應用型人才培養模式下的智能控制課程的教學研究

管萍　劉小河　付興建

摘要：智能控制是一門理論性較強的課程，結合該課程的特點及應用型本科人才培養的需要，對智能控制課程在教學內容、教學方法和考核方式等方面的改革進行了探討，提出激發學生興趣，優化教學內容，注重實際應用的教學理念，將MATLAB仿真技術和多媒體教學手段相結合，加深學生對知識點的理解，提高學生綜合分析和解決問題的能力。

關鍵詞：智能控制；教學方法；多媒體；教學內容

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0116-02

一、引言

隨著我國高校大規模的擴招，高等教育已由精英型教育過渡到大眾型教育，教學對象的階梯層次也發生了較大的變化。在擴招量較大的本科第二批招生院校中，學生理論知識基礎和學習能力等方面的素質相對下降，而社會又迫切需求大量應用型人才。為了適應新形式的教學要求，各高校都在尋求提高培養人才質量的教學管理方法，廣泛進行教學制度的改革。智能控制是高校本科自動化及其相關專業的重要專業課，智能控制是當今國內外自動化學科中十分活躍和具有挑戰性的領域，代表著當今世界控制理論和技術的發展方向之一，是一門集理論研究和工程實踐于一體的綜合性課程[1]，因此在教學改革中如何提高該課程的教學質量是非常重要的。為了適應當今社會對人才素質教育培養的要求，注重對學生創新能力和綜合素質的培養，近年來，結合課堂教學，我們對智能控制的教學改革做了一些探索。

二、“智能控制”課程的特點和目標

智能控制是自動控制發展的高級階段，是人工智能、控制論、系統論和信息論等多種學科的高度綜合與集成，是一門新的交叉前沿學科[2]。由于智能控制在社會生產中所體現出的巨大研究價值和廣闊應用前景，使得這門原先只在研究生階段才開設的課程，現在已經在眾多高校自動化相關專業的高年級本科生中開設。其目的是使學生在學習自動控制原理和現代控制理論等基礎理論課程之后，對控制理論前沿發展方向有所了解和學習。智能控制屬于偏理論的專業課程，具有多學科交叉性。其理論分支較多，內容豐富，涵蓋了模糊數學與模糊控制、人工神經網絡、遺傳算法和專家系統等前沿學科理論。該課程內容抽象、模糊控制、神經網絡、專家系統等涉及的內容理論性都比較強，對于本科生相對抽象、枯燥、難懂，他們往往不易理解。

智能控制本身所具有的特點決定了本科教學過程中該課程的教學目標。通過該課程的學習，使學生了解學科發展前沿，掌握智能控制研究的一般方法，幫助學生獲得智能控制的基本知識，使學生掌握智能控制分支及其特點，包括模糊控制理論基礎、模糊控制系統、人工神經網絡模型及其神經網絡控制，使學生理解并掌握用智能控制方法分析和設計系統的基本工具、原理和實現方法，能夠設計簡單的智能控制系統。

針對課程特點和教學目標，在教學過程中應從教學內容和教學方法等方面進行改進，以吸引學生的學習興趣，激發學生的學習積極性和主動性，達到預期的教學目標。

三、教學改革措施與途徑

1.優化教學內容，增強新穎性和實用性。智能控制課程具有前沿性、抽象性和理論性強等特點，相關內容極其廣泛。然而，作為本科生的一門專業課，教師在教學內容的選取方面應盡可能做到：注重控制思想的融會貫通，減少煩瑣公式的推導，多采取簡易示例演示，從而提高學生的學習興趣。在實際教學中，可以采用具體的簡單示例來展示智能控制器的設計，如模糊PID控制器的設計思想為自適應調節控制參數，BP神經網絡的設計思想為逆向迭代算法，等等。

本科高年級學生在掌握了專業基礎知識之后，主要關心學科前沿知識的應用領域和使用方法，學生希望能學到很多較新和較實用的智能控制算法，不愿花太多時間在復雜的理論理解上，因此在教學過程中要注重知識的應用性。此外，大學高年級學生即將走出校門，走向工作崗位，關于一些新的和正在研究的智能控制方法和技術的概況對于他們也非常重要。特別是近期發展起來的方法和技術，如模糊神經控制、遺傳算法、蟻群算法等。這些內容的理論部分可以不必過分深究，教學重點主要放在介紹每種技術的產生背景、發展狀況、應用領域和具體實現上。

2.培養學生設計思想，注重工程應用。為了鞏固學生對智能控制理論的理解和增強學生的學習興趣，教師應該更注重從工程應用角度來引出智能控制概念，并通過具體實例來說明智能控制如何應用，如模糊控制在家用電器中的應用，這樣更能激發學生的學習積極性。智能控制在航空航天控制、交通運輸系統、家用電器等方面有著廣泛的應用。自動化及相關專業畢業的學生，畢業后大部分從事工程或產品設計方面的工作，因此工程設計能力的培養是非常重要的，設計能力是通過設計人員的設計思想、設計原則和設計方法體現出來的。學生通過較典型的具有代表性的基本模糊控制器、模糊PID控制、BP神經網絡控制的實際應用，應用MATLAB語言編出簡單程序并進行最基本的仿真實驗，了解和掌握智能控制系統的設計方法，使學生在校學習期間既能掌握設計要領，又具有一定的設計能力，從而為今后工作或研究生學習打下良好基礎。

3.引入仿真軟件，改善教學效果。智能控制中的模糊控制、神經網絡等內容理論性較強，相對抽象、枯燥難懂。如果引入更加專業、有效的工具，采用更加生動、明了、有新意的教學方法，就能吸引學生的學習興趣，激發他們的學習積極性。目前應用較為廣泛的仿真軟件是MATLAB[3]，在教學中借助于MATLAB平臺，對智能控制中難以采用解析方法的復雜系統進行模塊化、可視化分析與設計，有助于學生理解和掌握課堂教學內容。如運用MATLAB軟件中的模糊控制工具箱，可以輕松設計模糊控制器，并將其應用到系統控制中，使學生直觀感受模糊控制的優越控制效果。同時，為了讓學生更深入地了解智能控制算法的實質，鼓勵學生運用MATLAB軟件的M語言自行編寫各種智能控制算法程序，這樣學生不但進一步加深了對理論的理解，而且產生了一定的成就感，從而激發了學生學習的主動性和創新性，培養了學好這門課的自信心。

4.創新意識和能力的培養。應用型人才培養的主要目標之一是培養創新意識、訓練創新思維、傳授創新方法、提高創新能力。智能控制與自動控制理論（古典控制）和現代控制理論不同，智能控制理論和技術還遠未成熟，是一個充滿生機活力和不斷發展的學科[4]，這就要求教師要善于引導和培養學生的創新意識和獨立思考、分析問題的能力。課堂教學中要正確引導學生看待學科的發展，同時也提供了一個培養學生創新意識和能力的機會。因此在課堂教學中要充分展示創新給一門學科帶來的無窮生命力，多創造機會來培養和激發學生的創新能力，如實驗教學、課程小論文和綜合設計等。

5.突出以學生為中心的教學理念。學生是教學過程的核心，所有的教學環節都要以有利于調動學生自主學習能力為原則。課堂教學將講授法、討論法、實驗法、自學指導法、實例教學法等優化組合，充分利用板書、投影、錄像、計算機等媒體，調動學生的積極性，啟發學生的思維，培養學生正確分析問題、解決問題和自主學習的能力，注重學生的個性發展，由以傳授知識為主變為以培養學生能力為主。如采用質疑導入法提出問題從而激發學生的思考并抓住學生的注意力；精心設計適當數量的問題讓學生討論和回答，通過這種互動的教學形式活躍課堂氣氛，使學生真正成為課堂教學的主體，教師更多的時候作為一個組織者和引導者。

6.考核方式的改革。智能控制是一門理論性較強的課程。限于考試時間，期末考試只能出比較簡單的題目，僅憑期末考試成績很難判斷學生分析問題、解決問題及創新的能力。針對這種狀況，在教學過程中，應將平時作業、課堂提問、小測驗、實驗、出勤結合起來作為平時成績，并將此成績按照一定比例記入總平成績。這有利于促進學生平時只有多努力，才能取得好成績，明了靠最后期末突擊取得高分是非常困難的。對平時作業按照A、B、C、D四個等級來評分，對作業中存在的問題及時糾正，對課堂上互動表現好、實驗取得好成績的學生予以表揚鼓勵，有利于調動學生的積極性。這樣的考核，給出的成績，既公平又合理，也促進了學生學風的轉變。

四、結論

本文根據智能控制課程的特點，給出了在智能控制教學過程中教學內容和教學方法上改革采取的一些措施，在教學實踐過程中取得了較好的教學效果，但也難免存在一些問題和不足，希望在進一步的教學研究和教學實踐中，不斷地更新和完善教學內容，改進教學方法，將控制理論課的教學改革推向一個新的臺階。

參考文獻：

[1]蔡自興.智能控制原理與應用[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]劉金琨.智能控制[M].北京：電子工業出版社，2005.

[3]毛玉蓉.MATLAB在智能控制課程教學中的應用[J].儀器儀表與分析監測，2008，（2）：8-12.

[4]袁宇浩，張廣明.研究生“智能控制”課程教學探討[J].中國電力教育，2010，（7）：52-53.