基于工程教育理念的智能控制課程教學策略分析

孫振保+許書娟

【摘 要】本文分析以往智能控制課程發展的理論知識體系，提出工程教育理念下提高智能控制課程教學質量的對策。

【關鍵詞】工程教育理念 智能控制課程 教學策略

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）01C-0152-02

一、智能控制課程分析

作為一門自動化類專業的課程，智能控制主要是要求學生對控制學科發展的前沿和方向進行了解，從而熟悉智能控制相關的發展趨勢、主要理論以及數學基礎等，在基本掌握智能化的控制結構以及算法等方法的情況下，為未來工程實際的應用作鋪墊。現階段，CDIO已經成為了最受國內外歡迎的一種模式，其主要是將構思到設計到執行再到運作等一系列過程看做工程教育中所涉及的整體性環境之背景，并且在遵循產品生命周期的前提下能夠將相關的主要課程體系構建出來，隨后在項目和課堂結合的前提下實現學習的主動性，從而使學生能夠達到預期的學習目標。

將我校的自動化專業作為案例，針對如何有效地提高智能化控制課程的教學質量，主要圍繞的方向是對先進性的“CDIO”模式以及相關的內容等進行科學化的借鑒，并在其相關教育理念強有力的引導下，科學化地實施了卓越工程師這一重點培養計劃，其主要的目的就在于提高大學生群體的實踐能力、創新能力，以便于能夠對他們的課程體系及相關教學內容等進行科學性協調，以此達到培養卓越型學生的目標。基于目前我國的產業化發展，以及結構體系調整性的支撐能力不強等問題，使得在結構調整和目標培養的過程中有不相適應的矛盾產生。因而，我們需要將全新的與發展相適應的一種新課程教學體系創建出來，也只有這樣做才能夠真正意義上促進國內智能化控制學科整體可持續發展，為建立在工程教育理念之上的智能化控制課程這一教學模式的推廣提供條件。

二、智能控制課程發展歷程及教學中存在的問題

（一）發展的歷程

作為新型的、現代化的一種自動型控制技術，智能化控制技術是原有的自動化控制技術的一種延伸，是最新的一個發展階段的代表。早在上世紀九十年代以后，智能控制技術就取得了飛速發展并逐漸走向成熟，無論是家用、工業，還是在軍事、農業等方面均被廣泛應用。

第一次出現智能控制思潮是在上世紀的六十年代，是由Leonaes等人正式提出來，直到上世紀八十年代末期又由IEEE這一控制系統的學會以及計算機的學會在美國的費城聯合召開了一場有關于智能化控制的國際性組織學術研討大會，并且智能化控制作為一門新的學科也是在此次大會上確定的。

在上世紀九十年代末，蔡自興等人編寫了我國首部有關于“智能控制”的教材，編者將模糊的控制，遞階的控制，學習的控制，專家的控制以及神經的控制等連接起來共同視作智能化控制這門現代課程初步的框架，并圍繞主要的分支進行相關研究。后來，如李人厚、王耀南等對相關的智能化控制教材充分進行了編寫和完善，這些已經出版的教材對于我國智能化控制課程而言，其教學效果明顯達到了，并且關鍵性的教學作用也發揮了出來。他們無論是為了我國整個智能化控制這一學科的建設，還是為相關專業人才的培養均作出了非常重要的貢獻。

近年來我國專家們在研究智能化控制這方面的表現是十分的活躍，時常會有重要的、新型的一些與智能控制相關聯的學術討論會舉辦，如中國控制會議、全球自動化與智能控制大會、中國控制與決策大會以及中國智能自動化大會等，這標志著我國的智能控制已經形成了獨立學科。

（二）存在的問題

經過長時間的觀察研究發現，在日常的智能化控制課程教學中時常有問題出現，這些問題主要表現在：

1.由于專業或學校的不同，使得智能控制課時會有明顯的差異性存在，最常見的便是安排48課時或是32課時。一旦遇到相對緊張的學時狀況，就會使教學改革的手段或方法受到一定程度的約束。這主要是因為每一年都會大量增加新的知識，因而教師的備課方案也需要實時更新。另外，在不斷增加課題講授的基礎上，還需要不斷有新的教研成果加入，為了落實教學改革，增加交互式教學以及課堂討論環節是必不可少的。然而研究發現理論課的增加卻沒有適當增加實驗課，這自然難以使實驗效果得到保證。

2.學生整體性的學習水平參差不齊，為了與全體學生的學習需求相適應，對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水平也會有所差異，不同的教師對于內容的理解不同，在有限的教學時間內，也無法保證每一個學生都能聽懂，學習能力較差的學生自然就會失去學習的興趣，這并不利于教學效率的保證。

3.不同的學校對于學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機制以及科學化的考核方式。但是經過實踐調查發現，在該課程所應用的考核技術上是不完善的，大多學生認為其只是一個形式，由于采取了不適應的考核形式，難以將其有效的激勵作用發揮出來。學生自然在學習上容易掉以輕心，不但教師的教學效果難以達到，學生的學習成果也是難以取得的。

三、教學策略分析

（一）以理論教學為出發點

在2010年有關于UNESCO的工程學報告中就明確指出，人類目前主要面臨的最大機遇和挑戰就來自工程。為了使國家的卓越工程師計劃得到滿足，有必要對現階段所實行的教學大綱進行重新的改善和修訂；隨后需要對各種知識點、學時之間的分配合理調整，只有將相關的知識面所覆蓋的范圍進一步擴大，才能夠在此基礎上將實驗內容所占的比例提高，從而加強對實踐環節內容的設置，如圖1所示。

由于智能控制課程涉及的知識面較廣，因而在實際教學的過程之中，主要擔任引導者、組織者職責的是教師，這要求教師在課堂上采取啟發式這一教學模式，隨后在教授內容中增加一定的案例講解，使學生能夠對課程教學的服務事項進行明確，清晰行業乃至國家對人才的需要，如數控機床的專家系統設計、液浮陀螺儀器中對于溫控系統所涉及的模糊控制的相關策略設計，以及擺系統神經這一網絡之中的PID現代控制器設計等。除此之外，更需要不斷鼓勵大學生們積極地、自由地對問題進行深度剖析、探討，以便能夠將教學環節中良好而又有效的互動目標實現，從而有助于短時間內提高學生們的整體認知能力。

（二）實踐教學分析

智能控制自身具有較強的專業性，要求學生必須具備扎實的專業基礎，但是在實際工作中筆者發現，大多數的學生對于智能控制方法感性方面的認識較少，并且受限于學時數，因而在學習上缺乏積極性，這就要求教師積極鼓勵學生進行自主學習，并將課余時間充分有效地利用起來。如在每一次課堂教學結束以后，筆者便會有針對性地將課外專業預留給學生，對學生預習和復習等過程進行引導，這樣的方式能夠幫助教師精煉講解教學內容，節省更多的課堂教學時間，還有助于學生盡快熟悉相關的知識內容，從而提高自主學習能力以及工程能力。

在設計“智能控制”的教學內容時，筆者會提前將六個學時安排為實驗課程，其目的是為了給予學生獨立設計智能控制器的空間，以便對他們實踐動手的能力進行培養，因此將設計熟練程度、模糊控制系統以及神經網絡控制的系統等進行增加。實驗過程主要是在“講解——實驗——總結”這一方式下進行。

（三）教學手段

課堂主要是在多媒體軟件的運用下進行，其目的是為了提高學生信息獲取的效率。在制作多媒體軟件的過程之中，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生的注意力吸引過來，以便于將情景式教學的要求實現，從而充分將學生主觀的能動性調動起來，以便將主動學習替換原來的被動接受，有助于學生對知識理解程度的加深。

（四）考核的方式

本課程有著較強的理論性，為了避免中國傳統應試教育的弊端，筆者主要是在多元化考核制度的使用下對學生的課程成績進行評價，主要包含期末成績、平時成績以及實驗成績等內容。

綜上所述，就智能控制教育在我國的發展而言，其在科技水平的進步下也取得了驚人的成績，應在日常的教學工作中不斷對智能控制相關的教學策略、方法以及手段等進行完善，培養一批批高素質、勇于創新的工程型人才，從而推動我國的智能控制發展。

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【作者簡介】孫振保（1980— ），男，山東菏澤人，碩士，廣西城市職業學院講師，工程師，研究方向：控制科學與工程。

（責編 丁 夢）