創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式下的研究生智能控制課程教學改革

魏利勝 鄧雄峰 陸華才

摘?要：研究生課程教學對掌握專業(yè)理論知識、提高科研實踐能力具有重要的意義，是研究生教育的重要構成部分。針對當前研究生“智能控制”課程教學過程中存在的問題，以安徽工程大學研究生“智能控制”課程建設為契機，從課程理論教學、實踐安排以及考核方式等方面的一些經驗進行了總結和分析，提出了相應的改革策略，為其他相關課程教學提供參考。

關鍵詞：智能控制；創(chuàng)新人才；教學改革

中圖分類號：G642??文獻標識碼：A

Teaching?Reform?of?Intelligent?Control?Course?for?Postgraduates

under?the?Mode?of?Cultivating?Innovative?Talents

Wei?Lisheng?Deng?Xiongfeng?Lu?Huacai

School?of?Electrical?Engineering，Anhui?Polytechnic?University?AnhuiWuhu?241000

Abstract：Graduate?course?teaching?is?an?important?part?of?graduate?education，which?is?of?great?significance?to?master?professional?theory?knowledge?and?improve?scientific?research?practice?ability.Aiming?at?the?problems?existing?in?the?teaching?process?of?"Intelligent?Control"?course?for?graduate?students，and?taking?the?course?construction?as?an?opportunity，the?experience?in?the?course?construction?such?as?the?course?theory?teaching，practice?arrsngements?and?examination?mode?were?discussed?and?summarized.And?the?reform?strategies?were?provided?as?reference?for?other?related?courses.

Keywords：Intelligent?Control；Innovative?talents；Teaching?reform

研究生教育是更高層次的高等教育，是我國高等教育的重心所在，研究生基礎理論課程學習對指導工程創(chuàng)新研究有著非常重要的作用，同時是鍛煉研究生創(chuàng)新能力的關鍵［1］。研究生教育主要由理論課程教學、實踐教學以及工程實習活動三個部分構成，其中理論課程教學是基礎［23］。近年來，我國研究生招生規(guī)模正不斷擴大，探討如何提高碩士研究生的培養(yǎng)質量，全面、深入改革現(xiàn)階段碩士研究生教學模式，實現(xiàn)理論教學與實際科研活動的高度結合受到越來越多高等教育人士關注。

隨著被控對象的非線性化、復雜化，控制任務的多目標要求，智能控制作為一門新興的控制理論，是繼古典控制理論、現(xiàn)代控制理論后自動控制理論發(fā)展的高級階段，主要用于解決傳統(tǒng)控制策略難以解決的復雜系統(tǒng)控制問題，在一定程度上代表著當前國際控制理論的研究前沿，因此提高研究生“智能控制”課程教學質量具有非常重要的意義。

1?“智能控制”理論教學安排

考慮到“智能控制”課程的內容覆蓋面廣，知識點較為抽象，很難在教學過程中把握重點［4］。而智能控制作為控制理論發(fā)展的高級階段，其存在多學科交叉、理論性強、方法繁多的特點［5］，且選修“智能控制”課程的研究生來自不同本科專業(yè)背景，部分研究生對該課程理解非常淺顯，甚至并沒有接觸過。如何有效地將理論知識和課題研究以及工程實踐結合起來，幫助研究生在有限的課內教學時間里，最大限度地理解并掌握智能控制的精髓值得探索，也對“智能控制”課程教學提出了新要求。

為此，對本課程的理論教學內容設置與實踐教學案例建設進行了思考和探索，為合理安排教學課時，通過對中國知網論文數(shù)據(jù)庫以篇名調查統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)從2000年至2022年，篇名含有模糊控制、神經網絡控制、專家系統(tǒng)控制、遺傳優(yōu)化算法年度論文發(fā)表數(shù)量圖及總比例圖分別如圖1、圖2。

從圖中可知，近些年神經網絡控制方面的論文一直居高不下，模糊控制和遺傳算法也保持著一定的研究熱度，專家系統(tǒng)方面的研究相對較低，為此，在課程建設考慮理論與實際研究的均衡，理論教學總學時安排為32個學時，教材選用湖南大學王耀南、孫煒主編《智能控制理論及應用》，主要講授模糊控制、神經網絡、專家控制技術等方面內容。其中：（1）模糊控制是由美國Zadeh教授于1965年首次提出，將人類專家對特定對象的控制經驗，運用模糊集理論，實現(xiàn)對被控對象的控制；（2）神經網絡由McCulloch教授和Pitts教授于1943年最先建立MP模型為基礎，利用人工神經元按一定的拓撲結構互連，實現(xiàn)仿人控制；（3）專家系統(tǒng)是由Feigenbaum教授及其研究小組于1968年研制，DENDRAL系統(tǒng)標志著專家系統(tǒng)的誕生，通過模擬人類專家推理思維過程，由知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機、解釋器以及知識獲取器五個部分組成；（4）遺傳算法由美國Holland教授提出，借鑒生物進化規(guī)律，實現(xiàn)自行組織搜索的優(yōu)化方法［6］。具體課時安排如圖3所示。

課程教學內容是實現(xiàn)理論教學目標的重要載體，在一定程度上決定了該課程教學質量的高低［7］。為了實現(xiàn)整體培養(yǎng)目標，課程教學內容需要不斷優(yōu)化更新，既要體現(xiàn)“系統(tǒng)”性，也得反映“前沿”性。因此，碩士研究生“智能控制”教學內容需不受學科傳統(tǒng)知識局限，時刻關注國際研究動態(tài)，跟蹤發(fā)展趨勢，適當介紹當前發(fā)展迅速的深度學習理論及其應用，拓展研究生的視野。

2?“智能控制”實踐教學改革

強化實踐教學環(huán)節(jié)，對實踐內容進行優(yōu)化調整，培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力和動手能力。同時，針對研究生缺少對“智能控制”課程的感性認識的問題，鼓勵研究生自主學習，充分利用課余時間復習、預習，并有針對性地預留課外作業(yè)，以鞏固研究生理論知識的掌握。

為了提升研究生的實踐創(chuàng)新能力，開展針對不同研究對象的智能控制仿真實驗是非常有必要的［8］。為此，對常用控制對象進行了相關調研，結果如下圖所示。

從上圖可知，近些年以四旋翼無人機、無人艇以及電機為控制對象的研究越來越受到科研工作者的青睞和關注，傳統(tǒng)倒立擺作為被控對象的研究逐漸減少，為此，教學大綱中增加無人機/無人艇模糊控制及仿真、四旋翼無人機BP神經網絡建模仿真以及基于神經網絡模型的磁滯同步電機預測控制等，這種以貼近實際工程應用對象，將實際工程案例引入實踐教學中，幫助研究生提高對智能控制方法的理性認識，可有效激發(fā)研其學習興趣，培養(yǎng)其解決實際工程問題能力，便于日后就業(yè)。

3?“智能控制”考核方式改革

實施合理的課程考核方式不僅能體現(xiàn)教學效果的優(yōu)劣，且能構建完善的教學實施和管理體系，有效提高課程教學質量［9］。因此，注重“智能控制”課程教學過程考核，對考核方式進行改進，擬采用多元化、開放性考核模式［10］。同時考慮到智能控制理論性較強，為避免“一張試卷定乾坤”帶來的弊端，“智能控制”課程考核成績采用多元化方式，包括：項目匯報與討論成績（30%）、仿真實驗成績（30%）和期末考試成績（40%）。其中：項目匯報和討論考查研究生對相關學術論文的理解和消化能力；仿真實驗則考查研究生運用所學智能控制方法，根據(jù)不同被控對象，編寫程序解決其實際動手能力；期末考試則考查研究生對基本理論的掌握程度，運用所學知識解決問題的能力。這種考核方式和比例的改革，強化了學習過程考核，提高了平時成績所占比重，有效避免了研究生輕平時重期末的心理，給研究生一定的學習壓力，調動了研究生的學習主動性，有意識地培養(yǎng)其創(chuàng)新思維。

結語

綜上，智能控制是人工智能、控制論、系統(tǒng)論和信息論等多學科綜合與集成的新興交叉前沿學科［11］。我們在借鑒國內相關高?！爸悄芸刂啤背晒虒W經驗，研究制定新的大綱，不斷開發(fā)新的實驗案例，讓研究生通過本課程的學習，掌握有關模糊系統(tǒng)、神經網絡、專家控制技術以及優(yōu)化算法等的基本原理和基本方法，以及用以解決實際問題的基本思路與方法，同時讓學生了解智能控制學科發(fā)展的方向和前沿，培養(yǎng)學生形成明確的科研探究的能力，為培養(yǎng)敢創(chuàng)新、會創(chuàng)造的高質量人才對“智能控制”課程教學改革和實踐做了有益探索。

參考文獻：

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資金資助：本文得到安徽工程大學研究生教學改革與研究重點項目（項目編號：2021jyxm001）；安徽省高等學校省級質量工程項目（項目編號：2022jyxm137）的資助

作者簡介：魏利勝（1978—?），男，漢族，安徽巢湖人，博士后，安徽工程大學電氣工程學院教授；鄧雄峰（1986—?），男，漢族，安徽宿縣人，安徽工程大學副教授；陸華才（1975—?），男，漢族，安徽天長人，安徽工程大學教授。