独立学院“控制理论”精品课程建设的探索与实践

[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。