智能控制課程應用型教學改革探析

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用、教學內(nèi)容固定、實踐課偏少且偏向演示等問題。從教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等方面來進行課程改革，優(yōu)化教學體系結(jié)構(gòu)來突出工程實際應用，優(yōu)化教學內(nèi)容來突出知識點，注重實踐教學環(huán)節(jié)來進行綜合考核，鼓勵學生參加科技活動和科研項目，充分利用網(wǎng)絡平臺建立新型的評價機制，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維方式和實際動手能力。

關鍵詞：智能控制；教學改革；工程實際應用

中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：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)絡控制和學習控制。[1]學習這門課程的任務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)設計的能力，掌握智能控制的設計方法和實際應用。

隨著控制理論的快速發(fā)展和向多學科滲透，需求該課程的專業(yè)也越來越多，課程內(nèi)容也在不斷進步。現(xiàn)在不僅許多高校的自動化學科將本課程作為本科生的必修課，信息類、機械類學科也陸續(xù)開設了該課程，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，使得學生學習興趣低、動手能力差，所學理論不知道如何應用于工程實際。因此，研究智能控制課程的教學和實踐改革，突出工程應用，對于激發(fā)學生的學習興趣，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，學生學習本課程的效果不好。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：[3-5]第一，本課程理論性很強，內(nèi)容抽象，公式推導多，理論與實際相脫離，學生學習興趣低；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)學生的創(chuàng)新能力。

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

二、智能控制應用型教學改革方案

通過對“智能控制”課程教學改革，優(yōu)化課程內(nèi)容，重點突出工程實際應用，解決了傳統(tǒng)智能控制課程內(nèi)容基礎理論過多，理論與實際聯(lián)系不緊密的缺點。緊密聯(lián)系高水平期刊和國際會議，保證知識的系統(tǒng)性和先進性，解決傳統(tǒng)智能課程內(nèi)容陳舊的問題。利用計算機輔助教學、多媒體教學等現(xiàn)代信息技術，擴大課堂教學的信息量，提高課堂教學效果，激發(fā)學生學習興趣，避免傳統(tǒng)授課過程中黑板推導清晰度差、信息量少、效率低的缺點。利用網(wǎng)絡教學，形成教師和學生之間的互動。強化實踐教學，激勵學生平時的學習與探究，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，擴展學生創(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。特別是在教學中讓學生掌握對實際被控對象的控制器設計過程，以論文的形式形成相應的報告并進行答辯，這種方式除了能夠加強學生的書本知識掌握外，對于學生知識擴展、科研探索、文獻查閱、書面和口頭表達能力都是很大的提高。

教學改革可以具體采用以下實施方法：

1.優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，突出工程實際應用

參考國內(nèi)外最新的教學體系，進一步優(yōu)化課程的體系結(jié)構(gòu)。考慮到智能控制的應用現(xiàn)狀，調(diào)整后的教學體系結(jié)構(gòu)以控制理論基礎為主線，重點突出工程實際應用，注重課程內(nèi)容的技術性、綜合性和探索性，致力于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。

學生通過理論教學和實踐教學的有機結(jié)合，理論聯(lián)系實際，加深基礎理論難點的理解，極大地激發(fā)學生學習的興趣，提高學生學習的主動性、自覺性，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體。

2.優(yōu)化教學內(nèi)容，突出知識點

根據(jù)學科發(fā)展方向優(yōu)化教學內(nèi)容，相應縮減了理論教學學時，適當增加實踐教學學時。在保證智能控制理論內(nèi)容的嚴謹性和系統(tǒng)性前提下，突出問題的背景和提法，強調(diào)貫穿于各章論述中的知識點，理論闡述力求嚴謹、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”。在每一個知識點上都附有相應的例題和習題，以達到鞏固所學知識的目的。教師根據(jù)優(yōu)化的教學內(nèi)容，將創(chuàng)新能力培養(yǎng)滲透到教學的各個環(huán)節(jié)中，把傳統(tǒng)意義上知識的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

3.參考高水平學術期刊和學術會議，保證知識的先進性

教學內(nèi)容的先進性體現(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術期刊和學術會議論文集，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性。

4.利用多媒體課件，增強課堂效果

根據(jù)智能控制課程內(nèi)容抽象復雜、工程實踐強等特點和課程教學要求，利用多媒體課件，對控制算法進行形象的演示，比如神經(jīng)網(wǎng)絡控制中的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?shù)暮诎灏鍟梢詳U大課堂教學的信息量，增強課堂教學效果，激發(fā)學生學習興趣。

5.注重實踐教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生創(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環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)，在該課程的教學中注重實踐教學環(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行整個系統(tǒng)控制器的設計，被控對象特性分析、參數(shù)辨識、控制器設計和調(diào)試都是小組成員單獨完成，可以根據(jù)實際控制效果和設計思想來確定實驗課成績，這樣充分調(diào)動了學生學習的積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維方式和工程實際能力。

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

鼓勵學生參加挑戰(zhàn)杯、大學生科技競賽等課外科技活動和科研項目，深化理論教學內(nèi)容，學以致用，激發(fā)學生課外動手、動腦的實踐能力。在科技活動和科研項目中，鼓勵學生多樣化的思考問題的方式，鼓勵與引導學生探究問題，探求新知識，對實際問題中所運用的知識進行擴展，啟發(fā)學生的思維。特別是能夠運用網(wǎng)絡搜索工具“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，主動學習最新知識，解決在實際項目中遇到的問題。

7.利用網(wǎng)絡平臺，建立教師-學生互動式教學

利用網(wǎng)絡教學平臺，通過將教學資源與網(wǎng)絡教學平臺進行有機的整合，為教師和學生之間搭建一個網(wǎng)上互動空間。利用網(wǎng)絡輔助教學，向?qū)W生提供網(wǎng)絡課件、電子教案、學習輔導、電子書籍、電子手冊、應用資料、網(wǎng)絡鏈接等網(wǎng)絡教學資源。網(wǎng)絡平臺不僅創(chuàng)建一種利用網(wǎng)上資源的互動式教學方法，還充分調(diào)動學生的自主學習能力。

8.改革評價制度，建立新型評價機制

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)合的新型評價機制，避免了只以期末考試定成績的單純試卷考核方式。強調(diào)自選課題答辯的考核內(nèi)容，學生在各自小組實踐環(huán)節(jié)中對倒立擺、球桿系統(tǒng)、電阻爐設計控制器后，寫成報告的形式進行分組答辯，闡述自己的設計思路并演示控制效果，加大該部分的評價比重來注重學生的能力考核。

三、結(jié)論

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

參考文獻：

[1]蔡自興.智能控制原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]李新君，伍鐵斌.智能控制課程教學改革探討[J].電腦知識與技術，2009，5（3）：8760-8767.

[3]師黎，姚利娜，萬紅.《智能控制基礎》雙語教學的實踐教學研究[J].高教探索，2007，（6）：88-90.

[4]毛玉蓉.MATLAB 在智能控制課程教學中的應用[J].儀器儀表與分析監(jiān)測，2008，（2）：8-12.

[5]趙亦欣.自動化專業(yè)實驗教學與工程應用整合的探究[J].西南師范大學學報，2009，34（1）：173-176.

（責任編輯：王意琴）