智能控制課程：用科技點亮夢想

高進

“智能控制”是指在無人干預的情況下，能自主驅動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術。隨著無人駕駛的智能汽車、無人操控的智能飛機以及我國自主研制的嫦娥飛船、玉兔月球車的成功投入使用，學生對“智能控制”的興趣日益濃厚。因此，我校在兩年前就開始了此方面校本課程的開發(fā)與教學實踐。

初段課程：《電子電路基礎及傳感器應用》

本階段著重讓學生理解什么是“電”、掌握常用的電子元器件特性、可以進行簡單的電路分析、了解常用的傳感器，最終將傳感器應用到電路中，實現(xiàn)智能控制。例如，設計制作“聲光控照明燈”以及衍生出的“植物缺水報警器”“恒溫出水控制閥門”等，使學生初步感受到簡單智能控制給日常生活中帶來的便利。同時充分激發(fā)學生繼續(xù)學習后續(xù)課程的興趣。

中段課程：《智能控制程序設計在機器人中的應用》

該階段課程將介紹結構分為兩部分：

1.建立計算機程序控制思想，控制虛擬角色自主運行

在此部分的教學中，更多采用“任務驅動”式教學方法，每次任務都是編制一個計算機小游戲，將知識融入到游戲的設計制作之中。激發(fā)學生學習興趣，由“讓我學”變成“我要學”，突出學生在課程學習中的主體地位。

在學生掌握了程序設計方法后，引導他們重點利用計算機程序設計進行“智能控制”。例如，去年的綜合實踐主題就是“開發(fā)彈道導彈防御系統(tǒng)”。學生要開發(fā)出“雷達”與“反導導彈”自動控制程序，偵測并擊毀由教師編制的彈道導彈。在該項目中，學生除了要掌握計算機程序設計知識外，還要充分利用數(shù)學算法，計算己方反導導彈的發(fā)射時機。從自動控制理論上來說，他們已經(jīng)在實際應用“閉環(huán)系統(tǒng)”了。

2.研究機電一體化系統(tǒng)，控制機器人自主運行

為了能夠讓學生更加積極主動地自主學習，此部分在采用“任務驅動”式教學模式的基礎上，更多的采用“自主探究，小組合作”形式。例如，在初期提出的開發(fā)“智能避障車”任務。目標是學生制作的智能車要能避開障礙物，穿過樓道順利到達終點。學生要在選擇好傳感器、搭建好車身后編制智能控制程序，并不斷調試、選擇最優(yōu)算法。此任務最難的是要避開同場比賽對手車輛的干擾。

這部分的知識結構重點已經(jīng)由“程序控制”逐漸轉化成為“機械結構設計”，除了充分利用電機開發(fā)各種進攻防御策略物外，更重要的是充分利用齒輪的“傳動比”“扭矩”“車速”“車重”之間的關系，進行合理匹配達到最優(yōu)設計。

高段課程：《智能控制初步》

在這一階段，更多的是理論方面的學習，使學生認識到完整智能控制理論的復雜與精深，系統(tǒng)地掌握智能控制的初步理論知識。課程中突出理論與實際應用之間的聯(lián)系。例如，在講解“智能車”系統(tǒng)時，其最主要的一個功能就是在檢測到與前方車輛（或障礙物）進入危險距離后自動剎車停止。當前方車輛緩慢行駛時，后面的智能車很可能由于反復出入設定的危險距離而反復自動啟動停車，嚴重影響車輛的舒適性，感覺智能車一直在“哆嗦”，因此引出“閾值”的概念，解決系統(tǒng)在實際應用中的問題。這為大學階段的繼續(xù)深造奠定了基礎。

總之，成為創(chuàng)新型人才是時代的要求、社會發(fā)展的需要，培養(yǎng)學生的科技創(chuàng)新能力是個任重道遠的工程。我們只有不斷探索新的教學模式，轉變教育理念，開辟新的途徑和形式，鼓勵學生創(chuàng)造發(fā)明，才能提高學生的創(chuàng)新意識，使他們真正成為我國科學技術現(xiàn)代化的后備人才。endprint