《线性系统理论》研究生教育优质课程建设探究

赵 峰 陈向勇 郭 明 张星慧

（临沂大学自动化与电气工程学院，山东 临沂 276005）

《线性系统理论》课程是系统与控制学科领域的一门最为基础的课程，是普通高校控制类、电类及机电类等许多学科硕士研究生学位基础课程。以线性系统为基本对象，研究系统状态的运动规律，揭示系统中固有的结构特性，建立系统的结构、参数与性能之间的定性、定量的关系，以及为改善系统性能以满足工程指标要求而采取的各类控制器设计方法。由于在数学上处理线性系统比较方便，所以线性系统理论在系统和控制领域中得到研究和发展，并且应用广泛，成果较多。本课程的主要内容包括线性系统的数学描述、线性系统的运动分析、能控性与能观测性、传递函数矩阵的状态空间实现、系统运动的稳定性、状态反馈、状态观测器等。其理论性强，知识涉及面广，所研究的概念、原理、方法、结论等对于其他相关控制课程，如自适应控制、非线性系统控制、最优控制、鲁棒控制、系统辨识、过程控制等具有非常重要的基础性作用[1]。

信息技术的不断应用于现代教育领域，我国各方面的建设对研究生的需求规模不断扩大，但是规模的扩大使得研究生的培养参差不齐。这就要求高校在研究生的培养、专业设置等方面需要不断优化，为我国各方面的建设提供充足的人力资源。因此要不断推进创新人才的培养，把追求人才数量逐渐转变为追求人才质量。《线性系统理论》作为系统与控制学科领域的最基础的课程之一，课程的建设需要不断的改革和完善，特别是课程的优质建设是未来学科应用的重点。

一、课程教学存在的问题

《线性系统理论》课程理论性较强，涉及的内容广，对数学基础要求较高，使得学生的理解难度较大，并且该课程共48学时，很难涉及全部内容。目前仍然单纯地按照教材组织授课内容，并且教学内容陈旧，内容普遍滞后于学科发展前沿，教学形式上缺乏授课内容的设计，忽略了教学内容与相关领域的控制问题的结合，理论与实践脱节，教学方法单调、枯燥。在教学过程中往往教师占主导地位，仍然以“填鸭式”教学为主，忽略了学生的主体地位，重视知识的传授而忽略了能力的培养，重视知识的传承而忽略对知识的创新，忽略学生和教师、学生和学生之间的交流讨论，缺乏研究生的主动参与，缺乏开放性、主体性、研究性，学生参与度不够，导致学习效果较差。同样的，课堂教学评价侧重衡量教师完成教学目标和知识传授情况，忽略了学生的主体性，不顾学生的学习效果。网络资源开发不足，不能满足学生对知识的需求以及自学能力的提升。同时作为研究生课程，由于教学形式的单一，不能很好地培养学生自主学习及研究能力，不能使学生形成完整的知识体系。仅仅讲解课本上的知识，而不关注最新的研究进展，不能拓宽学生的知识面和视野。

二、课程建设中的改革措施

（一）教学方法和教学手段的创新与完善

教学方法和教学手段的改革是优质课程建设成功与否的关键。《线性系统理论》课程知识体系抽象，传统的教学方法已经无法适应研究生的培养要求，也无法满足学生对知识的需求，这就要求在教学过程中教师采用灵活多样的教学方法和手段。在教学过程中，要不断引入形象化的案例，将案例教学贯穿课程始终，把抽象的知识形象化。《线性系统理论》课程是以状态空间描述为基础，对线性系统进行建模、分析和综合，涉及线性系统的可控性、客观性、标准性、状态反馈涉及、观测器、稳定性分析等等，理论性较强，内容比较抽象，这就要求将所讲授的内容与工程实际相结合，如在讲解系统建模时，可以用电机模型为例，让学生熟悉实际的建模过程；在讲解系统状态解耦时，可以用直升机为例，如果没有解耦技术，飞机的驾驶难度高，就需要飞机驾驶员具有很高的驾驶技术，但是解耦技术的利用将使得直升机的驾驶难度降低。同时把课程思政引入教学过程中，根据课程内容和特点，介绍我国本领域的突出成就和相关的人物事迹，激发学生的爱国情怀，真正落实立德树人的根本任务。在实验教学过程中，利用MATLAB等工具，不仅能够加深整个学习过程的印象，还能熟悉软件的应用，例如在学习线性定常系统的运动分析时，可以利用MATLAB绘制系统的单位阶跃响应，更加直观地了解系统收敛和发散的情况，也熟悉了程序的编写以及Simulink的使用。同时在教学过程中要发挥学生的主体作用，充分发挥学生的主动性，增加课程教学过程中的讨论和探究环节，调动学生的积极性。例如教师引出下节课的知识点，安排学生课下进行自学，然后在课上进行讲解，学生之间相互交流讨论，最后由教师指出存在的问题并做相应的补充，这样不仅提升学生的专业素养，还可以培养学生的自学能力和表达能力。因此在教学过程中，改变单一的教学形式，不断研究新的教学方法和教学手段，不断提升学生学习的理论深度，增强学生的学习兴趣，从而使学生能够轻松地掌握所学的课程知识，提高教学质量。

（二）课程网络资源的丰富

随着时代的发展，对学生科学素养等方面的要求会越来越高，而学生能力的提升，必须有大量、丰富的课程资源来支撑。现代信息技术的不断发展影响着人们的思维和学习生活方式，也使得学生通过网络能够了解更多的理念、知识、信息。信息技术的发展也冲击着传统的教学方式、教学理念、教学方法等，因此需要一种新的学习方式。利用最有效的资源去辅助教学，为学生知识技能、价值观等目标的全面实现提供必要的支持，其中互联网资源与教育的融合促进了教学的改革，积极开创慕课、微课等课程，可以充分利用网络资源，使得教学内容和教学资源开放共享[2，5]。组织教师不断丰富完善课程资源，制作精益求精的课件、视频。通过网络平台建设，可以充分体现科技手段的人性化，合理地嵌入电子课件、视频资料、动画等元素，不仅丰富了课程资源，也使得抽象的知识更加形象化。同时使得学习资源更加优化，利用更加高效，学生可以随时观看利用，不受课堂的限制，也有助于学生拓宽知识面，了解本课程的前沿知识，这就弥补了在课堂教学过程中时间短、知识量大的缺点。而且利用网络，师生之间、学生之间可以随时进行沟通交流，对于学生普遍关注的问题，教师可以在课堂上详细讲解，使网络资源成为扩充学生知识、课堂教学反馈的辅助教学手段。

（三）教师教研能力的提升与课程团队的建设

在信息化的环境下，教师的角色不再是知识的垄断者，而是学生学习的指导者和帮助者，因此在日新月异的数字化时代，教师必须具有强烈的现代化教学意识，熟练的教学技巧。与此同时《线性系统理论》课程所涉及的知识面广，这就要求教师需要不断地提升自身科研能力和学科的知识水平[3-4]，不断丰富自身阅历，掌握现代化的教学方法，把握教学的实质内涵，把先进的学术思想和前沿知识渗透到教学过程中，引导学生积极思考，激发学生对科学研究的兴趣，增强学术研究的信心，提升学生的自主学习能力，努力培养学生的责任感和使命感，从而实现教与学的统一，知识学习与能力培养的统一，教学与科研的统一结合，以此提升整个课程建设的高度。在提升教师自身教研能力的同时，加强课程团队建设，组织课程团队教师外出学习，开阔教师的国际视野，强化合作交流[6]。课程团队需要经常交流，共同解决教学科研中遇到的问题，及时凝练在交流过程中掌握的新的理论、技术、方法。建设一支教学科研能力强，结构合理的课程团队，为优质课程建设打下坚实的基础。

（四）考核评价体系的改革

提高研究生课堂教学质量，科学有效的考核评价体系能够全面客观的反馈人才培养的效果，对学生产生激励作用，为教师提高教学改进的动力和方向。打破传统的记忆式的考核模式，注重多元化的评价模式，特别是过程性考核，实现学生自评互评、教师评价以及课程教学团队评价的多元化的评价方式。学生自评互评包括学生对本门课程学习情况的自我总结，找出自身的不足，促进学生自主学习。教师评价包括研究生的课堂出勤率、作业、笔记、参与课堂讨论、对新知识的讲授理解以及对问题的解答等，可以直观地了解学生对《线性理论课程》的需求内容，也可以使教师了解教学效果，实现反思与自评。课程团队评价主要是研究生阅读指定文献的理解、发表学术论文、完成调查研究报告、实现创新设计及获取专利等，培养学生严谨的科学研究作风。最后的考核也采用开放式、多样式的课程考核体系。通过多方面的考核方式，能够综合、公平的评价学生的学习效果。参考国内外先进的经验，不断的改革和完善考试评价体系，为优质课程的建设提供保障。

三、结束语

本文从《线性系统理论》课程的特点出发，结合临沂大学自动化与电气工程学院研究生实际情况，从教学方式方法、课程资源、教师能力、团队建设、考核评价体系等方面进行改革。然而优质课程的建设是一个系统的、长期的动态过程，是研究生培养的重要环节，在后续的教学过程中，需要不断地探索研究，努力把本课程建成国家级优质课程，为全面提升研究生的专业素养，培养研究生的各方面的能力提供保障。