應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下的智能控制課程的教學(xué)研究

管萍　劉小河　付興建

摘要：智能控制是一門理論性較強(qiáng)的課程，結(jié)合該課程的特點(diǎn)及應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的需要，對(duì)智能控制課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面的改革進(jìn)行了探討，提出激發(fā)學(xué)生興趣，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重實(shí)際應(yīng)用的教學(xué)理念，將MATLAB仿真技術(shù)和多媒體教學(xué)手段相結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，提高學(xué)生綜合分析和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：智能控制；教學(xué)方法；多媒體；教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）16-0116-02

一、引言

隨著我國高校大規(guī)模的擴(kuò)招，高等教育已由精英型教育過渡到大眾型教育，教學(xué)對(duì)象的階梯層次也發(fā)生了較大的變化。在擴(kuò)招量較大的本科第二批招生院校中，學(xué)生理論知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力等方面的素質(zhì)相對(duì)下降，而社會(huì)又迫切需求大量應(yīng)用型人才。為了適應(yīng)新形式的教學(xué)要求，各高校都在尋求提高培養(yǎng)人才質(zhì)量的教學(xué)管理方法，廣泛進(jìn)行教學(xué)制度的改革。智能控制是高校本科自動(dòng)化及其相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)課，智能控制是當(dāng)今國內(nèi)外自動(dòng)化學(xué)科中十分活躍和具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，代表著當(dāng)今世界控制理論和技術(shù)的發(fā)展方向之一，是一門集理論研究和工程實(shí)踐于一體的綜合性課程[1]，因此在教學(xué)改革中如何提高該課程的教學(xué)質(zhì)量是非常重要的。為了適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才素質(zhì)教育培養(yǎng)的要求，注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，近年來，結(jié)合課堂教學(xué)，我們對(duì)智能控制的教學(xué)改革做了一些探索。

二、“智能控制”課程的特點(diǎn)和目標(biāo)

智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，是人工智能、控制論、系統(tǒng)論和信息論等多種學(xué)科的高度綜合與集成，是一門新的交叉前沿學(xué)科[2]。由于智能控制在社會(huì)生產(chǎn)中所體現(xiàn)出的巨大研究價(jià)值和廣闊應(yīng)用前景，使得這門原先只在研究生階段才開設(shè)的課程，現(xiàn)在已經(jīng)在眾多高校自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生中開設(shè)。其目的是使學(xué)生在學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理和現(xiàn)代控制理論等基礎(chǔ)理論課程之后，對(duì)控制理論前沿發(fā)展方向有所了解和學(xué)習(xí)。智能控制屬于偏理論的專業(yè)課程，具有多學(xué)科交叉性。其理論分支較多，內(nèi)容豐富，涵蓋了模糊數(shù)學(xué)與模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和專家系統(tǒng)等前沿學(xué)科理論。該課程內(nèi)容抽象、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等涉及的內(nèi)容理論性都比較強(qiáng)，對(duì)于本科生相對(duì)抽象、枯燥、難懂，他們往往不易理解。

智能控制本身所具有的特點(diǎn)決定了本科教學(xué)過程中該課程的教學(xué)目標(biāo)。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展前沿，掌握智能控制研究的一般方法，幫助學(xué)生獲得智能控制的基本知識(shí)，使學(xué)生掌握智能控制分支及其特點(diǎn)，包括模糊控制理論基礎(chǔ)、模糊控制系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，使學(xué)生理解并掌握用智能控制方法分析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本工具、原理和實(shí)現(xiàn)方法，能夠設(shè)計(jì)簡單的智能控制系統(tǒng)。

針對(duì)課程特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)過程中應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行改進(jìn)，以吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

三、教學(xué)改革措施與途徑

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)新穎性和實(shí)用性。智能控制課程具有前沿性、抽象性和理論性強(qiáng)等特點(diǎn)，相關(guān)內(nèi)容極其廣泛。然而，作為本科生的一門專業(yè)課，教師在教學(xué)內(nèi)容的選取方面應(yīng)盡可能做到：注重控制思想的融會(huì)貫通，減少煩瑣公式的推導(dǎo)，多采取簡易示例演示，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)際教學(xué)中，可以采用具體的簡單示例來展示智能控制器的設(shè)計(jì)，如模糊PID控制器的設(shè)計(jì)思想為自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制參數(shù)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思想為逆向迭代算法，等等。

本科高年級(jí)學(xué)生在掌握了專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)之后，主要關(guān)心學(xué)科前沿知識(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域和使用方法，學(xué)生希望能學(xué)到很多較新和較實(shí)用的智能控制算法，不愿花太多時(shí)間在復(fù)雜的理論理解上，因此在教學(xué)過程中要注重知識(shí)的應(yīng)用性。此外，大學(xué)高年級(jí)學(xué)生即將走出校門，走向工作崗位，關(guān)于一些新的和正在研究的智能控制方法和技術(shù)的概況對(duì)于他們也非常重要。特別是近期發(fā)展起來的方法和技術(shù)，如模糊神經(jīng)控制、遺傳算法、蟻群算法等。這些內(nèi)容的理論部分可以不必過分深究，教學(xué)重點(diǎn)主要放在介紹每種技術(shù)的產(chǎn)生背景、發(fā)展?fàn)顩r、應(yīng)用領(lǐng)域和具體實(shí)現(xiàn)上。

2.培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)思想，注重工程應(yīng)用。為了鞏固學(xué)生對(duì)智能控制理論的理解和增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師應(yīng)該更注重從工程應(yīng)用角度來引出智能控制概念，并通過具體實(shí)例來說明智能控制如何應(yīng)用，如模糊控制在家用電器中的應(yīng)用，這樣更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。智能控制在航空航天控制、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、家用電器等方面有著廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后大部分從事工程或產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的工作，因此工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是非常重要的，設(shè)計(jì)能力是通過設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法體現(xiàn)出來的。學(xué)生通過較典型的具有代表性的基本模糊控制器、模糊PID控制、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)用MATLAB語言編出簡單程序并進(jìn)行最基本的仿真實(shí)驗(yàn)，了解和掌握智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間既能掌握設(shè)計(jì)要領(lǐng)，又具有一定的設(shè)計(jì)能力，從而為今后工作或研究生學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

3.引入仿真軟件，改善教學(xué)效果。智能控制中的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容理論性較強(qiáng)，相對(duì)抽象、枯燥難懂。如果引入更加專業(yè)、有效的工具，采用更加生動(dòng)、明了、有新意的教學(xué)方法，就能吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性。目前應(yīng)用較為廣泛的仿真軟件是MATLAB[3]，在教學(xué)中借助于MATLAB平臺(tái)，對(duì)智能控制中難以采用解析方法的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行模塊化、可視化分析與設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生理解和掌握課堂教學(xué)內(nèi)容。如運(yùn)用MATLAB軟件中的模糊控制工具箱，可以輕松設(shè)計(jì)模糊控制器，并將其應(yīng)用到系統(tǒng)控制中，使學(xué)生直觀感受模糊控制的優(yōu)越控制效果。同時(shí)，為了讓學(xué)生更深入地了解智能控制算法的實(shí)質(zhì)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用MATLAB軟件的M語言自行編寫各種智能控制算法程序，這樣學(xué)生不但進(jìn)一步加深了對(duì)理論的理解，而且產(chǎn)生了一定的成就感，從而激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)了學(xué)好這門課的自信心。

4.創(chuàng)新意識(shí)和能力的培養(yǎng)。應(yīng)用型人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)之一是培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、訓(xùn)練創(chuàng)新思維、傳授創(chuàng)新方法、提高創(chuàng)新能力。智能控制與自動(dòng)控制理論（古典控制）和現(xiàn)代控制理論不同，智能控制理論和技術(shù)還遠(yuǎn)未成熟，是一個(gè)充滿生機(jī)活力和不斷發(fā)展的學(xué)科[4]，這就要求教師要善于引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和獨(dú)立思考、分析問題的能力。課堂教學(xué)中要正確引導(dǎo)學(xué)生看待學(xué)科的發(fā)展，同時(shí)也提供了一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力的機(jī)會(huì)。因此在課堂教學(xué)中要充分展示創(chuàng)新給一門學(xué)科帶來的無窮生命力，多創(chuàng)造機(jī)會(huì)來培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，如實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程小論文和綜合設(shè)計(jì)等。

5.突出以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。學(xué)生是教學(xué)過程的核心，所有的教學(xué)環(huán)節(jié)都要以有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力為原則。課堂教學(xué)將講授法、討論法、實(shí)驗(yàn)法、自學(xué)指導(dǎo)法、實(shí)例教學(xué)法等優(yōu)化組合，充分利用板書、投影、錄像、計(jì)算機(jī)等媒體，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生正確分析問題、解決問題和自主學(xué)習(xí)的能力，注重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，由以傳授知識(shí)為主變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學(xué)生能力為主。如采用質(zhì)疑導(dǎo)入法提出問題從而激發(fā)學(xué)生的思考并抓住學(xué)生的注意力；精心設(shè)計(jì)適當(dāng)數(shù)量的問題讓學(xué)生討論和回答，通過這種互動(dòng)的教學(xué)形式活躍課堂氣氛，使學(xué)生真正成為課堂教學(xué)的主體，教師更多的時(shí)候作為一個(gè)組織者和引導(dǎo)者。

6.考核方式的改革。智能控制是一門理論性較強(qiáng)的課程。限于考試時(shí)間，期末考試只能出比較簡單的題目，僅憑期末考試成績很難判斷學(xué)生分析問題、解決問題及創(chuàng)新的能力。針對(duì)這種狀況，在教學(xué)過程中，應(yīng)將平時(shí)作業(yè)、課堂提問、小測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、出勤結(jié)合起來作為平時(shí)成績，并將此成績按照一定比例記入總平成績。這有利于促進(jìn)學(xué)生平時(shí)只有多努力，才能取得好成績，明了靠最后期末突擊取得高分是非常困難的。對(duì)平時(shí)作業(yè)按照A、B、C、D四個(gè)等級(jí)來評(píng)分，對(duì)作業(yè)中存在的問題及時(shí)糾正，對(duì)課堂上互動(dòng)表現(xiàn)好、實(shí)驗(yàn)取得好成績的學(xué)生予以表揚(yáng)鼓勵(lì)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。這樣的考核，給出的成績，既公平又合理，也促進(jìn)了學(xué)生學(xué)風(fēng)的轉(zhuǎn)變。

四、結(jié)論

本文根據(jù)智能控制課程的特點(diǎn)，給出了在智能控制教學(xué)過程中教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上改革采取的一些措施，在教學(xué)實(shí)踐過程中取得了較好的教學(xué)效果，但也難免存在一些問題和不足，希望在進(jìn)一步的教學(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐中，不斷地更新和完善教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，將控制理論課的教學(xué)改革推向一個(gè)新的臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)：

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