“现代控制理论”课堂实践教学经验浅谈

郭强+闫艳燕+张燕+高国富+赵波

摘要：针对当代学生多为“独生子女”以及多数大学生过惯“养尊处优”生活的实际情况，并且对于大学相对较为开放的课堂，使得学生主观上有抵制课堂教学的倾向，尤其针对“现代控制理论”比较难以理解的专业基础课，如何使学生愿意去课堂，愿意听课是本文试图理解和解决的关键问题。本文分析了生活联系课堂实践式教学方法的优势，并进一步采用“反馈式”课堂交流的方式，增强教学效果，同时在教学上着重训练动手能力（生活实践能力）与加入网络热点，使本课程理论化繁入简，活跃课堂气氛。为理论上较强的专业理论课教学提供一种切实可行的教学方法。

关键词：现代控制理论；实践性；反馈；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）16-0212-02

当代大学生多为“独生子女”，在“养尊处优”的环境中生活了10多年，他们已经有了抵制困难的倾向。在机械学科中，“现代控制理论”[1]是一门控制理论与机械学科紧密结合的机械工程类和机电类相关专业师生的必选课程。该门课程主要与前期所学“线性代数理论”、“矩阵理论”密切相关，并且主要以分析计算为主，同时引入了状态空间的概念，这给师生学习带来一定的困难。为了达到培养效果，经过几年的探索与实验，总结出几点经验。

一、实例性教学方法，入门教学的关键

学好一门课，第一节课对这门课的第一印象极为重要，通过第一节课的讲解，要让学生对这门课程产生浓厚的兴趣。通过实践性教学方法，即列举大量同学经常能够接触到或者了解到的事物，如让学生拿出手机感受一下有重力感应的游戏（即使手机里面没有，他们也肯定见识过），为什么会有重力感应呢？中国神舟飞船上天直播过程中工程师和远在太平洋控制船上的工程师们是如何控制飞船的？飞船在姿态变换过程中，这些工程师是如何控制的？都在干些什么？使学生在脑海中形成解答这些问题的渴求，进而引出控制的概念，这样就能激发他们继续深入学习这门功课的动力；此外，为了让大家掌握“状态空间”的概念，我们可以首先给学生列出一个复杂的常微分方程与传递函数（传统线性定常系统），他们虽然有一定的数学基础，但是当他们看到这几个等式时，立刻就会觉得这种方式太难了，很难学进去，从而产生退缩心理，这时，教师可以提出一个问题，即：“如果给学生们一种选择，这种选择能够实现同样的功能，同时更容易理解和接受，他们愿意吗？”至此肯定能够形成共鸣。此时再引入“状态空间”的概念就可以使他们容易接受和理解了。因此，在第一堂课采用实例教学和问题教学刺激学生的求知欲，为我们后期的课程开展开了个好头。

二、交互式（反馈式）问题探讨，深化理解的阶梯

由于各种原因，当代的学生基本没有课前预习的习惯，所以在课堂上，每个问题对他们来说都是新的，没有接触过。开始学习时，即使讲台上教师讲得再出色，学生当时听得很清楚，同时也理解教师想表达的意思，但是做题时依然错误百出。如何使学生在渴求的状态下学习完概念后，让他们更好的理解呢？作者在教授课程的过程中发现，一个概念讲授完成后，提出一个问题，预留一定的时间给学生，让他们带着问题，带着渴求在理解概念的基础上与周围同学交流，与教师探讨；同时，教师不应该只站在讲台上，而应走到学生的中间，实时讲解，这样能够形成反馈式教学模式，够使学生深化认识，深化理解，更容易让他们达到“课堂上学会，课堂下不易忘记”的状态。

三、动手能力的利用，兴趣爱好的建立

这里的“动手能力”不是去实验室做实验，而是在课堂上利用一切有利于学生理解的物体，让他们自己动手做一做。例如在讲到“李雅普诺夫稳定性”的问题时，就可以利用学生非常熟悉的骑自行车的例子，让他们回忆一下骑车的时候，刚起步时是什么感觉？起步以后是什么感觉？停车的时候是什么感觉？在骑车过程中为什么会摔倒？等等。学生经常骑自行车，那么针对这些问题，他们肯定会有各式各样的答案，肯定有的同学会回答正确。这时，在交互过程中，讲课教师有意识地引导学生思考，之所以骑车过程中感觉很平稳，甚至有些技术高超的可以脱把骑行，是因为骑行过程中他们很好的做到了平衡性的问题。这就涉及到了李雅普诺夫稳定性定理的相关内容：开始起步到停车的时候，实际上是从不稳定到稳定的过度，这进一步解释了稳定性的相关概念。在讲授倒立摆控制理论时，讲师就可以利用另一个学生小时候经常做的动作，即家里面有“鸡毛掸子”或者一根长棍子，拿手指或者手掌顶住一端，然后手臂在下面运动，从而保证其可以保持倒立状态一段时间不倒，这和下图中老大爷剑鞘顶剑[2]具有异曲同工之妙，这为进一步讲到倒立摆实验缓解了思想上的压力，并且使学生有了学习倒立摆的控制原理“渴求”式的动力。

有时候讲课教师举例说明时，想到的实例可能是学生经常接触的并且非常熟悉的，但不一定会恰到好处，这个在教学过程中不必追究，正如邓小平同志所说：“不管是白猫黑猫，只要能抓老鼠就是好猫”。即在教学实践过程，举到的实例可能不是很符合某个定理的说明，但是，只要有利于学生理解书本上的知识，只要不涉及到法律禁止的、低俗的内容，只要学生乐于接受，不管是什么样的示例，我们都可以采用。

四、网上热点的加入，课堂气氛的活跃

如果仅在课堂上讲授知识，那么学生会感觉非常枯燥无味。每个教师都遇到过这样的情况，在讲课过程中，有的同学趴在桌子上睡着了，这种情况往往发生在一节课的后半段。这时，大部分的教师会采取直接点名的方式，如“第几排的那位男（女）同学，别打瞌睡了”、“就说你呢”，以及“同学们清醒清醒”等这些话语，虽然暂时的一两分钟能对该同学起到提醒作用，但是一会就又照睡不误了。造成这些的原因有本课程的理论性太强、学生的基础知识缺乏、教师讲课时的语调以及情绪不高等。教师的情绪和语调可以调节，然而，该课程本身的理论性强以及学生的基础知识无法立即提高的现实却不能改变。所以，针对这样的学生不能一味的批评与责备，除了适当改变教师自身的教学能力外，学会调动学生的情绪是解决问题的可行之道。那么，如何合理地调动学生的情绪是问题的关键。在讲授的过程中，适时的讲授和谈论一些网络上出现的热点事件、热点话题以及热点词语（必须把悲观的、低级的、涉及到色情的内容剔除）来引起学生的注意。例如当发现大家有了困意之后，教师就可以随口说出网上交易时的口吻：“亲”。当教师采用这样的口吻时，学生就会不自觉的发笑，只要他们有笑声，那么这种笑声就会传染，从而缓解困意。在授课过程中，引用网络热点时要贴合授课内容，要做到随性而发，引起共鸣，从而达到活跃课堂气氛、劳逸结合的目的。

五、采用考核，防止消极抵制

任何教学方法都不可能提起所有同学的兴趣，这个时候，为了控制教学效果，还需采用考核形式。由于该课程是一门重要的专业基础课，除了主要采用闭卷的形式测试学生的学习成果，还需要配合考核在课堂教学过程中学生的出勤率[3]。可以对主动回答问题的学生给予适当的奖励，做到“课堂表现直接影响成绩”、“学习过程得到重视”而不是“考试前突击”以及“考试后忘记”的效果。

六、结语

上述所提是实践性教学的几个方面。这些方面不是孤立的，而是需要紧密联系实际，根据实践情况综合某几个方面、全部或者传统方法与本文所提方法相结合。利用这些实践教学成果能够活跃课堂气氛，使课程的讲授不至于太过乏味，使授课内容化繁入简，使学生在听课的过程中保持渴求的心理，从而达到课堂内容顺利“走进”学生的大脑并“保留”下去的效果。即，达到学生能够主动接受知识并记住知识的目标。

诚然，这些实践经验是作者在教授该课程的过程中得出的一些方法与经验，还存在很多不足之处，还需在教学实践过程中进一步努力提高，不断改进，以期找到一条更适合本课程教学的成功之路。

参考文献：

[1]刘豹，唐万生.现代控制理论[M].第三版.北京：机械工业出版社，2011.

[2]胡珍，叶卉.公园里的“杂技师”[N].温州日报，2008.

[3]张燕.“机械工程控制基础”课堂教学经验简析[J].课程教材改革，2013，（1）：85-86.endprint