智能控制課程：用科技點(diǎn)亮夢想

高進(jìn)

“智能控制”是指在無人干預(yù)的情況下，能自主驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)。隨著無人駕駛的智能汽車、無人操控的智能飛機(jī)以及我國自主研制的嫦娥飛船、玉兔月球車的成功投入使用，學(xué)生對“智能控制”的興趣日益濃厚。因此，我校在兩年前就開始了此方面校本課程的開發(fā)與教學(xué)實(shí)踐。

初段課程：《電子電路基礎(chǔ)及傳感器應(yīng)用》

本階段著重讓學(xué)生理解什么是“電”、掌握常用的電子元器件特性、可以進(jìn)行簡單的電路分析、了解常用的傳感器，最終將傳感器應(yīng)用到電路中，實(shí)現(xiàn)智能控制。例如，設(shè)計(jì)制作“聲光控照明燈”以及衍生出的“植物缺水報(bào)警器”“恒溫出水控制閥門”等，使學(xué)生初步感受到簡單智能控制給日常生活中帶來的便利。同時(shí)充分激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)后續(xù)課程的興趣。

中段課程：《智能控制程序設(shè)計(jì)在機(jī)器人中的應(yīng)用》

該階段課程將介紹結(jié)構(gòu)分為兩部分：

1.建立計(jì)算機(jī)程序控制思想，控制虛擬角色自主運(yùn)行

在此部分的教學(xué)中，更多采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)方法，每次任務(wù)都是編制一個(gè)計(jì)算機(jī)小游戲，將知識融入到游戲的設(shè)計(jì)制作之中。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，由“讓我學(xué)”變成“我要學(xué)”，突出學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中的主體地位。

在學(xué)生掌握了程序設(shè)計(jì)方法后，引導(dǎo)他們重點(diǎn)利用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)進(jìn)行“智能控制”。例如，去年的綜合實(shí)踐主題就是“開發(fā)彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)”。學(xué)生要開發(fā)出“雷達(dá)”與“反導(dǎo)導(dǎo)彈”自動(dòng)控制程序，偵測并擊毀由教師編制的彈道導(dǎo)彈。在該項(xiàng)目中，學(xué)生除了要掌握計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)知識外，還要充分利用數(shù)學(xué)算法，計(jì)算己方反導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)射時(shí)機(jī)。從自動(dòng)控制理論上來說，他們已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用“閉環(huán)系統(tǒng)”了。

2.研究機(jī)電一體化系統(tǒng)，控制機(jī)器人自主運(yùn)行

為了能夠讓學(xué)生更加積極主動(dòng)地自主學(xué)習(xí)，此部分在采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，更多的采用“自主探究，小組合作”形式。例如，在初期提出的開發(fā)“智能避障車”任務(wù)。目標(biāo)是學(xué)生制作的智能車要能避開障礙物，穿過樓道順利到達(dá)終點(diǎn)。學(xué)生要在選擇好傳感器、搭建好車身后編制智能控制程序，并不斷調(diào)試、選擇最優(yōu)算法。此任務(wù)最難的是要避開同場比賽對手車輛的干擾。

這部分的知識結(jié)構(gòu)重點(diǎn)已經(jīng)由“程序控制”逐漸轉(zhuǎn)化成為“機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，除了充分利用電機(jī)開發(fā)各種進(jìn)攻防御策略物外，更重要的是充分利用齒輪的“傳動(dòng)比”“扭矩”“車速”“車重”之間的關(guān)系，進(jìn)行合理匹配達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。

高段課程：《智能控制初步》

在這一階段，更多的是理論方面的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識到完整智能控制理論的復(fù)雜與精深，系統(tǒng)地掌握智能控制的初步理論知識。課程中突出理論與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系。例如，在講解“智能車”系統(tǒng)時(shí)，其最主要的一個(gè)功能就是在檢測到與前方車輛（或障礙物）進(jìn)入危險(xiǎn)距離后自動(dòng)剎車停止。當(dāng)前方車輛緩慢行駛時(shí)，后面的智能車很可能由于反復(fù)出入設(shè)定的危險(xiǎn)距離而反復(fù)自動(dòng)啟動(dòng)停車，嚴(yán)重影響車輛的舒適性，感覺智能車一直在“哆嗦”，因此引出“閾值”的概念，解決系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的問題。這為大學(xué)階段的繼續(xù)深造奠定了基礎(chǔ)。

總之，成為創(chuàng)新型人才是時(shí)代的要求、社會發(fā)展的需要，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力是個(gè)任重道遠(yuǎn)的工程。我們只有不斷探索新的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變教育理念，開辟新的途徑和形式，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造發(fā)明，才能提高學(xué)生的創(chuàng)新意識，使他們真正成為我國科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的后備人才。endprint