實例化課堂理論教學方法的探索與實踐

史敬灼

河南科技大學 河南洛陽 471023

?

實例化課堂理論教學方法的探索與實踐

史敬灼

河南科技大學 河南洛陽 471023

摘 要：高校課堂教學過程對培養學生實踐創新能力具有重要作用。為了使課堂教學能夠更好地服務于實踐創新能力培養，可以改變授課內容與授課過程，將合適的實際應用例子引入課堂，通過實例傳授知識，應用知識解決實際問題的方法和技巧。

關鍵詞：實踐能力；創新能力；教學方法

學生實踐創新能力的培養，是高校教學的重要目的之一。作為教學過程的一個重要環節，課堂教學在培養學生實踐創新能力方面有著重要作用。但目前的課程教學，多以枯燥的理論知識講授為主，不易被學生理解，學生更不知道該如何運用知識在實踐中解決問題，直接影響了學生實踐創新能力培養的效果。

針對課堂教學中存在的問題，本文以電機智能控制課程中人工神經網絡部分的課堂教學內容組織為例，說明改革課堂教學以促進學生實踐能力培養的具體辦法。

1 課程教學內容組織

電機智能控制是電力電子與電力傳動專業碩士研究生的一門專業課，主要講授以電機為控制對象的智能控制理論及其應用，理論授課40學時。作為人工智能的重要分支，人工神經網絡是電機智能控制課程講授的重要內容。人工神經網絡及其應用技術經過幾十年的發展，已經初步形成體系，知識量大，需要根據教學目的選擇講授內容。

授課過程中，在講述基本的理論知識的基礎上，以實際例子為主，通過實際例子講理論知識，講授如何應用知識解決實際中存在的問題。這樣，不僅可以提高學生的學習興趣，而且能夠使學生學到實際運用知識的能力。

1.1 選擇基礎知識講授內容

針對電機智能控制課程而言，基礎知識的選擇應與課程的教學目的相聯系，應與電機控制應用相關，選擇常用的技術方法和相關知識點。據此選定電機智能控制課程中人工神經網絡部分的基礎知識講授內容見表1。

表1（續）

1.2 選擇實際應用例子

人工神經網絡部分講授的實際應用例子見表2。表2所列例子，從較為簡單且學生相對熟悉的PWM入手，然后給出與電機本體相聯系的較為復雜的開環參數估計、閉環控制、閉環估計等問題，同樣是考慮學生接受知識的漸進性。

表2 人工神經網絡部分講授的實際應用例子

其中，第四、五個例子，都是參數的開環估計，直接用來表述ANN的非線性映射能力和設計過程。同時，第五個例子與模糊邏輯部分的第六個例子屬于同一方向的應用，功能相近，用來比較ANN與模糊邏輯在處理同一問題時的異同，與基礎知識部分所講的“細致分析待解決問題，判斷采用什么技術來解決是最合適的”相呼應。

人工神經網絡部分的第六個例子，與基礎知識部分所講的逆模型直接對應，用來細致闡述ANN逆模控制這一傳統方法的設計與實現過程。第七個例子比較特殊，不屬于ANN的主要應用，此例利用在線學習的遞歸網絡權重值來直接獲得轉速信息，現有文獻中僅此一例，但思路新穎有效，有引申應用的前景，故而舉出，開拓學生思路，引導創新思維。第八個例子同樣采用動態的遞歸網絡，設計了一個自適應的閉環觀測器，這是動態ANN的典型應用。最后一個例子將模糊與ANN融為一體，取長補短，是當前應用的一個有前景的方向。

2 課程講授過程

2.1 基礎知識講授過程

基礎知識講授過程中，也應穿插講述簡單的例子，在增加趣味性的同時可使知識更易于理解。在人工神經網絡（ANN）部分，講授一些基本概念和知識點之后，舉的第一個簡單例子是設計一個ANN擬合函數Y=AsinX。通過這個例子，學生進一步認識到了ANN的結構，了解并掌握隱含層神經元、激勵函數、權重對ANN輸入輸出關系的影響，知道了ANN到底是什么可以用來做什么。另外，這個例子還起到兩個作用。一是用這個簡單的函數擬合問題，引出ANN具有任意非線性輸入輸出映射能力，從而引申出ANN可能的廣闊應用方向。二是對于同樣一個已知角度求正弦函數值的問題，將ANN實現與學生在中學就習以為常的查三角函數表方法（即查表法）作對比，初步引出ANN內含的非線性插值和泛化能力，說明ANN的優點。隨后，在后一個例子中，通過復雜一點的掃描字符圖像識別問題，進一步說明ANN的非線性映射擬合能力、泛化和容錯能力，并講授ANN訓練過程與算法。

圖1 電機控制實驗設備

圖2 授課用電機伺服控制單元

對應于表1所示基礎知識，講授過程中舉例內容列出見表3。

表3 基礎知識講授過程舉例內容

2.2 實際應用例子講授過程

實際例子的講授，先要介紹系統功能與結構，講該系統存在的問題、為何選擇人工神經網絡解決這個問題、如何應用人工神經網絡解決這個問題。其中，如何應用人工神經網絡是講授的重點，包含人工神經網絡的設計過程，使學生通過這個實例來學習人工神經網絡的理論和應用的具體方法。

實踐表明，上述授課方式得到學生的普遍認可，明顯改善了授課效果。學生在問卷調查中指出，作為一門理論聯系實際的課程，在講授過程中引入大量實例，將抽象的理論知識融于具體應用場合中，融于解決實際問題的具體方法、具體過程中，易于理解，易于接受，易于掌握。同時，學生在跟隨教師的講授、不斷思考如何解決一個個實際問題的過程中，也逐步鍛煉了創新意識與能力。

3 結束語

本文討論了如何通過選擇授課內容、安排授課過程來更好地培養學生的實踐創新能力。幾屆學生的實際授課過程表明，在課堂上，有針對性地講授合適的實際應用例子，可以使更好地理解知識并掌握應用知識解決實際問題的方法和技巧，也可以增加學生的學習興趣。

參考文獻

［1］曹莉凌，楊琛，劉雨青，吳燕翔.課程群建設中電類專業實驗內容融合的研究［J］.中國現代教育裝備，2015（15）:97-99

［2］肖金鳳，盛義發，徐祖華.創建多維創新實踐平臺 培養卓越電氣工程師［J］.中國現代教育裝備，2015（15）:48-51.

［3］楊學鋒，曹樹坤，陳乃建，王汝星，呂杰.基于CDIO的機械工程類學生創新能力培養的研究［J］.中國現代教育裝備，2015（15）:77-79.

［4］李琳，馬傳利，王秀霞，董風英.問題式教學模式在普通化學課程教學中的應用［J］.中國現代教育裝備，2015（15）:100-101.

Exploration and Practice in Experience Teaching Method

Shi Jingzhuo
Henan University of Science and Technology， Luoyang， 471023， China

Abstract:In the teaching process of university， the classroom teaching has an important effect on the training of practice and innovation ability. To ft the classroom teaching for the training of practice and innovation ability， the content and process of the classroom teaching should be changed. Appropriate examples of the knowledge's use can be introduced to the lecture. The technical skills can be initiated using these examples.

Keywords:practice ability； innovation ability； teaching method

收稿日期：2015-11-21

作者簡介：史敬灼，博士，教授，院長。

基金項目：河南省高等教育教學改革項目（編號：2014SJGLX200）；河南科技大學重大教育教學改革項目（編號：2014ZD-012）；河南科技大學研究生教學改革項目（編號：2014YJG-006）。