“现代控制理论”课程教学改革的思考与探索.pdf

龙源期刊网
“现代控制理论”课程教学改革的思考与探索

作者：程启明薛阳贾再一米阳王莉
来源：《中国电力教育》2013年第10期

摘要：为了进一步提高“现代控制理论”课程的教学水平，全面提高课程的教学质量，培养
学生掌握理论知识和运用知识指导实践的能力，讨论了目前本课程教学中存在的问题，针对该
课程理论性较强的特点结合教学过程中的实际体会，在教学内容、教学方法和实验教学等方面
做了一些改革措施，取得了良好的教学效果。

关键词：现代控制理论；实验教学；研究型学习

作者简介：程启明（1965-），男，江苏盐城人，上海电力学院自动化工程学院，教授；
薛阳（1976-），男，江苏无锡人，上海电力学院自动化工程学院，副教授。（上海200090）

基金项目：本文系上海高等教育“085”工程建设项目、上海市教委重点课程建设项目、上
海市教委重点学科建设项目（项目编号：J51301）的研究成果。

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）10-0059-02

“现代控制理论”为电类专业硕士研究生的学位课程，也是“自动控制原理”的后续课程。该
课程包括系统状态空间模型的建立与求解、系统的能控性/能观性/稳定性的分析、状态反馈和
状态观测器的设计、最优控制器的设计等内容。本课程具有跨学科、概念抽象、公式多、数学
推导烦琐、难以理解等特点。[1]为了促进学生对课程内容的学习，培养学生掌握知识和运用
理论指导实践的能力，提高学生综合素质和创新能力，本文探索了新的教学模式，对本课程的
教学大纲、教学内容和上机实验等进行了一系列改革，[2-6]取得了良好的教学效果。

一、“现代控制理论”教学中存在的问题

1.重理论轻工程

“现代控制理论”的主要特点是概念抽象、内容丰富、理论性强，涉及的数学知识较多，学
生要正确理解课程中大量公式的内涵比较困难。大量的数学推理及矩阵运算，使学生一定程度
上学习了空泛理论而忽略了该课程的工程性，但不清楚这门课到底是数学课，还是一门工程学
科。

2.课程作用不明确

学生难以区分本课程与“自控原理”的区别，认为很多控制的问题可以通过经典的自动控制
理论解决，弄不清楚这门课程的作用以及为何要开设该门课程，更不知学习本课程的意义与日
后研究方向的联系。
龙源期刊网

3.内容抽象难懂

由于本课程概念抽象，是将实际问题抽象为数学模型，根据数学公式的推导去研究实际系
统，所运用数学知识较深，学生在学习过程中常常感到深奥晦涩，抽象难懂，不易掌握。

4.内容多，学时少

本课程所涉及的内容比较广泛，且概念抽象难掌握，而课程的学时数34～60学时，学时
数较少。在有限的教学课时内，若教学内容安排不合理，很难达到有效的教学效果。

5.实验教学与实际脱节

“现代控制理论”课程目前的实验大多是基于Matlab的仿真。通过Matlab软件仿真加深学
生对本课程的理解，但是它对利用本课程的原理去解决工程实际问题的用途并不大。目前的实
验条件和实验内容比较缺乏，使得实验仅仅成为课堂内容的巩固延续仍然局限在数学理论阶
段，很难跟实际问题结合起来，从而限制了实验作用的发挥。

6.学习兴趣不高

过多的数学内容、较少的实际问题使得这门课程显得过于沉闷，学习内容枯燥无味、难
懂、学不进去，学生难以感兴趣。

为了解决上述问题，提高教学质量，必须对本课程进行改革，探索新的教学模式。

二、教学内容的改革

1.选择教材

教材内容应该由浅到深，通俗易懂，同时思路清晰，概念清楚。教材还应具备适应性、新
颖性、实践性等特征，便于教师讲述和学生自学，在教师讲述和学生学习理解间架设桥梁，并
在处理实际工程问题时也能成为参考用书。为此，本文选择了华中科技大学出版社出版的《现
代控制理论》作为教学的主要教材。该教材在内容编排上突出了现代控制理论的物理概念及工
程背景，并且每章最后一节均有Matlab仿真内容。

2.优化教学内容

在内容的选择上不需要包罗万象、面面俱到，而是要抓住最核心、最基本的概念、原理及
其相互联系，把重点放在分析线性定常系统以及稳定性分析上，而对线性时变系统以及非线性
系统的分析只需略讲或让学生自学。教学过程中，在保证内容系统性的和严谨性的前提下，着
重于解释证明过程和思路，增加实际物理系统的实例，不必过分追求数学证明定理的严密性。
要求学生准确理解基本概念、基本原理的本质，避免学生死记硬背和生搬硬套。
龙源期刊网

3.注重教学内容的工程背景及实际应用

在教学过程中，在讲完理论之后，还要理论联系实际，利用理论去解决工程实际问题。倒
立摆是自动控制学科的教学实验设备，常被用来检验各种控制策略的有效性，许多抽象的控制
概念都可通过对倒立摆的控制直观地表现出来。将倒立摆作为本课程学习中