“现代控制理论”课堂实践教学经验浅谈

“现代控制理论”课堂实践教学经验浅谈作者：郭强，闫艳燕，张燕，高国富，赵波

来源：《教育教学论坛》 2015年第16期

郭强，闫艳燕，张燕，高国富，赵波

（河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作454000）

摘要：针对当代学生多为“独生子女”以及多数大学生过惯“养尊处优”生活的实际情况，并且对于大学相对较为开放的课堂，使得学生主观上有抵制课堂教学的倾向，尤其针对“现代

控制理论”比较难以理解的专业基础课，如何使学生愿意去课堂，愿意听课是本文试图理解和

解决的关键问题。本文分析了生活联系课堂实践式教学方法的优势，并进一步采用“反馈式”

课堂交流的方式，增强教学效果，同时在教学上着重训练动手能力（生活实践能力）与加入网

络热点，使本课程理论化繁入简，活跃课堂气氛。为理论上较强的专业理论课教学提供一种切

实可行的教学方法。

关键词：现代控制理论；实践性；反馈；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）16-0212-02

基金项目：“河南理工大学校教育教学改革研究项目”（2013JG082）；“研究生精品课程项目”（72705/001/026）及“机械制造技术基础精品资源共享课”项目支持

作者简介：郭强（1983-），男，内蒙古化德人，河南理工大学机械与动力工程学院，讲师；闫艳燕（1979-），女，山东烟台人，河南理工大学机械与动力工程学院，副教授；张燕

（1980-），女，河北宁晋人，河南理工大学机械与动力工程学院，副教授；高国富（1956-），男，河南济源人，河南理工大学机械与动力工程学院，教授；赵波（1956-），男，河南济源人，河南理工大学机械与动力工程学院，教授。

当代大学生多为“独生子女”，在“养尊处优”的环境中生活了10 多年，他们已经有了

抵制困难的倾向。在机械学科中，“现代控制理论”[1] 是一门控制理论与机械学科紧密结合

的机械工程类和机电类相关专业师生的必选课程。该门课程主要与前期所学“线性代数理论”、“矩阵理论”密切相关，并且主要以分析计算为主，同时引入了状态空间的概念，这给师生学

习带来一定的困难。为了达到培养效果，经过几年的探索与实验，总结出几点经验。

一、实例性教学方法，入门教学的关键

学好一门课，第一节课对这门课的第一印象极为重要，通过第一节课的讲解，要让学生对

这门课程产生浓厚的兴趣。通过实践性教学方法，即列举大量同学经常能够接触到或者了解到

的事物，如让学生拿出手机感受一下有重力感应的游戏（即使手机里面没有，他们也肯定见识过），为什么会有重力感应呢？中国神舟飞船上天直播过程中工程师和远在太平洋控制船上的

工程师们是如何控制飞船的？飞船在姿态变换过程中，这些工程师是如何控制的？都在干些什么？使学生在脑海中形成解答这些问题的渴求，进而引出控制的概念，这样就能激发他们继续

深入学习这门功课的动力；此外，为了让大家掌握“状态空间”的概念，我们可以首先给学生

列出一个复杂的常微分方程与传递函数（传统线性定常系统），他们虽然有一定的数学基础，

但是当他们看到这几个等式时，立刻就会觉得这种方式太难了，很难学进去，从而产生退缩心理，这时，教师可以提出一个问题，即：“如果给学生们一种选择，这种选择能够实现同样的

功能，同时更容易理解和接受，他们愿意吗？”至此肯定能够形成共鸣。此时再引入“状态空

间”的概念就可以使他们容易接受和理解了。因此，在第一堂课采用实例教学和问题教学刺激

学生的求知欲，为我们后期的课程开展开了个好头。

二、交互式（反馈式）问题探讨，深化理解的阶梯

由于各种原因，当代的学生基本没有课前预习的习惯，所以在课堂上，每个问题对他们来

说都是新的，没有接触过。开始学习时，即使讲台上教师讲得再出色，学生当时听得很清楚，

同时也理解教师想表达的意思，但是做题时依然错误百出。如何使学生在渴求的状态下学习完

概念后，让他们更好的理解呢？作者在教授课程的过程中发现，一个概念讲授完成后，提出一

个问题，预留一定的时间给学生，让他们带着问题，带着渴求在理解概念的基础上与周围同学

交流，与教师探讨；同时，教师不应该只站在讲台上，而应走到学生的中间，实时讲解，这样

能够形成反馈式教学模式，够使学生深化认识，深化理解，更容易让他们达到“课堂上学会，

课堂下不易忘记”的状态。

三、动手能力的利用，兴趣爱好的建立

这里的“动手能力”不是去实验室做实验，而是在课堂上利用一切有利于学生理解的物体，让他们自己动手做一做。例如在讲到“李雅普诺夫稳定性”的问题时，就可以利用学生非常熟

悉的骑自行车的例子，让他们回忆一下骑车的时候，刚起步时是什么感觉？起步以后是什么感觉？停车的时候是什么感觉？在骑车过程中为什么会摔倒？等等。学生经常骑自行车，那么针

对这些问题，他们肯定会有各式各样的答案，肯定有的同学会回答正确。这时，在交互过程中，讲课教师有意识地引导学生思考，之所以骑车过程中感觉很平稳，甚至有些技术高超的可以脱

把骑行，是因为骑行过程中他们很好的做到了平衡性的问题。这就涉及到了李雅普诺夫稳定性

定理的相关内容：开始起步到停车的时候，实际上是从不稳定到稳定的过度，这进一步解释了

稳定性的相关概念。在讲授倒立摆控制理论时，讲师就可以利用另一个学生小时候经常做的动作，即家里面有“鸡毛掸子”或者一根长棍子，拿手指或者手掌顶住一端，然后手臂在下面运动，从而保证其可以保持倒立状态一段时间不倒，这和下图中老大爷剑鞘顶剑[2]具有异曲同工之妙，这为进一步讲到倒立摆实验缓解了思想上的压力，并且使学生有了学习倒立摆的控制原

理“渴求”式的动力。

有时候讲课教师举例说明时，想到的实例可能是学生经常接触的并且非常熟悉的，但不一

定会恰到好处，这个在教学过程中不必追究，正如邓小平同志所说：“不管是白猫黑猫，只要

能抓老鼠就是好猫”。即在教学实践过程，举到的实例可能不是很符合某个定理的说明，但是，只要有利于学生理解书本上的知识，只要不涉及到法律禁止的、低俗的内容，只要学生乐于接受，不管是什么样的示例，我们都可以采用。

四、网上热点的加入，课堂气氛的活跃