智能控制課程應(yīng)用型教學(xué)改革探析

摘要：智能控制作為自動化專業(yè)的主干課程，存在理論脫離工程應(yīng)用、教學(xué)內(nèi)容固定、實踐課偏少且偏向演示等問題。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面來進(jìn)行課程改革，優(yōu)化教學(xué)體系結(jié)構(gòu)來突出工程實際應(yīng)用，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容來突出知識點(diǎn)，注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)來進(jìn)行綜合考核，鼓勵學(xué)生參加科技活動和科研項目，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺建立新型的評價機(jī)制，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維方式和實際動手能力。

關(guān)鍵詞：智能控制；教學(xué)改革；工程實際應(yīng)用

中圖分類號：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0027-02

“智能控制”是自動化專業(yè)的主干課程，主要內(nèi)容包括專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和學(xué)習(xí)控制。[1]學(xué)習(xí)這門課程的任務(wù)在于掌握智能控制的基本概念和工作原理，培養(yǎng)系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計的能力，掌握智能控制的設(shè)計方法和實際應(yīng)用。

隨著控制理論的快速發(fā)展和向多學(xué)科滲透，需求該課程的專業(yè)也越來越多，課程內(nèi)容也在不斷進(jìn)步?，F(xiàn)在不僅許多高校的自動化學(xué)科將本課程作為本科生的必修課，信息類、機(jī)械類學(xué)科也陸續(xù)開設(shè)了該課程，成為要深入從事系統(tǒng)控制研究工作者的必修課，受到越來越多授課教師和在校學(xué)生的重視。[2]

目前該課程存在理論脫離實際、內(nèi)容不新穎、實踐課偏少等缺點(diǎn)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低、動手能力差，所學(xué)理論不知道如何應(yīng)用于工程實際。因此，研究智能控制課程的教學(xué)和實踐改革，突出工程應(yīng)用，對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)具有創(chuàng)造能力和實踐能力的人才，具有重要的意義。

一、傳統(tǒng)智能控制課程教學(xué)存在的問題

目前，“智能控制”這門課程在授課過程中存在許多問題，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的效果不好。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：[3-5]第一，本課程理論性很強(qiáng)，內(nèi)容抽象，公式推導(dǎo)多，理論與實際相脫離，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低；第二，本課程教科書中都是成熟的、常規(guī)的智能控制內(nèi)容，跟不上智能控制的新理論和新方法的發(fā)展；第三，考核主要依據(jù)期末考試成績，學(xué)生對平時的動手能力不重視；第四，課程的實踐課以演示為主，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

為了適應(yīng)21世紀(jì)對人才素質(zhì)教育培養(yǎng)的要求，必須對本課程進(jìn)行有效的教學(xué)改革。針對上述問題，在該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式以及教學(xué)實驗方面探索新的教學(xué)模式，注重對學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

二、智能控制應(yīng)用型教學(xué)改革方案

通過對“智能控制”課程教學(xué)改革，優(yōu)化課程內(nèi)容，重點(diǎn)突出工程實際應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)智能控制課程內(nèi)容基礎(chǔ)理論過多，理論與實際聯(lián)系不緊密的缺點(diǎn)。緊密聯(lián)系高水平期刊和國際會議，保證知識的系統(tǒng)性和先進(jìn)性，解決傳統(tǒng)智能課程內(nèi)容陳舊的問題。利用計算機(jī)輔助教學(xué)、多媒體教學(xué)等現(xiàn)代信息技術(shù)，擴(kuò)大課堂教學(xué)的信息量，提高課堂教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，避免傳統(tǒng)授課過程中黑板推導(dǎo)清晰度差、信息量少、效率低的缺點(diǎn)。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，形成教師和學(xué)生之間的互動。強(qiáng)化實踐教學(xué)，激勵學(xué)生平時的學(xué)習(xí)與探究，以及對實際動手能力的重視。將多種考核方式相結(jié)合，改革傳統(tǒng)的期末閉卷考試定成績的方式。通過課外實踐活動和科研項目，擴(kuò)展學(xué)生創(chuàng)新意識和工程實踐能力，解決傳統(tǒng)智能控制課程理論與實踐相脫離的缺點(diǎn)。特別是在教學(xué)中讓學(xué)生掌握對實際被控對象的控制器設(shè)計過程，以論文的形式形成相應(yīng)的報告并進(jìn)行答辯，這種方式除了能夠加強(qiáng)學(xué)生的書本知識掌握外，對于學(xué)生知識擴(kuò)展、科研探索、文獻(xiàn)查閱、書面和口頭表達(dá)能力都是很大的提高。

教學(xué)改革可以具體采用以下實施方法：

1.優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，突出工程實際應(yīng)用

參考國內(nèi)外最新的教學(xué)體系，進(jìn)一步優(yōu)化課程的體系結(jié)構(gòu)?？紤]到智能控制的應(yīng)用現(xiàn)狀，調(diào)整后的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)以控制理論基礎(chǔ)為主線，重點(diǎn)突出工程實際應(yīng)用，注重課程內(nèi)容的技術(shù)性、綜合性和探索性，致力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

學(xué)生通過理論教學(xué)和實踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，理論聯(lián)系實際，加深基礎(chǔ)理論難點(diǎn)的理解，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、自覺性，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體。

2.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出知識點(diǎn)

根據(jù)學(xué)科發(fā)展方向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，相應(yīng)縮減了理論教學(xué)學(xué)時，適當(dāng)增加實踐教學(xué)學(xué)時。在保證智能控制理論內(nèi)容的嚴(yán)謹(jǐn)性和系統(tǒng)性前提下，突出問題的背景和提法，強(qiáng)調(diào)貫穿于各章論述中的知識點(diǎn)，理論闡述力求嚴(yán)謹(jǐn)、簡練和易懂。將所涉及的重要概念、理論、原理和方法以結(jié)論的形式組成為各章內(nèi)容的“知識點(diǎn)”。在每一個知識點(diǎn)上都附有相應(yīng)的例題和習(xí)題，以達(dá)到鞏固所學(xué)知識的目的。教師根據(jù)優(yōu)化的教學(xué)內(nèi)容，將創(chuàng)新能力培養(yǎng)滲透到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，把傳統(tǒng)意義上知識的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

3.參考高水平學(xué)術(shù)期刊和學(xué)術(shù)會議，保證知識的先進(jìn)性

教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性體現(xiàn)在對最新控制理論知識的掌握上。最新的知識一般先發(fā)表在高水平的期刊和國際會議上，比較著名的期刊有：《IEEE Transactions on Automatic Control》《Automatica》《IEEE Transactions on Fuzzy Systems》《IEEE Transactions on Neural Networks》；著名的會議有：IFAC （International Federation of Automatic Control） World Congress、IEEE Conference on Decision and Control、American Control Conference、IEEE Symposium on Intelligent Control等。翻閱這些高水平的學(xué)術(shù)期刊和學(xué)術(shù)會議論文集，并將最新發(fā)表的智能控制成果在課堂上展現(xiàn)給學(xué)生，能夠及時跟蹤國內(nèi)外智能控制的最新科技動態(tài)，從而保證知識的先進(jìn)性。

4.利用多媒體課件，增強(qiáng)課堂效果

根據(jù)智能控制課程內(nèi)容抽象復(fù)雜、工程實踐強(qiáng)等特點(diǎn)和課程教學(xué)要求，利用多媒體課件，對控制算法進(jìn)行形象的演示，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中的BP算法，可以用多媒體課件演示其輸入信號正向傳播、誤差反響傳播的過程，以及在這兩個傳播過程中隱層和輸出層的輸入、輸出變化情況，輔助適當(dāng)?shù)暮诎灏鍟?，可以擴(kuò)大課堂教學(xué)的信息量，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

5.注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維方式和工程實際能力

智能控制課程一般包括理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在該課程的教學(xué)中注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以3～5人組成小組，依照小組的形式對倒立擺、球桿系統(tǒng)、電阻爐等被控對象進(jìn)行整個系統(tǒng)控制器的設(shè)計，被控對象特性分析、參數(shù)辨識、控制器設(shè)計和調(diào)試都是小組成員單獨(dú)完成，可以根據(jù)實際控制效果和設(shè)計思想來確定實驗課成績，這樣充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維方式和工程實際能力。

6.鼓勵學(xué)生參加課外科技活動和科研項目，激發(fā)學(xué)生實際動手能力和資料查閱能力

鼓勵學(xué)生參加挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生科技競賽等課外科技活動和科研項目，深化理論教學(xué)內(nèi)容，學(xué)以致用，激發(fā)學(xué)生課外動手、動腦的實踐能力。在科技活動和科研項目中，鼓勵學(xué)生多樣化的思考問題的方式，鼓勵與引導(dǎo)學(xué)生探究問題，探求新知識，對實際問題中所運(yùn)用的知識進(jìn)行擴(kuò)展，啟發(fā)學(xué)生的思維。特別是能夠運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)搜索工具“百度”和“google”以及圖書館的電子數(shù)據(jù)庫如IEEE/IEE Electronic Library（IEL）、Elsevier Science Direct來查閱資料，主動學(xué)習(xí)最新知識，解決在實際項目中遇到的問題。

7.利用網(wǎng)絡(luò)平臺，建立教師-學(xué)生互動式教學(xué)

利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，通過將教學(xué)資源與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行有機(jī)的整合，為教師和學(xué)生之間搭建一個網(wǎng)上互動空間。利用網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)，向?qū)W生提供網(wǎng)絡(luò)課件、電子教案、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、電子書籍、電子手冊、應(yīng)用資料、網(wǎng)絡(luò)鏈接等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。網(wǎng)絡(luò)平臺不僅創(chuàng)建一種利用網(wǎng)上資源的互動式教學(xué)方法，還充分調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

8.改革評價制度，建立新型評價機(jī)制

采用多種考核方式，以能力型試題代替記憶型試題。建立了以平時作業(yè)、隨堂測驗、專題報告、實驗答辯、期終考試等多項內(nèi)容相結(jié)合的新型評價機(jī)制，避免了只以期末考試定成績的單純試卷考核方式。強(qiáng)調(diào)自選課題答辯的考核內(nèi)容，學(xué)生在各自小組實踐環(huán)節(jié)中對倒立擺、球桿系統(tǒng)、電阻爐設(shè)計控制器后，寫成報告的形式進(jìn)行分組答辯，闡述自己的設(shè)計思路并演示控制效果，加大該部分的評價比重來注重學(xué)生的能力考核。

三、結(jié)論

通過對研究智能控制課程的教學(xué)改革，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出工程應(yīng)用，緊密聯(lián)系高水平期刊和國際會議來保證知識的系統(tǒng)性和先進(jìn)性，注重實踐教學(xué)，強(qiáng)調(diào)對實際被控對象的整個控制器設(shè)計過程的掌握，充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺，采用多種考核方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：王意琴）