農電專業現代控制工程課程教學改革與建設

蘭睿

摘要：眾所周知，在農電專業中現代控制工程作為重要的學科之一，是不可或缺的。為進一步提升農業電氣化與自動化專業研究生課程質量，根據學科發展、生源素質及其專業背景知識以及課程實際教學效果，從優選教材、優化教學內容與教學大綱、改革教學模式與教學方法、構建課程學習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，切實提高教學質量。

關鍵詞：農電專業;現代控制工程;課程教學;改革與建設

引言

隨著我國農網建設及規模的發展，尤其是互聯電網的發展，現代先進的輸電技術、電力電子技術、信息技術、安全穩定控制技術得到廣泛應用，保證了互聯電網運行的安全性和經濟性。這些技術的應用代表了目前農網技術的發展水平，也使農村電網建設大大加強。我國農電企業正在實施“新農村、新電力、新服務”的農電發展戰略，國家電網公司已提出積極開展“農電隊伍素質工程”，但縣級供電企業由于歷史原因，不論是人才數量還是人才結構都遠遠不能適應企業的發展。

1農電專業現代控制工程的含義

現代控制理論是現代控制方法的理論基礎，在信息、通信、自動控制和生物工程等很多領域有廣泛的應用。該課程主要介紹以狀態空間方程為模型的控制系統分析與設計方法，包括系統的狀態方程數學模型、時域性能、系統穩定性、系統能控性和能觀性等分析，狀態反饋控制與狀態觀測器設計及最優控制等教學內容。

2傳統教學中存在的問題

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

3農電專業現代控制工程課程教學改革

3.1課堂教學改革

為了進一步突出“現代控制理論”課程的理論概念和工程背景，培養學生的創新意識、創新精神和創新能力，在實踐教學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，如火箭垂直發射、病人下肢康復訓練、雙足機器人行走等，都可以歸結為倒立擺控制在實際中的應用。因此，將倒立擺實驗平臺引入到“現代控制理論”實踐教學過程中來，通過指導學生獨立完成倒立擺實驗平臺的系統建模、性能分析、控制器設計等環節，激發學生的學習興趣，加深學生對復雜系統的狀態空間分析方法的理解，切實提高學生對復雜控制對象的分析和控制設計能力。

3.2理論聯系實際

首先，在理論教學設計方面，在保證現代控制理論科學性的基礎上，盡量簡化理論推導，突出重要的概念、公式和方法，通俗易懂地講解現代控制方法。其次，在課程實驗教學設計方面，為確保實驗教學環節的質量，教師可以提前布置相關實驗教學內容，要求學生上實驗課前形成相關預習報告，實驗教學過程中做好對每位學生的實驗情況記錄，以便通過實驗教學環節及時了解每位學生的理論掌握程度，從而給理論教學提供依據.實驗教學環節結束后要求學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相關的一些工程系統，介紹這些工程中的控制問題以及解決思路.通過改造現有的實驗項目、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、設計性和探究性實驗比例，以加深學生對概念、性質和算法的理解，切實提高學生利用現代控制理論和方法解決實際工程問題的能力。

3.3充分運用現代化教學手段

采用多種教學手段，如電化教學、多媒體教學、網絡教學等，提高學生學習的趣味性。使學生在較短的時間內對專業涉及的工程內容有較具體的感性認識，幫助理解專業理論知識;采用多媒體教學，能夠使學生加深對課程原理的理解和掌握，生動形象，取得了好的教學效果。

3.4提高師資水平

應充分認識到師資隊伍的整體水平在人才培養中的重要性，通過引進和自我培養相結合，努力提升教師的學歷層次和業務水平，鼓勵教師攻讀高層次學位。對于年輕教師的培養也刻不容緩，對此實施教授與助教一對一的指導模式，從而促進了年輕教師的成熟。所有教師堅持教學與科研并重，以科研促教學?？蒲泄ぷ鞯拈_展不僅提高了教師的學術水平，而且豐富了教學內容。

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、階段任務完成情況、課堂表現與考勤、綜合能力考核相結合的綜合評價辦法。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，更能測出學生的真實水平。

4農電專業現代控制工程課程教學建設

4.1教材建設

教材建設是課程改革與建設的一個重點，現有的控制理論（工程）教材多將重點放在介紹以狀態方程等為數學模型的狀態空間分析與設計方法上，理論性很強，內容較深奧，而目前我校農電專業的研究生生源大多為調劑生，普遍缺乏或不具備控制理論基礎的相關知識背景，因而現有教材顯得很不適用，需重新編寫或重組教材。在實際教學中，根據學生的實際情況與農業工程學科需要，有目的、有選擇的精選教材中的相關內容進行授課，并對相關的控制理論進行精簡，突出重點，并增加MATLAB的仿真分析方法，現代控制理論與技術在農業智能裝備、農業機器人等農業工程領域的應用案例及具體實現過程，使其真正適用于本專業。

4.2整合教學內容，完善教學體系

根據學生已有的知識水平和能力，以編制的教學大綱為依據，在兼顧各種教學環境因素的前提下，在教學內容上重點講解核心概念、原理。在多年教學實踐經驗總結的基礎上，將教學內容劃分為：狀態空間建模、系統性能分析、系統性能綜合三個模塊。在教學過程中，將教學重點放在線性定常系統的性能分析和改善上，對于線性時變系統、非線性系統的分析則可略講;對于基礎性的關鍵內容，如狀態空間表達式的獎勵、能觀能控制的判別、穩定性的分析、極點配置和狀態觀測器的設計等部分進行重點講解。同時，依據自動化相關專業課程體系和人才培養方案中的培養目標和畢業要求，從廣泛使用的現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內容中，通過介紹工程實例的控制問題及解決思路，以加深學生對課程相關概念、性質的理解，加大課程教學的工程應用特色。

結束語

綜上所述，為全面體現培養目標和學位要求，構建符合學科特點的課程體系，開展了全面綜合型研究生課程體系建設，而現代控制工程作為農業工程學科的農業電氣化與自動化專業的專業課，是學校學生課程體系的一部分，對農電專業研究生的教育與培養具有重要的作用。

參考文獻

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