独立学院“控制理论”精品课程建设的探索与实践

李静 许芳

【摘 要】围绕“控制理论”课程的特点及独立学院本科应用型人才的培养目标，结合“控制理论”校级精品课程的建设，对课程的教学内容、教学手段和方法、实践教学体系等方面提出一系列改革措施。通过近3年的教学实践，在培养学生的自主学习能力、工程实践能力和创新能力等方面起到了良好的作用。

【关键词】控制理论；精品课程；教学内容；教学手段与方法；实践教学体系

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2016）14-0042-03

“控制理论”是自动化和电气及自动化专业必修的一门专业核心课程，作为武昌首义学院的校级精品课程建设项目于2012年开始建设。笔者结合课程特点和专业实际，提出了“以培养应用技术型人才”为主线的改革思想，在近3年的精品课程建设过程中，根据学生的实际情况，结合现代教育技术在教学内容、教学手段、教学方法、多媒体课件制作、实践教学创新、网络教学应用等方面做了一系列的优化和改革，逐步形成了一套适应独立学院、工科院校的控制理论课程的教学体系。

一、教学内容安排

课程组根据独立学院生源参差不齐，学生接受知识、对知识的理解能力差异较大的特点，对课程的内容进行了整合，制定了新的教学大纲，优化了教学课件，具体表现在以下几个方面：

1. 优化教学内容，建立课程群

对自动化专业的学生而言，“控制理论”课程是一门承上启下的课程，该门课程以前期的“高等数学”“信号与系统”“电路”“模拟电子技术”等课程为基础，同时又是后续课程“过程控制系统”“运动控制系统”“计算机控制技术”等的基础。因此，课程组结合课程性质，首先构建了由这些课程形成的课程群，一起讨论并优化了几门课程的教学内容，保证了各门课程知识的连贯性、兼容性，做到课程知识间的承上启下，避免了任课教师盲目上课，内容重复或重点内容不突出的现象。例如，有关拉普拉斯变换的定义及性质部分的内容在“信号与系统”中已经详细讲授过，在“控制理论”中仅带着学生复习一下性质的具体内容，让学生知道如何使用即可；有关BODE图的绘制及其特点这些内容“控制理论”讲得很详细，后续的“运动控制系统”课程中这个部分也可以弱化，等等。

2. 关注发展前沿，保持内容先进性

近年来，随着科学技术的进步，控制理论的发展也日新月异，智能控制、鲁棒控制、自适应控制等方向都取得了很大进展。为了激发学生的学习兴趣，让其了解本专业方向的发展前沿，保持教学内容的先进性，教师在授课过程中应适当引导学生接触一些新理论、新技术。比如，在讲授与稳定系统相对应的不稳定系统的例子“倒立摆”时，引入双轮自平衡机器人这一典型的倒立摆模型，引导学生了解机器人领域的发展趋势及成果；在讲授PID控制算法时，引入人工神经网络、蚁群算法和鱼群算法等智能控制算法，引导学生去了解这些算法的基本思想，等等。这样不仅加深了学生对学习内容的理解，更重要的是大大激发了学生的学习兴趣。

3. 淡化推导，重视例题习题

“控制理论”课程理论性很强，涉及“高等数学”“线性代数”等课程的数学知识较多，对学生的数学基础要求较高，如果课堂上太过注重数学公式的推导、证明，很容易让学生感觉抽象且难以理解，所以在讲课过程中应尽量淡化数学公式的推导、证明。例如，绘制根轨迹的基本规则中渐近线、分离点等规则的数学证明较为烦琐，在授课过程中仅提供证明思路即可，关键是讲清楚如何运用规则绘制根轨迹、分析系统性能。

另一方面，鉴于此门课程的强理论性，在详细讲解了重要知识点的基础上，需多讲解一些综合性较强的例题，让学生清楚地知道如何运用知识点解题，培养其分析问题和解决问题的能力。课程组在教学过程中发现有很多学生反映：课堂上老师讲的都能听懂，但是一到课下自己做题就会遇到问题，特别是考研真题中有些综合性的题目感觉无从下手，这些情况归根结底还是因为对知识点掌握得不够扎实，不会灵活运用，所以有针对性的练习必不可少。

4. 重视工程应用，增强实例列举

“控制理论”课程贯穿始终的一条主线是：建立模型、分析系统性能、综合设计，学生学习的最终目的是要能进行自动控制系统的设计，进一步的要能解决实际工程应用问题，因此，在授课过程中应尽量多结合实际的工程实例来讲解。例如，在讲解课程中非常重要的“闭环控制”概念时，引入大家所熟知的马桶液位自动控制系统、加热炉温度自动控制系统等实例来讲解，使得学生对反馈控制系统的组成及工作原理有更深刻的认识。

二、教学手段与方法的改革

教学手段与方法的改革是精品课程建设的基础，主讲教师在课堂教学过程中应尽量做到熟悉课程内容，授课内容丰富，信息量适当，思路清晰，重难点突出等，还应大力提倡采用“启发式”“互动式”教学方法，以教师为主导、学生为主体，充分发挥学生的主观能动性，让学生参与到教学过程中来。具体实施如下：

1. 引入MATLAB/SIMULINK仿真，让学生更加直观地理解系统稳、快、准三个方面的性能分析等，提高学生学习的兴趣。学生在课余时间也可以通过仿真软件分析设计系统，巩固理论知识。

2. 引入学科竞赛、毕业设计的优秀作品，将理论讲解与实物演示结合，让学生更加直观地理解闭环控制系统、PID控制算法在实践中的应用，增强学习积极性。

3. 设置一些问题或者指定部分内容，留给学生课后思考、自学。通过检查或者让学生自己上台来讲1次课等形式，充分调动学生自主学习。

4. 将传统的板书和多媒体教学手段相结合，取长补短。多媒体课件需注意强调重点难点，图文逐条显示，充分展现各章节知识点间的逻辑关系；另外还要引入一些动画或者仿真曲线等充实课件的内容，吸引学生的注意力；而对于重点公式的推导、重要知识点的理论分析、习题的解题步骤等内容则先以板书的形式给出，然后再结合多媒体课件加深印象，以期达到更好的教学效果。

三、实践教学体系建设

独立院校培养应用型技术人才，需努力改变以往“高学历，低能力”的状况和不适应用人部门对应用型人才需要的情况，因此，实践动手能力的培养就显得尤为重要。为此，可采用以下办法：

1. 改革实验教学内容和方法，切实培养学生的动手能力

修订实验教学大纲，更新实验平台和对应的实验教学讲义，除了加强验证性实验外，新增了综合性、设计性实验，另外还增加了MATLAB仿真设计实验。课程组在实验教学方法上也进行了改革和探索。具体体现为：

（1）上实验课时，除了在课表中安排的指导老师外，课程组其他没有课的青年教师中必须有1～2个进行协助指导，提高指导效率。

（2）课堂上事先布置实验内容，要求学生做好预习，并检查预习情况。这样，学生做实验时就会更有目的性。

（3）实验开始前，实验教师说明实验要求，并对有关重要知识点进行讲解，但不再告诉学生如何一步一步接线，如何搭建系统，要求学生自己思考，自己连接，构造系统，经教师检查合格后方能运行、调试。这样就避免了部分学生过于依赖教师，记忆式接线，完全没有系统的概念，也完全没有收获，这种方法有效地提高了实验效果。

（4）实验过程中出现的问题，指导老师不再有问必答，而是结合实验现象和理论分析，引导学生，让学生慢慢总结问题，然后提出改进措施，再实施、验证。

（5）实验完成后，学生不仅要提交实验数据，部分被抽查到的学生还要针对实验内容回答指导教师的提问，促使学生端正态度、认真做实验。

通过以上改革，学生普遍反映实验比以前更有内涵了，实验效果明显提升。此外，为检验并进一步提高实验的教学效果，每学期会针对学生组织一次专业技能测试，在自动化专业的所有学生里随机抽取一定比例的学生，在一定时间内完成指定内容的实验，由3名评估老师根据学生在测试过程中的表现予以评分，不合格的学生需要重修对应的实验课程。此方法能促进学生对所有实验课程的重视程度，较好地提高了实验的教学效果。

2. 用心指导毕业设计，努力提高学生的实践动手能力

鉴于“控制理论”课程没有配套的课程设计，课程组就在指导毕业设计上多下功夫。项目建设期间，每年指导毕业设计时，均是尽量拟定能切实锻炼学生实践动手能力的课题，凡是能做出实物的课题均严格要求学生动手做实物。近3届课程组老师在指导控制类毕业设计中共获得校级优秀毕业设计奖项29项，其中湖北省优秀毕业论文8篇，切实提高了学生的实践动手能力。

3. 积极参与学科竞赛，增强学生的创新意识

学科竞赛是培养学生创新意识的一个重要平台，课程组非常重视将学科竞赛活动与课程教学相结合，注重创新意识和动手能力的培养，充分调动学生的学习积极性。课程组每年均会指导学生参加电子设计大赛、飞思卡尔智能车大赛和机器人大赛等学科竞赛，较好地把控制理论教学辐射到科技制作、学科竞赛等方面，在加深对课程内容理解的同时，切实提高了学生的实践动手能力。

同时，结合精品课程建设，课程组也积极开展了相关的教学、科学研究，并积极引导学生参与这些项目，这为学生进行工程实践训练提供了极为有利的条件，也为学生学科竞赛取得好成绩提供了强大支撑，学生的科研能力和创新精神得到了有效提高。

四、网络资源建设

网络教学不受时间和空间的限制，利用信息技术、网络和多媒体的交互性，能有效地实现资源的共享。我校已于2015年底全面建成了精品资源共享课程平台，“控制理论”课程的教学大纲、课件、MATLAB仿真实例、习题集、竞赛和毕业设计作品调试的视频等所有相关资源均已实现了共享，并及时提供更新和维护，学生可以随时下载所需的资料用于课前预习或者课后复习。同时，网站还开辟了师生在线交流栏目，学生可以在网上针对学习过程中遇到的问题、对教学的意见、建议等及时与教师沟通交流。网络资源的建设为师生互动、学生自主学习提供了一个良好的平台，获得学生的一致好评。

五、总结

在校级精品课程“控制理论”近三年的建设过程中，以上一系列措施极大地调动了学生学习的积极性，很好地培养了学生的自主学习能力和工程实践能力，近三届自动化专业的学生在考研率、学科竞赛、毕业设计等方面取得较好的成效。但是“控制理论”课程的改革是一个动态发展的过程，下一步我们将在以下几个方面继续进行探索和改进：

1. 进一步加强教学团队建设，重视师资培养，改善职称结构，同时选拔教师进企业进行生产实践，培养1～2名双师型教师，让团队结构更加合理化。

2. 加强实验室建设，充分发挥实验装置的作用，将实验装置规范化、规模化。

3. 进一步加强课程群建设，合理优化、整合资源。

4. 加强校企合作，争取建立1～2处自动控制领域相关的实习基地，接受部分学生进行毕业实习或生产实习或自主实习，切实提升学生的社会实践能力。

5. 不断更新、完善课程网站，重点建设好网上学生答疑平台、互动平台，最大限度地发挥网站作用。

参考文献：

[1] 白晶，浦铁成.应用型本科院校“自动控制原理”课程教学改革[J].中国科教新导刊，2011，（11）：73.

[2] 满红，王琳，邹存名.独立学院“自动控制原理”精品课程建设的实践与思考[J].中外教育研究，2010，（12）：46-47.

[3] 高玉凯，崔峰，杨桂花.应用型地方院校“自动控制原理”课程教学改革与探讨[J].中国电力教育，2012，（5）：50-51.

[4] 田思庆，吴桂云.“自动控制原理”课程的教学研究与实践[J].电气电子教学学报，2008，30（1）：112-114.

[5] 程鹏.自动控制原理[M].北京：高等教育出版社，2010.

（编辑：秦俊嫄）