人工智能在自動(dòng)化課程群中的應(yīng)用

王雪潔

從人工智能技術(shù)的定義、內(nèi)涵以及應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合浙江大學(xué)城市學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)特色，以自動(dòng)化專業(yè)的核心課程群作為切入點(diǎn)，研究人工智能技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，初步探索了人工智能技術(shù)在自動(dòng)化專業(yè)核心課程群各門課程中的應(yīng)用點(diǎn)。以《電機(jī)與拖動(dòng)》浙江省高等學(xué)校精品在線開放課程為例，以引導(dǎo)性項(xiàng)目為抓手，深入探索以電機(jī)為控制對象、人工智能技術(shù)為控制方法的閉環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成、特性仿真分析以及各種智能控制算法對最終控制效果的影響。借助自動(dòng)化專業(yè)現(xiàn)有的“飛思卡爾”智能汽車競賽和機(jī)器人競賽平臺(tái)，帶領(lǐng)優(yōu)秀學(xué)生充分了解和掌握人工智能技術(shù)在小車和機(jī)器人競賽中的實(shí)際應(yīng)用效果。該項(xiàng)目建立了教學(xué)內(nèi)容改革——引導(dǎo)性項(xiàng)目——學(xué)科競賽階梯式人才培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

現(xiàn)狀分析

目前自動(dòng)化專業(yè)核心課程中對于人工智能內(nèi)容的講解和涉及尚顯不足，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，自動(dòng)化專業(yè)具體核心課程中人工智能應(yīng)用講述不清晰。比如《自動(dòng)控制理論》研究了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)和控制器的設(shè)計(jì)方法，卻沒有具體涉及如何運(yùn)用人工智能的方法來構(gòu)造控制系統(tǒng)和設(shè)計(jì)控制器。另一方面，人工智能背景下項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的核心課程群建設(shè)目標(biāo)不明確。自動(dòng)化專業(yè)現(xiàn)有浙江省大學(xué)生機(jī)器人競賽，如何以專業(yè)特色鮮明的賽事為導(dǎo)向，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)為手段，以核心課程群建設(shè)為依托，將人工智能貫穿到專業(yè)課學(xué)習(xí)中去，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，培養(yǎng)智能控制理念，對于自動(dòng)化專業(yè)的同學(xué)來說尤為迫切。

應(yīng)用要領(lǐng)

第一，以電機(jī)控制為主線，以人工智能為方法，改革和完善目前自動(dòng)化專業(yè)核心課程群的課程體系設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容安排，達(dá)到整合、優(yōu)化課程與教學(xué)內(nèi)容的目的。梳理課程群相關(guān)課程內(nèi)容，加強(qiáng)課程的協(xié)調(diào)和銜接，完善各門課程大綱。基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的理念，結(jié)合CDIO的教育模式，探索人工智能在課程中的應(yīng)用點(diǎn)。在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)中，考慮多門課程的內(nèi)容連貫。前端課程的內(nèi)容安排根據(jù)后端課程的需求而定。這使得課程群成為一個(gè)以電機(jī)控制為目的、人工智能為方法、主線明確、內(nèi)容集中、完整協(xié)調(diào)的體系。依托自動(dòng)化專業(yè)智能控制技術(shù)研究所、智能系統(tǒng)院級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)等科研教學(xué)條件，以浙江省大學(xué)生機(jī)器人競賽為載體，開展項(xiàng)目教學(xué)，設(shè)計(jì)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，帶領(lǐng)同學(xué)們了解并掌握人工智能控制技術(shù)在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

第二，建設(shè)好課程群內(nèi)的精品課程。《電力電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程是杭州市級(jí)精品課程（已結(jié)題），《自動(dòng)控制理論》是杭州市級(jí)精品課程（在建），《電機(jī)與拖動(dòng)》是浙江大學(xué)城市學(xué)院院級(jí)精品課程、院級(jí)精品在線開放課程和浙江省高等學(xué)校精品在線開放建設(shè)課程，以這三門課程的建設(shè)輻射其他群內(nèi)課程。

第三，以《電機(jī)與拖動(dòng)》課程為抓手，借助于浙江省高等學(xué)校精品在線開放課程平臺(tái)，在已經(jīng)完成的第一輪在線開放課程授課基礎(chǔ)上，開展第二輪SPOC課程建設(shè)，探索部分授課內(nèi)容翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué);以《電機(jī)與拖動(dòng)》浙江省高等學(xué)校精品在線開放課程為例，以引導(dǎo)性項(xiàng)目為抓手，深入探索以電機(jī)為控制對象、人工智能技術(shù)為控制方法的閉環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成、特性仿真分析以及各種智能控制算法對最終控制效果的影響。

第四，以《電機(jī)與拖動(dòng)》課程為抓手，借助于浙江省高等學(xué)校精品在線開放課程平臺(tái)，探索考核形式改革。采取線上線下相結(jié)合的評(píng)價(jià)機(jī)制，線上評(píng)價(jià)目前包括在線作業(yè)、視頻觀看、論壇參與程度、在線測試等內(nèi)容，線下評(píng)價(jià)包括課堂到課率、課堂表現(xiàn)、期中測試、期末測試等內(nèi)容，在改革過程中，根據(jù)出現(xiàn)的問題不斷修正評(píng)價(jià)方式和評(píng)價(jià)細(xì)則，逐步完善評(píng)價(jià)體系，以確保可以公正地對每個(gè)學(xué)生做出評(píng)價(jià)。

借助于自動(dòng)化專業(yè)現(xiàn)有的浙江省大學(xué)生機(jī)器人競賽平臺(tái)，帶領(lǐng)優(yōu)秀學(xué)生充分了解和掌握人工智能技術(shù)在智能汽車和機(jī)器人競賽中的實(shí)際應(yīng)用效果。

解決的問題

問題一：如何將人工智能控制技術(shù)更好地融合到自動(dòng)化專業(yè)核心課程群的各門課程中去，使各門課程設(shè)計(jì)出的實(shí)踐項(xiàng)目都能夠體現(xiàn)出人工智能技術(shù)在其中的應(yīng)用？

問題二：如何設(shè)計(jì)出貫穿自動(dòng)化專業(yè)核心課程的切實(shí)可行的大型實(shí)踐項(xiàng)目，使同學(xué)們可以通過這樣一個(gè)或多個(gè)大型實(shí)踐項(xiàng)目的完成，了解并掌握人工智能控制技術(shù)以及各門專業(yè)核心課程在完整的大型實(shí)踐項(xiàng)目中所處的位置及作用，進(jìn)一步明確自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)及培養(yǎng)規(guī)格？

問題三：如何將人工智能控制技術(shù)實(shí)際應(yīng)用到機(jī)器人競賽中去，進(jìn)一步提高競賽成績，并培養(yǎng)出能夠參與競賽并掌握人工智能控制技術(shù)的高端自動(dòng)化人才，探索以賽促學(xué)、以賽育人新路徑。

結(jié)論

培養(yǎng)高質(zhì)量、高素質(zhì)、復(fù)合型人才的重要條件，是科學(xué)、合理的課程設(shè)置，其中專業(yè)建設(shè)中極為重要的基礎(chǔ)性工作就是課程建設(shè)。本文依托教育部2018年第一批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目、2018年浙江省高等學(xué)校在線開放立項(xiàng)課程、浙江大學(xué)城市學(xué)院2018教改項(xiàng)目和2016年浙江大學(xué)城市學(xué)院在線開放課程，結(jié)合人工智能技術(shù)發(fā)展，以自動(dòng)化專業(yè)核心課程群為切入點(diǎn)，對人工智能在自動(dòng)化專業(yè)核心課程群中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

【本文系浙江大學(xué)城市學(xué)院在線開放課程“電機(jī)與拖動(dòng)”（ZX1603）、浙江省高等學(xué)校在線開放立項(xiàng)課程“電機(jī)與拖動(dòng)”、教育部2018年第一批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“人工智能在自動(dòng)化專業(yè)核心課程群中的應(yīng)用研究”（201801199014）、浙江大學(xué)城市學(xué)院教改項(xiàng)目“人工智能在自動(dòng)化專業(yè)核心課程群中的應(yīng)用研究”（JG1814）研究成果之一】

（作者單位：浙江大學(xué)城市學(xué)院信息與電氣工程學(xué)院）