全英文研究生课程“动态系统的故障估计与调节”教学改革与实践

张柯

摘要：本文针对全英文研究生课程“动态系统的故障估计与调节”的特征，开展了该门课程的教学改革与实践，从教材选取、教学方法等方面进行了探索，并提出了一些该门全英文研究生课程的教学改革思路，促进了对研究生国际化和创新能力的培养。

关键词：研究生课程；全英文教学；故障估计与调节

中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）43-0107-02

一、引言

2015年10月24日，国务院印发了《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，吹响了建设高等教育强国的号角。“世界一流大学和一流学科建设”（下称“双一流”），是继“985工程”、“211工程”后，中国高等教育领域的又一项国家重点建设工程。按照党中央、国务院的重大战略决策部署，我校党委积极响应号召，已提出创建南京航空航天大学（下简称南航）“双一流”的目标、思路和任务。南航前校长朱剑英教授关于南航“双一流”建设曾讲“在教学方面，要加强研究生国际化培养是南航践行‘双一流的重要组成部分”。而全英文研究生课程则是研究生国际化培养的重要一环[1]。针对南航全英文研究生精品建设课程——“动态系统的故障估计与调节”，根据该课程的特征，以研究生国际化培养为导向，开展该课程的改革与实践。

二、“动态系统的故障估计与调节”课程的特征与挑战

1.课程特征。“动态系统的故障估计与调节”课程具有专业性较强的特点，专业术语较多，要求选课的研究生熟悉自动控制原理，尤其是现代控制理论。

在全英文授课过程中，英语听力和英语思维方式也会给学生对授课内容的理解带来不小的障碍。如何调动研究生学习的主观能动性，激发学生的学习热情和创新性思考，帮助其顺利适应全英文授课，是摆在任课教师面前的首要难题，也是全英文教学能否顺利开展和被学生接受的关键所在[2，3]。

2.授课对象。本门课程作为研究生的学位课，授课对象是控制科学与工程学科留学和本土的研究生，供硕士研究生和博士研究生选修。这些学生基本都具备良好的自动控制理论基础和较好的英文基础。

为适应教育全球化的国际形势和进一步推动我校研究生全英文课程建设的进程，提高我校研究生课程教学国际化的水平，南航近几年非常重视研究生国际化培养。近年来，随着招收留学研究生数量的持续上升，对研究生全英文课程的需求也在持续增长。留学研究生通过这门全英文课程可以学习控制系统的故障估计和调节的先进理论知识，及时了解国际上的最新动态和研究方向。而本土研究生则通过全英文授课的形式，进一步增强英文文献的阅读和撰写能力，提升专业英语的口语水平，为撰写英文论文、参加国际学术交流打下基础。因此，留学和本土的研究生都对全英文授课课程有较大的需求。

3.教学模式。从南航的实际情况来看，研究生国际化课程的授课教师主要为本土教师。而本土教师由于长期以来所受到的国内教育的影响，使得他们更加习惯于“教师主动教、学生被动学”的传统教学模式。

留学研究生由于其国际化的教育背景，在课堂上通过表现相当活跃，敢于大胆提出各种问题，回答问题也非常积极、主动，并不适用于传统的教学模式；而绝大部分本土研究生，尤其是控制科学与工程专业的研究生，希望通过这门课程，了解故障估计、故障诊断、故障调节、容错控制等方面知识和最新技术。但由于他们在听、说等方面的英文基础较留学生要弱很多，因此，他们更倾向于传统的传授型的教学模式[4]。如何同时满足留学生研究生和本土留学生的需求，调动他们的积极性是一个需要思考和解决的问题。

三、“动态系统的故障估计与调节”课程教学改革与探索

1.教材选取。教材的选取是全英文教学中的一个重要环节。本课程教材选取的是本人撰写的专著——《Observer- Based Fault Estimation and Accommodation for Dynamic Systems》[5]，已在国际著名出版社Springer正式出版。作者在故障诊断与容错控制从事了十余年的科研工作，尤其在动态系统故障估计和调节方面取得了较突出的研究成果，清晰地掌握了國内外研究现状和最新动态。该教材不仅包括了作者多年的成果，而且补充了本领域国际著名学者的最新研究结果。

同时，还推荐了一些故障诊断与容错控制领域知名学者的专著，以及国外流行的研究生教材，比如：IEEE Fellow、国际故障诊断权威学者R.J. Patton的专著——《Robust Model-Based Fault Diagnosis for Dynamic Systems》、国际故障诊断权威学者S.X. Ding教授的专著——《Model-Based Fault Diagnosis Techniques Design Schemes，Algorithms and Tools》。这些专著可以帮助学生更加全面地了解故障估计和调节。

2.互动式教学。在全英文研究生教学过程中，摆脱教师授课、学生听课的传统模式，增强老师和学生之间的互动，提高学生上课积极性，同时全方位提高研究生的英语能力。

选课的研究生需要熟悉现代控制理论，尤其需要熟悉基于状态空间模型的可控制、可观性等概念，以及控制器和观测器设计等内容。如果只是提前让同学课前熟悉一下，很多研究生很可能只是翻翻书，达不到真正熟悉的效果，这将给上课带来较大的障碍。

针对该问题，教师在讲完第一章“Introduction”后，将复习任务以作业的形式留给学生。以观测器和控制器分析和设计的教学为例，首先，给出一个4阶飞行控制系统的模型和参数，要求学生在一周时间完成控制器和观测器的设计，并利用MATLAB进行仿真实现，并将设计过程和仿真结果用全英文制作成PPT，在课上用英语给大家演示设计过程和仿真结果。这样做的益处在于：（1）通过一个实际模型的具体设计过程来熟悉控制器和观测器的设计和实现；（2）准备全英文PPT的过程，可以锻炼学生的英文教材的阅读能力、英语写作能力、英语语言组织能力等；（3）让学生上讲台用全英文展示并交流PPT，锻炼学生英语口语表达能力和英语思维能力。

除此之外，在后续课程进行中，让学生独立完成一个控制系统的故障估计观测器和调节控制的设计和仿真，做全英文PPT并在课堂上进行展示。这些展示将会纳入最终成绩。通过这些训练，可以激发学生的学习积极性和主能动性，全方位提高英语能力，达到良好教学效果的目的。

3.注重培养研究生国际化视野。研究生既需要学习专业知识，又需要用英语获取故障估计和调节的专业知识。通过采用国际著名出版社Springer出版的专著作为英文教材及参考书，用全英文PPT授课，用全英文讲课等形式制造全英文语言的学习环境。在全英文教学环境下，着重培养其英语思维，为研究生阶段课题研究中的阅读英文文献和撰写英文论文打下坚实的基础，以及可以达到参加国际会议时用全英文表达和交流研究成果的目的。

四、总结

本文针对研究生全英文课程“动态系统的故障估计与调节”的特征，以培养研究生国际化视野为导向，积极开展全英文教学的改革与探索，着重在全英文课程的互动式教学方法等方面不断探索和实践，在整个学习过程中调动学生的积极性，提高学生对全英文教学的兴趣，拓宽了学生的国际视野，增强了师生互动性，从而达到良好教学效果的目的。

参考文献：

[1]夏品奇，江驹，王严.创新理念 立足本土 面向世界——南京航空航天大学研究生教育国际化探索[J].学位与研究生教育，2013，（10）：53-57.

[2]齐瑞云.提高留学生教学质量的新型教学模式探索[J].教育教学论坛，2014，32（8）：204-205.

[3]徐巍华.工学研究生课程的全英文教学实践[J].电气电子教学学报，2013，35（2）：1，2，32.

[4]刘德彰，张环.创新精神和能力的培养是研究生教育的生命力所在[J].南京航空航天大学学报（社会科学版），2002，4（1）：65-67.

[5]Ke Zhang，Bin Jiang，and Peng Shi. Observer-Based Fault Estimation and Accommodation for Dynamic Systems[M]. Springer，2013.