农电专业现代控制工程课程教学改革与建设

兰睿

摘要：众所周知，在农电专业中现代控制工程作为重要的学科之一，是不可或缺的。为进一步提升农业电气化与自动化专业研究生课程质量，根据学科发展、生源素质及其专业背景知识以及课程实际教学效果，从优选教材、优化教学内容与教学大纲、改革教学模式与教学方法、构建课程学习支持体系和建立课程考核与评价标准等方面进行课程改革与建设，切实提高教学质量。

关键词：农电专业;现代控制工程;课程教学;改革与建设

引言

随着我国农网建设及规模的发展，尤其是互联电网的发展，现代先进的输电技术、电力电子技术、信息技术、安全稳定控制技术得到广泛应用，保证了互联电网运行的安全性和经济性。这些技术的应用代表了目前农网技术的发展水平，也使农村电网建设大大加强。我国农电企业正在实施“新农村、新电力、新服务”的农电发展战略，国家电网公司已提出积极开展“农电队伍素质工程”，但县级供电企业由于历史原因，不论是人才数量还是人才结构都远远不能适应企业的发展。

1农电专业现代控制工程的含义

现代控制理论是现代控制方法的理论基础，在信息、通信、自动控制和生物工程等很多领域有广泛的应用。该课程主要介绍以状态空间方程为模型的控制系统分析与设计方法，包括系统的状态方程数学模型、时域性能、系统稳定性、系统能控性和能观性等分析，状态反馈控制与状态观测器设计及最优控制等教学内容。

2传统教学中存在的问题

现代控制理论课程作为自动化专业的核心课程，按照新版人才培养方案要求，目前的教学过程中存在许多问题。首先，由于现代控制理论具有理论性强和内容抽象的特点，讲课重点通常落实在理论知识、概念和公式推导上，忽视对学生工程实践能力的引导与培养，从而很难将现代控制理论应用于实际工程系统的设计中，很难提高复杂工程问题的分析和解决能力;第二，现有教材的内容偏重于理论概念和公式推导，复杂工程示例较少，难以体现现代控制理论在分析和设计复杂工程控制问题的优越性，并且与经典控制理论联系不够紧密;第三，目前开设的实验大部分是对理论的简单验证，缺乏复杂控制系统的分析和设计实例。

3农电专业现代控制工程课程教学改革

3.1课堂教学改革

为了进一步突出“现代控制理论”课程的理论概念和工程背景，培养学生的创新意识、创新精神和创新能力，在实践教学过程中引入倒立摆实验平台。倒立摆实验平台是控制研究领域广为采用的控制算法验证平台，工程实践中的许多控制问题，如火箭垂直发射、病人下肢康复训练、双足机器人行走等，都可以归结为倒立摆控制在实际中的应用。因此，将倒立摆实验平台引入到“现代控制理论”实践教学过程中来，通过指导学生独立完成倒立摆实验平台的系统建模、性能分析、控制器设计等环节，激发学生的学习兴趣，加深学生对复杂系统的状态空间分析方法的理解，切实提高学生对复杂控制对象的分析和控制设计能力。

3.2理论联系实际

首先，在理论教学设计方面，在保证现代控制理論科学性的基础上，尽量简化理论推导，突出重要的概念、公式和方法，通俗易懂地讲解现代控制方法。其次，在课程实验教学设计方面，为确保实验教学环节的质量，教师可以提前布置相关实验教学内容，要求学生上实验课前形成相关预习报告，实验教学过程中做好对每位学生的实验情况记录，以便通过实验教学环节及时了解每位学生的理论掌握程度，从而给理论教学提供依据.实验教学环节结束后要求学生严格按要求撰写实验报告并及时上交。此外，可以引用电子信息工程专业相关的一些工程系统，介绍这些工程中的控制问题以及解决思路.通过改造现有的实验项目、电子竞赛题目、引入工程实例等方式，压缩验证性实验比例，提高综合性、设计性和探究性实验比例，以加深学生对概念、性质和算法的理解，切实提高学生利用现代控制理论和方法解决实际工程问题的能力。

3.3充分运用现代化教学手段

采用多种教学手段，如电化教学、多媒体教学、网络教学等，提高学生学习的趣味性。使学生在较短的时间内对专业涉及的工程内容有较具体的感性认识，帮助理解专业理论知识;采用多媒体教学，能够使学生加深对课程原理的理解和掌握，生动形象，取得了好的教学效果。

3.4提高师资水平

应充分认识到师资队伍的整体水平在人才培养中的重要性，通过引进和自我培养相结合，努力提升教师的学历层次和业务水平，鼓励教师攻读高层次学位。对于年轻教师的培养也刻不容缓，对此实施教授与助教一对一的指导模式，从而促进了年轻教师的成熟。所有教师坚持教学与科研并重，以科研促教学。科研工作的开展不仅提高了教师的学术水平，而且丰富了教学内容。

3.5建立课程考核与评价标准

在考核方式上，采取期末开卷考试、阶段任务完成情况、课堂表现与考勤、综合能力考核相结合的综合评价办法。以上四个方面分别占总成绩的40%、20%、20%和20%，从而建立完整的、具体的考核标准。这种考核方式与考核标准更注重过程考核，比以往只以理论考试进行考核的方法更有实效，更能测出学生的真实水平。

4农电专业现代控制工程课程教学建设

4.1教材建设

教材建设是课程改革与建设的一个重点，现有的控制理论（工程）教材多将重点放在介绍以状态方程等为数学模型的状态空间分析与设计方法上，理论性很强，内容较深奥，而目前我校农电专业的研究生生源大多为调剂生，普遍缺乏或不具备控制理论基础的相关知识背景，因而现有教材显得很不适用，需重新编写或重组教材。在实际教学中，根据学生的实际情况与农业工程学科需要，有目的、有选择的精选教材中的相关内容进行授课，并对相关的控制理论进行精简，突出重点，并增加MATLAB的仿真分析方法，现代控制理论与技术在农业智能装备、农业机器人等农业工程领域的应用案例及具体实现过程，使其真正适用于本专业。

4.2整合教学内容，完善教学体系

根据学生已有的知识水平和能力，以编制的教学大纲为依据，在兼顾各种教学环境因素的前提下，在教学内容上重点讲解核心概念、原理。在多年教学实践经验总结的基础上，将教学内容划分为：状态空间建模、系统性能分析、系统性能综合三个模块。在教学过程中，将教学重点放在线性定常系统的性能分析和改善上，对于线性时变系统、非线性系统的分析则可略讲;对于基础性的关键内容，如状态空间表达式的奖励、能观能控制的判别、稳定性的分析、极点配置和状态观测器的设计等部分进行重点讲解。同时，依据自动化相关专业课程体系和人才培养方案中的培养目标和毕业要求，从广泛使用的现代控制方法中合理筛选出有代表性工程实例融入到课程教学内容中，通过介绍工程实例的控制问题及解决思路，以加深学生对课程相关概念、性质的理解，加大课程教学的工程应用特色。

结束语

综上所述，为全面体现培养目标和学位要求，构建符合学科特点的课程体系，开展了全面综合型研究生课程体系建设，而现代控制工程作为农业工程学科的农业电气化与自动化专业的专业课，是学校学生课程体系的一部分，对农电专业研究生的教育与培养具有重要的作用。

参考文献

[1]刘木华，吴颜红.农电专业现代控制工程课程教学改革与建设[J].江西农业大学学报（社科版），2020，33（1）：265-267.

[2]佟庆伟.农电专业现代控制工程课程教学改革与建设[J].实验技术与管理，2020，25（5）：115-118.

[3]丁建波，蔡杭锋.农电专业现代控制工程课程教学改革与建设[J].实验技术与管理，2020，25（6）：122-124.