智能控制課程教學改革初探*

李軍紅

南華大學電氣工程學院 湖南衡陽 421001

智能控制課程教學改革初探*

李軍紅

南華大學電氣工程學院 湖南衡陽 421001

結(jié)合自身教學實踐，分析智能控制理論教學中存在的主要問題，并提出具體的教學改革措施與途徑，包括簡化教學內(nèi)容、教學中引入MATLAB、加強實踐教學等方面的改革。實踐證明，這些改革不僅取得良好的教學效果，而且激發(fā)了學生學習智能控制理論的興趣。

智能控制理論；教學改革；MATLAB

Author’s addressSchool of Electrical Engineering, University of South China, Hengyang, Hunan, China 421001

智能控制是當今國內(nèi)外自動化學科中十分活躍和具有挑戰(zhàn)性的領域，是一門新興的交叉學科，代表著當今世界控制理論和技術(shù)的發(fā)展方向，是一門集理論研究和工程實踐于一體的綜合性課程。其內(nèi)容非常豐富，理論分支較多，涵蓋了人工智能與專家控制、模糊數(shù)學與模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡與神經(jīng)網(wǎng)絡控制以及免疫和遺傳算法等前沿學科理論[1]。通過本課程學習，使學生了解智能控制理論體系及其相關(guān)的新學科基礎、智能控制理論發(fā)展的前沿動向、智能控制理論的應用領域及應用效果，掌握智能控制的基本概念和主要組成部分，掌握智能控制系統(tǒng)分析和設計的基本方法和步驟，并能利用所學知識解決一些簡單的實際問題。如何講授好這門課，提高教學質(zhì)量，一直是從事本課程教學的教師研究的課題。筆者結(jié)合自身的教學實踐，分析智能控制理論教學中存在的主要問題，對智能控制理論課程教學的改革進行探討，提出一些行之有效的措施與方法。

1 當前教學中存在的主要問題

目前智能控制理論教學中存在3個方面的問題。1）教學內(nèi)容不合理。有關(guān)智能控制理論方面的教材在內(nèi)容設計和知識體系安排上過于注重理論，闡述深奧，理論和公式顯得特別復雜難懂；教材中的理論與實際聯(lián)系不是很密切。2）教學方法單一。由于該課程理論性強，內(nèi)容抽象，很多教師采用“滿堂灌”的講授方法，把理論知識講授作為教學的主要目標，忽視對學生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)。并且教師與學生、學生與學生缺乏課堂交流，從而使學生失去學習熱情，教師教學缺乏激情，課堂氣氛沉悶，教學質(zhì)量不高。3）教學資源短缺。近年來，不少高校逐漸開設智能控制理論課程，然而大多只是注重專業(yè)主干課程實驗建設的投入，這樣就導致智能控制課程實驗難以有效開展。

2 教學改革的思路和措施

2.1 簡化教學內(nèi)容，提高教學質(zhì)量

智能控制作為自動化相關(guān)專業(yè)的專業(yè)提升課程，教材和教學內(nèi)容的適當選擇對教學效果有至關(guān)重要的影響。智能控制課程具有前沿性、抽象性和理論性強等特點，課程內(nèi)容極其廣泛。然而，作為一門本科生選修課，教師在教學內(nèi)容的選取方面，不應拘泥于教材，授課內(nèi)容要簡化，不宜過于抽象化和理論化，應淡化數(shù)學推導過程，注重基本概念、基本原理和基本方法的教學，強調(diào)理論的基本內(nèi)涵及其應用，注重控制思想的融會貫通，從而提高學生的學習興趣。例如，筆者在講授該課程時刪掉自組織神經(jīng)網(wǎng)絡、小波神經(jīng)網(wǎng)絡、腦模型控制器、細胞神經(jīng)網(wǎng)絡、B條樣神經(jīng)網(wǎng)絡、自組織模糊控制系統(tǒng)、模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡融合等比較難的內(nèi)容。在實際教學中，可以多選用一些具體的簡易示例來展示智能控制器的設計，如直流電機模糊控制器的設計、感知器的設計、BP神經(jīng)網(wǎng)絡的設計等。

2.2 教學中引入MATLAB，培養(yǎng)學生綜合能力

針對智能控制課程的特點，在教學中引入MATLAB，極大地增強學生學習這門課程的興趣。MATLAB/SIMULINK中集成了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等工具箱[2]，利用這些工具箱，在課堂教學中引入MATLAB，可以圖文并茂地講解一些典型實例。例如，利用線性神經(jīng)網(wǎng)絡對正弦信號進行線性預測，利用自適應濾波網(wǎng)絡對正弦信號進行自適應預測，利用BP網(wǎng)絡進行字符識別、血清膽固醇含量檢測，利用神經(jīng)網(wǎng)絡預測控制器對非線性系統(tǒng)進行控制，等等。這些實例能夠讓學生熟悉神經(jīng)網(wǎng)絡的應用背景，切實感受到神經(jīng)網(wǎng)絡是一門非常實用的技術(shù)。

教學中引入MATLAB，一方面可以對智能控制中難以采用解析方法分析的復雜系統(tǒng)進行模塊化、可視化分析與設計，有助于學生理解和掌握課堂教學內(nèi)容；另一方面，這種基于全新平臺的系統(tǒng)分析與設計方法完全不同于傳統(tǒng)的方法。學習和借鑒這種方法的思想，有助于改善理論推導的枯燥，降低理論的抽象性，提升學生學習的興趣和成就感，增強課程教學的直觀性，提高教師授課效率，有利于開闊學生的視野、啟發(fā)學生的思路、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合分析的能力。

2.3 加強智能控制實踐教學

近年來，不少高校逐漸開設智能控制理論課程，然而大多只是注重專業(yè)主干課程實驗建設的投入，這樣就導致智能控制理論課程實驗難以有效開展[3]。目前南華大學的情況也基本如此，基本上是利用MATLAB開展一些仿真實驗，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手能力。為了克服實驗教學資源不足的問題，合理利用現(xiàn)有實驗條件，在原有的“過程控制”實驗平臺開發(fā)一些綜合性設計實驗。例如：應用模糊邏輯控制鍋爐水位和水溫，直流電機模糊調(diào)速系統(tǒng)設計，鍋爐壓力模糊控制器設計，等等。下一步還要把神經(jīng)網(wǎng)絡算法通過這個實驗平臺來實現(xiàn)。這樣既可以加深學生對智能控制基本概念的理解，增強學生的學習興趣，又鍛煉和培養(yǎng)了學生的實驗技能和靈活運用理論知識分析和解決工程問題的能力。

另外，結(jié)合學校自動化系組織的大學生智能小車競賽活動開展智能控制理論實踐教學改革，指導學生將智能控制理論知識如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等應用于智能小車的控制中，從而激發(fā)學生學習的積極性。2010年，筆者指導的“風馳車隊”參加第二屆湖南省大學生“時代杯”智能汽車競賽榮獲省三等獎。

3 結(jié)語

筆者結(jié)合自身教學實踐，分析智能控制理論教學中存在的主要問題，并提出具體的教學改革措施與途徑，取得良好的教學效果。隨著智能控制理論課程教學改革的不斷進行，學生對智能控制的學習興趣也越來越濃，能較好地掌握智能控制的基本概念與設計方法，為進一步學習先進控制理論知識打下良好的基礎。

[1]李人厚.智能控制理論和方法[M].西安:西安電子科技大學出版社,2007

[2]樓順天.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設計:控制系統(tǒng)[M].西安:西安電子科技大學出版社,1998

[3]李世華.智能控制概論課程的仿真實驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電氣電子教學學報,2006,28(2):65-68

[4]楊斌.論高等學校教學改革[J].清華大學教育研究,1997,18(2):17-21

[5]吳敏生.關(guān)于清華大學教育教學改革若干問題的思考[J].清華大學教育研究,1997,18(2):11-16

Practice and Reform on Teaching of Intelligent Control Theory Course

//Li Junhong

In this paper, the problems in teaching Intelligent Control Theory Course for undergraduates are pointed out, and some detailed approaches of teaching reform on Intelligent Control Theory are proposed based on the self’s practical teaching experience. The approaches include three aspects, that is, simplifying teaching contents, introducing MATLAB in teaching and strengthening practice teaching. The practice illustrates that the proposed teaching reforms not only obtain good effects, but also inspire students’ interest in intelligent control theory.

intelligent control theory; teaching reform; MATLAB

G642.0

B

1671-489X(2011)12-0035-02

*南華大學教改項目：智能控制理論類課程教學改革與學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)（項目編號：2010ZZ005）。

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.12.035