学生学习评价改革在《现代控制理论》课程的探讨

2022-03-16陈向勇

科教导刊·电子版 2022年6期

陈向勇赵峰郭明

（临沂大学自动化与电气工程学院山东·临沂 276005）

《现代控制理论》课程是自动化类专业的一门专业基础课程，是从事控制类相关科学研究的基础理论。通过本课程的学习，培养学生分析建模、认知理论、设计实施的能力，同时结合计算机技术等解决控制系统的分析和综合问题的能力，为控制系统开发与设计奠定理论基础。随着社会的飞速发展，高校人才培养模式不断变化，高等教育改革在如火如荼地进行，在创新创业能力培养、工程教育认证和应用型人才培养的背景下，基于《现代控制理论》课程的自动化专业的人才培养目标从传统培养“专才”转变为培养发展型、应用型的具有较强实践动手能力的“通才”。这对本门课程提出了更高的要求，需要在不断完善教学内容、教学方法和教学理念的前提下，对本门课程的学生学习评价进行改革，建立系统、完善、多层次、多角度的《现代控制理论》教学体系。

1 目前对学生学习评价存在的问题

传统的《现代控制理论》课程考试方式以闭卷考试为主，平时考勤为辅，这种考试方式有其优点，考试组织方便，对学生学习评价标准统一，当然也存在不足。学生一般在考前根据教师讲解的重点用功学习，死记硬背，不能真正学到知识，而且笔试反映的是学生对理论知识的掌握程度，不能反映学生的应用能力和创造能力。

2 学生学习评价改革思路

（1）基于课堂基础知识教学的学生学习评价方法。由于《现代控制理论》课程是高等工科院校自动化专业的一门重要的专业基础课程。它以《高等数学》《线性代数》《复变函数》《自动控制原理》为基础，理论性强，内容丰富，概念抽象，数学推理与矩阵运算多，这就要求学生必须具有扎实的前沿课程的基础知识。因此，学生学习评价主要以平时的笔记、不定期抽查、基础测验、作业和期末闭卷考试为评价标准，同时基于以学生为主体的教学模式，在教师教授的基础上，发挥学生的主动性，针对与前沿课程联系密切的章节，以学生主动讲授和团队合作讲授的综合表现为评价标准，从而促进学生的主动学习的积极性。

（2）基于Matlab辅助设计的学生学习评价方法。由于《现代控制理论》的主要数学工具是线性代数和常微分方程，作为一种高性能计算软件，Matlab以矩阵为基本运算单元，同时又可以调用预先定义的函数求解不同类型的控制问题，具有较好的交互分析能力，也可实现对《现代控制理论》的直观式教学，增强学生的计算机仿真和计算能力，在讲授基于Matlab的控制系统辅助设计的基础上，让学生能够对若干系统的传递函数、状态响应曲线、控制器的状态曲线、零极点增益模型等进行独立的绘制，掌握控制系统稳定性方法和时域响应的求解方法，增加认知和应用能力。基于此，以独立或团队完成基于Matlab的控制系统辅助设计的标准进行考核评价成为评价学生学习过程能力的主要依据。

（3）基于实践教学环节和创新性设计的学生学习评价方法。近几年，随着各种大学生科技竞赛（如“恩智浦杯”智能汽车竞赛，电子设计大赛，机器人大赛）受到应用型大学的重视与参与，而基于《现代控制理论》的系统设计成为自动化专业学科竞赛的核心关键环节。这就要求自动化专业学生在掌握《现代控制理论》基础知识的基础上，具备较强的分析实际问题和解决实际问题的能力。因此，针对课程过程学习的能力以及在实践中动手操作的能力的培养，以学生参与竞赛、获得奖励为评价标准成为评价学生的综合素质的重要手段之一。

（4）基于科学研究的研讨和项目式的学生学习评价办法。《现代控制理论》主要讲述状态空间建模、系统稳定性分析和线性系统控制器设计与最优控制等内容，这也是当前控制科学与工程领域研究的基础内容。以大学生科研项目和创新训项目为基础，以解决实际自动控制问题等为目标，培养学生严谨的科学研究的作风，是实践教学的重要环节，以实现对学生创造性思维的培养。基于此，学生主持大学生科研项目、发表学术论文、完成调查研究报告、实现创新性设计以及获得专利等成为学生实践能力评价的重要手段之一。

3 学生学习评价方案

（1）评价目标。从宏观角度把握课程的体系结构，建立起《现代控制理论》的基本框架；掌握线性系统的设计方法和稳定性分析方法，并能进行一定功能的完整程序编写；实践教学采用传统内容与现代内容相结合、软硬件结合、虚拟和实际结合、教师命题与学生自拟题目相结合，培养学生的工程实践能力和创造性思维能力；根据系统的不可变部分及给出的综合性性能指标，设计出满足控制系统要求的解决方案，培养学生的系统设计能力；了解控制科学与工程的前沿发展动态，熟悉控制领域的研究框架，锻炼学生的综合应用知识能力以及编程能力，为学习后续学习后继课程及从事本专业的工程技术工作和科学研究打下坚实基础；能够以控制系统为核心的控制方案设计的目的，为毕业后从事基于自动控制系统的开发与维护奠定坚实的基础。

（2）评价主体。学生学习评价主体实现学生自评和互评、教师评价以及课程教学团队的评价的多元化方式。学生自评和互评成绩占总评价成绩10%，其评价点主要包括作业、考勤、基础测验、课堂表现、笔记和团队合作以及创新等方面。评价等级分为优秀、良好、及格和不及格四个等级。学生可根据整体表现的完成情况，是否认真；团队的合作意识是否积极以及是否有创新等方面进行自评和互评。教师对学生的评价占总评价成绩的20%，其考核点主要包括所有作业的考核、基础测验、计算机辅助设计的实现、创新成果等进行评价。评价等级分为优秀、良好、及格和不及格四个等级。课程教学团队主要是根据成果水平和获得竞赛奖励以及是否有创新等方面进行赋分。

（3）评价项目。根据《现代控制理论》课程的特点和毕业设计要求，对于学生的学习进行多样化评价，其评价项目包括：课堂基础知识评价项目：作业、笔记、主动讲课次数、基础测验、期中考试、课后设计作业、期末考试等。Matlab辅助设计评价项目：上机操作测试、仿真设计作业、控制系统设计制作、设计报告等。实践教学的学习评价项目：主持大学生创新研究项目、学科竞赛获奖、发表论文、获批专利、获得大学生科研成果奖、设计报告等。

4 预期效果

以培养应用型人才的实践能力为目的，提出的适用于《现代控制理论》课程教学对学生学习成果的评价体系，可以把学生从死记硬背中完全解放出来，从单一的评价方式变成过程性和多元化评价方式，全面系统的考核学生在《现代控制理论》课程方面的学习情况。

（1）专业知识方面。通过课程参与度、研讨式学习方法以及混合式教学方法的实施，可以让学生对《现代控制理论》的基本原理和发展规律及其与理论与实际的关系有了更全面的认识；更深入地理解现代控制理论的研究内容、任务、特点和方法掌握地更扎实、更熟练；知识结构和知识体系进一步完善，批判性思维得到培养。

（2）能力培养方面。通过注重学习过程和实践创新能力提升的特色考试环节，能够使学生将所学的控制理论基础理论知识灵活地运用到控制系统设计中，能够准确描述实际控制系统的研究对象、研究工具、研究方法和性能实现等，做到了学以致用。同时使得从自动化专业角度发现问题、分析问题和解决问题能力得以提高，运用控制理论与应用技术综合进行应用能力和技能得到锻炼。有助于学生理解本课程的理论知识，从而提高学生的学习效率和学习积极性。

（3）综合素质方面。将提高学生对自动控制技术与控制科学前沿等方面认识。由于提高了学生在实践创新方面的学生学习评价比重，更能调动学生的积极性。营造一个充满阳光和快乐的学习氛围，调动学生的学习内驱力。