《現代控制理論》的課程建設與教學改革研究

王林軍 謝又祥

【摘要】針對本?，F代控制理論課程教學過程中存在的問題和不足，從課程建設目標和思路、課程教學內容、課程教學方法、課程實踐教學、科研促進教學等方面提出了幾點想法，以對搞好現代控制理論課程建設具有一定的科學指導意義。

【關鍵詞】現代控制理論? 課程建設? 教學改革

【基金項目】本文系三峽大學2021年研究生課程建設項目（SDKC202108）的研究成果。

【中圖分類號】G444 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）29-0186-02

現代控制理論課程是三峽大學（以下簡稱“我?！保C械工程、動力工程及工程熱物理、能源動力和電氣工程等研究生學碩和專碩的一門重要的技術基礎課，同時也是一門實踐性非常強的課程，該課程在機械工程、動力工程及工程熱物理、能源動力和電氣工程等領域中有著非常重要的應用，與生產實踐緊密結合[1]。我校是國家水利部和湖北省人民政府共建大學，是教育部“卓越工程師教育培養計劃”高校，我校大批本科畢業生奔赴生產第一線，結合地方需求服務地方發展，機械類、能源動力類、電氣類等專業培養目標更加注重生產一線，這就對該類專業的課程科學設置和規劃提出了更高要求，并且與實際生產實踐結合起來?，F代控制理論課程作為機械工程、動力工程及工程熱物理、能源動力和電氣工程等研究生學碩和專碩的一門重要的技術基礎課[2-4]，主要目的是使學生熟悉控制系統的狀態空間分析方法，掌握線性控制系統的狀態能控性、能觀性和李亞普諾夫穩定性理論，掌握狀態反饋和狀態觀測器的設計方法，并能對線性控制系統的運動行為進行分析，并在此基礎上掌握最優控制方法等。通過本課程的學習，培養學生利用現代控制理論和計算機技術解決控制系統的分析和綜合問題，為工業控制系統開發與設計奠定理論基礎。然而，隨著國際高教界逐漸形成了一股新的潮流，即高等院校越來越重視實踐和應用，教育活動逐漸傾向于短學程化，這就導致了當前現代控制理論課程的教學課時被較大幅度地減少，從而對教學內容、教學方法、教學手段等提出了更高的要求[5]。

1.現代控制理論課程在教學過程中存在的問題

1.1課程教學時間安排不夠

現代控制理論課程內容飽滿，理論晦澀，但為適應應用型高等院校的短學程化要求，對課程教學課時進行了大幅度的消減以及壓縮，使得目前的課程理論教學學時僅為24學時，從而導致了教師無法在課堂上詳細講解許多重要知識點，這樣更加增加了課程教學的難度。

1.2課程教學的內容抽象、公式推導較復雜、理論性較強

此外，傳統課堂教學手法單一性，容易導致學生較難理解和掌握相關理論內容。同時，考慮到學生在基礎學科知識掌握有所欠缺，以及“現代控制理論”課程以狀態空間模型為基礎，其復雜的理論知識體系，容易造成學生學習注意力不集中、對課程有抵觸情緒等問題。

1.3理論與實踐聯系不緊密，實驗部分少

由于理論課程內容不能馬上用實驗驗證，導致學生對理論的理解和綜合運用不夠。同時實驗條件、實驗資源的限制，影響許多實驗的正常進行。

針對該課程上述問題，并結合前期教學積累經驗，本文從課程建設目標和思路、教學方法、教學手段、課程建設內容等方面進行改革和實踐，旨在培養學生利用現代控制理論和計算機技術解決控制系統的分析和綜合問題，為工業控制系統開發與設計奠定理論基礎。

2.課程建設思路與教學改革研究

2.1 課程建設目標和思路

對各專業人才培養方案進行調查和研究，分析現代控制理論課程的重要性，并考慮人才培養目標，將典型工程案例引入課程教學中，有助于學生創新思維的激發，同時能促進學生對問題的發現、分析和解決能力，進一步有助于學生實踐技能的提高以及工程應用型人才能力的培養。通過了解課程建設的當前現狀，學習好的課程建設寶貴經驗，對課程建設新思路進行梳理，對多種教學方法進行探索，不斷促進課程教學效果的提高，同時有助于學生學習積極性更好地激發。通過現代控制理論課程建設與教學改革實踐研究，對老師的教學創新意識有加強的作用，有助于課程教學水平和教師教學研究能力的提高。

2.2 課程教學內容改革

購置課程相關圖書資料，不斷拓寬視野，對課程教學內容不斷更新，適應未來課程建設改革發展要求，實現課程教學內容不斷與時俱進。購置課程相關的控制模型或實物，并對其進行講解，有助于學生增強現代系統控制工程意識，理論知識與實踐綜合運用相結合，以及學生學習效果、學習積極性的提高。

2.3 課程教學方法改革

針對現代控制理論課程的特點，讓學生從教材中的純理論知識、數學公式推導脫離出來，想辦法激發學生學習的濃厚興趣，并讓學生感受到所學該課程知識在工程實際中的廣泛應用。在該課程建設過程中，不斷摸索科學合理的教學方法，如翻轉課堂教學法、微課教學法等。

2.4 課程教學手段改革

現代控制理論課程抽象，對數學基礎理論要求較高，所以在進行講授過程中，要充分利用計算機輔助工具，精心準備優秀課程教學PPT，這樣有助于在短學程化的條件下，能對現代控制理論課程內容的重難點知識進行講授，以及改善該課程的課堂教學效果。同時，還可以采用現場教學的課堂教學方法，依據教學計劃的安排，選擇科學合理的章節進行現場講授，進行選取學校附近的公司及工廠，根據公司或企業中的現代控制案例進行現場講授，讓學生能邊學習理論知識邊看實物，這樣有助于學生學習積極性的提高。同時，可以通過該課程的實踐教學，讓學生嘗試對理論驗證試驗進行修改和創新，有助于學生進行現代控制系統設計能力的培養和提高，還可以促使學生對現代控制系統設計流程的了解和熟悉，同時還可以安排一些現代控制系統設計任務，讓學生進行獨立自主設計，最終通過數值實驗結果感受到設計的結果，這樣有助于提高學生的現代控制系統設計和分析能力。同時，引導學生到相關公司進行實習，學習和了解生產實踐中所用到的現代控制理論知識，促使學生在工程實踐中對控制問題的發現，并能將所學理論知識用到生產實踐，真正解決實際生產中的現代控制問題，這樣讓學生感受到這門課的課程價值、重要性和實用性，還有利于發揮學生主動學習該課程的積極性，以及課堂教學質量的提高。

2.5 加強課程實踐教學建設

添置新實驗平臺和設備，增加一些有趣實驗，讓學生切實感受到學以致用。同時，引導學生去實際工程中尋找與現代控制工程相關的問題，激發興趣點和活躍思維，運用所學理論知識，解決實際工程中的現代控制問題，不斷培養學生分析問題和解決問題的能力以及團隊合作精神的意識，為后續從事現代控制工程相關的工作打下堅實的基礎，同時為地方的經濟發展做好技術服務。

2.6 科研促進教學

任課老師積極申報現代控制理論方面的科研項目，帶動學生參與到老師的課題中，不斷培養學生的科研意識，歷練學生用所學現代控制理論知識來解決科學問題。同時，教師還可以在課堂教學過程中講授科研項目中是如何解決現代復雜控制工程問題，讓學生切實感受到現代控制理論的重要性。

2.7 加強和同行交流

了解相關工科專業課程培養方案，并與同行進行廣泛交流，認真調研現代控制理論課程在相關課程體系的地位和相關要求，力爭在后續工作中使得該課程能更科學合理地支撐相關專業的整個課程體系。

3.結語

考慮到現代控制理論課程是一門多學科交叉的課程，并結合我校人才培養目標的特點，在當前形勢下，對我?，F代控制理論課程的建設目標和思路、課程教學內容、課程教學方法和手段、課程實踐教學、科研促進教學等方面進行了改革和研究，在進行現代控制理論課程建設的同時，不斷對課程教學進行深化、改革和創新，形成了具有一定特色的課程教學模式。教學過程中，應當重視對學生學習主動性、積極性和創造性的培養，而且要根據不同層次的學生特點，不斷對課程教學手段進行改革和創新，這樣有助于更好地培養學生的自學能力、動手能力、分析問題、解決問題的能力，培養學生設計計算以及利用已掌握的知識分析實際問題的能力。

參考文獻：

[1]龐愛平，楊靖.淺談新工業時代控制科學與工程的新發展與基礎教育[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.面向工程教育專業認證的現代控制理論高新課教學改革研究[J].高教學刊，2021，25（7）：128-131.

[3]王林軍，謝又祥.“現代控制理論”多媒體雙語教學改革的探索與實踐[J].科教文匯，2016（16）：61-62.

[4]張寶琳，房慶祥，曹飛龍.數學專業“現代控制理論”課程教學改革的思考[J].科教文匯（下旬刊），2010（12）.

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

作者簡介：

王林軍（1982年-），男，湖北黃岡人，博士，三峽大學機械與動力學院副教授，機械系黨支部書記，研究方向為結構優化與可靠性分析、反問題理論與方法等研究。

謝又祥（1982年-），女，湖南邵陽人，碩士，三峽大學科技學院副教授，研究方向為微分方程理論及應用。