王福斌　陳至坤　張瑞成

[摘 要]為貫徹落實《教育部 國家發(fā)展改革委 財政部關于深化研究生教育改革的意見》（教研〔2013〕1號）及《教育部 人力資源社會保障部關于深入推進專業(yè)學位研究生培養(yǎng)模式改革的意見》（教研〔2013〕3號），在專業(yè)學位碩士研究生教學實踐中引入案例教學法，提高專業(yè)學位碩士研究生的工程實踐能力。課題組以煤氣混合過程智能多變量解耦控制系統(tǒng)為研究對象，構建了智能控制課程案例教學庫，并制訂了案例教學效果的評價要素及保障措施；為進一步提高案例教學質量，提出了內外循環(huán)案例建設內容持續(xù)改進的循環(huán)模式。

[關鍵詞]專業(yè)學位研究生；案例教學；效果評價；質量保證措施

[中圖分類號] G643.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）04-0078-03

1978年恢復研究生教育以來，我國一直在研究生招生、培養(yǎng)、類型等方面進行著積極的探索、改革。在碩士研究生培養(yǎng)方面，目前已形成學術型碩士、專業(yè)學位碩士、工程碩士等類型。2016年全國碩士研究生招生考試報考人數(shù)達177萬人，其中報考專業(yè)學位人數(shù)為85萬人，報名人數(shù)占比為48%。隨著研究生培養(yǎng)結構的調整，專業(yè)碩士報考人數(shù)逐年遞增。

《教育部關于做好全日制碩士專業(yè)學位研究生培養(yǎng)工作的若干意見》（教研[2009]1號）中，突出強調全日制專業(yè)學位碩士研究生須“具有較強解決實際問題的能力”[1]?！督逃筷P于加強專業(yè)學位研究生案例教學和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設的意見》（教研[2015]1號）中，也突出強調了案例教學在專業(yè)學位碩士研究生培養(yǎng)過程中的重要性。面對逐年擴大的專業(yè)學位碩士研究生隊伍，如何提高專業(yè)學位研究生實踐能力，探索與學術型碩士研究生不同的培養(yǎng)模式，更好的適應解決工程實際難題，是一個值得研究的有意義的課題[2]。

一、“智能控制”課程教學案例的建設原則

《教育部關于加強專業(yè)學位研究生案例教學和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設的意見》（教研[20151]號）中，對案例教學給出了明確的定義：案例教學是以學生為中心，以案例為基礎，通過呈現(xiàn)案例情境，將理論與實踐緊密結合，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題，從而掌握理論，形成觀點，提高能力的一種教學方式。

“智能控制”課程是控制工程專業(yè)學位碩士研究生的一門必修課。智能控制以控制理論、計算機科學、人工智能等學科為基礎，采用模糊控制、神經網絡、遺傳算法、專家系統(tǒng)、自適應控制、自組織控制及自學習控制等理論方法及技術實現(xiàn)控制目標。為提高學生學習“智能控制”課程的效果，以“煤氣混合過程智能多變量解耦控制”為主線，以模糊控制的實現(xiàn)過程為內容，構建了煤氣混合過程智能多變量解耦控制系統(tǒng)教學案例。案例構建過程遵循如下原則：

（1）控制對象的真實性。目前，國內多數(shù)煤氣混合加壓站采用手動混合煤氣生產控制，煤氣混合質量難以保證。案例以煤氣混合控制系統(tǒng)為研究對象，采用模糊控制方法，設計了混壓模糊控制器及熱值模糊控制器，得到混壓、熱值模糊控制規(guī)則表和混壓、熱值模糊查詢表，實現(xiàn)多變量的解耦控制。

（2）控制對象的典型性。煤氣混合加壓過程具有多變量強耦合性、不確定性、時變性的特點，是典型的非線性系統(tǒng)，難以建立其控制數(shù)學模型。因此，選擇煤氣混合過程多變量解耦控制作為智能控制教學案例的典型。

（3）建設內容的充實性。引入基于內分泌生長激素雙向調節(jié)機制的智能解耦控制方法，通過系統(tǒng)辨識技術來辨識系統(tǒng)模型參數(shù)。提出基于內分泌生長激素雙向調節(jié)機制的解耦控制技術，解決了煤氣混合過程中的熱值壓力嚴重耦合問題；同時，采用模糊控制方法，詳細闡述了控制變量及被控對象的模糊邏輯實現(xiàn)過程。

（4）建設內容的創(chuàng)新性。將內分泌生長激素雙向調節(jié)機制與模糊控制相結合，通過算法提出、過程實現(xiàn)、結果仿真、實驗驗證等環(huán)節(jié)，讓學生切身感受案例教學的實踐性成果。

二、“智能控制”課程教學案例的建設內容

以煤氣混合過程智能多變量解耦控制為建設目標，首先將控制對象的工藝流程、控制變量、被控制量、執(zhí)行單元及其數(shù)學模型講解清楚，在此基礎上給出煤氣混合解耦控制總體設計方案。構建解耦控制算法及模糊邏輯控制模型，結合實驗室實訓控制平臺，實現(xiàn)煤氣解耦案例控制。學生通過案例的學習過程，可鍛煉控制方案設計、算法構建、智能控制、實驗驗證、參數(shù)調節(jié)等能力，具體建設內容有：

（1）煤氣混合系統(tǒng)的工藝流程。在案例教學過程中，首先讓學生熟悉煤氣混合系統(tǒng)的工藝流程，以便清楚后續(xù)控制過程中的控制對象、控制工藝參數(shù)及控制系統(tǒng)的特點。學生在校學習過程中的弱點往往是對被控對象的工藝流程及工藝特點掌握不足，了解不透徹，從而導致控制方案不合理或控制效果不理想。因此，加強典型環(huán)節(jié)的工藝了解，對增強實踐能力是必要的。

（2）煤氣混合解耦控制總體設計。在煤氣混合解耦控制總體設計環(huán)節(jié)，讓學生掌握系統(tǒng)耦合的概念以及如何實現(xiàn)解耦控制。耦合現(xiàn)象是過程控制系統(tǒng)中常見的典型性案例，也是較難精確控制的對象，如何準確的實現(xiàn)被控參量的解耦，是耦合系統(tǒng)控制的關鍵。

（3）基于內分泌生長激素雙向調節(jié)機制的解耦控制。國內大部分煤氣混合加壓站在進行煤氣混合控制時，采用壓力及熱值雙回路調節(jié)控制方法，通過被調量和調節(jié)量之間的適當匹配來消除耦合，但這種方法精度不高，抑制擾動能力不強。前饋補償解耦方法以高爐煤氣管道壓力、焦爐煤氣管道壓力、加壓機前混合煤氣壓力作為擾動，采用靜態(tài)解耦的方式加以控制，控制效果也不理想。模糊解耦控制技術、神經網絡解耦控制技術等智能解耦控制方法用于解耦控制較復雜。為此，提出了基于內分泌調節(jié)機制（ASA）的解耦控制方法，通過各種系統(tǒng)辨識技術來辨識系統(tǒng)模型參數(shù)，解耦算法更加符合工程實際，且容易實現(xiàn)，對學生觀察解耦控制效果較為理想。

（4）煤氣混合系統(tǒng)數(shù)學模型及仿真。該環(huán)節(jié)主要用于訓練學生通過所學知識抽象分析控制對象，建立對象數(shù)學模型并進行仿真的能力?；谳斎胂蛄繖C輸出向量構建雙輸入雙輸出耦合控制系統(tǒng)解耦框圖，通過框圖間的變量關系，可清晰的發(fā)現(xiàn)控制器的輸出與系統(tǒng)輸出之間的相互作用與影響關系。

（5）雙蝶閥并聯(lián)系統(tǒng)模型及仿真。為提高控制系統(tǒng)的控制精度，進一步了解系統(tǒng)中用到的裝置性能，對系統(tǒng)中不同工藝環(huán)節(jié)的裝置進行模型建立與分析，并對雙蝶閥并聯(lián)系統(tǒng)進行建模及仿真。

（6）模糊控制器設計。模糊控制技術的核心是模糊控制器及模糊控制規(guī)則的設計，模糊控制器的控制規(guī)則需要結合控制對象、工藝流程、工藝操作規(guī)程及操作經驗進行總結、獲取。在模糊控制器設計環(huán)節(jié)，鍛煉學生制訂論域、模糊控制規(guī)則并掌握模糊化及反模糊化的技術等。在煤氣熱值與壓力解耦控制回路中，熱值是主要調節(jié)對象，壓力是次要調節(jié)對象，因此采用精調熱值、粗調壓力的方法。智能解耦控制通過混壓模糊控制器和熱值模糊控制器，獲得對應于當前混壓和熱值的控制量。為保證具有較好的動態(tài)性能，混壓模糊控制器和熱值模糊控制器都是二維的控制器，其中，混壓模糊控制器選擇混壓偏差和混壓偏差的變化率為輸入量，熱值模糊控制器選擇熱值偏差和熱值偏差的變化率為輸入量?？刂埔?guī)則的設計是設計模糊控制器的關鍵：選擇描述輸入輸出變量的詞集與論域大小，定義各模糊變量的隸屬度函數(shù)及建立模糊控制器的控制規(guī)則。

（7）煤氣混合加壓系統(tǒng)仿真實驗。為驗證解耦方法的可行性，對解耦控制系統(tǒng)進行仿真驗證。分別選取熱值和混壓的設定初值，并在250秒時，改變熱值及混壓的設定值，獲取仿真曲線。

三、構建案例教學的雙循環(huán)反饋模式，保證教學效果

案例教學效果的評價要素及保障措施如圖1所示。首先總結出案例建設質量保證的評價要素，并完善質量保證措施，從而保證案例建設質量及教學效果。在案例建設評價要素中，總結出5點評價標準：

（1）案例反映工程實際的真實程度。專業(yè)學位碩士研究生的實踐技能培養(yǎng)十分重要，強基礎、重實踐是專業(yè)學位碩士研究生培養(yǎng)的目標之一。案例只有充分反映工程的真實性，才能使學生在學習案例的過程中把握相關工程的設計規(guī)律，更接近工程的實際，從而獲得事半功倍的培養(yǎng)效果。

（2）案例內容及代表性。案例的內容是案例建設成功與否的關鍵，案例建設之初一定要精選案例題目，注重案例內容建設。結合典型控制系統(tǒng)的控制過程，選擇具有代表性、示范性的案例，使得案例在學生學習過程中發(fā)揮啟發(fā)、引導作用，并能將成功的案例解決方案自覺的應用到今后的工作中。

（3）案例理論分析的完整性及算法創(chuàng)新性。專業(yè)學位研究生教學既要注重學生實踐能力的培養(yǎng)，同時也要培養(yǎng)學生扎實的理論基礎，鼓勵學生在理論、算法上進行大膽嘗試、創(chuàng)新。沒有堅實的專業(yè)知識背景及理論做支撐，學生在今后的工作、成長中就會感到后勁不足、力不從心。因此，對專業(yè)學位碩士研究生來說，在注重實踐能力的同時，也要掌握堅實的理論知識。案例建設過程中，要注意理論分析的完整性、邏輯性、準確性，并具有一定的創(chuàng)新性。

（4）案例研究方法翔實且解決方案明確。為起到工程案例的示范效應，案例中所采用的工程問題解決方法應盡量詳細，且解決方案明確、具體，沒有歧義。對具體的控制問題，在構建案例時不僅要詳細分析控制量、被控制量，建立被控對象的數(shù)學模型，還要給出采用的控制器選型、參數(shù)設定、控制量輸出等環(huán)節(jié)的詳盡過程，使得學生按照案例不僅能搭建出控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制方案，而且可以修改控制算法、控制參數(shù)，觀察控制效果。

（5）案例實驗數(shù)據充分有利于支撐學生實踐能力的提高。工程案例選擇最好貼近實際工程，所用實驗數(shù)據也來自工程實際運行。如煤氣解耦控制案例中，煤氣壓力、煤氣熱值等參數(shù)均為實際工程運行項目中采集的時間序列數(shù)據，數(shù)據具有真實性、連貫性。

為保證案例教學效果，將各項指標落到實處，制訂了多項質量保證措施：在課程內容涵蓋范圍內精選案例建設題目；確定案例建設內容，并組織學科專家進行論證，提升案例立項水平；組建日常建設課程組，保證課程學習、課程實訓的順利進行；通過師生定期交流，反饋學生學習效果；通過持續(xù)改進，不斷完善案例內容與結構；學生考核方式采用閉卷+答辯的方式，不僅考核學生的理論知識，同時考核學生的實踐能力與知識運用能力[3][4][5][6]。

通過案例教學雙循環(huán)考評、改進模式，不僅注重案例建設質量及內部評價效果，而且強調學生的課程學習質量及學習效果反饋。通過內外循環(huán)，對案例庫進行持續(xù)改進，不斷完善案例的內容，提高案例教學質量。[7][8][9][10]

四、結束語

本文參照《教育部 人力資源社會保障部關于深入推進專業(yè)學位研究生培養(yǎng)模式改革的意見》（教研〔2013〕3號）指導意見，結合我校專業(yè)學位碩士研究生培養(yǎng)方案及課程建設實際，構建了智能控制課程案例教學庫，提出了案例教學效果評價要素、案例教學質量保證措施及通過內外循環(huán)對案例建設內容進行持續(xù)改進的循環(huán)模式。通過引進效果評價指標及雙循環(huán)改進模式，保證了案例庫建設內容的充實、案例教學過程的有效監(jiān)控及案例教學的成效。本文研究內容對專業(yè)學位研究生案例庫的構建及提高實際使用效果具有借鑒意義。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 張笑燕，宋茂強.全日制專業(yè)學位碩士研究生學位論文的過程管理與質量控制[J].研究生教育研究，2011（3）：69-72.

[2] 王福斌，陳至坤，王一.專業(yè)學位碩士研究生指導過程質量控制與實踐[J].大學教育，2016（10）：59-60.

[3] 張學敏，侯佛鋼.全日制教育碩士研究生案例教學的橋梁作用[J].學位與研究生教育，2016（8）：43-47.

[4] 范利丹，秦剛，楊佳，等.研究生案例教學的幾點思考[J].教育教學論壇，2017（30）：212-213.

[5] 劉建東，戴波，紀文剛.“卓越計劃”的宏觀模型及評價體系構建[J].高等工程教育研究，2012（5）：46-52.

[6] 鹿玲，吳建勝.提升應用型本科軟件工程專業(yè)實驗教學效果探討[J].大學教育，2017（8）：29-31.

[7] 靳玉樂，向眉.論案例教學價值取向的變革——基于對工商管理案例教學的分析[J].西南大學學報（社會科學版），2015（1）：93-98.

[8] 劉新強，賈登娉，王金林，等.專業(yè)選修課考核方式的分析與探討—以液壓技術進展課程為例[J].大學教育，2017（8）：59-61.

[9] 石靜遐.全國法律碩士專業(yè)學位研究生案例教學法研討會綜述[J].對外經濟貿易大學學報，2000（1）：62-64.

[10] 吳存剛，張佳怡，李玉宏，等.醫(yī)學影像學碩士研究生培養(yǎng)中應用案例教學法的實證研究[J].遼寧醫(yī)學院學報（社會科學版），2015（1）：46-48.

[責任編輯：鐘 嵐]