陶瓷高校《系統(tǒng)辨識(shí)》課程的教學(xué)改革分析

王建宏++朱永紅

摘 要針對(duì)陶瓷高校自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生特點(diǎn)，研究“系統(tǒng)辨識(shí)”課程的教學(xué)改革分析。通過(guò)教學(xué)目的規(guī)劃、教學(xué)方法的改進(jìn)、教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)和教學(xué)自學(xué)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)四個(gè)方面來(lái)分析該課程中所存在的問(wèn)題及其相應(yīng)的改革建議。

【關(guān)鍵詞】陶瓷；系統(tǒng)辨識(shí)；教學(xué)改革

1 引言

“系統(tǒng)辨識(shí)”課程是工科專業(yè)的一門(mén)專業(yè)課程，是為其它學(xué)科做好模型準(zhǔn)備的課程。雖然“系統(tǒng)辨識(shí)”課程在所有高校中都已開(kāi)設(shè)，但各高校有其辦學(xué)理念，使得各門(mén)課程都應(yīng)與本校的特色相關(guān)聯(lián)。通過(guò)對(duì)“系統(tǒng)辨識(shí)”課程的學(xué)習(xí)，使大學(xué)本科生掌握系統(tǒng)辨識(shí)的基本點(diǎn)和辨識(shí)方法，為自適應(yīng)控制課程提供建模思想。

簽于作者所在高校為景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，該校是一所陶瓷為特色的院校。因此在我校自動(dòng)化教研室開(kāi)設(shè)“系統(tǒng)辨識(shí)”課程因抓住陶瓷特色，將“系統(tǒng)辨識(shí)”課程的原理及辨識(shí)策略等應(yīng)用于陶瓷機(jī)械大生產(chǎn)，如建立壓電陶瓷的非線性系統(tǒng)辨識(shí)及其相應(yīng)的自適應(yīng)控制模式。因?yàn)椤跋到y(tǒng)辨識(shí)”課程具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論性與邏輯性，需要深厚的數(shù)學(xué)、信號(hào)、通信和概率統(tǒng)計(jì)方面的知識(shí)作為背景，所以在本科生高年級(jí)的課堂教學(xué)中具有教授難度較大，學(xué)生很難對(duì)其中的原理與辨識(shí)算法做深入的理解。“系統(tǒng)辨識(shí)”課程中牽涉到很多的辨識(shí)算法，這些辨識(shí)算法雖然其推導(dǎo)過(guò)程較簡(jiǎn)單，但要如何能夠得心應(yīng)手地在陶瓷機(jī)械大生產(chǎn)中使用，需有一個(gè)從理論上升到實(shí)踐的過(guò)程。如何讓學(xué)生真正掌握“系統(tǒng)辨識(shí)”課程中的辨識(shí)算法，如何自己編寫(xiě)一些較簡(jiǎn)單的辨識(shí)算法是本課程的主要難點(diǎn)，提高學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新意識(shí)。

2 教學(xué)內(nèi)容

“系統(tǒng)辨識(shí)”課程分為10章節(jié)，第1、2、3章著重論述系統(tǒng)辨識(shí)的基本概念和以后各章節(jié)所需要的基本知識(shí)。特別是第1章，作為全部課程的起點(diǎn)，初學(xué)者應(yīng)該認(rèn)真細(xì)讀，并在學(xué)習(xí)過(guò)程中經(jīng)常加以回顧，充分理解全部課程的主要內(nèi)容。第4章到第9章主要討論各種辨識(shí)方法，這是全部課程的核心部分。在討論經(jīng)典辨識(shí)方法的同時(shí)，重點(diǎn)介紹現(xiàn)代的辨識(shí)方法。這樣分類(lèi)闡述，是學(xué)生對(duì)眾多的辨識(shí)方法有一個(gè)完整的概念。第10章著重研究辨識(shí)算法的統(tǒng)一性。由于第5章至第9章主要致力于各種特定辨識(shí)方法的討論，它們的共性未能被揭示。

3 教學(xué)改革分析

針對(duì)以上在講授“系統(tǒng)辨識(shí)”課程過(guò)程中所存在的某些實(shí)際問(wèn)題，僅僅結(jié)合我校陶瓷特色的主題，為大力提高陶瓷高校“系統(tǒng)辨識(shí)”課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工科控制思想的興趣，針對(duì)以下方法提出若干關(guān)于本課程“系統(tǒng)辨識(shí)”的一些教學(xué)改革方面，建議“系統(tǒng)辨識(shí)”課程在工科院校開(kāi)設(shè)的某些措施：

3.1 教學(xué)目的規(guī)劃：

“系統(tǒng)辨識(shí)”課程的數(shù)學(xué)理論性非常強(qiáng)，需要深厚的數(shù)學(xué)背景知識(shí)，所以使得在講授過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較多的數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式的存在。這些數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式無(wú)疑會(huì)給工科學(xué)生帶來(lái)厭煩性，為使學(xué)生能靜下心來(lái)專心研究其中的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，這需要一種推動(dòng)力。因此在講授這門(mén)篇理論課之前，就需要闡述本課程的重要性，這種重要性可從某些實(shí)際例子來(lái)說(shuō)明。比如實(shí)際陶瓷機(jī)械化大生產(chǎn)中關(guān)于壓電陶瓷的建模，就需要采用“系統(tǒng)辨識(shí)”課程中的若干辨識(shí)算法。從實(shí)際的例子中來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)辨識(shí)的重要性，若沒(méi)有系統(tǒng)辨識(shí)來(lái)建模，即沒(méi)有關(guān)于任何系統(tǒng)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，后期的壓電陶瓷的自適應(yīng)控制或陶瓷窯爐的火焰預(yù)測(cè)控制等。比如在講授系統(tǒng)辨識(shí)算法中的最小二乘法時(shí)，可穿插最小二乘法的由來(lái)。

3.2 教學(xué)方法的改進(jìn)：

多媒體是教學(xué)的輔助手段，它和板書(shū)一樣，直觀性強(qiáng)，幫助學(xué)生理解、記憶、分析等。多媒體教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的向往，具有良好的興趣和動(dòng)機(jī)，在學(xué)習(xí)活動(dòng)中獲得快樂(lè)和享受，是教師在課堂教學(xué)中所追求的目標(biāo)。如在講授多種基本系統(tǒng)辨識(shí)算法原理后，可由多媒體教學(xué)的形式給出這幾種辨識(shí)算法的比較：

3.3 教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)：

“系統(tǒng)辨識(shí)”課程中的所有理論都要付諸于實(shí)中，但實(shí)踐中不可能制造出一個(gè)實(shí)物來(lái)驗(yàn)證辨識(shí)算法的有效性，這就使得學(xué)生先在實(shí)驗(yàn)室予以實(shí)現(xiàn)辨識(shí)算法。目前基于MATLAB仿真程序的系統(tǒng)辨識(shí)算法在很多高校中都開(kāi)展大幅度教學(xué)。因MATLAB仿真語(yǔ)言易于自學(xué)，在我校的“系統(tǒng)辨識(shí)”課程的教學(xué)中要著重突出MATLAB仿真語(yǔ)言的使用。

簽于我校為以陶瓷主題為特色的高校，對(duì)于系統(tǒng)辨識(shí)算法在壓電陶瓷機(jī)械化大生產(chǎn)中的壓機(jī)系統(tǒng)的建模可采用最常見(jiàn)的最小二乘辨識(shí)算法來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。采用MATLAB仿真語(yǔ)言的仿真程序來(lái)建立壓機(jī)被控系統(tǒng)對(duì)象的最小二乘算法。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于陶瓷高校的“系統(tǒng)辨識(shí)”課程，為適應(yīng)本校以陶瓷特色為主題，根據(jù)實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出在教學(xué)中所存在的若干問(wèn)題，分別從教學(xué)目的規(guī)劃、教學(xué)方法的改進(jìn)和教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)來(lái)闡述本課程的改革措施。

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作者單位

景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院機(jī)電學(xué)院 江西省景德鎮(zhèn)市 333403