CDIO模式下《现代控制理论》课程辐射教学方法探索

摘要：分析《现代控制理论》课程教学实践中存在的问题，结合CDIO工程教育模式，探讨采用辐射教学法对现代控制理论进行改革，完善课程教学体系、教材建设、实验环节等内容，提出改革措施，从而提高《现代控制理论》课程的教学质量，提升学生的专业技能和综合素质。

关键词：现代控制理论；CDIO模式；辐射教学法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）03-0109-02

一、引言

《现代控制理论》是自动化类专业本科生必修的一门专业课，是《自动控制原理》的后续课程。通过该课程的学习，使学生掌握以状态空间为主的数学模型，分析系统的可控制性、可观性、稳定性等基本特点，主要以状态反馈和输出反馈的方法进行系统分析与综合，为自动化专业课程《运动控制》、《计算机控制》、《检测与自动化装置》、《过程控制》等奠定理论基础。因此，《现代控制理论》起着承前启后的桥梁和纽带作用。掌握和理解理论，离不开实践。如何帮助学生理解与掌握《现代控制理论》课程的基本概念、原理、分析方法，以及提高综合应用所学知识解决实际问题的能力，是目前《现代控制理论》教学所要解决的关键问题[1]。广西大学电气自动化类本科生的培养定位为工程研究应用型。为了培养出具有厚基础、宽口径、高素质和强能力的工程研究应用型人才[2]，对《现代控制理论》课程进行教学改革，是当前亟待解决的一个重要任务。麻省理工学院、瑞典林克平大学、查尔姆斯技术学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国合作研究于2004年创立了CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate：分别代表构思、设计、实现和运作）工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO（构思―设计―实现―运行）工程教育理念正是源于对产品、工程、系统生命周期的强调，让学生以主动的、实践的和课程间有机联系的方式进行工程学习[3]，获得工程能力，将“未来工程师”培养成能够在现代团队环境下构思/设计/实现/运行复杂高附加值工程系统的真正卓越工程师人才。其实，这一理念是很多专家和学者倡导的“科学主导工程”的训练方法和“课堂教学必须和实践教学紧密结合起来”的教学方法的继承与拓展。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，该理念为教学改革方法提供了新思路。

二、教学实践中存在的问题及原因

《现代控制理论》课程具有多学科交叉、以理论性为主的特点。在课程教学中发现，学生对该课程的学习，在理论学习与实践环节过程中往往抓不住要领，普遍感到较为抽象和难学，最后也就满足于背结论、套公式、做习题，不理解为什么，一知半解，一个学期结束后不知道所学知识的作用[4]。特别是在学时大幅缩减的情况下，学生的综合、分析、设计能力的下降尤为突出，这种现象在很多学生中普遍存在。在本科阶段，更多的学生或老师认为该门课程最大的用处可能就是为了研究生入学考试。

学生出现这种现象的原因，可归结为以下几个方面：

1.学生自学能力没有被培养起来，习惯于“填鸭式”的串讲，课后又不加以理解，仅满足于做作业和考试，必将导致对已学知识掌握不够或不扎实，长时间不用就容易遗忘，进而使学习新知识变得更加困难，形成恶性循环。

2.与《现代控制理论》相关的课程教、学单独依序开课，学生所学知识是分散的，在教学中没有注意用“事物之间相互联系的观点”加以引导，导致学生认识事物的片面性、极端性。

3.理论教育与工程实践严重脱节。由于实验缺少必要的工程背景引导，学生知其然，不知其所以然，导致普遍缺乏工程实践能力和创新意识。

4.先进教学手段应用不合理。在教学过程中适当增加多媒体教学内容，使常规教学与多媒体教学紧密结合起来。多媒体教学确实有很多好处：可以形象直观地展现一些图形或图片，传达的信息量也比较大，但在定理的证明、推导等过程中容易使学生思路跟不上，并且易造成视觉疲劳，“眼中无物”，降低了教学质量。

5.系统仿真技术掌握有限，而相关的实验平台较少，跟不上理论课程的内容和需要。而在这种情况下，由于学生欠缺对离线仿真平台的实际操作能力，布置的仿真实验也不能很好地完成，得过且过。

三、CDIO模式下《现代控制理论》课程辐射教学法改革

《现代控制理论》课程主要分析实际物理系统的抽象数学模型，研究动态系统的运动规律。基于CDIO教育理念，以工程应用为背景，让学生主动参加实践，通过基于工程项目的教育学习。

所谓辐射教学法，是指打破原来相对封闭的教学模式，采用相对开放的、探索的、知识关联的教学方法[5]。采用辐射教学法对现代控制理论课程进行教学改革，能够对前导课程的知识点再提炼，并为后续课程的学习打基础。CDIO模式下《现代控制理论》课程辐射教学法采用以建立《现代控制理论》课程网站为基础的自学和课堂精讲相结合的教学模式，在理论课程讲授和实验中辐射相关课程，并将其关联起来，融汇贯通，扩大学生思路，达到学以致用，提高学习和研究的兴趣以及创新能力。

下面我们探讨基于CDIO工程模式《现代控制理论》课程的辐射教学法改革，主要有以下几个方面的内容。

1.建立辐射教学法的理念。首先，在老师和学生中要培养和建立辐射教学法这种理念。老师研究辐射教学法的理论与机制，将辐射教学法理论应用到现代控制理论课程的教学中。教师要善于采用知识关联的教学方法，注意与前导课程的联系和渗透，以及与后续课程的分工和衔接。

2.建立与时俱进的教学内容更新机制，结合CDIO教育理念，及时吸收先进科研成果，优化理论联系实际，保证教学内容的系统性、先进性和实用性。教师研究辐射教学法的理论与机制，并将辐射教学法理论应用在《现代控制理论》课程的教学中，教师要善于采用知识关联的教学方法，引导学生掌握从《现代控制理论》课程辐射出去的各有关知识系列，注意与前导课程的联系和渗透，以及与后续课程的分工和衔接。

3.建立以课程网站为基础的自学和课堂精讲相结合的教学模式，在每个学期开始将理论作业和实践项目任务全部布置，通过教学网站的问题留言系统和在线交流系统及时与教师沟通，方便教师在课余及时地了解学生的相关学习情况，并及时解答自学时遇到的问题，培养学生自学的习惯与兴趣。

4.建立完善的实验教学机制，例如：独立/分组实验制，课堂与课外相结合，灵活实验时间，等等，引导学生独立思考和团结协作的精神。此外，为《现代控制理论》的实验设置独立设课机制，通过笔试、口试和上机操作等相结合的形式对实验进行考核，引导学生自觉增强学习能力和探索精神的同时达到提高学生口头和书面表达能力的目的。

5.建立灵活合理的课程考核制度。笔试考核试题库保持及时更新，根据考核难度系数抽取相关试题，实现试题初稿自动命题；健全实践考核机制，加大课程实践考核占总成绩的比例。灵活选用考核方式，并试行累加式考核方式。

6.将多媒体教学与传统教学方法有效地结合起来，划分合理的多媒体与黑板讲授的内容与比例。充分利用多媒体教学的优势，增进学生理解的同时提高学生学习的兴趣。但是对于现代控制理论课程中的定理证明、推导过程，采用板书的效果要比多媒体效果好得多。因为使用多媒体容易使学生思路跟不上，并且易造成视觉疲劳，“眼中无物”。

7.建立合理完善的教学评价体系。教学评价体系作为教学活动的一个信息反馈机制，能够有助于教师更好地了解到教学系统运行的情况，从而有效地做出相应的调节和完善。

四、结束语

目前，高等教育的传统教学方式，例如老师讲学生听的教学模式已不能发挥最好的教学效果，而让学生自己动手的实验教学起到了越来越重要的作用。针对《现代控制理论》课程的特点以及学校的实际情况，基于CDIO工程教育理念，采用辐射教学法对具体的教学内容和教学方法，提出了相应的改革措施，同时完善了《现代控制理论》课程的教学大纲，形成了一套有效的教、学实施方案和计划。绝大部分学生表示与其他课程相比，辐射教学法不仅提高了他们的学习兴趣，而且提高了其分析问题、解决问题的能力。但是提出的教学改革方法加大了教师的工作量，需要在课前准备预习问题，实时地调整教学计划，并且学生的问题过于分散，增加了解决问题的难度。课程改革是一个循序渐进、永无止境的过程，在今后的教学中，我们要努力探索教学效果更好的教学模式，为社会培养更多更优秀的自动化人才。

参考文献：

[1]贾立.创新培养模式下的现代控制理论教学改革探索[J].科技信息，2011，（23）：680.

[2]侯沛勇.厚基础、宽口径、强能力、高素质―――高校跨世纪人才培养的目标模式[J].科技・人才・市场，2008，8（7）：25-27.

[3]蒉秀惠.“CDIO”模式下单片机课程改革探索[J].宁波职业技术学院学报，2010，14（6）：35-36.

[4]程淑红，刘琳，刘志新，吴忠强，张典范.自动控制理论教学改革的思路与实践[J].教学研究，2006，29（5）：433-436.

[5]吕智林，胡立坤，卢子广.面向“工程研究应用型”的自动化专业控制理论课程辐射教学法研究[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2011，（33）：86-89.