“现代控制理论”课程教学中实施创新教育的探讨

贾鹤鸣?宋文龙?戴天虹

摘要：现代控制理论课程是理工科院校自动化专业的一门重要专业课，既要求学生掌握扎实的理论知识，又要求学生具有一定的实践设计能力。现实问题是，当下的教学模式和方法单一，过于偏重理论推导和定理论证，学生在理解上存在困难，亟需教学方法的改革，以此调动学生的学习热情。以创新教育理论为指导，结合“现代控制理论”课程特点，从更新教育理念、调整教学内容、激发创造热情三个方面，探讨在现代控制理论课程中实施创新教育的方法和手段。

关键词：现代控制理论；创新教育；创新理念；创新活动

作者简介：贾鹤鸣（1983-），男，黑龙江哈尔滨人，东北林业大学机电工程学院，副教授；宋文龙（1973-），男，黑龙江哈尔滨人，东北林业大学机电工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150040）

基金项目：本文系东北林业大学校级重点专业建设项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0071-02

创新教育是以培养学生创新精神和创新能力为基本价值取向的教育。改革人才培养模式，实施创新教育，全面提高大学生的综合素质，是当前我国高等教育的一个中心任务，也是我国教育教学改革的重要热点问题之一。[1]现代控制理论课程集理论与实践于一身，不仅是理工科高等院校自动化专业及近电气类专业的学科专业课，也成为很多院校大类培养平台下的重要专业课之一，在提高学生创新思维和创新能力方面起着十分重要的作用。笔者以自己在现代控制理论课程教学实践中的体会，就如何培养学生的创新精神、创新意识和创新能力，如何推進教学创新，进行了一些实践与探索，以期引起更深入的研究。

一、课程教学内容体系改革

在创新教育思想的引导下，高校教育工作者必须紧跟时代的步伐，迅速转变教育观念，把培养学生的创新意识、创新能力放在突出位置。[2]传统教育的教学，把学生培养成一本本的“大百科全书”，训练出的学生多是模仿性地解决问题；而创新教育重在使学生了解解决问题的思维方法和过程，激发和培养学生的创新思维，激励学生探索、创新。创新教育培养的是对未来社会具有应变能力的创新型、开拓型人才，他们必须具有独立思考、勇于创新的科学精神。[3]不光要求学生只有高分和勤奋，更重要的要有创新精神和能力。

在课堂教学上，创新教育要对传统教育的优点进行发展，对其弊端和不足进行改革。如果说传统教育更多的是传授知识和学生积累知识的过程，那么创新教育就是在传授知识的同时，重视学生学习的主观能动性，启发学生的自主意识，培养学生的自学能力，激发学生的创新思维活动，变被动教育为自主教育。学习的过程中，既储备积累了必要的基础和专业知识，又能具有提取、加工和拓展知识、信息的能力。在现代控制理论教学过程中应该贯穿模型分析——系统性能分析——系统控制器设计——系统稳定性分析四条脉络进行清晰讲解，让学生在学习每个小的知识点的同时思考与课程主线的关系，在笔者的实践教学过程中加入了两次工程实例分析课，是以半讲解半讨论的模式展开，分别讲解了二阶工业机械臂和四旋翼飞行器的控制系统设计，深度开发和培养了学生的自主分析能力。开放讨论的教学模式使得学生对所学的控制理论了解到使用目的，更重要的是掌握了分析和设计方法。

另外，教师也要非常重视学生身心健康的和谐发展，让学生的知识积累、创新能力、健全的人格、鲜明的个性及团队合作精神等多方面素质都能得到培养和发展。

二、调整教学内容，讲授成系统的重点

在当前创新教育思想的导引下，很多高校都实行了大类培养，现代控制理论课程作为一门既抽象，实践性又很强的专业课程，已成为重要的大类培养平台课之一，它非常有助于提高同学们的创造性思维。但作为一门专业课，它的内容较为丰富且繁杂，并且学时也相对有限。在这有限的学时内，如何保证教学质量，达到创新教育的目的，是一件必须认真思考的事情。思考的基本原则是，无论这门课仅有时间讲几个重点，这几个重点都必定是现代控制理论的命脉，也像是现代控制理论的骨架，它们相互联结构成的正是自控原理的系统性和完整性。[4]如果有时间能够让老师把每一个重点都一一展开，那就是完整、系统、丰满的现代控制理论。如果没有时间都展开，学生学到的也是完整的最核心的现代控制理论，未来在他们各自的生活中碰到现代控制理论的任何问题，都跑不出他们曾学过的原理框架，他们可以自行将其丰富和发展起来。[5]教师必须本着保重点，拓基础的原则，调整和优化教学内容，改革教学方法和手段，才能达到预期的教育目的。

教师必须用恰当的方法，使学生掌握必要的基础知识和重点知识，学时缩短不能以削弱基础知识的传授为代价，而应该用比传统教育更短的时间、更科学的方法，使学生更灵活、系统地掌握更多的基本知识，为创造性思维的培养和发展，打下扎实的基础。在这个问题上，创新教育绝不能舍本求末，基础知识的学习和掌握绝不能松懈，否则，学生的创新能力就成了无源之水，创新教育也就成了空中楼阁。

在专业课教学中，典型的多输入单输出系统的组成原理、系统特性分析仍然是讲授的重点，教师要通过科学的教学设计，适当应用相似性教学和差异教学原理，将不同机构的相同点和不同点前后联系起来，让学生能够举一反三，加深对系统构建与反馈控制思想的理解和掌握。同时在讲重点、讲难点、讲思路、讲方法的基础上，讲一些学科发展前沿，在每章教学内容结束后给出文献阅读指南，鼓励学生课外阅读，与老师共同讨论，在扩展知识的同时，提高和活跃同学们的创造性思维。

对于现代控制理论课程的教学工作，也必须以这些新的教育观念为先导，应用于教学实践中，才能达到提高教学质量的目的，培养出顺应时代发展的开拓创新型复合人才。例如关于二阶系统的极点配置问题，选择合适的比例系数的核心思想就是闭环控制系统的控制器增益设计问题。如果不能清晰阐明核心思想，学生就仅会针对电路系统或动力系统设计改变系统的极点位置，而不知道极点对于系统的性能和期望控制目标的影响关系所在。

三、正确引导，激发学生的创造热情

教师是创新教育的主导，而学生是自我学习的主体，无可否认的是自由意志的存在使得教师无论如何使出浑身解数发挥主导作用，都不能代替学生自我学习的主体地位。简而言之，教师无论如何都不能主导学生的意识，绑住他的身体却不能绑住他的意识。要激发学生的创造热情唯有正确引导一途。正如第斯多惠所言：“教学的艺术不在于传授的本领，而在于激励、唤醒、鼓舞。”教师如何正确引导，如何激发学生的创造性潜力和热情，是教师进行教学研究的重要内容之一。

第一，引导和激发学生的创造热情，首先必须尊重学生的主体地位。教师可以创设一些现代控制理论的基本知识学习和实践的平台，将学生置于课程学习的主体地位，使得学生的主体能动性得到充分发挥，教师只起“引”的作用而不约束。如在讲电路系统建模与RLC电路分析的时候，可以在实验室完成，让学生自己连接基本电路结构，检查自己连接的结构是否正确、是否出现死锁、短路或是断路现象等，通过亲身体验轻松掌握教学重点知识的同时，创造性得以充分发挥和施展。

第二，给学生提供融会贯通的机会。融会贯通是创造新事物的必要前提。创造条件并鼓励学生大量的在实验室中综合运用所学的各种知识。如在现代控制理论的教学实验环节中，有单级运放电路、数字电路等各种各样的电气元件，学生可利用所学的基本知识，像搭积木一样将它们拼凑成各种电路结构，并且实现不同的输入与输出功能。再如，安排学生综合利用所学知识进行简单的多輸入多输出的闭环控制系统设计的创新活动，如生活中常见的温度反馈控制系统或湿度调节反馈控制系统，使学生们能够运用所学知识拟定机系统构成方案，并选择最佳连接方式和回路闭环结构；在控制芯片选择时，能对所选择的主控芯片的功能有所掌握，熟悉各个管角和触点的作用，并对相应芯片或元器件进行评价。这样的活动对学生综合设计能力的培养是极为有效的，学校的电工电子实验室应该开放给同学们，满足同学们实践动手和创新的愿望。

第三，用丰富的社会实践开拓视野，看到书本知识在活生生的社会实践中所起的作用，引导学生将理论和实践联系起来。学生创新能力的培养是一个复杂的系统工程，在正常理论知识的学习之余，可以进行一些社会实践。[6]如开展参观实际生产环境中的控制系统，去大型工厂或企业参观控制系统全自动生产线，激励学生对于创新性劳动的自豪感、历史责任感和使命感；开展与系统设计和综合分析有关的座谈和交流，给现代控制理论这门相对枯燥的课程注入新的生机和活力，提升学生学习和创造的美的感受，从而促进学生创新才能的发展；开展智能控制、非线性控制等方面的讲座活动，使学生明确肩负的重任，以培养学生立志创新、造福于人类的崇高精神和情操。

第四，教师可以多多鼓励同学们开展学术交流活动，培养创新思维。鼓励学科相互交叉，让同学们认识到许多问题的解决仅依靠单一学科知识是不够的。为同学们营造浓厚的学术氛围，创造交流的机会，包括师生间交流，不同专业学生之间的交流，为学生提供指导性意见，以启发学生思维。还可以结合单片机设计、电机拖动基础等课程，组成科技创新团队，鼓励更多的学生参与到控制系统设计与创新大赛中，如挑战杯等。自动化专业的相关教师可为同学们科技创新的选题和制作，提供指导和帮助，有意识地将反馈控制的思想溶入到同学们的科技作品中，将多学科交叉，提升科技创新的档次和水平，进一步培养和激发广大学生的科技创新意识和创新精神，增强和提高学生们从事科学研究的能力。

第五，要做到正确引导，教师还要把握激励教学的尺度，给予学生渴望的鼓励和表扬，对其创新思维的培养会起到很好的促进作用。不要轻易否定学生的奇思妙想，不要打击学生求新的热情，对于学生的困惑，要努力帮助和解决；对于学生的努力和求新，要给予充分的表扬与鼓励，对于学生的不足，也要给予正确的引导，给学生更多的创造空间，让学生保持强烈的求知欲，使其成长为敢于创新、善于创新的人才。依据陶行知先生的教育思想，努力做到解放学生的大脑，解放学生的双手，解放学生的眼睛，解放学生的嘴，解放学生的时间，解放学生的空间。

四、结语

总之，创新教育是一种全新的教育理念，实施创新教育是一项复杂的社会工程。在现代控制理论教学中首先要改变教育理念，培养学生的创新意识；在教学方法上要调整教学内容，讲授有系统的重点；正确引导鼓励学生的创新热情，提高学生的创新能力。上述三点是笔者在教学实践中的经验体会，今后将以创新教育理论为指导，进一步提高和完善自身的教学能力。

参考文献：

[1]创新教育与实践研究课题组.推进创新教育 培养创新人才[J].教育研究，2007，（9）：16-22.

[2]张祥云.创新教育与精神生态环境[J].高等教育研究，2004，

25（3）：10-13.

[3]杨丽，温恒福.大学创新教育的内涵、难点与推进策略[J].黑龙江高教研究，2011，（8）：28-31.

[4]李艳杰，于艳秋.“现代控制理论”课程研究型教学实践与探讨[J].中国电力教育，2010，（15）：53-54.

[5]吴迪，贾鹤鸣.正视知识教育——素质教育的选择[J].教学与管理，2013，（9）：13-14.

[6]艾长胜，蔡少娌，昃向博，等.构建创新教育体系 提高大学生创新能力[J].高等教育研究，2009，26（4）：61-63.

注：宋文龙为本文通讯作者。

（责任编辑：王意琴）