王玉龍+薛文濤+張永韡+戚愛春

摘要：近年來，越來越多的外國學生選擇到中國攻讀學位。因此，探討如何提高留學生的培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的現(xiàn)實意義。該文結合江蘇省留學研究生英文授課精品課程《Linear System Theory》和培育課程《Optimal Control》的建設實踐，深入探討課程培養(yǎng)定位與目標，在此基礎上確立知識模塊順序及重點、難點，同時，提出了創(chuàng)新性的教學方法，以便提升授課效果。為了提高學生的動手能力并加深對所學理論內(nèi)容的理解，我們加強了實踐教學，在實驗中給出幾個典型的工程應用實例，挖掘和展示Linear System Theory、Optimal Control的現(xiàn)實價值。該文所提出的觀點對于留學研究生英文授課精品課程建設具有一定借鑒意義。

關鍵詞：留學生；精品課程；線性系統(tǒng)理論；最優(yōu)控制

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）31-0097-02

隨著中國綜合國力和辦學實力的不斷提高，越來越多的外國學生選擇到中國攻讀學士、碩士或博士學位。江蘇省作為一個高等教育強省，近年來的國際留學生規(guī)模不斷攀升，在這一大的背景下，如何建設一批精品課程，提高留學生的培養(yǎng)質(zhì)量成為擺在我們面前的現(xiàn)實問題。關于精品課程的建設，現(xiàn)有文獻進行了大量研究并取得了較多的成果。文獻[1-3]系統(tǒng)地總結了高校精品課程建設的經(jīng)驗及現(xiàn)有方法的不足之處。文獻[4，5]結合國家精品課程建設實踐，探討了創(chuàng)新性的教學方法。文獻[6]研究了高校精品課程建設特色模式的建構問題。文獻[7]從國際化視野的角度研究了精品課程建設問題。文獻[8]探討了精品開放課程的建設并將成果應用于人才培養(yǎng)。文獻[9]以《電工電子技術》課程為例，研究了精品課程的建設問題。

借鑒現(xiàn)有文獻得到的研究成果，江蘇高等教育管理部門與高等學校深入研究留學生培養(yǎng)方案，改進教學方法，創(chuàng)新實踐教學手段，培育精品課程，有效地提高了課堂授課質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。雖然本文作者所在單位的留學生培養(yǎng)起步稍晚，但是我校不斷拓寬辦學途徑，努力開展教育、科技交流與合作，加快國際化步伐，積極引入國際先進教育資源，大膽探索中外合作辦學模式，不斷擴大留學生規(guī)模，建設自動控制學科全英文授課專業(yè)與品牌課程，有效地提高了學校國際化水平。

我校對國際留學生定位主要來自于亞非拉等第三世界國家和地區(qū)，這些國家和地區(qū)的學生知識水平參差不齊。因此，培育建設若干門精品課程就成為我們提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的利器。為認真貫徹落實《留學江蘇行動計劃》，2014年江蘇省教育廳啟動了江蘇高校省級外國留學生英文授課精品課程評選工作，2014年、2015年共選出92門精品課程，2016年選出45門精品課程、30門培育課程。本課題組分別于2015年、2016年獲得1門精品課程即《Linear System Theory》、1門培育課程即《Optimal Control》。同時，我校也大力推進留學生英文授課精品課程的建設工作，本課題組研究人員于2014年立項建設校級留學生英文授課精品課程3門。

《Linear System Theory》和《Optimal Control》課程是現(xiàn)代控制理論的重要組成部分，是學習和研究控制理論的基礎，是控制理論與控制工程等專業(yè)研究生的基礎性課程，在自動控制、系統(tǒng)工程與經(jīng)濟管理等許多領域都得到了越來越廣泛的應用?！禠inear System Theory》和《Optimal Control》課程同時也是相關專業(yè)研究生學位課必修課程，其地位十分重要。

鑒于以上兩門課程對于留學生培養(yǎng)的重要性以及我們在課程建設方面的前期成果，本文結合2015年度江蘇高校省級外國留學生英文授課精品課程《Linear System Theory》、2016年度江蘇高校省級外國留學生英文授課培育課程《Optimal Control》，江蘇科技大學《Linear System Theory》、《Optimal Control》、《Modern Control Theory》研究生精品課程建設過程，并參考文獻[1-9]所提出的創(chuàng)新性方法，對留學研究生精品課程建設的機制和方法進行理論研究，同時將相關研究成果應用到本校留學研究生精品課程建設實踐中。本文所得結果對于留學研究生精品課程建設水平的提高具有一定的積極意義。

1 省級留學研究生英文授課精品課程建設機制研究

下面，結合我校省級留學研究生英文授課精品課程建設實踐，討論留學生精品課程建設的機制及方法問題。

1.1 課程培養(yǎng)定位與目標

《Linear System Theory》是包括控制理論與控制工程、電氣工程及其自動化等專業(yè)研究生的理論基礎課，也是學位課。本課程的授課目標應使留學生通過各個教學環(huán)節(jié)，深入了解和掌握線性系統(tǒng)及其相關理論算法，并具有一定的實際控制領域問題分析和解決的能力。

《Optimal Control》是現(xiàn)代控制理論中的一個重要組成部分，本課程的教學目標與任務是使學生掌握最優(yōu)控制的數(shù)學理論基礎、基本概念、基本原理和基本方法及其在實際問題中的應用，使學生具有一定的對工程問題中最優(yōu)控制問題的分析、設計、求解能力，并為以后學習更深層次的控制理論打下基礎。

1.2 確立知識模塊順序及重點、難點

對于《Linear System Theory》課程，其知識模塊及學時分配為：線性控制理論的基礎知識（4學時），系統(tǒng)穩(wěn)定性（12學時），能控性和狀態(tài)反饋（12學時），能觀性和輸出反饋（12學時），SISO系統(tǒng)的最小實現(xiàn)和MIMO系統(tǒng)的零點極點（6學時），實踐（2學時）。

本課程的重點包括：非線性系統(tǒng)的線性化方法，Lyapunov穩(wěn)定性、輸入輸出穩(wěn)定性，能控矩陣，針對能控系統(tǒng)的能控性分解，穩(wěn)定性的特征向量，穩(wěn)定性的PBH測試，基于Lyapunov測試的反饋穩(wěn)定性，能觀子空間，能觀性的Gramians行列式，能觀性分解，Kalman分解定理，通過輸出反饋的穩(wěn)定性，最小系統(tǒng)實現(xiàn)的定義，Markov變量，最小SISO實現(xiàn)的序列，多項式矩陣，有理矩陣，McMillan Degree等內(nèi)容。

本課程的難點包括：因果性、時不變性和線性等基本特性，Lyapunov穩(wěn)定性定理，局部線性化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，BIBO穩(wěn)定性，Gramians行列式，能控矩陣、能控性的特征向量，能控性分解，穩(wěn)定性的特征向量，穩(wěn)定性的PBH測試，能觀子空間，能觀性的Gramians行列式，能觀性分解，Kalman分解定理，SISO實現(xiàn)的序列，多項式矩陣，有理矩陣，McMillan Degree等內(nèi)容。

解決難點的方法：采用多舉例子、加強介紹等方法解決；采用生活中類比的方法深入淺出的介紹概念；通過課堂講解與實驗相結合的方法，讓學生在實驗中從簡單的實例入手，逐步加深對該知識點的理解。

《Optimal Control》課程主要學習最優(yōu)控制的基本理論及應用，其知識模塊及學時分配為：最優(yōu)控制的數(shù)學基礎（2學時），變分法及其在最優(yōu)控制中的應用（6學時），極大值原理及其應用（6學時），二次型性能指標的最優(yōu)線性系統(tǒng)的分析與設計（6學時），時間最優(yōu)調(diào)節(jié)器（6學時），動態(tài)規(guī)劃的方法及其應用（4學時），最優(yōu)調(diào)節(jié)器的魯棒性與綜合（6學時），線性最優(yōu)控制中的幾個特殊問題（4學時）等。同時，在教學內(nèi)容安排方面體現(xiàn)我校的船舶特色，增加船舶航向控制教學案例及航向控制實驗（4學時），培養(yǎng)學生的動手能力及創(chuàng)新能力，預留4學時的機動時間。

本課程的重點包括：變分法，極小值原理，線性二次型最優(yōu)控制。

本課程的難點包括：泛函與變分，極小值原理的應用。此外，該課程中包含大量復雜的公式和證明，在授課過程中，學生接受有一定困難。

解決難點的方法：改革課程教學內(nèi)容，突出最優(yōu)控制理論的物理概念及工程背景，淡化數(shù)學證明為原則，在現(xiàn)有的基礎上，繼續(xù)整合、優(yōu)化課程內(nèi)容，進一步明確課程體系結構、組織方式，理順本課程和相關課程的知識聯(lián)系；收集相關的資料文獻，編制教學輔助參考教材，將最優(yōu)控制的最新理論和應用充實到課程教學中，并加入船舶特色；引入課程實驗，實驗內(nèi)容要體現(xiàn)理論知識和工程應用的結合，實驗中給出幾個典型的工程應用實例，通過仿真實例幫助學生理解最優(yōu)控制理論的具體應用；挖掘和展示最優(yōu)控制理論與應用的現(xiàn)實價值，讓學生從枯燥的理論公式、數(shù)學分析中解脫出來，感受到課程的精密、嚴謹和現(xiàn)實意義。

1.3 創(chuàng)新教學方法，提升授課效果

采用啟發(fā)式教學方法，層層誘導，從實際問題中提煉出控制的概念、控制的設計思想。布置一些思考題，要求學生撰寫報告，鍛煉學生綜合應用所學知識的能力，同時也可提高學生書寫報告等綜合能力。

在教學中采用注重理論和實際結合的方式，引進大量的工程實際例子，使學生從實際問題中去理解和掌握抽象的理論問題，充分調(diào)動學生的學習主動性與自覺性。

課堂采用多媒體課件與板書相結合進行教學，對學習內(nèi)容中的重點和難點，采用了大量的動畫演示來幫助學生理解和掌握。

加強實驗教學，輔助理論教學，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，解決實踐問題的能力。

建設課程網(wǎng)站，搭建網(wǎng)絡助學平臺。通過可動態(tài)更新的課程網(wǎng)站，提供了豐富的教學資源，使不同層次、不同需求的學生可以按需索取所需資料。建立“資源共享”、“網(wǎng)上答疑”和“在線交流”平臺，加強學生和教師之間、學生和學生之間的交流和互動。

采用期末考試、平時測評相結合的方式，平時給出一些作業(yè)，讓學生去思考，如果學生處理問題的方法有新意，則可得到獎勵分數(shù)，從而調(diào)動學生的學習和參與的積極性。

1.4 加強實踐教學，提高學生的動手能力

本課程實驗的理論基礎主要是線性系統(tǒng)理論、最優(yōu)控制理論。對于《Linear System Theory》課程，通過MATLAB編程實現(xiàn)對某些系統(tǒng)能觀性的實現(xiàn)。加深其對能觀性的認識和理解。同時，通過參觀船廠的相關車間，既能了解目前造船技術的發(fā)展，也能學習電氣系統(tǒng)和自動化技術在船舶上的應用。不僅如此，通過實例介紹線性系統(tǒng)理論在船舶上的應用。此外，啟發(fā)學生的思維，讓其用學習過的其他方法處理相同問題。重在思路，無標準答案。

《Optimal Control》涵蓋的內(nèi)容主要是變分法、動態(tài)規(guī)劃及各類系統(tǒng)的最優(yōu)控制設計問題。實驗內(nèi)容要體現(xiàn)理論知識和工程應用的結合，實驗中給出幾個典型的工程應用實例，通過仿真實例幫助學生理解最優(yōu)控制理論的具體應用。主要包括：①演示性實驗——MATLAB仿真實驗；②實踐性實驗——倒立擺實驗裝置上的實驗；③創(chuàng)新性實驗——船舶特色控制實驗。前期實踐教學活動表明，學生通過實踐教學提高了動手能力，加深了對所學理論知識的掌握和理解，效果良好。

強調(diào)以學生為中心，強化小組討論、同伴教學、小組設計等方法，并結合個人研究課題的具體工程實踐。

①課前要求學生預習，并寫出預習報告；②實驗課上對疑難問題集中輔導；③實驗過程中隨時針對不同情況進行個別啟發(fā)式輔導，對每個學生的實驗能力作記錄；④課后要求學生寫實驗報告；⑤教師根據(jù)學生的實驗能力以及實驗報告評定實驗成績。

要求學生運用MATLAB編制程序，熟悉相應的MATLAB函數(shù)工具箱。

2 結語

本文結合江蘇省留學研究生英文授課精品課程《Linear System Theory》和培育課程《Optimal Control》的建設實踐，深入探討課程培養(yǎng)定位與目標，確立知識模塊順序及重點、難點，創(chuàng)新教學方法、提升授課效果，并加強實踐教學、提高學生的動手能力。本文的研究成果對于留學研究生英文授課精品課程的建設工作具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1] 李立，王輝.高校精品課程建設述評[J].黑龍江高教研究，2013（7）：12-14.

[2] 孫新波，査慧.高校精品課程建設研究綜述[J].黑龍江高教研究，2011（12）：162-165.

[3] 張博.高校精品課程建設的誤區(qū)與應對[J].中國成人教育，2014（10）：121-122.

[4] 潘愛珍，沈玉順.國家精品課程建設回顧與檢視[J].高等工程教育研究，2012（3）：141-145.

[5] 柳禮泉，吳艷嬌，丁蕾.教學方法創(chuàng)新與國家精品課程建設[J].中國大學教學，2013（1）：75-78.

[6] 劉志剛.高校精品課程建設特色模式的建構與推廣[J].教育理論與實踐，2012，32（18）：12-14.

[7] 王勇，胡以濤.精品課程建設的國際化視野——標準化與開放性[J].當代教育科學，2014，（1）：50-53.

[8] 張宇等.談精品開放課程建設與人才培養(yǎng)[J].大學物理，2013，32（4）：57-59.

[9] 黃雙根，吳燕，周華茂，等.“電工電子技術”精品課程建設與探討[J].實驗室研究與探索，2014，33（4）：184-186.