农电专业现代控制工程课程教学改革与建设

李加念

[摘 要] 现代控制工程是农业电气化与自动化相关专业的一门学科基础课。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] 现代控制工程;农业电气化与自动化;教学改革;课程建设

“双一流”建设需要打造一流的研究生教育。研究生课程作为研究生教育的基础，长期以来一直处于弱化或边缘化的地位[1]。我国的硕士研究生处于课程学习与科学研究的转型关键期，在人才培养链中，硕士研究生教育发挥着重要的作用，如果硕士研究生课程没有充分发挥对学生学术训练和能力培养的作用，无疑会制约研究生培养质量的整体提高。课程体系建设是研究生教育的基础性工作，课程质量直接关系研究生知识结构的构建、创新能力的塑造和综合素质的提高，因而在研究生培养环节中具有不可替代的作用[2]。为全面体现培養目标和学位要求，构建符合学科特点的研究生课程体系，我校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我校农业工程学科的农业电气化与自动化（简称农电）专业的专业课，是学校研究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。

一、课程改革与建设的思路及目标

现代控制工程是一门理论与应用性较强的课程，是农业电气化与自动化相关专业的一门学科基础课。它涉及了目前控制领域常用的现代控制方法、理论与技术，是发展与实现农业自动化、农业智能装备及农业机器人的智能化的一种重要技术手段与方法，是发展农业工程的重要技术支撑。

根据学科发展、生源的素质与专业背景知识以及课程实际教学效果，以培养研究生的知识获取能力、学术鉴别能力、独立研究能力和解决实际问题能力为目标，按照精简基础理论、前沿专题讲座、任务驱动、项目导向等方式改革教学内容，精心设计教学方案，形成教、学、做合一的教学模式，并在未来3～5年内，将本课程建设成为精品课程。

二、课程改革与建设内容

（一）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（或讲义）。为此，在分析现有教材基础上，选用了一本相对简明的教材《现代控制工程》（王万良编著，高等教育出版社，2011年出版）。该教材条理清晰、重点突出，少繁琐的理论推导，多注重与实践应用结合。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。

（二）优化教学内容

针对现有教材的内容和特点，根据目前我校生源现状，结合农业电气化与自动化专业的应用需求，在现有教材基础上，对相关的控制理论进行精简，突出重点，并增加了控制系统的MATLAB仿真与分析方法、各种现代控制理论与技术在农业工程领域的应用研究进展等内容。该课程的教学内容主要优化为四部分。

1.现代控制理论的讲授。化繁为简，忽略深奥、枯燥的理论推导，重点突出各种现代控制方法与理论的基本概念、应用对象、适用条件、分析方法、技术指标、优劣性等。

2.控制系统的MATLAB仿真与分析。讲解并演示利用MATLAB对各种控制理论构建的控制系统进行仿真与分析。

3.前沿研究进展专题讲座。以专题讲座的形式，介绍各种现代控制理论与技术的应用研究进展，尤其是在农业工程领域的应用研究进展。

4.项目案例教学。以机器人小车为载体，讲授最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等现代控制理论与技术的实际应用及其具体实现。

（三）优化教学大纲

根据课程教学内容的调整与优化、教学方法与手段、考核方式，同步更新了课程教学大纲。以将课程知识服务与应用于农业工程领域的科学研究为导向，精简了现代控制理论基础相关知识的课时，增加了控制系统的MATLAB仿真与分析、现代控制理论与技术应用于农业工程领域的前沿专题，学生以讨论或PPT汇报或现场完成课堂任务等方式参与课堂的互动环节等方面的课时。

三、教学模式与教学方法改革

（一）教学模式与教学方法改革

本课程主要采用理论教学法，随着农业机器人实验室的建立，具备了现场教学的条件，除少部分内容纯理论教学外，大部分内容完全可以在农业机器人实验室完成，并根据学生的实际课堂状态，采用逆向启发式教学与互动教学相结合的教学模式，在教学中强调“教、学、做”，注重学生的过程参与，力求搞活教学，实现“教、学、做”三合一。

1.多种教学方法相结合，并灵活使用。根据实际情况，在教学过程中可以采用由浅入深教学法、由表及里教学法、化繁为简教学法、逆向启发式教学、互动教学法、实物教学法、授渔教学法、比较式教学法等多种教学方法。

2.教学过程强调“教、学、做”，注重学生的过程参与，搞活教学。对于控制系统的MATLAB仿真与分析，以教师讲授、指导为辅，学生自己动手为主;对于前沿专题讲座，教师首先示范一次，然后将任务细化分配给学生，以个人或小组的形式让每个学生或小组进行一次小专题讲座，并就每次专题讲座进行讨论。

3.以项目实例教学为导向的课程教学模式。在课堂教学模式中导入项目任务的概念，引用典型、与现实比较接近的机器人小车控制系统，增加现场实践与正常理论教学交替的教学模式，学中做，做中学，要求学生至少独立完成一种现代控制技术（最优控制、自适应控制、模糊控制或神经网络控制）在机器人小车控制系统的实际应用。

（二）构建课程学习支持体系

采用微信群、QQ群等网络手段和当面咨询指导相结合的方式，构建研究生课程学习支持体系，为研究生提供个别化的学习咨询和有针对性的课程学习指导。

（三）建立课程考核与评价标准

本课程采用综合评价、注重实效的考核方式。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。

参考文献

[1]仇鹏飞，吴俊，卞清，等.“双一流”背景下的研究生课程体系建设——南京大学学术学位硕士研究生课程改革的探索与实践[J].学位与研究生教育，2018，（09）：16-22.

[2]汪霞，卞清，孙俊华.论学术学位研究生课程体系建设[J].学位与研究生教育，2015，（10）：30-34.