蘭睿

摘要：眾所周知，在農(nóng)電專業(yè)中現(xiàn)代控制工程作為重要的學(xué)科之一，是不可或缺的。為進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化專業(yè)研究生課程質(zhì)量，根據(jù)學(xué)科發(fā)展、生源素質(zhì)及其專業(yè)背景知識(shí)以及課程實(shí)際教學(xué)效果，從優(yōu)選教材、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)大綱、改革教學(xué)模式與教學(xué)方法、構(gòu)建課程學(xué)習(xí)支持體系和建立課程考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行課程改革與建設(shè)，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：農(nóng)電專業(yè);現(xiàn)代控制工程;課程教學(xué);改革與建設(shè)

引言

隨著我國(guó)農(nóng)網(wǎng)建設(shè)及規(guī)模的發(fā)展，尤其是互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)代先進(jìn)的輸電技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)、安全穩(wěn)定控制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，保證了互聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。這些技術(shù)的應(yīng)用代表了目前農(nóng)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展水平，也使農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)大大加強(qiáng)。我國(guó)農(nóng)電企業(yè)正在實(shí)施“新農(nóng)村、新電力、新服務(wù)”的農(nóng)電發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家電網(wǎng)公司已提出積極開(kāi)展“農(nóng)電隊(duì)伍素質(zhì)工程”，但縣級(jí)供電企業(yè)由于歷史原因，不論是人才數(shù)量還是人才結(jié)構(gòu)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)企業(yè)的發(fā)展。

1農(nóng)電專業(yè)現(xiàn)代控制工程的含義

現(xiàn)代控制理論是現(xiàn)代控制方法的理論基礎(chǔ)，在信息、通信、自動(dòng)控制和生物工程等很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。該課程主要介紹以狀態(tài)空間方程為模型的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法，包括系統(tǒng)的狀態(tài)方程數(shù)學(xué)模型、時(shí)域性能、系統(tǒng)穩(wěn)定性、系統(tǒng)能控性和能觀性等分析，狀態(tài)反饋控制與狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)及最優(yōu)控制等教學(xué)內(nèi)容。

2傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題

現(xiàn)代控制理論課程作為自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，按照新版人才培養(yǎng)方案要求，目前的教學(xué)過(guò)程中存在許多問(wèn)題。首先，由于現(xiàn)代控制理論具有理論性強(qiáng)和內(nèi)容抽象的特點(diǎn)，講課重點(diǎn)通常落實(shí)在理論知識(shí)、概念和公式推導(dǎo)上，忽視對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的引導(dǎo)與培養(yǎng)，從而很難將現(xiàn)代控制理論應(yīng)用于實(shí)際工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，很難提高復(fù)雜工程問(wèn)題的分析和解決能力;第二，現(xiàn)有教材的內(nèi)容偏重于理論概念和公式推導(dǎo)，復(fù)雜工程示例較少，難以體現(xiàn)現(xiàn)代控制理論在分析和設(shè)計(jì)復(fù)雜工程控制問(wèn)題的優(yōu)越性，并且與經(jīng)典控制理論聯(lián)系不夠緊密;第三，目前開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)大部分是對(duì)理論的簡(jiǎn)單驗(yàn)證，缺乏復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)實(shí)例。

3農(nóng)電專業(yè)現(xiàn)代控制工程課程教學(xué)改革

3.1課堂教學(xué)改革

為了進(jìn)一步突出“現(xiàn)代控制理論”課程的理論概念和工程背景，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中引入倒立擺實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。倒立擺實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是控制研究領(lǐng)域廣為采用的控制算法驗(yàn)證平臺(tái)，工程實(shí)踐中的許多控制問(wèn)題，如火箭垂直發(fā)射、病人下肢康復(fù)訓(xùn)練、雙足機(jī)器人行走等，都可以歸結(jié)為倒立擺控制在實(shí)際中的應(yīng)用。因此，將倒立擺實(shí)驗(yàn)平臺(tái)引入到“現(xiàn)代控制理論”實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中來(lái)，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成倒立擺實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的系統(tǒng)建模、性能分析、控制器設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析方法的理解，切實(shí)提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜控制對(duì)象的分析和控制設(shè)計(jì)能力。

3.2理論聯(lián)系實(shí)際

首先，在理論教學(xué)設(shè)計(jì)方面，在保證現(xiàn)代控制理論科學(xué)性的基礎(chǔ)上，盡量簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)，突出重要的概念、公式和方法，通俗易懂地講解現(xiàn)代控制方法。其次，在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)方面，為確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，教師可以提前布置相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，要求學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課前形成相關(guān)預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中做好對(duì)每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況記錄，以便通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)及時(shí)了解每位學(xué)生的理論掌握程度，從而給理論教學(xué)提供依據(jù).實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后要求學(xué)生嚴(yán)格按要求撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并及時(shí)上交。此外，可以引用電子信息工程專業(yè)相關(guān)的一些工程系統(tǒng)，介紹這些工程中的控制問(wèn)題以及解決思路.通過(guò)改造現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、電子競(jìng)賽題目、引入工程實(shí)例等方式，壓縮驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比例，提高綜合性、設(shè)計(jì)性和探究性實(shí)驗(yàn)比例，以加深學(xué)生對(duì)概念、性質(zhì)和算法的理解，切實(shí)提高學(xué)生利用現(xiàn)代控制理論和方法解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

3.3充分運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段

采用多種教學(xué)手段，如電化教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)專業(yè)涉及的工程內(nèi)容有較具體的感性認(rèn)識(shí)，幫助理解專業(yè)理論知識(shí);采用多媒體教學(xué)，能夠使學(xué)生加深對(duì)課程原理的理解和掌握，生動(dòng)形象，取得了好的教學(xué)效果。

3.4提高師資水平

應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到師資隊(duì)伍的整體水平在人才培養(yǎng)中的重要性，通過(guò)引進(jìn)和自我培養(yǎng)相結(jié)合，努力提升教師的學(xué)歷層次和業(yè)務(wù)水平，鼓勵(lì)教師攻讀高層次學(xué)位。對(duì)于年輕教師的培養(yǎng)也刻不容緩，對(duì)此實(shí)施教授與助教一對(duì)一的指導(dǎo)模式，從而促進(jìn)了年輕教師的成熟。所有教師堅(jiān)持教學(xué)與科研并重，以科研促教學(xué)?？蒲泄ぷ鞯拈_(kāi)展不僅提高了教師的學(xué)術(shù)水平，而且豐富了教學(xué)內(nèi)容。

3.5建立課程考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在考核方式上，采取期末開(kāi)卷考試、階段任務(wù)完成情況、課堂表現(xiàn)與考勤、綜合能力考核相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)辦法。以上四個(gè)方面分別占總成績(jī)的40%、20%、20%和20%，從而建立完整的、具體的考核標(biāo)準(zhǔn)。這種考核方式與考核標(biāo)準(zhǔn)更注重過(guò)程考核，比以往只以理論考試進(jìn)行考核的方法更有實(shí)效，更能測(cè)出學(xué)生的真實(shí)水平。

4農(nóng)電專業(yè)現(xiàn)代控制工程課程教學(xué)建設(shè)

4.1教材建設(shè)

教材建設(shè)是課程改革與建設(shè)的一個(gè)重點(diǎn)，現(xiàn)有的控制理論（工程）教材多將重點(diǎn)放在介紹以狀態(tài)方程等為數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)空間分析與設(shè)計(jì)方法上，理論性很強(qiáng)，內(nèi)容較深?yuàn)W，而目前我校農(nóng)電專業(yè)的研究生生源大多為調(diào)劑生，普遍缺乏或不具備控制理論基礎(chǔ)的相關(guān)知識(shí)背景，因而現(xiàn)有教材顯得很不適用，需重新編寫或重組教材。在實(shí)際教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況與農(nóng)業(yè)工程學(xué)科需要，有目的、有選擇的精選教材中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行授課，并對(duì)相關(guān)的控制理論進(jìn)行精簡(jiǎn)，突出重點(diǎn)，并增加MATLAB的仿真分析方法，現(xiàn)代控制理論與技術(shù)在農(nóng)業(yè)智能裝備、農(nóng)業(yè)機(jī)器人等農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的應(yīng)用案例及具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，使其真正適用于本專業(yè)。

4.2整合教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)體系

根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)水平和能力，以編制的教學(xué)大綱為依據(jù)，在兼顧各種教學(xué)環(huán)境因素的前提下，在教學(xué)內(nèi)容上重點(diǎn)講解核心概念、原理。在多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，將教學(xué)內(nèi)容劃分為：狀態(tài)空間建模、系統(tǒng)性能分析、系統(tǒng)性能綜合三個(gè)模塊。在教學(xué)過(guò)程中，將教學(xué)重點(diǎn)放在線性定常系統(tǒng)的性能分析和改善上，對(duì)于線性時(shí)變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)的分析則可略講;對(duì)于基礎(chǔ)性的關(guān)鍵內(nèi)容，如狀態(tài)空間表達(dá)式的獎(jiǎng)勵(lì)、能觀能控制的判別、穩(wěn)定性的分析、極點(diǎn)配置和狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)等部分進(jìn)行重點(diǎn)講解。同時(shí)，依據(jù)自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)課程體系和人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，從廣泛使用的現(xiàn)代控制方法中合理篩選出有代表性工程實(shí)例融入到課程教學(xué)內(nèi)容中，通過(guò)介紹工程實(shí)例的控制問(wèn)題及解決思路，以加深學(xué)生對(duì)課程相關(guān)概念、性質(zhì)的理解，加大課程教學(xué)的工程應(yīng)用特色。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為全面體現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)位要求，構(gòu)建符合學(xué)科特點(diǎn)的課程體系，開(kāi)展了全面綜合型研究生課程體系建設(shè)，而現(xiàn)代控制工程作為農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課，是學(xué)校學(xué)生課程體系的一部分，對(duì)農(nóng)電專業(yè)研究生的教育與培養(yǎng)具有重要的作用。

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