李瑩　于水娟　趙佰亭

【摘 要】根據(jù)高等教育教學(xué)改革的基本思想以及“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的基本要求，本文深入分析了安徽理工大學(xué)智能控制基礎(chǔ)課程存在在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法等方面存在的問題;按照“合理-可持續(xù)-可實(shí)現(xiàn)”的原則，提出了在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)實(shí)踐及考核方式等方面進(jìn)行改革及實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】卓越計(jì)劃;智能控制;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)： TP273.5-4;G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ?文章編號(hào)： 2095-2457（2019）10-0130-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.054

The Teaching Reform and Discussion of Intelligent Control Curriculum

LI Ying YU Shui-juan ZHAO Bai-ting

（School of Mechanical Engineering and Automatization，，Anhui University of Science &Technology，Anhui Huainan 232001， China）

【Abstract】According to the basic ideas of teaching reform of higher education and the basic requirement of education “outstanding engineers training plan”，this paper ?analyzed ?the problem of teaching contents and teaching methods which exists in intelligent control foundation course in Anhui university of science and technology . According to the principle of “reasonable， sustainable and achievable”， the paper puts forward the reform and practice of teaching contents， teaching methods， teaching practice and assessment methods.

【Key words】Outstanding engineers training plan; Intelligent control; Teaching reform

0 引言

智能控制基礎(chǔ)作為自動(dòng)化本科專業(yè)的基礎(chǔ)課程在我校已開展多年，該課程是繼經(jīng)典控制原理、現(xiàn)代控制理論后的第三代控制技術(shù)。智能控制是控制理論發(fā)展的最高階段，是自動(dòng)控制、人工智能、運(yùn)籌學(xué)等多種學(xué)科的交叉融合。智能控制基礎(chǔ)課程，是將實(shí)際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)去研究控制方法，概念抽象，不易掌握。智能控制課程的開設(shè)對(duì)于培養(yǎng)自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力有著重要意義。因此，在教改中如何來提高該課程教學(xué)質(zhì)量是非常重要的[1-2]。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

在我校，智能控制基礎(chǔ)在自動(dòng)化專業(yè)本科生教學(xué)大綱中規(guī)定課堂教學(xué)為32學(xué)時(shí)，該課程內(nèi)容包含專家控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和智能算法四大智能分支，且專家系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又是智能控制的理論基礎(chǔ)，學(xué)生不僅要掌握相關(guān)的基礎(chǔ)理論，還要能夠根據(jù)工程實(shí)際背景解決控制問題，因此課程內(nèi)容理論廣泛、概念抽象、信息涵蓋量大、課時(shí)短，為了讓學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)，較深的掌握課程內(nèi)容，必須對(duì)現(xiàn)有的課程進(jìn)行有效的教學(xué)改革，探索新的教學(xué)模式，注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

目前我校智能控制基礎(chǔ)課程存在以下問題：

1.1 教材內(nèi)容廣泛，實(shí)例仿真偏重理論

作為一個(gè)新的控制領(lǐng)域，智能控制仍處于不斷發(fā)展和完善的階段。一方面，針對(duì)本校的實(shí)際教學(xué)情況，每本教材的內(nèi)容講解不到1/2，讓學(xué)生理解為根據(jù)知識(shí)的難易程度來選擇內(nèi)容;混淆了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，多數(shù)的學(xué)生認(rèn)為厚重的教材只講了不到1/2，也會(huì)質(zhì)疑教師選擇教材的能力與學(xué)校培養(yǎng)人才的目的。另一方面，現(xiàn)有的教材中介紹的智能控制方法及實(shí)例仿真，多數(shù)從科研論文整理刪減而成，脫離工程實(shí)際。對(duì)于絕大部分學(xué)生而言，教材中缺少將控制方法與工程實(shí)踐相結(jié)合的概念。

1.2 采用“填鴨式”教學(xué)

目前，智能控制基礎(chǔ)教學(xué)任然采用“填鴨式”教學(xué)為主，創(chuàng)新能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)不足。在“填鴨式”教學(xué)中，教師注重的是知識(shí)的傳授，缺乏啟發(fā)性。一節(jié)課只有老師在滔滔不絕地講理論，推理公式，學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，勢必會(huì)提出對(duì)方法正確與優(yōu)越性的質(zhì)疑。目前多媒體結(jié)合板書的方式已經(jīng)引入課堂教學(xué)中，多媒體技術(shù)中視頻、音頻、圖像動(dòng)畫等效果可以使知識(shí)的表述更加生動(dòng)和逼真。然而，在潛移默化中，發(fā)現(xiàn)課堂中教師逐漸成為了PPT的放映員，學(xué)生變成了觀眾和攝像者，時(shí)而聽見學(xué)生對(duì)重點(diǎn)理論的拍照聲，這樣的學(xué)習(xí)氛圍難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，反而養(yǎng)成了學(xué)生懶惰的心理。

1.3 缺乏教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)

安徽理工大學(xué)智能控制理論基礎(chǔ)課程的課時(shí)為32學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)過少，且內(nèi)容全是對(duì)理論基礎(chǔ)的講解，為了培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，課上會(huì)安排幾個(gè)案例讓同學(xué)們自行分析并設(shè)計(jì)控制器并實(shí)現(xiàn)仿真，然而由于課時(shí)的限制，課下缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)安排，缺乏學(xué)生對(duì)所有方法的訓(xùn)練。單純的Matlab仿真，勢必會(huì)培養(yǎng)一些“紙上談兵”的人才。

1.4 考試環(huán)節(jié)單一

智能控制理論考核方式仍是采用傳統(tǒng)的考核方式，即平時(shí)成績占30%;考試成績占70%;而平時(shí)成績主要以出勤率，作業(yè)方式進(jìn)行考核;考試主要通過期末卷子上的分?jǐn)?shù)決定學(xué)生最終分?jǐn)?shù)。然而試卷上往往反映的是學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的掌握情況，很難綜合考察學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力，這與學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)相矛盾。

2 教學(xué)改革

為了適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才素質(zhì)教育培養(yǎng)的要求，推行“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，對(duì)智能控制理論課程進(jìn)行相應(yīng)的改革，探索新的教學(xué)模式勢在必行。本課題預(yù)從課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)實(shí)踐以及考核方式進(jìn)行改革與探索。

2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

目前，所有的智能控制理論教材內(nèi)容包含較多，然而受課時(shí)的影響，只能刪減內(nèi)容，真正拿到課堂上講解不到1/2;因此針對(duì)實(shí)際教學(xué)情況，編寫屬于具有本校特色的講義勢在必行。講義可以突破傳統(tǒng)教材的形式，針對(duì)本校的實(shí)際情況進(jìn)行編寫，而其他教材可以作為參考教材。例如智能控制理論課時(shí)32學(xué)習(xí)，根據(jù)學(xué)習(xí)的實(shí)際情況與老師授課進(jìn)度需求，可以將智能控制基礎(chǔ)分為21講;每一講包含一個(gè)到兩個(gè)知識(shí)點(diǎn);每一講都要針對(duì)一個(gè)具體案例進(jìn)行分析與講解。分別按照“知識(shí)預(yù)備—基本內(nèi)容—案例講解—系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)—相關(guān)文獻(xiàn)”的思路，進(jìn)行講義內(nèi)容的編寫。努力做到內(nèi)容上的循序漸進(jìn)，構(gòu)造出原理介紹、案例印證和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合的教學(xué)模式。

2.2 開啟雙語教學(xué)

智能控制基礎(chǔ)課程是自動(dòng)控制原理發(fā)展的最高階段，代表著控制理論的最新算法。開啟雙語教學(xué)，可以提高學(xué)生的專業(yè)英語水平，同時(shí)也可可幫助其快速掌握國際先進(jìn)技術(shù)，跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。目前高級(jí)學(xué)術(shù)論文、學(xué)科的前言技術(shù)與發(fā)展潮流都發(fā)表在國際期刊上，通過雙語教學(xué)可將高水平的學(xué)術(shù)論文拿到課堂上進(jìn)行探討、分析。例如可以“以學(xué)生為中心”，采用PBL法，老師拋出一個(gè)問題讓同學(xué)進(jìn)行分析、爭論，啟發(fā)學(xué)生對(duì)新理論發(fā)展的探索與改進(jìn)。

2.3 教學(xué)方式的改革

智能控制基礎(chǔ)是一門理論性較強(qiáng)的課程，它的內(nèi)容比較抽象，難以理解，如果仍然采用循規(guī)蹈矩式的教學(xué)方式—“教師在上面講，學(xué)生在下面聽”，勢必會(huì)引起學(xué)生的厭煩與枯燥，失去學(xué)習(xí)的興趣。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，預(yù)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改革。

（1）為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱潮，并適合每個(gè)學(xué)生的實(shí)際情況，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出知識(shí)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容背景，注重實(shí)際應(yīng)用，將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)制作成微課，這樣在課上晦澀的知識(shí)，可以課下自己完成。

（2）利用交互式的教學(xué)模式，充分利用Matlab仿真工具，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力，提高教學(xué)質(zhì)量。對(duì)于晦澀難懂的理論，先從方法的應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合Matlab仿真工具，將理論的有效性、優(yōu)越性展現(xiàn)給大家，形成“先應(yīng)用再研究”的學(xué)習(xí)模式。

（3）為了培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新意識(shí)，可以將學(xué)生分為幾個(gè)學(xué)習(xí)小組，每個(gè)小組承擔(dān)一個(gè)課題，按照“選題-建模-分析-方法選擇-仿真-論文”的模式進(jìn)行訓(xùn)練，最后也可以讓學(xué)生選擇合適的時(shí)間對(duì)自己的課題進(jìn)行講解。

（4）對(duì)于授課教師，準(zhǔn)備好教學(xué)內(nèi)容，注重內(nèi)容結(jié)構(gòu)安排，突出每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每種方法的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)，讓學(xué)生更能懂得方法的針對(duì)性和優(yōu)越性[3，4]。

2.4 教學(xué)實(shí)踐

Matlab仿真工具可以讓學(xué)生對(duì)算法有個(gè)更深的理解和認(rèn)識(shí)，但是仍處于仿真模擬的階段。為了讓學(xué)生能將理論聯(lián)系實(shí)際，還應(yīng)增設(shè)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，建立實(shí)驗(yàn)室。倒立擺作為一種自動(dòng)控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，本身就是一個(gè)不穩(wěn)定的非線性多變量復(fù)雜系統(tǒng)，其控制的目標(biāo)是通過給小車底座水平方向施加一個(gè)控制力，使小車在有限長的軌道上運(yùn)動(dòng)，以保持小車上的倒立擺桿不倒。因此倒立擺能夠全面地滿足自動(dòng)控制教學(xué)的要求。抽象難懂的智能控制算法可以通過控制倒立擺的控制得到很好的驗(yàn)證。而且，倒立擺實(shí)驗(yàn)裝置也極富趣味性，很適合學(xué)生智能控制理論的學(xué)習(xí)，同時(shí)也可以適用于現(xiàn)代控制理論中一些抽象的控制概念如穩(wěn)定性、能控性和系統(tǒng)抗干擾能力等的講解。通過倒立擺裝置的建模、分析、及控制可以將不同階段學(xué)習(xí)的專業(yè)課串聯(lián)起來，加深了學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的理解和掌握。因此，倒立擺設(shè)備是進(jìn)行智能控制理論學(xué)習(xí)和研究中較為理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[5]。

2.5 產(chǎn)學(xué)研一體化

在智能控制基礎(chǔ)課程教育方面，理論上要深入淺出，老師要起到拋磚引玉的作用，不僅要培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)的能力，還要著重培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新、研發(fā)的能力，努力培養(yǎng)更多專業(yè)化的職業(yè)人才，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化一體化的發(fā)展需要。為了使學(xué)生更深透的理解學(xué)科的重要性，培養(yǎng)滿足多樣化社會(huì)的要求，學(xué)院聯(lián)合當(dāng)?shù)仄髽I(yè)，開展產(chǎn)學(xué)聯(lián)合的教育培養(yǎng)模式，建立長期合作單位，培養(yǎng)操作型技術(shù)人才。要鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”，“電子設(shè)計(jì)大賽”等項(xiàng)目，讓他們更深入的了解設(shè)計(jì)的理念與方法，將先進(jìn)智能控制算法應(yīng)用到新產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)中;通過學(xué)生參與競賽，將實(shí)際操作和講義內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合，使學(xué)生同時(shí)擁有專業(yè)知識(shí)和精湛技術(shù)，從而培養(yǎng)出實(shí)際操作能力強(qiáng)的技術(shù)型人才。參賽不僅可以提高學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，提升學(xué)生的動(dòng)手能力，而且可以很好的培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，增加學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。同時(shí)，培養(yǎng)服務(wù)創(chuàng)新人才，培養(yǎng)同時(shí)具備商務(wù)知識(shí)、IT技能、人際關(guān)系知識(shí)，在服務(wù)行業(yè)有較高專業(yè)水平的創(chuàng)新型人才。使理論知識(shí)與實(shí)際操作有效結(jié)合。同時(shí)，還需注重創(chuàng)新能力和實(shí)際操作能力，這種產(chǎn)學(xué)研一體化的培養(yǎng)模式，使產(chǎn)業(yè)界、高校和科研院所組成的科研聯(lián)合體。這種一體化的模式體現(xiàn)了強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的優(yōu)勢。做到資源的有效合理配置，學(xué)生把所學(xué)知識(shí)和企業(yè)實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，專業(yè)知識(shí)在指導(dǎo)實(shí)踐的同時(shí)，又在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)，真正做到理論和實(shí)踐的相結(jié)合[6-10]。

2.6 考核方式的改革

智能控制基礎(chǔ)是控制領(lǐng)域發(fā)展的最高階段，包含內(nèi)容較多，且每種方法和不同方法之間可以靈活融合與改進(jìn)，如果仍是以傳統(tǒng)的通過2個(gè)小時(shí)的卷面考查來判斷學(xué)生的掌握情況，大多數(shù)學(xué)生會(huì)為了拿高分知識(shí)死記硬背算法、公式，降低了學(xué)生的創(chuàng)新積極性。因此，對(duì)這樣的考核方式進(jìn)行改革，

針對(duì)平時(shí)考核，取消傳統(tǒng)的課后作業(yè)，給每個(gè)學(xué)習(xí)小組布置一個(gè)大作業(yè)，讓學(xué)生自行分配任務(wù)，在完成作業(yè)的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的精神。

期末的考核以小論文的方式，在學(xué)完智能控制算法以后，讓學(xué)生充分利用學(xué)校圖書館資源，搜集相關(guān)資料，總結(jié)智能控制方面的相關(guān)發(fā)展，以小論文的形式上交。通過這樣的考核方式，可以培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力，同時(shí)也讓同學(xué)了解做科研的過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。