研究生教学中的现代控制理论课程改革探析

白涛+徐博

摘 要：文章针对硕士研究生基础课程“现代控制理论”教学存在的“教学模式单一，学生接受困难”的现状，根据硕士研究生学习的不同需求，提出了“现代控制理论”教学模式与考核方式改革方案，完善了该门课程的人才培养方案，优化了学生的知识体系，提高了学生的成绩以及理论、实践水平，为学生之后的就业和升学打下了坚实的基础。

关键词：现代控制理论；课程改革；自动控制

中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）12-0028-02

“现代控制理论”课程是哈尔滨工程大学自动控制专业的一门专业主干课程，是硕士研究生课程中的专业基础课程，对后续的“最优控制理论”、“鲁棒控制理论”等一系列控制理论相关课程有着承上启下的作用。在目前以教师课堂讲授为主的教学模式下，大部分学生学习兴趣不高、为应付考试而学习，有学者认为这种情况是由于在教学交互过程中，流向学习者的信息量远远大于流向传授者的信息量，其最终必然导致学习者的学习兴趣和积极性被扼杀，创造性被泯灭[1-2]。这种现象不符合创建研究型大学所要求的培养学生自主分析问题、解决问题并拥有创新能力的要求。为改变这一情况，我们结合学校的教改需求，通过对该课程的教学模式和考核方式进行改革，取得了较好的效果。

一、针对学习需求的教学模式

（一）研究生的学习需求

哈尔滨工程大学硕士研究生分为两年和两年半两种学制，其中第一年均为课程学习，后续为在导师指导下进行专业知识的学习。

硕士研究生在入学时普遍已经有了较为成熟的学习目标，一般为方便就业和考博升学。

以升学为学习目的学生，他们的关注点是学习的知识是否能够让其成功升学并尽快适应博士阶段的科研和学习。

以就业为学习目的的学生，特别是两年制的学生，其在课程学习后只有半年时间进行理论和实践学习，之后就必须面临就业的压力，因此，他们对于学习的目的更加倾向于适应工作需求的知识的学习。

（二）“按需分类”的教学模式

“按需分类”的教学模式是根据学生的学习目的进行有针对性的教学和考核的教学模式，为简化教学管理难度，目前一般根据就业和升学两种学习需求进行安排。

“现代控制理论”是一门主要讲述多输入、多输出系统的模型转化、分析和综合等内容的理论教学课程，作为哈尔滨工程大学自动化学的专业基础课程，所有子专业的硕士生均需进行学习。

以往的教学经验表明，由于本课程在控制理论与控制工程专业中的基础性以及其在升学考试和申请国外博士学位中的必要性，因此即使在以前的教学模式下，以升学为目的学生也是学习最认真、成绩最好的一部分。因此，针对这部分学生的要求应该是在课程学习的基础上加入专业论文写作方面的内容，让他们在课程学习的过程中，就能够结合自己的学科方向练习学术论文的写作技能，更快地进入并适应博士阶段的学习节奏，最大程度地调动其学习的积极性。

以就业为学习目标的学生是学生中的主体，为了就业他们注重的是学习一些实用的、符合就业需求的技术和知识，因此许多学生把大量的精力放在了编程、画板等与实际工作有关的知识的学习上。理论课程在这方面有着先天的劣势，因此许多学生对理论课程的态度多是通过考试、拿到学分即可。所以，为了使本课程的教学模式适应他们的需求，使课程的学习与实践相结合，需要通过教师的努力，给学生安排与教学相关的实践项目，让学生感到学的东西有用，激发学生自主学习的热情和意识。

二、现代控制理论课程改革的策略

（一）课程的安排

首先在全面介绍课程内容及教学模式的基础上，通过问卷形式对学生的学习意愿进行调查，需要强调不同的学习模式均要完成课堂的理论课程学习及试卷考核，且不同的分类对最终的考核成绩没有决定性的影响，以避免学生为通过考核或获得更好的成绩进行虚假的选择。

在教学过程中，仍以传统的课堂教学为主要教学形式，辅以“慕课”的形式对课堂教学中的难点以形象化的教学方式给以辅导，例如，关于李亚普诺夫稳定性的概念，在课堂上根据动画演示可以较为轻松地讲解，但随着课程的深入，学生忘记的可能性加大，因此以“慕课”的形式给学生一个能够随时复习和预习的手段是非常重要的；再比如，在多极点配置综合问题的理论推导过程中，涉及了模型是否为真的问题，由于推导过程是从模型为理论理想状态，通过数学手段推导到模型为严真状态，因此其中很多步骤中的数学理论并不容易理解，学生在学习过程中很容易混淆概念，而“慕课”的形式可以在每一步推导中随时提醒学生为什么这么做的理由，能够化繁为简，补充了课堂讲授形式的不足，易于学生接受较为复杂的数学推导。

在课堂讲授的基础上，针对升学需求的学生，在教学的各个阶段增加仿真、论文写作方面的内容，提供相关的数学模型，如船舶、飞机的微分数学模型，训练学生使用学到的知识，对这些数学模型进行转化，分析和综合，并使用matlab等仿真软件对模型的不同参数进行仿真分析，最终要求形成一篇结构完整、论据翔实、结果明晰的论文，使他们在学习课堂知识的基础上，能够运用课程知识对自己的专业内容进行建模、分析和综合，并能将本门课程的知识作为基础、灵活运用，为之后的博士阶段学习打好基础。

对于占多数的，以就业为学习为目的的学生而言，他们需要的是能够满足工作需求的知识的学习，以往这方面的知识大多是通过在教研室跟随导师得到的。但实际情况是，许多学生，特别是两年制的研究生，在入学时并没有能力选择具有很强实力的导师或教研室，这样他们只能通过自学来实现知识和能力的积累，那么这些学生自然更加没有精力和兴趣来投入理论课程的学习。针对这些学生，我们采用以实践代入学习的方式来培养他们的学习兴趣。这里我们借助教改项目“跨学科科研中基于導师团队的研究生培养模式探究”，将项目合作导师的科研项目与课程内容相结合对学生进行教学，由于目前团队中的导师都具有各个类别的纵向、横向项目，因此我们可以在这些项目中抽取与课程内容相关的内容，适时、适当地安排学生介入这些项目，例如：在导航装置或数据记录装置的研发中的数学模型转化编程、滤波器的基础开发等等，让学生接触到真正与实践接轨的东西，让学生理解课程内容在实际领域中的应用，让他们了解以后在本专业领域的工作中应具有什么样的能力。

（二）课程的考核

在课程考核的改革中，我们参考了《华盛顿协议》对本科生进行考核的方式[3]，放弃了传统的一张卷子定胜负的考核方式。采取了以卷面考核成绩占70%，平时成绩占30%的形式，平时成绩的考核方式针对不同类型的学生采取不同的考核方式。

对以升学为目的的学生，主要以平时作业和期末上交的论文考核平时成绩，主要考核学生是否掌握了论文的写作能力，所以考核的重点是论文的结构和语言、图表的组织，不要求内容的创新性以杜绝抄袭，必要时可令学生单独向教师以答辩形式讲述论文内容。

对以就业为目的的学生，主要考核其将本课程知识和项目结合的能力，以参与项目内容的完成程度和项目所属的教师的评价为依据，侧重考核完成的内容的实用性。

使用这种考核方式，能夠比较公平地将不同类别的学生的成绩，在统一的模式下进行评价。

（三）加强理论结合实际，培养创新能力

为了在教学之外拓展培养学生的创新能力，弥补过于关注学业成绩，忽视学生全面发展的问题[4]，借助哈尔滨工程大学的国家级实验教学示范中心，结合一些教师在项目上的需求，采用由教师的项目提供资金，借用实验室的资源和设备，对有兴趣的学生进行有针对性的培养，使其能够参与创新类的项目或各个级别的竞赛项目，如：出水四旋翼飞机的设计和实验、DSP+FPGA用于导航定位装置的设计、超空泡形态的检测和控制实验设备的设计、MEMS导航板的设计等硬件及软件的相关开发等。这样既能够巩固课程知识的学习，又能发挥学生的学习热情，特别感兴趣的学生也能有机会参与科技大赛的团队或加入更加有实力的团队中发挥自己的能力。

三、结语

信息化、网络化并结合个性化、需求化的培养方式，实现了对“现代控制理论”课程在硕士研究生教学中进行改革和加强的目的，使本课程的教学和科研水平有了很大的提高，学生理论课成绩提高了10%，及格率提高

了12%，教师的科研立项、学生的创业课题和电子大赛获奖都有了很大的提高。该教学模式解决了学生的不同的学习需要，培养了学生的分析问题、解决问题的能力，符合研究型大学培养研究生的培养目标，同时该教学模式的改革也促进了教师能力的加强，促进了“慕课”的建设，促进了教师对课程的理解并为课程补充了新鲜的内容，体现了学生的需求就是大学教学的目的的思想。

参考文献：

[1]陈迪.互动媒体支撑下的课堂教学研究[D].武汉：华中 师范大学，2012.

[2]郭殿林，姜志成，刘远义.电机与拖动基础教学改革探析 [J].黑龙江教育：高教研究与评估，2016，（12）.

[3]樊一阳，易静怡.《华盛顿协议》对我国高等工程教育的 启示[J].中国高教研究，2014，（8）.

[4]段成芳.培养大学生创新能力的教学管理改革——以 “挑战杯”为个案的研究[D].长沙：湖南农业大学，2005.