《现代控制理论》实验课程改革探索

《现代控制理论》实验课程改革探索

肖运昌 11，梅琼 2，潘湘高 1

湖南文理学院 计算机与电气工程学院，湖南 常德 415000

1. 湖南文理学院 芙蓉学院，湖南 常德 415000

摘要

在工程教育专业认证理念指导下，《现代控制理论》作为自动控制类专业核心课程，其课程理论和实验已成为高校相关教研人员广泛探讨的内容之一。该课程的实验部分，由于其独特的理论紧密联系实践的性质，尤为受到工科教育者的关注。本文通过调研当前所在高校的课程具体实施情况，试图分析探索其实践改革的优化方案，对该课程实验提出有效的解决手段，以满足专业在工程能力培养提高中的迫切需求。

关键词

现代控制理论，工程教育专业认证，实验实践改革探索

引言

《现代控制理论》课程是普通高校自动化专业的主干技术课程，该课程在经典控制理论的基础上，进一步解决实际工况系统的状态空间建模及控制算法设计、专业应用中的系统设计、性能分析以及控制策略等问题^[1]。该课程在普通高校教学中，其内容多且理论复杂，理论与实践的联系不够，其书面体现难以描述表达，因此导致课程实践的完成和实施尤为重要。

基于我校本专业当前课程的能力培养目标，主要包括使用工具使用、认识可持续发展、人文素养及自主学习意识这四个方面，本课题组拟针对课程尤其是实践方面与能力目标培养的联系不够紧密、实施效果不甚理想等系列问题，从课程理论教学与实践的完成情况等方面找缺点和不足，结合当前已建平台和有限资源，对课程实验的有效实施提出合理解决方案^[2-4]，以达到专业工程能力培养的迫切需求。

实验实践课程分析

随着当前高校“新工科”及“工程教育专业认证”等理念的不断加深，当前普通高校工科专业中工程实践和能力培养的有效实施越来越受到教育者的重视。专业的工程应用型人才培养的重要性、目的性和迫切需求在当前科技的迅猛更替中愈演愈烈，由此引发当前普通高校对工程应用型技术人才的培养高度重视，投入极大。《现代控制理论》作为自动控制类专业的核心课程，在面向自动化类专业人才的培养中，尤其针对“卓越工程师”的系统培养中，有着非常重要作用；基于其课程的复杂理论基础上，其课程实验的有效实施和完成，在课程目标的能力培养和专业人才培养体系中的需求表现得甚为突出^[1-3]。

对具体课程实施而言，课程教学层面存在诸多不足。首先，当前的课程实践教学主要依赖于软件模拟和处理的单一方式和过程，缺乏比较有说服力的工控实况描述和系统分析。如在实践过程中，学生全程借助Matlab软件工具进行模拟仿真，而对实践的工程背景和具体流程缺乏足够的认知，因此导致该实践课程的效果仅存于流程表面的程序模拟表述，难以从复杂的理论基础中，提炼出比较有针对性和重要性的程序分析结果。

其次，在能力培养方面，该实验课程思路、方法和手段缺乏明确和专业的执行标准，仅以学生认识简单系统的相关特性分析作为切入点，没有较好地引入实际案例并进行认知和剖析。这导致学生对课程专业实践的认识不够，更难以涉及具体工程实例中的分析和综合应用，因而导致课程能力训练目标不够明确，训练强度较为缺乏。

课程实验实践与学校社会层面：随着普通高校教学手段和教学理念的不断发展，课程理论和实践的有机结合不再局限于课堂和实验室内，更体现在院校与社会、科研院所的融合发展中；另外，基于学科竞赛、大学生创新创业训练计划等研-赛方式的运用也逐渐与具体课程实践知识点结合，课程实验必须全方位投入构建实践教学体系，全面培养；而高校发展更应融于社会需求，因此课程实验的实施需灵活运用校企联合培养的办学机制，积极探索开发专业课程相关的教学场景设计和实验内容，以企业需求为导向，结合工程实际问题改革课程实践环节，协同育人。

实验实践改革与优化

基于以上调研及相关分析，考虑到《现代控制理论》实验课程融合学科及专业发展等，其实践部分改革主要包括如下几点。

(1) 压缩实验项目，突出理论实践联系。

课程原有实验部分仅局限于基本仿真与模拟分析，其内容主要包括控制系统运动分析，控制系统能控性与稳定性分析，以及控制系统的极点配置和解耦控制算法等，在具体的实验完成方面，学生全部通过Matlab仿真完成，缺乏实践与理论的分析和联系，且概念和解决问题的方法重复单一。因此，该系列实验可以简化为控制系统运动及稳定性分析、控制系统极点配置和解耦控制两个方面，作为课程实践的理论模拟仿真基础。由此不仅突出实验和理论的联系，也简化了实验模拟的相关要求，减轻了学生对于理论和实践综合模拟的重复程度。

（2）探索研赛综合，增进专业能力培养。

基于以上课程实验资源的整合，利用学院已有的省级重点实验室、大学生电子设计竞赛实验室和大学生创新创业工作室等平台，深入发掘研赛过程中专业能力培养的切入点，初步通过具体项目（主要涉及无人机分控稳定性和轨迹分析等）来锻炼学生实践和理论的联系、分析并解决问题的能力；鼓励学生基于课程理论的理解，努力探索和发现研赛过程中专业知识的应用和学习筹备，形成具有独特意识的研发式学习习惯；进一步引导学生理解从课程理论引申和转换至研赛应用的重要意义，鼓励学生立足基础，追求进步，形成专业能力培养的启发模式。

（3）引入实践拓展，适时开展工程训练。

根据最新修订的工程专业教育认证版人才培养方案，结合当前技术发展，多渠道探索开拓课程教学资源和实践实施方法^[5-8]。通过引入国内优秀慕课、翻转课堂等案例式教学平台，拓展学生对课程理论及实践的理解途径；同时积极促进校企合作模式，在引领学生进入企业针对性考察、学习和实习的同时，通过教学、科研合作模式吸引企业导师走进课堂，开发实践拓展讲座和训练；改革课程实践的考核方式，多注重学生的参与和思考组织过程、创新和实践完成的有效程度，提高平时成绩占比，进一步形成较完善的课程考核机制。

结语与展望

《现代控制理论》课程实验的有效实施,是该课程从理论走向实践、实现课程专业工程能力培养的关键环节。在工科偏理论型课程的能力目标达成训练上，实验教学的有效组织和开展普遍显得尤为重要。本文主要基于原有实验内容的简化基础上，有效引入研赛项目及工程训练拓展等实践内容，在符合当前专业教学的环境中，通过合适的教学手段和方法，进行该课程的实验实践改革探索，试图以此为有效的实践教学突破口，达到课程实验高效实施的教学结果。

参考文献

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肖运昌（1980-），男，湖北黄石人，博士，副教授，现任职于湖南文理学院，教师，从事自动化及物理电子教学科研研究。

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