基于工程教育理念的智能控制課程教學(xué)策略分析

孫振保+許書娟

【摘 要】本文分析以往智能控制課程發(fā)展的理論知識(shí)體系，提出工程教育理念下提高智能控制課程教學(xué)質(zhì)量的對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】工程教育理念 智能控制課程 教學(xué)策略

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2017）01C-0152-02

一、智能控制課程分析

作為一門自動(dòng)化類專業(yè)的課程，智能控制主要是要求學(xué)生對(duì)控制學(xué)科發(fā)展的前沿和方向進(jìn)行了解，從而熟悉智能控制相關(guān)的發(fā)展趨勢(shì)、主要理論以及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等，在基本掌握智能化的控制結(jié)構(gòu)以及算法等方法的情況下，為未來(lái)工程實(shí)際的應(yīng)用作鋪墊?，F(xiàn)階段，CDIO已經(jīng)成為了最受國(guó)內(nèi)外歡迎的一種模式，其主要是將構(gòu)思到設(shè)計(jì)到執(zhí)行再到運(yùn)作等一系列過(guò)程看做工程教育中所涉及的整體性環(huán)境之背景，并且在遵循產(chǎn)品生命周期的前提下能夠?qū)⑾嚓P(guān)的主要課程體系構(gòu)建出來(lái)，隨后在項(xiàng)目和課堂結(jié)合的前提下實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而使學(xué)生能夠達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

將我校的自動(dòng)化專業(yè)作為案例，針對(duì)如何有效地提高智能化控制課程的教學(xué)質(zhì)量，主要圍繞的方向是對(duì)先進(jìn)性的“CDIO”模式以及相關(guān)的內(nèi)容等進(jìn)行科學(xué)化的借鑒，并在其相關(guān)教育理念強(qiáng)有力的引導(dǎo)下，科學(xué)化地實(shí)施了卓越工程師這一重點(diǎn)培養(yǎng)計(jì)劃，其主要的目的就在于提高大學(xué)生群體的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，以便于能夠?qū)λ麄兊恼n程體系及相關(guān)教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行科學(xué)性協(xié)調(diào)，以此達(dá)到培養(yǎng)卓越型學(xué)生的目標(biāo)?；谀壳拔覈?guó)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，以及結(jié)構(gòu)體系調(diào)整性的支撐能力不強(qiáng)等問(wèn)題，使得在結(jié)構(gòu)調(diào)整和目標(biāo)培養(yǎng)的過(guò)程中有不相適應(yīng)的矛盾產(chǎn)生。因而，我們需要將全新的與發(fā)展相適應(yīng)的一種新課程教學(xué)體系創(chuàng)建出來(lái)，也只有這樣做才能夠真正意義上促進(jìn)國(guó)內(nèi)智能化控制學(xué)科整體可持續(xù)發(fā)展，為建立在工程教育理念之上的智能化控制課程這一教學(xué)模式的推廣提供條件。

二、智能控制課程發(fā)展歷程及教學(xué)中存在的問(wèn)題

（一）發(fā)展的歷程

作為新型的、現(xiàn)代化的一種自動(dòng)型控制技術(shù)，智能化控制技術(shù)是原有的自動(dòng)化控制技術(shù)的一種延伸，是最新的一個(gè)發(fā)展階段的代表。早在上世紀(jì)九十年代以后，智能控制技術(shù)就取得了飛速發(fā)展并逐漸走向成熟，無(wú)論是家用、工業(yè)，還是在軍事、農(nóng)業(yè)等方面均被廣泛應(yīng)用。

第一次出現(xiàn)智能控制思潮是在上世紀(jì)的六十年代，是由Leonaes等人正式提出來(lái)，直到上世紀(jì)八十年代末期又由IEEE這一控制系統(tǒng)的學(xué)會(huì)以及計(jì)算機(jī)的學(xué)會(huì)在美國(guó)的費(fèi)城聯(lián)合召開了一場(chǎng)有關(guān)于智能化控制的國(guó)際性組織學(xué)術(shù)研討大會(huì)，并且智能化控制作為一門新的學(xué)科也是在此次大會(huì)上確定的。

在上世紀(jì)九十年代末，蔡自興等人編寫了我國(guó)首部有關(guān)于“智能控制”的教材，編者將模糊的控制，遞階的控制，學(xué)習(xí)的控制，專家的控制以及神經(jīng)的控制等連接起來(lái)共同視作智能化控制這門現(xiàn)代課程初步的框架，并圍繞主要的分支進(jìn)行相關(guān)研究。后來(lái)，如李人厚、王耀南等對(duì)相關(guān)的智能化控制教材充分進(jìn)行了編寫和完善，這些已經(jīng)出版的教材對(duì)于我國(guó)智能化控制課程而言，其教學(xué)效果明顯達(dá)到了，并且關(guān)鍵性的教學(xué)作用也發(fā)揮了出來(lái)。他們無(wú)論是為了我國(guó)整個(gè)智能化控制這一學(xué)科的建設(shè)，還是為相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)均作出了非常重要的貢獻(xiàn)。

近年來(lái)我國(guó)專家們?cè)谘芯恐悄芑刂七@方面的表現(xiàn)是十分的活躍，時(shí)常會(huì)有重要的、新型的一些與智能控制相關(guān)聯(lián)的學(xué)術(shù)討論會(huì)舉辦，如中國(guó)控制會(huì)議、全球自動(dòng)化與智能控制大會(huì)、中國(guó)控制與決策大會(huì)以及中國(guó)智能自動(dòng)化大會(huì)等，這標(biāo)志著我國(guó)的智能控制已經(jīng)形成了獨(dú)立學(xué)科。

（二）存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察研究發(fā)現(xiàn)，在日常的智能化控制課程教學(xué)中時(shí)常有問(wèn)題出現(xiàn)，這些問(wèn)題主要表現(xiàn)在：

1.由于專業(yè)或?qū)W校的不同，使得智能控制課時(shí)會(huì)有明顯的差異性存在，最常見的便是安排48課時(shí)或是32課時(shí)。一旦遇到相對(duì)緊張的學(xué)時(shí)狀況，就會(huì)使教學(xué)改革的手段或方法受到一定程度的約束。這主要是因?yàn)槊恳荒甓紩?huì)大量增加新的知識(shí)，因而教師的備課方案也需要實(shí)時(shí)更新。另外，在不斷增加課題講授的基礎(chǔ)上，還需要不斷有新的教研成果加入，為了落實(shí)教學(xué)改革，增加交互式教學(xué)以及課堂討論環(huán)節(jié)是必不可少的。然而研究發(fā)現(xiàn)理論課的增加卻沒有適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課，這自然難以使實(shí)驗(yàn)效果得到保證。

2.學(xué)生整體性的學(xué)習(xí)水平參差不齊，為了與全體學(xué)生的學(xué)習(xí)需求相適應(yīng)，對(duì)于教師而言困難重重。另外，不同的教師其自身所具備的教學(xué)水平也會(huì)有所差異，不同的教師對(duì)于內(nèi)容的理解不同，在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，也無(wú)法保證每一個(gè)學(xué)生都能聽懂，學(xué)習(xí)能力較差的學(xué)生自然就會(huì)失去學(xué)習(xí)的興趣，這并不利于教學(xué)效率的保證。

3.不同的學(xué)校對(duì)于學(xué)生有自己的一套管理方式，但是隨著教育體制的逐步完善，人們更加傾向于建立激勵(lì)機(jī)制以及科學(xué)化的考核方式。但是經(jīng)過(guò)實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在該課程所應(yīng)用的考核技術(shù)上是不完善的，大多學(xué)生認(rèn)為其只是一個(gè)形式，由于采取了不適應(yīng)的考核形式，難以將其有效的激勵(lì)作用發(fā)揮出來(lái)。學(xué)生自然在學(xué)習(xí)上容易掉以輕心，不但教師的教學(xué)效果難以達(dá)到，學(xué)生的學(xué)習(xí)成果也是難以取得的。

三、教學(xué)策略分析

（一）以理論教學(xué)為出發(fā)點(diǎn)

在2010年有關(guān)于UNESCO的工程學(xué)報(bào)告中就明確指出，人類目前主要面臨的最大機(jī)遇和挑戰(zhàn)就來(lái)自工程。為了使國(guó)家的卓越工程師計(jì)劃得到滿足，有必要對(duì)現(xiàn)階段所實(shí)行的教學(xué)大綱進(jìn)行重新的改善和修訂；隨后需要對(duì)各種知識(shí)點(diǎn)、學(xué)時(shí)之間的分配合理調(diào)整，只有將相關(guān)的知識(shí)面所覆蓋的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，才能夠在此基礎(chǔ)上將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所占的比例提高，從而加強(qiáng)對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容的設(shè)置，如圖1所示。

由于智能控制課程涉及的知識(shí)面較廣，因而在實(shí)際教學(xué)的過(guò)程之中，主要擔(dān)任引導(dǎo)者、組織者職責(zé)的是教師，這要求教師在課堂上采取啟發(fā)式這一教學(xué)模式，隨后在教授內(nèi)容中增加一定的案例講解，使學(xué)生能夠?qū)φn程教學(xué)的服務(wù)事項(xiàng)進(jìn)行明確，清晰行業(yè)乃至國(guó)家對(duì)人才的需要，如數(shù)控機(jī)床的專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)、液浮陀螺儀器中對(duì)于溫控系統(tǒng)所涉及的模糊控制的相關(guān)策略設(shè)計(jì)，以及擺系統(tǒng)神經(jīng)這一網(wǎng)絡(luò)之中的PID現(xiàn)代控制器設(shè)計(jì)等。除此之外，更需要不斷鼓勵(lì)大學(xué)生們積極地、自由地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深度剖析、探討，以便能夠?qū)⒔虒W(xué)環(huán)節(jié)中良好而又有效的互動(dòng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，從而有助于短時(shí)間內(nèi)提高學(xué)生們的整體認(rèn)知能力。

（二）實(shí)踐教學(xué)分析

智能控制自身具有較強(qiáng)的專業(yè)性，要求學(xué)生必須具備扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，但是在實(shí)際工作中筆者發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的學(xué)生對(duì)于智能控制方法感性方面的認(rèn)識(shí)較少，并且受限于學(xué)時(shí)數(shù)，因而在學(xué)習(xí)上缺乏積極性，這就要求教師積極鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并將課余時(shí)間充分有效地利用起來(lái)。如在每一次課堂教學(xué)結(jié)束以后，筆者便會(huì)有針對(duì)性地將課外專業(yè)預(yù)留給學(xué)生，對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)等過(guò)程進(jìn)行引導(dǎo)，這樣的方式能夠幫助教師精煉講解教學(xué)內(nèi)容，節(jié)省更多的課堂教學(xué)時(shí)間，還有助于學(xué)生盡快熟悉相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容，從而提高自主學(xué)習(xí)能力以及工程能力。

在設(shè)計(jì)“智能控制”的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，筆者會(huì)提前將六個(gè)學(xué)時(shí)安排為實(shí)驗(yàn)課程，其目的是為了給予學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)智能控制器的空間，以便對(duì)他們實(shí)踐動(dòng)手的能力進(jìn)行培養(yǎng)，因此將設(shè)計(jì)熟練程度、模糊控制系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的系統(tǒng)等進(jìn)行增加。實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要是在“講解——實(shí)驗(yàn)——總結(jié)”這一方式下進(jìn)行。

（三）教學(xué)手段

課堂主要是在多媒體軟件的運(yùn)用下進(jìn)行，其目的是為了提高學(xué)生信息獲取的效率。在制作多媒體軟件的過(guò)程之中，筆者主要遵循的是圖文并茂這一原則，這是為了能夠有效將學(xué)生的注意力吸引過(guò)來(lái)，以便于將情景式教學(xué)的要求實(shí)現(xiàn)，從而充分將學(xué)生主觀的能動(dòng)性調(diào)動(dòng)起來(lái)，以便將主動(dòng)學(xué)習(xí)替換原來(lái)的被動(dòng)接受，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)理解程度的加深。

（四）考核的方式

本課程有著較強(qiáng)的理論性，為了避免中國(guó)傳統(tǒng)應(yīng)試教育的弊端，筆者主要是在多元化考核制度的使用下對(duì)學(xué)生的課程成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要包含期末成績(jī)、平時(shí)成績(jī)以及實(shí)驗(yàn)成績(jī)等內(nèi)容。

綜上所述，就智能控制教育在我國(guó)的發(fā)展而言，其在科技水平的進(jìn)步下也取得了驚人的成績(jī)，應(yīng)在日常的教學(xué)工作中不斷對(duì)智能控制相關(guān)的教學(xué)策略、方法以及手段等進(jìn)行完善，培養(yǎng)一批批高素質(zhì)、勇于創(chuàng)新的工程型人才，從而推動(dòng)我國(guó)的智能控制發(fā)展。

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【作者簡(jiǎn)介】孫振保（1980— ），男，山東菏澤人，碩士，廣西城市職業(yè)學(xué)院講師，工程師，研究方向：控制科學(xué)與工程。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）