《现代控制理论》的课程建设与教学改革研究

王林军 谢又祥

【摘要】针对本校现代控制理论课程教学过程中存在的问题和不足，从课程建设目标和思路、课程教学内容、课程教学方法、课程实践教学、科研促进教学等方面提出了几点想法，以对搞好现代控制理论课程建设具有一定的科学指导意义。

【关键词】现代控制理论  课程建设  教学改革

【基金项目】本文系三峡大学2021年研究生课程建设项目（SDKC202108）的研究成果。

【中图分类号】G444   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）29-0186-02

现代控制理论课程是三峡大学（以下简称“我校”）机械工程、动力工程及工程热物理、能源动力和电气工程等研究生学硕和专硕的一门重要的技术基础课，同时也是一门实践性非常强的课程，该课程在机械工程、动力工程及工程热物理、能源动力和电气工程等领域中有着非常重要的应用，与生产实践紧密结合[1]。我校是国家水利部和湖北省人民政府共建大学，是教育部“卓越工程师教育培养计划”高校，我校大批本科毕业生奔赴生产第一线，结合地方需求服务地方发展，机械类、能源动力类、电气类等专业培养目标更加注重生产一线，这就对该类专业的课程科学设置和规划提出了更高要求，并且与实际生产实践结合起来。现代控制理论课程作为机械工程、动力工程及工程热物理、能源动力和电气工程等研究生学硕和专硕的一门重要的技术基础课[2-4]，主要目的是使学生熟悉控制系统的状态空间分析方法，掌握线性控制系统的状态能控性、能观性和李亚普诺夫稳定性理论，掌握状态反馈和状态观测器的设计方法，并能对线性控制系统的运动行为进行分析，并在此基础上掌握最优控制方法等。通过本课程的学习，培养学生利用现代控制理论和计算机技术解决控制系统的分析和综合问题，为工业控制系统开发与设计奠定理论基础。然而，随着国际高教界逐渐形成了一股新的潮流，即高等院校越来越重视实践和应用，教育活动逐渐倾向于短学程化，这就导致了当前现代控制理论课程的教学课时被较大幅度地减少，从而对教学内容、教学方法、教学手段等提出了更高的要求[5]。

1.现代控制理论课程在教学过程中存在的问题

1.1课程教学时间安排不够

现代控制理论课程内容饱满，理论晦涩，但为适应应用型高等院校的短学程化要求，对课程教学课时进行了大幅度的消减以及压缩，使得目前的课程理论教学学时仅为24学时，从而导致了教师无法在课堂上详细讲解许多重要知识点，这样更加增加了课程教学的难度。

1.2课程教学的内容抽象、公式推导较复杂、理论性较强

此外，传统课堂教学手法单一性，容易导致学生较难理解和掌握相关理论内容。同时，考虑到学生在基础学科知识掌握有所欠缺，以及“现代控制理论”课程以状态空间模型为基础，其复杂的理论知识体系，容易造成学生学习注意力不集中、对课程有抵触情绪等问题。

1.3理论与实践联系不紧密，实验部分少

由于理論课程内容不能马上用实验验证，导致学生对理论的理解和综合运用不够。同时实验条件、实验资源的限制，影响许多实验的正常进行。

针对该课程上述问题，并结合前期教学积累经验，本文从课程建设目标和思路、教学方法、教学手段、课程建设内容等方面进行改革和实践，旨在培养学生利用现代控制理论和计算机技术解决控制系统的分析和综合问题，为工业控制系统开发与设计奠定理论基础。

2.课程建设思路与教学改革研究

2.1 课程建设目标和思路

对各专业人才培养方案进行调查和研究，分析现代控制理论课程的重要性，并考虑人才培养目标，将典型工程案例引入课程教学中，有助于学生创新思维的激发，同时能促进学生对问题的发现、分析和解决能力，进一步有助于学生实践技能的提高以及工程应用型人才能力的培养。通过了解课程建设的当前现状，学习好的课程建设宝贵经验，对课程建设新思路进行梳理，对多种教学方法进行探索，不断促进课程教学效果的提高，同时有助于学生学习积极性更好地激发。通过现代控制理论课程建设与教学改革实践研究，对老师的教学创新意识有加强的作用，有助于课程教学水平和教师教学研究能力的提高。

2.2 课程教学内容改革

购置课程相关图书资料，不断拓宽视野，对课程教学内容不断更新，适应未来课程建设改革发展要求，实现课程教学内容不断与时俱进。购置课程相关的控制模型或实物，并对其进行讲解，有助于学生增强现代系统控制工程意识，理论知识与实践综合运用相结合，以及学生学习效果、学习积极性的提高。

2.3 课程教学方法改革

针对现代控制理论课程的特点，让学生从教材中的纯理论知识、数学公式推导脱离出来，想办法激发学生学习的浓厚兴趣，并让学生感受到所学该课程知识在工程实际中的广泛应用。在该课程建设过程中，不断摸索科学合理的教学方法，如翻转课堂教学法、微课教学法等。

2.4 课程教学手段改革

现代控制理论课程抽象，对数学基础理论要求较高，所以在进行讲授过程中，要充分利用计算机辅助工具，精心准备优秀课程教学PPT，这样有助于在短学程化的条件下，能对现代控制理论课程内容的重难点知识进行讲授，以及改善该课程的课堂教学效果。同时，还可以采用现场教学的课堂教学方法，依据教学计划的安排，选择科学合理的章节进行现场讲授，进行选取学校附近的公司及工厂，根据公司或企业中的现代控制案例进行现场讲授，让学生能边学习理论知识边看实物，这样有助于学生学习积极性的提高。同时，可以通过该课程的实践教学，让学生尝试对理论验证试验进行修改和创新，有助于学生进行现代控制系统设计能力的培养和提高，还可以促使学生对现代控制系统设计流程的了解和熟悉，同时还可以安排一些现代控制系统设计任务，让学生进行独立自主设计，最终通过数值实验结果感受到设计的结果，这样有助于提高学生的现代控制系统设计和分析能力。同时，引导学生到相关公司进行实习，学习和了解生产实践中所用到的现代控制理论知识，促使学生在工程实践中对控制问题的发现，并能将所学理论知识用到生产实践，真正解决实际生产中的现代控制问题，这样让学生感受到这门课的课程价值、重要性和实用性，还有利于发挥学生主动学习该课程的积极性，以及课堂教学质量的提高。

2.5 加强课程实践教学建设

添置新实验平台和设备，增加一些有趣实验，让学生切实感受到学以致用。同时，引导学生去实际工程中寻找与现代控制工程相关的问题，激发兴趣点和活跃思维，运用所学理论知识，解决实际工程中的现代控制问题，不断培养学生分析问题和解决问题的能力以及团队合作精神的意識，为后续从事现代控制工程相关的工作打下坚实的基础，同时为地方的经济发展做好技术服务。

2.6 科研促进教学

任课老师积极申报现代控制理论方面的科研项目，带动学生参与到老师的课题中，不断培养学生的科研意识，历练学生用所学现代控制理论知识来解决科学问题。同时，教师还可以在课堂教学过程中讲授科研项目中是如何解决现代复杂控制工程问题，让学生切实感受到现代控制理论的重要性。

2.7 加强和同行交流

了解相关工科专业课程培养方案，并与同行进行广泛交流，认真调研现代控制理论课程在相关课程体系的地位和相关要求，力争在后续工作中使得该课程能更科学合理地支撑相关专业的整个课程体系。

3.结语

考虑到现代控制理论课程是一门多学科交叉的课程，并结合我校人才培养目标的特点，在当前形势下，对我校现代控制理论课程的建设目标和思路、课程教学内容、课程教学方法和手段、课程实践教学、科研促进教学等方面进行了改革和研究，在进行现代控制理论课程建设的同时，不断对课程教学进行深化、改革和创新，形成了具有一定特色的课程教学模式。教学过程中，应当重视对学生学习主动性、积极性和创造性的培养，而且要根据不同层次的学生特点，不断对课程教学手段进行改革和创新，这样有助于更好地培养学生的自学能力、动手能力、分析问题、解决问题的能力，培养学生设计计算以及利用已掌握的知识分析实际问题的能力。

参考文献：

[1]庞爱平，杨靖.浅谈新工业时代控制科学与工程的新发展与基础教育[J].科教文汇（上旬刊），2021（4）：88-89+92.

[2]陈斌，周怡琳，林雪燕，高宝成.面向工程教育专业认证的现代控制理论高新课教学改革研究[J].高教学刊，2021，25（7）：128-131.

[3]王林军，谢又祥.“现代控制理论”多媒体双语教学改革的探索与实践[J].科教文汇，2016（16）：61-62.

[4]张宝琳，房庆祥，曹飞龙.数学专业“现代控制理论”课程教学改革的思考[J].科教文汇（下旬刊），2010（12）.

[5]亢洁.新工科背景下《现代控制理论》教学改革与教材建设[J].中国新通信，2021，23（7）：171-172.

作者简介：

王林军（1982年-），男，湖北黄冈人，博士，三峡大学机械与动力学院副教授，机械系党支部书记，研究方向为结构优化与可靠性分析、反问题理论与方法等研究。

谢又祥（1982年-），女，湖南邵阳人，硕士，三峡大学科技学院副教授，研究方向为微分方程理论及应用。