“现代控制理论”课程的教学体系改革与实践

余雷 陈良 季清 黄俊 杨歆豪 高瑜

[摘 要]该文旨在论证，通过理论教学方法与实践教学相结合，运用启发式、探索式、讨论互动式、网络教学等多种教学方式，改革现有的现代控制理论课程的教学模式。采取教学实验改革与实践、学生兴趣爱好和创新能力培养相结合，提出了以培养学生综合知识、科技创新能力和实践能力为目标的课程教学体系。该方法切实保障了实践教学环节的质量，有效促进本科生利用所学知识思考、探索解决实际问题的能力，培养了大学生的创新能力和工程实践能力，探索了一种创新人才素质培养的模式。

[关键词]现代控制理论;教学改革;实践教学;创新能力

[基金项目]2019年度江苏省一流本科专业项目“电气工程及其自动化”;2018年度苏州大学一流本科专业项目“电气工程及其自动化”;2019年度苏州大学本科教学团队项目

[作者简介]余 雷（1983—），男，安徽宣城人，博士，苏州大学机电工程学院自动化系教授，博士生导师（通信作者），主要从事电气自动化技术和智能控制技术等研究。

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）28-0200-02[收稿日期] 2019-12-30

一、引言

隨着科学技术的快速进步，不少高校的现代控制理论课程教学在内容和模式上都在进行改革探索，使学生掌握的自动化技术科学技术与时代的更新发展保持一致[1-5]。现代控制理论课程教学应该展示其理论应用性、实践性和综合性，将为进一步实现工业智能化的自动化控制系统打下良好的基础。从内容特点来看，该部分内容的理论性较强，涉及内容相当广泛，涵盖了状态空间表达式、稳定性分析、能控性、能观性、控制系统的综合及最优控制等。从实践性方面来看，包含了控制器的设计、极点配置和闭环控制系统的基本原理和方法[6-7]。为了紧跟时代步伐和适应形势发展的要求，本文根据笔者所在学校性质和专业特点，通过理论教学方法与实践教学相结合，改革现有的现代控制理论的教学模式，研究符合该课程的实践实验课程教学模式并不断更新课程里的各项实验内容，引导和挖掘学生的学习热情和潜能，让学生在学完本课程后，结合其他课程内容及课外科研项目锻炼，可具备一定的开发控制系统的能力及实际解决复杂工程问题的应用能力。

二、教学改革与实践方法

随着自动化技术、智能化技术等迅猛进步，全新的工程化教学模式应加强具备基础知识和高水平技能的应用型科技人才的培养[7]。体现在如下方面：一是全面推进素质教育，加强实践教学环节改革研究与实践，重视大学生创新能力、实践能力和可持续发展能力培养;二是开展更广范围、更深层次的教学改革研究与实践，形成具有明显优势或特色的人才培养模式;三是不断加强自我学习、实践研究学习等方面的改革，提升应用型人才的科学研究爱好，改善学生实践能力和创新能力，进而提高学生的综合素质。具体改革措施如下：

1.教学方法方面，主要采用如下三种方法。（1）基于学生主体地位的教学模式。以学生为本，在现代控制理论课程的教学模式中落实学生的主体地位，从学生的认知水平、能力和兴趣出发，采用分层次教学，充分发挥学生的特长，培养学生的个性。转变教学观念，改革教学方法、教学手段和单一的课堂教学培养模式，重视学生在学习活动中的主体地位。（2）并行式教学。采取并行式教学，根据现代控制理论课程的教学内容的相关性，在各种教学活动中，将分散在不同课程中的有关专业内容按课程知识教学的顺序进行综合集合，将理论学习、方法锻炼和实践教学融为一体。（3）启发式教学方法。综合运用启发式、探索式、讨论互动式、网络教学等多种方式，不断提倡学习过程中发现问题能力。将“应试”教育变成动手实践综合能力培养的“素质”教育;变单调课堂教学为各种多样化教学模式。

2.教学实验方面，主要采用如下三种方法。（1）实验教学。充分运用现代教学手段，用先进的教学方法给学生传授与时代同步发展的本学科知识;充分利用现有实验设备，加强对学生动手能力和创新能力的培养。（2）自主实验。加强课程外的综合实验教学，培养学生的工程实践能力。利用实验室科研设备，指导学生制作相关设备，不断开发创新型实验，提高学生的科研兴趣;充分利用学院实验中心的先进条件开设新实验，培养学生创新能力;加强课外指导，开放现有实验室，为学生的自主学习和独立思考留出足够的时间和空间，使课堂内与课堂外、校内与校外的教学活动形成有机的整体，有利于学生的个性发展。（3）工程实践。培养学生实践能力及创新能力的研究。通过课程设计、Matlab仿真实验、实验室实物验证等环节使学生受到工程和基本科研能力的培养，成为具有创新精神和实践能力的的复合型人才。

3.创新能力培养方面，主要采用如下三种方法。（1）充分利用课程设计、生产实习、毕业设计等实践教学环节，理论联系实际、学用结合，培养学生综合利用所学知识来分析问题、解决问题的动手实践能力。（2）让学生积极参与与现代控制理论课程相关的课外科研活动，更全面有效地培养学生的科研创新能力和综合素质本领，加速培养出高素质人才。（3）对具有个性发展突出的学生给予展示个人才华的空间和机会，有组织有计划地引导其参与科研项目、科技竞赛等活动，在工程实践的过程中注重糅合现代科学思想、方法，进而提高学生实践能力和创新素质。

三、教学体系改革成效

（一）注重教学过程，注重理论与实践结合

重点讨论教材内容的教学重点和难点，提出了一些针对性的教学方法。课堂的理论学习、Matlab仿真验证与课外实践教学环节，使得学生能够更加深入理解智能控制规律。利用实践教学提高学生的工程训练综合能力和分析问题、解决问题的能力，使学生掌握科学方法。课堂理论与实验实践之间的紧密联系，能够很好地促进现代控制理论课程的教学，提高了课程的教学质量，培养了学生对控制系统设计的兴趣。

（二）教学实验改革与实践与学生兴趣爱好和创新能力培养相结合

紧跟课程的社会需求和产业发展方向，理论联系实际，激发学生的科研兴趣，让学生参与教师的相关项目研究，以科研能力提高促教学能力，让学生参与现代自动化控制系统相关的技术开发和应用，改善学生创新能力和实践能力。

（三）建立以培养学生综合素质能力和创新能力为目标的教学课程体系

本文通过现代控制理论课程的教学改革，有效促进本科生利用所学知识思考、探索解决实际问题的能力，形成在探索问题中自我学习的能力，培养了大学生的创新能力和工程实践能力，提高了大学生综合素质。

四、总结

本文理顺了现代控制理论的课程设置和课程实验内容、课程设计教学环节的内在关系，可使学生具备一定的开发智能控制系统的能力，同时结合科技创新活动，提供开放性实践题目，供学生选择，增强学生的动手能力，充分发挥学生的能动性、积极性和创新性，提高学生的创新思维和创新能力，培养学生从事科学研究和创造发明的素质，弥补了目前本科教学中对于个人动手能力培养的薄弱环节，激发了學生利用已学知识探索科学问题的兴趣。

参考文献

[1]胡敏强，程明，李扬.新形势下电气工程及其自动化专业人才培养模式与知识体系框架[J].电气电子教学学报，2003，25（2）： 44-46+50.

[2]王孙禺，赵自强，雷环.国家创新之路与高等工程教育改革新进程[J].高等工程教育研究，2013，（1）：14-22.

[3]余雷，张茂青，费树岷.“计算机控制技术”课程PID控制部分的教学[J].电气电子教学学报，2012，34（2）：104-106.

[4]许鹏奎，虞庐松.我国高等工程教育的发展现状、问题及趋势分析[J].武汉理工大学学报（社会科学版），2013，26（4）：633-637.

[5]余雷.电气类专业的人才培养目标的评价方法研究[J].课程教育研究，2018，（46）：202.

[6]余雷，王富东，杨歆豪，等.控制类课程工程化教学模式的探讨[J].电气电子教学学报，2014，36（2）：7-8+26.

[7]余雷，费树岷.新工科背景下电气工程及其自动化专业人才培养研究[J].电气电子教学学报，2019，41（5）：17-21+25.

The Reform and Practice of the Teaching System for Modern Control Theory Course

YU Lei， CHEN Liang， JI Qing， HUANG Jun， YANG Xin-hao， GAO Yu

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215137， China）

Abstract： This paper combines the theoretical teaching method with the practical teaching to reform the existing teaching model of Modern Control Theory course. A variety of teaching methods are implemented， such as heuristic， exploratory， interactive discussion， online teaching， etc. Taking the combination of teaching experiment reform and practice， students' interests and hobbies， and innovation ability training， a curriculum teaching system aimed at cultivating students' comprehensive knowledge， technological innovation ability and practical ability is proposed. This method effectively guarantees the quality of practical teaching， effectively promotes the ability of undergraduates to use their knowledge to think， explore and solve practical problems， cultivates the innovation ability and engineering practice ability of college students， and explores a model for cultivating innovative talents.

Key words： Modern Control Theory; teaching reform; practical teaching; innovation ability