萬佑紅 樊春霞 徐豐羽 周映江

摘? ?要：《智能控制》課程是控制科學(xué)與工程學(xué)科研究生開設(shè)的一門重要的學(xué)位課。本文從傳統(tǒng)《智能控制》課程教學(xué)存在的問題出發(fā)，探索研究生《智能控制》課程的案例教學(xué)，提出了案例教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施方式。通過案例教學(xué)，不僅能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論基礎(chǔ)知識(shí)的理解，而且可以將本課程教學(xué)與科研實(shí)踐緊密結(jié)合，有效地提高研究生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新思維能力。

關(guān)鍵詞：智能控制? 控制科學(xué)與工程? 碩士研究生? 案例教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP13? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）01（b）-0187-02

《智能控制》課程既包括了抽象的理論基礎(chǔ)知識(shí)，又具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用性。我國1998年公布的《授予博士碩士學(xué)位和培養(yǎng)研究生的學(xué)科專業(yè)簡介》就已經(jīng)將《智能控制》列入控制理論與控制工程的課程設(shè)置中。目前國內(nèi)控制科學(xué)與工程專業(yè)研究生都開設(shè)了《智能控制》課程，主要講授智能控制的幾個(gè)重要分支[1]：專家控制、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、智能優(yōu)化算法等內(nèi)容為主，具有教學(xué)內(nèi)容繁多、理論知識(shí)較抽象、信息覆蓋面廣等特點(diǎn)。在研究生課程教學(xué)過程中如何讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)既能夠扎實(shí)掌握相關(guān)基本理論，又能夠結(jié)合本專業(yè)的特色與背景進(jìn)行智能控制方法的應(yīng)用，同時(shí)了解智能控制研究的進(jìn)展，是亟待解決的問題。如何將本課程教學(xué)與科研實(shí)踐緊密結(jié)合，有效提高研究生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新思維能力，大力促進(jìn)研究生的科研與實(shí)踐能力，值得我們深入研究和探討。

案例教學(xué)[2]是以加深學(xué)生理論認(rèn)識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力為目的，以現(xiàn)實(shí)場景中的典型案例為依托，以學(xué)生為中心的一種新型教學(xué)方式。探索研究生《智能控制》課程的案例教學(xué)改革，突出以實(shí)際應(yīng)用中的問題為驅(qū)動(dòng)，以促進(jìn)研究生在專業(yè)理論知識(shí)學(xué)習(xí)過程中能夠積極探索復(fù)雜控制問題，激發(fā)學(xué)生自身的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和創(chuàng)新思維，提高學(xué)生利用理論知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力。

1? 《智能控制》課程教學(xué)內(nèi)容的整合與優(yōu)化

在傳統(tǒng)教材和教學(xué)大綱中《智能控制》課程的各主題模塊表現(xiàn)為相互較為獨(dú)立，容易造成學(xué)生接受的知識(shí)信息零散，課程體系結(jié)構(gòu)上缺乏主線貫穿，學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論知識(shí)后不能與實(shí)際應(yīng)用很好地聯(lián)系在一起，亟需對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合與優(yōu)化[3]，在對(duì)各主題模塊進(jìn)行劃分的基礎(chǔ)上，以案例貫穿課程教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)出各主題模塊的相互區(qū)別與聯(lián)系，同時(shí)引進(jìn)和整合國外著名智能控制相關(guān)教材的內(nèi)容，將前沿智能控制的研究成果與技術(shù)有機(jī)地融入課程教學(xué)中，保證課程內(nèi)容的先進(jìn)性與前沿性。譬如，針對(duì)現(xiàn)有的研究生智能控制教學(xué)內(nèi)容的遺傳算法部分中，可以考慮將遺傳算法（1975年提出）等經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容與粒子群算法（1995年提出）、蟻群算法（1992年提出）等近20年內(nèi)的科研成果為基礎(chǔ)的新知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，并在教學(xué)內(nèi)容中以科研成果為導(dǎo)向、以科研成果的應(yīng)用為主線，兼顧理論知識(shí)和應(yīng)用實(shí)踐。根據(jù)所確定的課程教學(xué)內(nèi)容、知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過國內(nèi)外經(jīng)典教材、實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目、工程實(shí)踐等多種途徑，收集與整理案例素材，基于單一案例、一題多解案例和綜合應(yīng)用案例等多種形式的教學(xué)案例我們嘗試在各智能分支模塊教學(xué)中引入機(jī)器人的路徑規(guī)劃問題，在此過程中，還引導(dǎo)學(xué)生查閱科技文獻(xiàn)，促使學(xué)生主動(dòng)接觸學(xué)科發(fā)展的前沿，鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試與創(chuàng)新，指導(dǎo)學(xué)生撰寫報(bào)告、總結(jié)乃至論文，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合能力。

2? 設(shè)計(jì)開發(fā)課程教學(xué)案例

結(jié)合學(xué)校控制學(xué)科的優(yōu)勢方向與背景，充分利用本學(xué)科所擁有的實(shí)驗(yàn)室的資源和條件，充分發(fā)揮高水平科研平臺(tái)優(yōu)勢[4]。通過將科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，我們嘗試以機(jī)器人為載體開展案例教學(xué)，將機(jī)器人的姿態(tài)控制、路徑規(guī)劃、自主避障及多機(jī)器人編隊(duì)控制等問題引入到課程教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生利用智能控制技術(shù)的相關(guān)原理與方法解決上述問題。結(jié)合《智能控制》課程的教學(xué)模塊以及重點(diǎn)和難點(diǎn)，重點(diǎn)確定三個(gè)方面的案例：模糊控制的教學(xué)案例、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的教學(xué)案例、遺傳算法的教學(xué)案例，在理論授課時(shí)，適當(dāng)弱化純理論的內(nèi)容，而將其融于典型案例的分析之中，理論的具體應(yīng)用可幫助學(xué)生加深對(duì)智能控制基本原理的理解，并可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及積極性。

3? 以學(xué)生為中心的案例教學(xué)模式探索

針對(duì)各知識(shí)模塊所設(shè)計(jì)的教學(xué)案例，改變傳統(tǒng)的單一講授式教學(xué)方式，采用教師講授理論知識(shí)、案例分析、分組討論、課堂匯報(bào)、評(píng)述總結(jié)的多樣化教學(xué)方式。首先，根據(jù)課程內(nèi)容將教學(xué)過程分解，模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的基本理論及新技術(shù)的主要原理部分由教師講解，并結(jié)合提出的問題與研究生共同討論。在基本理論和新技術(shù)原理的講授中，結(jié)合典型的教學(xué)案例，進(jìn)行更深入的剖析。在案例設(shè)計(jì)形式上，采取單一案例、一題多解案例及綜合應(yīng)用案例相結(jié)合的方式，譬如針對(duì)機(jī)器人的姿態(tài)控制可以分別利用模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的方法來實(shí)現(xiàn)，在機(jī)器人的軌跡規(guī)劃中，可以涉及到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制及優(yōu)化算法的交叉應(yīng)用。在案例講授中，引導(dǎo)研究生思考目前案例中采用的智能控制技術(shù)存在哪些問題、分析應(yīng)該如何進(jìn)行改進(jìn)等，培養(yǎng)研究生的批判性和創(chuàng)新性思維。將一部分強(qiáng)調(diào)理論應(yīng)用的課程內(nèi)容，布置給研究生，要求分組討論完成，最終以小組匯報(bào)的形式在課堂中展示研究性學(xué)習(xí)的成果。教師明確要求匯報(bào)報(bào)告中所涵蓋的內(nèi)容。比如：利用模糊PID控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障，由研究生分組在課后完成算法設(shè)計(jì)，在課堂上進(jìn)行匯報(bào)，匯報(bào)應(yīng)包括：控制算法的原理、實(shí)現(xiàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、算法的優(yōu)缺點(diǎn)及評(píng)價(jià)等。研究生匯報(bào)后，教師與其他學(xué)生要對(duì)其講解內(nèi)容和評(píng)述觀點(diǎn)進(jìn)行提問，最后由教師進(jìn)行歸納總結(jié)。當(dāng)然，在整個(gè)教學(xué)過程中，教師必須及時(shí)了解學(xué)生的信息反饋，并做出相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)。通過對(duì)案例的調(diào)查閱讀、思考分析、討論和交流等活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)基本原理和概念的理解，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析問題和解決問題，進(jìn)而提高學(xué)生研究能力及創(chuàng)新能力。通過以案例貫穿教學(xué)過程的研討式教學(xué)方式，使得抽象復(fù)雜的理論知識(shí)具體化、生動(dòng)化，可以促進(jìn)研究生的自主學(xué)習(xí)，使研究生既掌握了現(xiàn)有知識(shí)，又努力去發(fā)現(xiàn)新知識(shí)。不僅讓研究生學(xué)會(huì)分析問題，更讓他們通過對(duì)所研究問題的歸納和比較，尋找解決問題的突破口，激發(fā)探索知識(shí)的好奇心，提高創(chuàng)新能力。

4? 結(jié)語

在當(dāng)今人工智能時(shí)代，《智能控制》課程對(duì)于培養(yǎng)研究生的科研能力和創(chuàng)新思維具有更重要的作用和地位。本文基于案例教學(xué)探索研究生《智能控制》課程的教學(xué)改革，通過案例教學(xué)進(jìn)一步夯實(shí)研究生對(duì)《智能控制》課程的理論與技術(shù)的理解，以有效地鍛煉和培養(yǎng)研究生的科研實(shí)踐創(chuàng)新能力，推進(jìn)研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)與社會(huì)需求相接軌。

參考文獻(xiàn)

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[2] 傅偉鋒，唐賢清.美國研究生案例教學(xué)及啟示[J].湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，15（5）：124-128.

[3] 胡蓉，錢斌，祝曉紅.研究生“智能控制”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37（5）：33-34，50.

[4] 李昌祖，馮雯.大學(xué)“科研反哺教學(xué)”及其實(shí)施[J].教育發(fā)展研究，2009（19）：71-74.