论文部分内容阅读
摘 要 现代控制理论是自动化相关专业的一门重要的专业课。为了适应新形势下对创新型人才培养的要求，进行一系列教学改革：首先根据学时安排及学生的实际水平，优化教学内容，强化关键内容；针对该课程理论性强、公式多等特点，将实际例子贯穿于课堂讲授全过程；并通过将科研与教学结合，把最新的控制理论讲授给学生，开阔学生视野。
关键词 现代控制理论；教学改革；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）20-0114-02
Research on Teaching Reform of Modern Control Theory//LI Junhong， GU Juping， MA Weiguo， WANG Juan
Abstract Modern control theory is an important basic course of automatic specialty. In order to meet requirements under the new situation of innovative talents， we conducted a series of teaching reform： first of all， according to the actual level of students and the schedules， we optimize the teaching content and strengthen the key content； according to the characteristics of the course， the actual examples are added throughout the whole course process； and through the combination of scientific research and teaching， students can obtain the latest progress in the control theory， and their horizons are broaden.
Key words modern control theory； teaching reform； teaching manner
1 前言
现代控制理论是南通大学自动化专业学生“自动控制原理”的后续课程，是自动化类专业本科生的一门专业必修课，学时为48学时，其中实验学时为6学时。本课程不仅是自动化专业的一门重要的专业课，而且是一门考研专业课，占有举足轻重的地位。目前，不仅许多大学的自动化专业将本课程作为本科生的必修课，而且许多其他学科，比如运筹学、经济类等学科，也把该课程作为选修课。
为了适应新形势下控制理论发展的需要以及新时期人才培养的新要求，研究型教学模式日益受到重视。研究型教学模式是以知识教育为依托，以培养学生的能力为主要目的，把学习、研究、实践有机结合并引导学生科研主动性的充分发挥[1-2]，并且能够创造性地运用知识和技能，养成能够自主解决问题的科学探索精神，以培养高层次、复合型的高素质人才的一种教学模式。
目前，南通大学正加快推进从教学型大学向教学研究型大学的转变。在这个背景下提出现代控制理论课程的研究型教学改革，期望通过实行教学与研究的结合，让学生接触本学科前沿知识，通过优化课程内容和教学方法建立基于研究的学习模式，推进人才培养质量的提高。
2 优化教学内容
现代控制理论课程的主要特点是理论性强、概念抽象、数学基础要求高、公式多、计算繁杂，学生往往感到枯燥无味、难懂，而有些数学基础好的学生，尽管能看懂理论和方法，但不知道如何使用[3-4]。目前南通大学本课程所用的教材是国家级精品课程主干教材《自动控制原理》（第五版），授课学时是48学时，包括6学时实验，因此理论授课时间是非常有限的。如何在有限的学时内让学生把握住重点？这就需要精简教学内容，强化关键内容。因此，教师在讲授过程中，结合学生的水平及学时安排情况，精简了部分教学内容。比如：在可控性方面，重点掌握状态可控性，尤其是线性连续系统的状态可控性；在可观测性方面，重点讲线性连续系统的内容，对于离散系统部分，可以根据对照关系让学生掌握。
此外，作为一门不断发展和前进的学科，新的控制理论研究热点和内容不断涌现，现有教材的更新往往远落后于理论的飞速发展。因此，在保证书本上重点内容、基本原理和方法的介绍之外，适时增加控制理论的新的内容。
3 理论知识和实际例子有机结合
现代控制理论课程包含大量的理论概念和矩阵运算，概念抽象，学生在学习过程中感觉较为枯燥，有些学生甚至认为该门课的主要任务就是数学计算，而忽略了现代控制理论的工程应用背景[5]。为了让学生将理论与实际结合起来，在教学过程中引入实验室的旋转式倒立摆系统作为工程案例，并贯穿于整个教学过程。比如，在讲状态空间建模时，除了介绍课本上的RLC电路和机械系统的建模例子之外，将实验室的倒立摆系统作为一个实际对象，让学生通过悬臂、摆杆的受力分析，并通过线性化处理，化简并列出它的状态空间模型；在讲能控性、能观测性这一部分时，同样结合倒立摆系统，根据化简得到的状态空间模型，通过MATLAB仿真分析它的能控性和能观测性。通过直观的控制系统实例，引导学生进行自主和研究型的学习，激发学习兴趣。
4 翻转课堂与传统授课方式相结合
现代控制理论课程包含大量的复杂公式和数学证明，如果仅仅通过每节课40分钟的课堂讲授，有些学生可能对某些知识点掌握不牢。MOOC（Massive Open Online Course） 近两年来受到国际及国内教育界的高度关注，它的主要思想是借助现代信息技术和互联网平台，将传统高校的课堂教学转移到网络平台，让更多的学习者在虚拟的教室里自由学习[6-7]。MOOC的开放性可使学生通过网络搜索找到全球各学科最高水平的课程，并可针对不同大学的课程进行比较，分析其异同，找到更适合自己学习的课程，有助于更加深入、全面地理解课程内容。对于不明白的地方，可以通过反复观看讲课视频掌握，而这是传统高等教育很难达到的。
目前，在线学习、随时学习、翻转学习、互动学习等一系列新理念吸引了全球众多名校加入到新的教育改革浪潮[6]。目前，国内除了像国家精品课程资源网这样的精品课程展示网站外，也已经出现了慕课中文网站。在课程讲授过程中，把精品课程、MOOC网站上的课程网址告知学生，在讲课之前让他们事先通过课程网站学习相关知识点，让学生带着问题听课，从而提高课堂教学效率。对于课程学习中的问题，也可以课后通过继续查看相关视频深入掌握。通过将MOOC在线课堂与传统课堂教学相结合，可以提高学生学习的主动性和积极性，从而培养学生自主学习、处理问题的能力。
5 科研与教学紧密结合
研究型教学是要培养学生的科研能力，养成良好的科研素养，这就需要学生接触和学习新的理论和方法。随着控制理论和技术的不断发展，新的控制方法不断涌现，现有的教材中往往不能紧跟控制理论最新的研究方向和热点。这就需要教师结合自己的科研方向和研究进展，将接触到的最新的控制领域发展介绍给学生[3]。
首先，教师要能够走出去，参加比如中国控制会议、中国控制与决策会议等国内重要的控制会议，听取国际国内著名控制专家的大会报告，并与同行交流，自己首先能够消化吸收。
其次，在教学过程中，结合课堂教学内容，适时地把中国控制会议或中国控制与决策会议等部分大会报告进行介绍[8]，并介绍一些非线性控制、系统辨识及建模、预测控制、鲁棒控制及分布参数系统控制等最新的控制理论进展，使学生及时了解和掌握现代控制理论的发展方向。
最后，将自己科研中下载的某些比较好的英文综述文献发送给学生，既可以开阔他们的视野，还可以锻炼他们阅读英文文献的能力，提高他们的综合素质。
6 结语
针对现代控制理论课程公式多、理论性强的特点，在教学过程中，通过调整教学内容、改进教学方法、科研与教学相结合等举措，培养创新型人才，增加了学生学习该课程的兴趣，提高他们利用控制理论解决实际问题的能力和科研创新精神，收到良好的教学效果。
参考文献
[1]籍建东.研究型教学模式与传统教学模式的比较[J].职教论坛，2011（5）：43-45.
[2]李彦.研究型教学在英语语言学课程中的实践[J].湖北广播电视大学学报，2013（9）：130-131.
[3]李钧涛，马天水，李文林.基于创新人才培养的现代控制理论课程教学改革[J].南阳师范学院学报，2011（3）：98-100.
[4]孟月波，嵇启春.“线性系统理论”本科教学改革与实践电气[J].电子教学学报，2009（z2）：196-198.
[5]陈峰.CDIO模式下《现代控制理论》课程教学改革的探讨[J].实验科学与技术，2012（3）：69-70，132.
[6]徐明，龙军.基于MOOC 理念的网络信息安全系列课程教学改革[J].高等教育研究学报，2013，36（3）：16-19.
[7]李斐，黄明东.“慕课”带给高校的机遇与挑战[J].中国高等教育，2014（7）：22-26.
[8]张正强，王艳.“现代控制理论”课程的教学探讨[J].电气电子教学学报，2009（5）：31-32.
关键词 现代控制理论；教学改革；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2015）20-0114-02
Research on Teaching Reform of Modern Control Theory//LI Junhong， GU Juping， MA Weiguo， WANG Juan
Abstract Modern control theory is an important basic course of automatic specialty. In order to meet requirements under the new situation of innovative talents， we conducted a series of teaching reform： first of all， according to the actual level of students and the schedules， we optimize the teaching content and strengthen the key content； according to the characteristics of the course， the actual examples are added throughout the whole course process； and through the combination of scientific research and teaching， students can obtain the latest progress in the control theory， and their horizons are broaden.
Key words modern control theory； teaching reform； teaching manner
1 前言
现代控制理论是南通大学自动化专业学生“自动控制原理”的后续课程，是自动化类专业本科生的一门专业必修课，学时为48学时，其中实验学时为6学时。本课程不仅是自动化专业的一门重要的专业课，而且是一门考研专业课，占有举足轻重的地位。目前，不仅许多大学的自动化专业将本课程作为本科生的必修课，而且许多其他学科，比如运筹学、经济类等学科，也把该课程作为选修课。
为了适应新形势下控制理论发展的需要以及新时期人才培养的新要求，研究型教学模式日益受到重视。研究型教学模式是以知识教育为依托，以培养学生的能力为主要目的，把学习、研究、实践有机结合并引导学生科研主动性的充分发挥[1-2]，并且能够创造性地运用知识和技能，养成能够自主解决问题的科学探索精神，以培养高层次、复合型的高素质人才的一种教学模式。
目前，南通大学正加快推进从教学型大学向教学研究型大学的转变。在这个背景下提出现代控制理论课程的研究型教学改革，期望通过实行教学与研究的结合，让学生接触本学科前沿知识，通过优化课程内容和教学方法建立基于研究的学习模式，推进人才培养质量的提高。
2 优化教学内容
现代控制理论课程的主要特点是理论性强、概念抽象、数学基础要求高、公式多、计算繁杂，学生往往感到枯燥无味、难懂，而有些数学基础好的学生，尽管能看懂理论和方法，但不知道如何使用[3-4]。目前南通大学本课程所用的教材是国家级精品课程主干教材《自动控制原理》（第五版），授课学时是48学时，包括6学时实验，因此理论授课时间是非常有限的。如何在有限的学时内让学生把握住重点？这就需要精简教学内容，强化关键内容。因此，教师在讲授过程中，结合学生的水平及学时安排情况，精简了部分教学内容。比如：在可控性方面，重点掌握状态可控性，尤其是线性连续系统的状态可控性；在可观测性方面，重点讲线性连续系统的内容，对于离散系统部分，可以根据对照关系让学生掌握。
此外，作为一门不断发展和前进的学科，新的控制理论研究热点和内容不断涌现，现有教材的更新往往远落后于理论的飞速发展。因此，在保证书本上重点内容、基本原理和方法的介绍之外，适时增加控制理论的新的内容。
3 理论知识和实际例子有机结合
现代控制理论课程包含大量的理论概念和矩阵运算，概念抽象，学生在学习过程中感觉较为枯燥，有些学生甚至认为该门课的主要任务就是数学计算，而忽略了现代控制理论的工程应用背景[5]。为了让学生将理论与实际结合起来，在教学过程中引入实验室的旋转式倒立摆系统作为工程案例，并贯穿于整个教学过程。比如，在讲状态空间建模时，除了介绍课本上的RLC电路和机械系统的建模例子之外，将实验室的倒立摆系统作为一个实际对象，让学生通过悬臂、摆杆的受力分析，并通过线性化处理，化简并列出它的状态空间模型；在讲能控性、能观测性这一部分时，同样结合倒立摆系统，根据化简得到的状态空间模型，通过MATLAB仿真分析它的能控性和能观测性。通过直观的控制系统实例，引导学生进行自主和研究型的学习，激发学习兴趣。
4 翻转课堂与传统授课方式相结合
现代控制理论课程包含大量的复杂公式和数学证明，如果仅仅通过每节课40分钟的课堂讲授，有些学生可能对某些知识点掌握不牢。MOOC（Massive Open Online Course） 近两年来受到国际及国内教育界的高度关注，它的主要思想是借助现代信息技术和互联网平台，将传统高校的课堂教学转移到网络平台，让更多的学习者在虚拟的教室里自由学习[6-7]。MOOC的开放性可使学生通过网络搜索找到全球各学科最高水平的课程，并可针对不同大学的课程进行比较，分析其异同，找到更适合自己学习的课程，有助于更加深入、全面地理解课程内容。对于不明白的地方，可以通过反复观看讲课视频掌握，而这是传统高等教育很难达到的。
目前，在线学习、随时学习、翻转学习、互动学习等一系列新理念吸引了全球众多名校加入到新的教育改革浪潮[6]。目前，国内除了像国家精品课程资源网这样的精品课程展示网站外，也已经出现了慕课中文网站。在课程讲授过程中，把精品课程、MOOC网站上的课程网址告知学生，在讲课之前让他们事先通过课程网站学习相关知识点，让学生带着问题听课，从而提高课堂教学效率。对于课程学习中的问题，也可以课后通过继续查看相关视频深入掌握。通过将MOOC在线课堂与传统课堂教学相结合，可以提高学生学习的主动性和积极性，从而培养学生自主学习、处理问题的能力。
5 科研与教学紧密结合
研究型教学是要培养学生的科研能力，养成良好的科研素养，这就需要学生接触和学习新的理论和方法。随着控制理论和技术的不断发展，新的控制方法不断涌现，现有的教材中往往不能紧跟控制理论最新的研究方向和热点。这就需要教师结合自己的科研方向和研究进展，将接触到的最新的控制领域发展介绍给学生[3]。
首先，教师要能够走出去，参加比如中国控制会议、中国控制与决策会议等国内重要的控制会议，听取国际国内著名控制专家的大会报告，并与同行交流，自己首先能够消化吸收。
其次，在教学过程中，结合课堂教学内容，适时地把中国控制会议或中国控制与决策会议等部分大会报告进行介绍[8]，并介绍一些非线性控制、系统辨识及建模、预测控制、鲁棒控制及分布参数系统控制等最新的控制理论进展，使学生及时了解和掌握现代控制理论的发展方向。
最后，将自己科研中下载的某些比较好的英文综述文献发送给学生，既可以开阔他们的视野，还可以锻炼他们阅读英文文献的能力，提高他们的综合素质。
6 结语
针对现代控制理论课程公式多、理论性强的特点，在教学过程中，通过调整教学内容、改进教学方法、科研与教学相结合等举措，培养创新型人才，增加了学生学习该课程的兴趣，提高他们利用控制理论解决实际问题的能力和科研创新精神，收到良好的教学效果。
参考文献
[1]籍建东.研究型教学模式与传统教学模式的比较[J].职教论坛，2011（5）：43-45.
[2]李彦.研究型教学在英语语言学课程中的实践[J].湖北广播电视大学学报，2013（9）：130-131.
[3]李钧涛，马天水，李文林.基于创新人才培养的现代控制理论课程教学改革[J].南阳师范学院学报，2011（3）：98-100.
[4]孟月波，嵇启春.“线性系统理论”本科教学改革与实践电气[J].电子教学学报，2009（z2）：196-198.
[5]陈峰.CDIO模式下《现代控制理论》课程教学改革的探讨[J].实验科学与技术，2012（3）：69-70，132.
[6]徐明，龙军.基于MOOC 理念的网络信息安全系列课程教学改革[J].高等教育研究学报，2013，36（3）：16-19.
[7]李斐，黄明东.“慕课”带给高校的机遇与挑战[J].中国高等教育，2014（7）：22-26.
[8]张正强，王艳.“现代控制理论”课程的教学探讨[J].电气电子教学学报，2009（5）：31-32.