學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)發(fā)不足，不能滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求以及自學(xué)能力的提升。同時(shí)作為研究生課程，由于教學(xué)形式的單一，不能很好地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及研究能力，不能使學(xué)生形成完整的知識(shí)體系。僅僅講解課本上的知識(shí)，而不關(guān)注最新的研究進(jìn)展，不能拓寬學(xué)生的知識(shí)面和視野。

二、課程建設(shè)中的改革措施

（一）教學(xué)方法和教學(xué)手段的創(chuàng)新與完善

教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革是優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)成功與否的關(guān)鍵?！毒€性系統(tǒng)理論》課程知識(shí)體系抽象，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)研究生的培養(yǎng)要求，也無(wú)法滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求，這就要求在教學(xué)過(guò)程中教師采用靈活多樣的教學(xué)方法和手段。在教學(xué)過(guò)程中，要不斷引入形象化的案例，將案例教學(xué)貫穿課程始終，把抽象的知識(shí)形象化。《線性系統(tǒng)理論》課程是以狀態(tài)空間描述為基礎(chǔ)，對(duì)線性系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和綜合，涉及線性系統(tǒng)的可控性、客觀性、標(biāo)準(zhǔn)性、狀態(tài)反饋涉及、觀測(cè)器、穩(wěn)定性分析等等，理論性較強(qiáng)，內(nèi)容比較抽象，這就要求將所講授的內(nèi)容與工程實(shí)際相結(jié)合，如在講解系統(tǒng)建模時(shí)，可以用電機(jī)模型為例，讓學(xué)生熟悉實(shí)際的建模過(guò)程；在講解系統(tǒng)狀態(tài)解耦時(shí)，可以用直升機(jī)為例，如果沒(méi)有解耦技術(shù)，飛機(jī)的駕駛難度高，就需要飛機(jī)駕駛員具有很高的駕駛技術(shù)，但是解耦技術(shù)的利用將使得直升機(jī)的駕駛難度降低。同時(shí)把課程思政引入教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)課程內(nèi)容和特點(diǎn)，介紹我國(guó)本領(lǐng)域的突出成就和相關(guān)的人物事跡，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，真正落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，利用MATLAB等工具，不僅能夠加深整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的印象，還能熟悉軟件的應(yīng)用，例如在學(xué)習(xí)線性定常系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，可以利用MATLAB繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，更加直觀地了解系統(tǒng)收斂和發(fā)散的情況，也熟悉了程序的編寫(xiě)以及Simulink的使用。同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，增加課程教學(xué)過(guò)程中的討論和探究環(huán)節(jié)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。例如教師引出下節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，安排學(xué)生課下進(jìn)行自學(xué)，然后在課上進(jìn)行講解，學(xué)生之間相互交流討論，最后由教師指出存在的問(wèn)題并做相應(yīng)的補(bǔ)充，這樣不僅提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和表達(dá)能力。因此在教學(xué)過(guò)程中，改變單一的教學(xué)形式，不斷研究新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，不斷提升學(xué)生學(xué)習(xí)的理論深度，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而使學(xué)生能夠輕松地掌握所學(xué)的課程知識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）課程網(wǎng)絡(luò)資源的豐富

隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)等方面的要求會(huì)越來(lái)越高，而學(xué)生能力的提升，必須有大量、豐富的課程資源來(lái)支撐?，F(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展影響著人們的思維和學(xué)習(xí)生活方式，也使得學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠了解更多的理念、知識(shí)、信息。信息技術(shù)的發(fā)展也沖擊著傳統(tǒng)的教學(xué)方式、教學(xué)理念、教學(xué)方法等，因此需要一種新的學(xué)習(xí)方式。利用最有效的資源去輔助教學(xué)，為學(xué)生知識(shí)技能、價(jià)值觀等目標(biāo)的全面實(shí)現(xiàn)提供必要的支持，其中互聯(lián)網(wǎng)資源與教育的融合促進(jìn)了教學(xué)的改革，積極開(kāi)創(chuàng)慕課、微課等課程，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，使得教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源開(kāi)放共享[2，5]。組織教師不斷豐富完善課程資源，制作精益求精的課件、視頻。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，可以充分體現(xiàn)科技手段的人性化，合理地嵌入電子課件、視頻資料、動(dòng)畫(huà)等元素，不僅豐富了課程資源，也使得抽象的知識(shí)更加形象化。同時(shí)使得學(xué)習(xí)資源更加優(yōu)化，利用更加高效，學(xué)生可以隨時(shí)觀看利用，不受課堂的限制，也有助于學(xué)生拓寬知識(shí)面，了解本課程的前沿知識(shí)，這就彌補(bǔ)了在課堂教學(xué)過(guò)程中時(shí)間短、知識(shí)量大的缺點(diǎn)。而且利用網(wǎng)絡(luò)，師生之間、學(xué)生之間可以隨時(shí)進(jìn)行溝通交流，對(duì)于學(xué)生普遍關(guān)注的問(wèn)題，教師可以在課堂上詳細(xì)講解，使網(wǎng)絡(luò)資源成為擴(kuò)充學(xué)生知識(shí)、課堂教學(xué)反饋的輔助教學(xué)手段。

（三）教師教研能力的提升與課程團(tuán)隊(duì)的建設(shè)

在信息化的環(huán)境下，教師的角色不再是知識(shí)的壟斷者，而是學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者和幫助者，因此在日新月異的數(shù)字化時(shí)代，教師必須具有強(qiáng)烈的現(xiàn)代化教學(xué)意識(shí)，熟練的教學(xué)技巧。與此同時(shí)《線性系統(tǒng)理論》課程所涉及的知識(shí)面廣，這就要求教師需要不斷地提升自身科研能力和學(xué)科的知識(shí)水平[3-4]，不斷豐富自身閱歷，掌握現(xiàn)代化的教學(xué)方法，把握教學(xué)的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵，把先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想和前沿知識(shí)滲透到教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣，增強(qiáng)學(xué)術(shù)研究的信心，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，努力培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感和使命感，從而實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的統(tǒng)一，知識(shí)學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)的統(tǒng)一，教學(xué)與科研的統(tǒng)一結(jié)合，以此提升整個(gè)課程建設(shè)的高度。在提升教師自身教研能力的同時(shí)，加強(qiáng)課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)，組織課程團(tuán)隊(duì)教師外出學(xué)習(xí)，開(kāi)闊教師的國(guó)際視野，強(qiáng)化合作交流[6]。課程團(tuán)隊(duì)需要經(jīng)常交流，共同解決教學(xué)科研中遇到的問(wèn)題，及時(shí)凝練在交流過(guò)程中掌握的新的理論、技術(shù)、方法。建設(shè)一支教學(xué)科研能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理的課程團(tuán)隊(duì)，為優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（四）考核評(píng)價(jià)體系的改革

提高研究生課堂教學(xué)質(zhì)量，科學(xué)有效的考核評(píng)價(jià)體系能夠全面客觀的反饋人才培養(yǎng)的效果，對(duì)學(xué)生產(chǎn)生激勵(lì)作用，為教師提高教學(xué)改進(jìn)的動(dòng)力和方向。打破傳統(tǒng)的記憶式的考核模式，注重多元化的評(píng)價(jià)模式，特別是過(guò)程性考核，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自評(píng)互評(píng)、教師評(píng)價(jià)以及課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)評(píng)價(jià)的多元化的評(píng)價(jià)方式。學(xué)生自評(píng)互評(píng)包括學(xué)生對(duì)本門(mén)課程學(xué)習(xí)情況的自我總結(jié)，找出自身的不足，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。教師評(píng)價(jià)包括研究生的課堂出勤率、作業(yè)、筆記、參與課堂討論、對(duì)新知識(shí)的講授理解以及對(duì)問(wèn)題的解答等，可以直觀地了解學(xué)生對(duì)《線性理論課程》的需求內(nèi)容，也可以使教師了解教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)反思與自評(píng)。課程團(tuán)隊(duì)評(píng)價(jià)主要是研究生閱讀指定文獻(xiàn)的理解、發(fā)表學(xué)術(shù)論文、完成調(diào)查研究報(bào)告、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及獲取專(zhuān)利等，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究作風(fēng)。最后的考核也采用開(kāi)放式、多樣式的課程考核體系。通過(guò)多方面的考核方式，能夠綜合、公平的評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，不斷的改革和完善考試評(píng)價(jià)體系，為優(yōu)質(zhì)課程的建設(shè)提供保障。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文從《線性系統(tǒng)理論》課程的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合臨沂大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院研究生實(shí)際情況，從教學(xué)方式方法、課程資源、教師能力、團(tuán)隊(duì)建設(shè)、考核評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行改革。然而優(yōu)質(zhì)課程的建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)的、長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)過(guò)程，是研究生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，在后續(xù)的教學(xué)過(guò)程中，需要不斷地探索研究，努力把本課程建成國(guó)家級(jí)優(yōu)質(zhì)課程，為全面提升研究生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)研究生的各方面的能力提供保障。