應(yīng)用型人才培養(yǎng)導(dǎo)向下智能控制教學(xué)改革探討

孫振保

【摘 要】本文以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，分析智能控制教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)、建立新型的考核機(jī)制、建立互動(dòng)式教學(xué)、利用實(shí)踐教學(xué)實(shí)現(xiàn)知識(shí)多樣化等措施進(jìn)行智能控制教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用型人才 智能控制 教學(xué)改革

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

【文章編號(hào)】0450-9889（2017）06C-0082-02

隨著我國(guó)高等教育由精英教育過(guò)渡到大眾型教育，教育對(duì)象的階梯層次也發(fā)生了較為重大的變化。學(xué)生的理論知識(shí)基礎(chǔ)和能力在擴(kuò)招量較大的本科招生院校普遍呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。但由于社會(huì)急需大量應(yīng)用型人才，從而促使各高校為了適應(yīng)新形勢(shì)的教學(xué)要求努力尋求提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的教學(xué)管理方法，進(jìn)而推動(dòng)教學(xué)制度的改革。智能控制是一門(mén)集理論研究和工程實(shí)踐為一體的綜合性課程，也是高校自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)課。為了適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才素質(zhì)的要求，近年來(lái)，我們對(duì)智能控制的教學(xué)也作了一些實(shí)踐性探索，著重是以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為主。

一、智能控制課程的特點(diǎn)

自動(dòng)控制發(fā)展的高級(jí)階段即為智能控制。它也可以稱之為一門(mén)新型的交叉前沿學(xué)科，是由多種學(xué)科的高度綜合集合而成的，比如人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論，等等。智能控制在社會(huì)生產(chǎn)中除了具有較為廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)還具備巨大的研究?jī)r(jià)值。因此，這門(mén)課程原本只是應(yīng)用在研究生階段所開(kāi)設(shè)的，現(xiàn)如今已在眾多高校自動(dòng)化相關(guān)的高級(jí)本科實(shí)施應(yīng)用。它所體現(xiàn)的目的與核心不僅僅只是對(duì)控制理論的前沿發(fā)展方向有所學(xué)習(xí)，更是能夠使學(xué)生有效地了解現(xiàn)代控制理論的實(shí)際概念。

就“智能控制”的概念可知，智能控制理論研究的主要目標(biāo)在于控制器本身，并不是被控對(duì)象。智能控制理論不同于現(xiàn)代控制理論或是經(jīng)典控制理論的處理方法，它的研究核心可歸結(jié)為高層控制，在此過(guò)程中較強(qiáng)的容錯(cuò)能力是解決廣義問(wèn)題的根本。智能控制能對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行全局控制，在其中可形成基本的能力，如自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)或是自協(xié)調(diào)能力，等等。智能控制系統(tǒng)通常以數(shù)學(xué)廣義模型的方式呈現(xiàn)，它具備混合控制的特點(diǎn)。組織結(jié)構(gòu)恰恰體現(xiàn)了智能遞增、精度遞降的特點(diǎn)。總之，智能控制系統(tǒng)是自動(dòng)化實(shí)行智能機(jī)完成目標(biāo)的控制系統(tǒng)，也是判斷自修復(fù)能力的一種體現(xiàn)。

從專業(yè)角度來(lái)看，智能控制可以歸屬于理論化較多的專業(yè)課程。此類課程所涉及的理論分支較多，并且具備多類學(xué)科的交叉性。不僅包含了一些較為前沿的學(xué)科理論，還掌握著眾多豐富的內(nèi)容。學(xué)習(xí)者通過(guò)智能控制課程的學(xué)習(xí)，可以在智能控制的研究中學(xué)習(xí)到可供研究的方式方法，對(duì)于學(xué)習(xí)者獲取有關(guān)的基本知識(shí)、掌握智能控制的一般方法都是極其重要的。如此一來(lái)，為學(xué)習(xí)者掌握智能控制的分支和特點(diǎn)提供了極大的便利性。

二、智能控制課程傳統(tǒng)教學(xué)出現(xiàn)的問(wèn)題

（一）教學(xué)方法單一。傳統(tǒng)的教學(xué)方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較單一，通常是通過(guò)教學(xué)系統(tǒng)化的講解來(lái)使學(xué)習(xí)者掌握有關(guān)的專業(yè)知識(shí)。教學(xué)者站在講臺(tái)上進(jìn)行教授，學(xué)習(xí)者在臺(tái)下較為被動(dòng)地接受是一般的傳授形式。通常這種教學(xué)方式的自由度相對(duì)來(lái)說(shuō)是較大的，而學(xué)生并不存在應(yīng)用的自主性，甚至還處于一種一知半解的狀態(tài)。由于智能控制課程內(nèi)容相對(duì)于其他課程來(lái)說(shuō)概念抽象、信息量過(guò)大，因此學(xué)生在接受此類課程時(shí)就更容易出現(xiàn)不能及時(shí)消化所學(xué)知識(shí)、失去研究興趣等問(wèn)題。由此可見(jiàn)，教師在傳授的過(guò)程中要注重教學(xué)方法的多樣化，有效地活躍課堂氣氛，進(jìn)而做到知識(shí)的有效傳輸，使學(xué)生的思維得到放射性延展。

（二）缺少教學(xué)實(shí)踐環(huán)境。教學(xué)資源少在一定程度上導(dǎo)致教學(xué)實(shí)踐環(huán)境的貧乏。在學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中，我們大多提倡實(shí)踐出真知，然而大多數(shù)智能控制教材不存在實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，在這點(diǎn)上無(wú)法有效地滿足智能控制教學(xué)的需要，只有將理念轉(zhuǎn)為實(shí)物呈現(xiàn)在學(xué)生面前，才能真正意義上做到意會(huì)言傳。并且有一些存在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的高校也不具備提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的能力，所以就此來(lái)看就很好地詮釋出智能控制教學(xué)的理念是相對(duì)艱難的。

（三）課后考核的不足。智能控制教學(xué)除了教學(xué)方法和實(shí)踐環(huán)境的有效培養(yǎng)，課后考核也同等重要。教師的傳授水平以及知識(shí)的接受程度都要依靠課后考核來(lái)進(jìn)行勘測(cè)。而在當(dāng)代教學(xué)環(huán)境下，課后考核通常被視為一項(xiàng)煩瑣且不必要的工作過(guò)程，通常在改革過(guò)程中研究者會(huì)把重心放在教學(xué)方法中，這對(duì)于整體的改革優(yōu)化是極為不利的，因此建立有效的課后考核是急切且必要的。

三、智能控制課程教學(xué)改革措施與途徑

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)新穎性和實(shí)用性。智能控制課程具有很多的階段性特點(diǎn)，如前沿性、抽象性、理論性等。它所涉及的相關(guān)內(nèi)容是極其廣泛的。然而，智能控制課程作為本科課程中的一門(mén)專業(yè)課，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重減少煩瑣公式的推導(dǎo)，教學(xué)者更應(yīng)當(dāng)注重控制思想的融會(huì)貫通。特別是在教學(xué)內(nèi)容的選取方面，應(yīng)盡量多地采取簡(jiǎn)易示例的演示，以便能夠切實(shí)提高學(xué)習(xí)者在此過(guò)程中的樂(lè)趣，做到真正意義上的寓教于樂(lè)。在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，則可以盡量地采取展示型設(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)等。考慮到智能控制的應(yīng)用現(xiàn)狀，參考教學(xué)體系也是進(jìn)一步優(yōu)化的渠道。在調(diào)整后也應(yīng)當(dāng)注重突出工程的實(shí)際應(yīng)用型，而不是以理論為主要核心。由此便可以在實(shí)踐中致力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和獨(dú)立分析能力，從而達(dá)到課程內(nèi)容的綜合性。

在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程中，參考每個(gè)不同年齡段學(xué)生的心理也是同等重要的。本科高年級(jí)的學(xué)生主要關(guān)心學(xué)科前沿知識(shí)的使用方法或是應(yīng)用領(lǐng)域，在掌握了專業(yè)知識(shí)的同時(shí)能夠?qū)W到許多較為實(shí)用的智能控制算法。通常他們不愿意花費(fèi)太多的時(shí)間在知識(shí)的消化理解上，由此可見(jiàn)知識(shí)的應(yīng)用在教學(xué)過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注。應(yīng)根據(jù)學(xué)科的發(fā)展方向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，在保證智能控制理論內(nèi)容嚴(yán)謹(jǐn)性的同時(shí)強(qiáng)調(diào)貫穿于每章節(jié)中所涉及的知識(shí)點(diǎn)。在每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)上能夠做到附上相應(yīng)的例題和習(xí)題，以此達(dá)到鞏固所學(xué)習(xí)的知識(shí)。在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程中應(yīng)做到增強(qiáng)新穎性和實(shí)用性，把傳統(tǒng)意義上的知識(shí)灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)創(chuàng)新能力。培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)之一。智能控制理論與現(xiàn)代的控制理念有所不同，它更多地強(qiáng)調(diào)訓(xùn)練創(chuàng)新思維、提高創(chuàng)新能力等方面。這就充分地體現(xiàn)了智能控制是一個(gè)保持生機(jī)的同時(shí)還能夠發(fā)展的學(xué)科，但由于目前的理論和技術(shù)還不夠成熟，其在一定程度上要求教學(xué)者應(yīng)給學(xué)習(xí)者提供一個(gè)培養(yǎng)創(chuàng)新能力的機(jī)會(huì)。在實(shí)施的過(guò)程中，更應(yīng)去注重展示學(xué)科的吸引力。如采用質(zhì)疑導(dǎo)入法提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考。通過(guò)互動(dòng)式的教學(xué)方法設(shè)計(jì)問(wèn)題，學(xué)習(xí)者以此進(jìn)行討論和回答。學(xué)習(xí)環(huán)境的進(jìn)一步活躍是使教師成為組織者和引導(dǎo)者的根本，但在此要切記課堂教學(xué)的主體永遠(yuǎn)是學(xué)習(xí)者。

（三）建立新型的考核機(jī)制。智能控制課程的理論性較強(qiáng)。由于期末考試的題目都較為簡(jiǎn)單，僅憑期末考試的成績(jī)很難客觀地評(píng)判學(xué)生的各項(xiàng)能力。針對(duì)此種狀況，我們提出了多種解決對(duì)策。以能力型代替記憶型就是較為實(shí)際的一項(xiàng)考核方式。同時(shí)伴隨著以多項(xiàng)內(nèi)容相結(jié)合的新型評(píng)價(jià)機(jī)制能夠有效避免期末考試較為單一的考核方式。隨堂檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)答辯等都是評(píng)價(jià)機(jī)制中較為新型的方式。在實(shí)際的課程教學(xué)中，對(duì)平時(shí)的作業(yè)等級(jí)進(jìn)行劃分，對(duì)作業(yè)中存在的問(wèn)題進(jìn)行糾正都有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生體現(xiàn)積極性。以此讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中以報(bào)告的形式進(jìn)行答辯，闡述自己的設(shè)計(jì)思路并演示控制效果，這樣的考核不僅可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)風(fēng)的轉(zhuǎn)變，也可以保障成績(jī)的公平以及合理性。

（四）利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，建立互動(dòng)式教學(xué)。充分利用互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)可以使教學(xué)資源與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)進(jìn)行有機(jī)整合，從而搭建一個(gè)教師和學(xué)生之間互動(dòng)的平臺(tái)。利用網(wǎng)絡(luò)提供多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源可以為學(xué)生創(chuàng)造多種便捷，例如網(wǎng)絡(luò)課件、電子教案和應(yīng)用資料，等等。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不僅充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，還為網(wǎng)上資源的教學(xué)方法創(chuàng)建了互動(dòng)。在教學(xué)中借助較為廣泛的仿真軟件，能夠有效地將復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行模塊化分析或是設(shè)計(jì)。有效地運(yùn)用軟件中的工具箱可以較為輕松地將控制器應(yīng)用在系統(tǒng)控制中，使學(xué)生可以較為優(yōu)越地感受控制效果。適時(shí)地編寫(xiě)算法程序也是可實(shí)施的一種途徑，不僅可以加深學(xué)生對(duì)理論的理解，還可以在編寫(xiě)的途中產(chǎn)生一定程度的成就感，從而逐漸培養(yǎng)這門(mén)課程的自信心。

（五）利用實(shí)踐教學(xué)實(shí)現(xiàn)知識(shí)多樣化。鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生競(jìng)賽等多種科研項(xiàng)目，使學(xué)生在深化理論內(nèi)容的同時(shí)提高課外實(shí)踐的能力。在科技項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，多樣化地引導(dǎo)學(xué)生探究問(wèn)題以及新知識(shí)的領(lǐng)域，拓展學(xué)生的擴(kuò)散性思維。智能控制不僅在日常的教學(xué)以及生活中得到廣泛普及，而且在航空航天控制、交通運(yùn)輸系統(tǒng)等方面也有著廣泛的應(yīng)用。這些行業(yè)所涉及的市場(chǎng)需求大多數(shù)是從事工程以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的工作，因而對(duì)該類人才的實(shí)踐性培養(yǎng)就顯得尤為重要。智能控制課程在開(kāi)展過(guò)程中可以實(shí)施小組制，依照小組的形式將整個(gè)系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)和調(diào)試進(jìn)行不斷完善。同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際控制的效果和設(shè)計(jì)思想確定實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)，這樣不僅可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還能夠在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和工程實(shí)際能力。學(xué)生可以通過(guò)較典型的并且具有代表性的基本模糊控制器進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，從仿真實(shí)驗(yàn)中去了解和掌握設(shè)計(jì)的要領(lǐng)，從而為今后的學(xué)習(xí)或是工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由此可見(jiàn)，在智能控制教學(xué)改革過(guò)程中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所起到的作用是不可比擬的。在真正實(shí)施的過(guò)程中，也應(yīng)該將此放在首位。

智能控制作為高年級(jí)學(xué)生的專業(yè)核心課，是一門(mén)綜合性、理論性較強(qiáng)的交叉學(xué)科。通過(guò)整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、增加實(shí)驗(yàn)仿真環(huán)節(jié)和設(shè)置設(shè)計(jì)型實(shí)踐環(huán)節(jié)等教學(xué)改革，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生較快地掌握智能控制系統(tǒng)的精髓，而且能夠使學(xué)生用智能控制原理和方法分析、設(shè)計(jì)智能控制系統(tǒng)。同時(shí)，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)智能控制學(xué)習(xí)問(wèn)題的研究工作也是必不可少的，特別是在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的知識(shí)獲取、分類、表達(dá)以及利用的規(guī)劃上。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)著重加強(qiáng)智能優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展。隨著基礎(chǔ)理論不斷創(chuàng)新和實(shí)際應(yīng)用方法日益成熟，智能控制課程在應(yīng)用型人才培養(yǎng)下將會(huì)發(fā)生質(zhì)的突破。

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（責(zé)編 盧 雯）