摘要：为了更好地令学生加深对现代控制理论课程的认识学习，本文结合应用型大学培养人才的要求，采用翻转课堂模式进行现代控制理论课程探讨，并针对当前学生学习中的突出问题详述了具体的授课改进措施。实践结果表明，采用翻转课堂授课模式下的学生，普遍具有良好的领悟力和自学认知力，对应用型人才的培养取得了较好的效果。
Absrtact： In order to make students better understand and study the course of modern control theory， combining with the requirement of cultivating talents in applied universities， this paper discusses the course of modern control theory with the mode of flipping classroom. The practical results show that the students under the mode of flipping classroom teaching generally have good comprehension and self-study cognitive ability， and have achieved good results in the cultivation of application-oriented talents.
关键词：翻转课堂模式；现代控制理论；应用型大学；智能控制
Key words： flipping classroom mode；modern control theory；applied university；intelligent control
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0258-02
0 引言
传统的工业生产中，被控对象往往要受到多个输入变量的影响，更甚者，为精确描述控制系统的数学模型，要求系统中建模的参数紧随时间做实时的变化，另外，为精确衡量一个系统的好坏，可能需要同时测量多个输出值观察其是否满足期望的要求值，基于以上考虑，传统的经典控制理论已不能完全满足控制需要。现代控制理论是于20世纪60年代在经典控制理论基础上提出的，因能很清晰描述各内部变量之间的联系，现广泛应用于各种优化问题。现代控制理论的研究对象不仅包含经典控制论中的单输入单输出线性定常系统的各种控制问题，同时，对经典控制理论不能解决的非线性系统、非定常系统、多输入多输出系统等，现代控制理论也有很好的控制效果。
自动控制系统最主要的两个研究主题是最优控制和反馈问题，这两个主题涉及多个应用领域，如：军工、航空航天、电力系统、医疗系统、建筑工业等，这些自动控制系统往往需要更高的控制目标，针对鲁棒控制、H-inf控制、分布参数控制、最优控制等问题，现代控制理论可以提供很好的理论工具。
综上所述，对现代控制理论的学习至关重要，学生只有掌握了现代控制理论这门知识才能更好地分析研究实际系统，但是，线性代数、常微分方程、复变函数、随机控制等课程是现代控制理论的先导课程，学生在学习这门课过程中涉及大量数学公式和数学推导，理论性太强，如果教师以传统方式授课，学生很容易觉得该门课程枯燥、乏味、失去学习兴趣、课堂反映效果不佳。为了更好地让学生掌握这门课，任课教师必须改进授课方式，让学生由被动接受知识变主动探索，翻转课堂模式可以很好地实现这一目标。
1 课堂授课方式改进措施
传统课堂授课方式只突出教师的主体作用，要求教师对课程的讲解细致，课前准备工作充分，但是，现代控制理论涉及过多的数学知识，如果只有老师的讲解，忽视学生的反应，往往得不到期望的人才培养效果，所以，这门课的讲授过程中，必须充分发挥学生的主观能动性，采用翻转课堂授课模式可以充分发挥学生的主体作用，所谓翻转课堂授课模式即学生课前根据教师提供相关参考资料进行自学，然后将自学成果在课堂上与老师和同学进行交流和互动，并在老师的辅助下完成相应的随堂练习的一种新型人才培养模式。具体的授课改革措施如下：
①教师课前根据各个教学班的学生基础和认知情况，另外，任课教师事先准备有关课程的充足清晰的音频、视频、网络资料等材料方便学生自由下载。课前学生应用任课教师提供的相关材料进行自学，对每章要掌握的知识点进行充分的了解，在自学的过程中，涉及任何不清楚的数学知识，学生可以及时翻阅参考书籍进行梳理，这样可以避免出现老师在课堂上讲学生在下面听得困惑的情况，学习效率高。对书中出现任何不懂的地方，学生可以事先记下来，在课堂上与教师进行交流，教师在进行适当的答疑后，可以布置相关习题检验学生的学习效果。
②教师结合学生自身的知识体系结构，做出适当的自学尺度要求，制定合理学习目标计划，目标不宜定的过高和过低，要符合大多数学生的需求。如，专升本班的学生和统招全日制学生在学习目标上就要做相应的修改，前者由于基础薄弱，所以在自学的过程中，只需要其掌握线性定常系统的控制理论，但是后者较前者具有良好的数学基础，所以对其要求要相应提高，除线性连续定常系统外，还要求其掌握事变和离散系统的相关控制理论。类似这样有层次的自学目标可以激发学生的积极性，发挥学生主观能动性，使学生产生浓厚的学习兴趣，充分调动学生感官，体验现代控制系统的美妙。
③教师要积极开展课堂交流，对于学生自学过程中遇到的各种困惑要做详细解答，另外，因为现代控制理论这门课涉及很多的数学运算和推导，尤其以矩阵的运算居多，容易掩盖现代控制理论方法的工程背景，所以，任课教师应该多给出一些际工程中应用现代控制理论实现控制目标的系统进行案例教学，这样就不会让学生忽视状态空间方法的工程背景，误以为现代控制理论的学习只是更深层次的数学问题。结合案例教学，可以促进学生对学习的感悟，提高其独立思考的能力。 2 授课内容改进
2.1 教材选择
教材的选择上要选择整体框架合理，知识点梳理清楚的，内容由浅入深，条理清晰，这样的教材方便学生有效地开展自学工作，另外，教材的选择上还需要具有新颖性和实践性，新颖性可以很好地激发学生的学习兴趣，实践性可以很好地帮助学生理解这门课的实际工程意义，能帮助学生在面临实践工程问题的时候提供参考借鉴作用。
2.2 优化课程内容
现代控制理这门课包含的内容非常多，任课教师在展开授课的过程中，针对不同班级学生的基础制定不同的学习目标计划，如前面提到的专升本班级和统招的普通全日制学生，需要学生达到的目的是不一样的，教师实现需将要求学生自学的内容标注出来，对不做要求的内容学生可以根据自己的学习兴趣自行安排学习计划。在学生自学的过程中，老师可以要求学生在保证控制系统的完整性的条件下，结合老师提供的实际工程案例，只考察控制方案证明过程的合理性和严谨性，不必过分追求数学定理证明的严密性，对书上提到的基本概念、基本定理、基本公式等一定要理解其基本含义和组成，一定要避免死记硬背、生搬硬套，囫囵吞枣的情况发生。
2.3 注重课程内容在实际工程中的应用
在前面的内容提到，为加深学生对现代控制理论这门课的认识，老师可以在授课过程中引入实际工程系统进行案例教学，除此之外，老师还可以启发学生的独立思考能力，如，以倒立摆为控制对象，自主设计实验来检验多种控制策略的有效性；或者，借助一个实际系统，要求学生对其进行建模，分析其相应的运动特性，根据要求的期望性能指标，独立设计出合理的控制策略，并通过相应的软硬件来验证所提出控制策略的有效性和合理性，这里应用比较多的例子就是系统极点的任意配置问题。在经典控制理论中学过，系统的极点与系统的性能指标有直接的联系，欲要求系统具有何种性能指标实际上就是要求系统的闭环极点处于相应的位置上，通过这一项实践学习，就很好地将现代控制理论中系统极点任意配置的内容贯穿到实际工程中，这比单纯地跟学生灌输理论知识能取得更好的课堂效果。
3 考核方式改进
授课方式改进前，主要的考核方式是以闭卷考试为主，学生通常是通过死记硬背书上的重点内容和课后习题作业来达到通过考试的目的，显然这样的考核方式并不能实现应用型高校对人才培养的要求，要达到考的期望的人才培养效果，考核成绩主要有以下三个部分组成：
①工程实践阶段（预计一周）：给定学生一个以工程中实际应用系统为研究对象的课题，要求设计相应的控制策略实现期望控制效果，学生在一周时间查找资料，设计控制方案，最后半天老师对学生进行答辩考核，此部分占40%。
②自主学习情况检验：任课老师根据翻转课堂的授课模式，检查每次课堂上学生的自学成果、与老师交流的情况、自学过程中做的读书笔记和相应随堂练习完成情况，给学生的考核成绩做出一定的参考，此部分占40%。
③闭卷考试：此部分旨在考察学生对书本上基本概念和基础知识的掌握情况，此部分占20%。
4 结束语
本文总结了现代控制理论课程授课上的特点和目前授课中主要存在的问题，探讨了应用型高校下该门课程的授课方式的改进措施，包括授课内容改进、授课方式改进、考核方式改进，新型课堂模式下可以提高授课质量，培养学生运用理论知识指导实践的能力，增强学生的实践能力及创新能力，这一举措符合应用型高校对人才培养的需求。
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