“智能控制”課程綜合教學(xué)改革研究

韓立強， 謝 平， 童 凱

(燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院, 河北 秦皇島 066004)

“智能控制”課程綜合教學(xué)改革研究

韓立強， 謝 平， 童 凱

(燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院, 河北 秦皇島 066004)

本文針對“智能控制”課程的特點和存在的問題，從課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進行改革，采用面向問題的啟發(fā)式教學(xué)方法設(shè)計了整個教學(xué)過程，教學(xué)實踐證明取得了良好的教學(xué)效果，激發(fā)了研究生的思維潛力和學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)了他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

面向問題；教學(xué)改革；智能控制

0 引言

“智能控制”是我校儀器儀表工程專業(yè)碩士學(xué)位基礎(chǔ)課之一[1，2]。目前，在對研究生實際授課時，還是按本科生教學(xué)的簡單延續(xù)來看待，和本科生授課模式?jīng)]什么區(qū)別，沒有根據(jù)課程內(nèi)容，針對研究生的特點開展能充分調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極性、主動性的探索和研究，這不利于研究生階段的人才的培養(yǎng)。為此，我們認為，須對此門研究生課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等各方面進行教學(xué)改革，探索新的有效的教學(xué)模式。

1 “智能控制”課程的特點及存在問題

“智能控制”這門課程具有以下特點：涉及學(xué)科多、內(nèi)容多、公式多、計算及算法多、概念抽象且理論體系不完備、存在許多還未解決的問題等[1，2]。由于課程這些特點，加之授課過程中存在許多問題，教學(xué)效果不好，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)由于課程理論性強，內(nèi)容抽象，算法及公式推導(dǎo)復(fù)雜，理論與實際相脫離，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，忽視了學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)；

(2)講授內(nèi)容多為常規(guī)的智能控制，較少涉及智能控制最新理論的發(fā)展和前沿?zé)狳c問題；

(3)考核形式單一，主要依據(jù)期末考試，不注重學(xué)生過程的培養(yǎng)；

(4)課堂教學(xué)氣氛沉悶，師生之間缺乏有效交流和互動，不利于激發(fā)學(xué)生靈感和思維；

(5)教學(xué)方式方法單一，針對性和實效性不強。

2 課程改革措施與途徑

“智能控制”這門課程由于包含了大量問題及素材，便于提出問題、分析問題和探討問題，因此十分適合采用基于問題的教學(xué)方法進行教學(xué)，考慮到研究生已經(jīng)歷大學(xué)四年本科的學(xué)習(xí)，有較完備的專業(yè)基礎(chǔ)知識，初步具備了自主學(xué)習(xí)、研究問題的能力，這為面向問題的啟發(fā)式教學(xué)法的實施與開展奠定了良好的基礎(chǔ)。為了把面向問題的啟發(fā)式教學(xué)法應(yīng)用于“智能控制”這門課程，下面介紹我們?nèi)绾螐恼n程內(nèi)容的構(gòu)建、問題的設(shè)置及教學(xué)方法手段、學(xué)習(xí)成績的評價諸方面開展教學(xué)設(shè)計。

2.1 課程內(nèi)容體系構(gòu)建

課程內(nèi)容體系的構(gòu)建主要從基礎(chǔ)性和發(fā)展性兩方面考慮。

突出基礎(chǔ)性主要涉及智能控制的基本概念、理論和經(jīng)典算法。智能控制內(nèi)容多，涉及分支多，發(fā)展不平衡，但從理論的成熟度及應(yīng)用的廣泛度來看，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及智能控制中涉及優(yōu)化問題的遺傳算法，都應(yīng)該是“智能控制”課程內(nèi)容體系中必不可少的部分。

強調(diào)發(fā)展性體現(xiàn)為智能控制各個分支中存在大量有待解決的問題和前沿?zé)狳c問題，這為研究生學(xué)習(xí)提供了廣泛的探索和研究空間，這些內(nèi)容主要包括多真體控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制以及新型優(yōu)化算法如蟻群算法、免疫算法、粒子群算法等，它們是課程內(nèi)容體系中的拓展部分。

根據(jù)“智能控制”課程內(nèi)容的特點，可采用專題教學(xué)模式，基于不同問題進行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，針對基礎(chǔ)部分(包括模糊控制專題、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制專題和遺傳算法專題等)和拓展部分(包括其他控制技術(shù)專題和新型優(yōu)化算法專題等)。其中基礎(chǔ)部分教師互動式講授為主，學(xué)生討論分析為輔；而拓展部分教師講授為輔，學(xué)生自學(xué)討論分析為主。

另外授課內(nèi)容還要考慮實效性和應(yīng)用性。由于“智能控制”這門課程，內(nèi)容多而學(xué)時有限，因此，教師應(yīng)在教學(xué)內(nèi)容上兼顧基礎(chǔ)知識和新興技術(shù)。對課程體系知識點進行梳理，精簡繁雜的理論知識和大量冗余的公式，注重學(xué)生思維方式的培養(yǎng)。由于授課對象為專業(yè)碩士生，強調(diào)應(yīng)用型，因此可根據(jù)社會的需求，教學(xué)過程中根據(jù)專題內(nèi)容，結(jié)合有關(guān)科研經(jīng)歷，同時依據(jù)學(xué)生的研究方向進行內(nèi)容篩選，增加有關(guān)實例分析，通過對實例詳細的分析，加強學(xué)生對實際問題的認識，增強學(xué)生的工程意識，提高他們分析和處理實際工程問題的能力。

2.2 面向問題的啟發(fā)式教學(xué)方式

采用面向問題的啟發(fā)式教學(xué)法進行課程教學(xué)設(shè)計，問題、學(xué)生、教師是三大基本要素[3，4]。

問題是該教學(xué)方法順利實施的基礎(chǔ)，教師以問題為著眼點啟動課程，學(xué)生根據(jù)對問題的理解進行學(xué)習(xí)、探討和研究，這種教學(xué)方法的關(guān)鍵是如何設(shè)置問題、提出問題，使學(xué)生對問題產(chǎn)生興趣，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生一種強烈求解問題的欲望。為此設(shè)置問題時應(yīng)注意以下幾大原則，即啟動性、針對性、漸進性和探討性，同時問題的答案應(yīng)該是多樣性的，不應(yīng)是簡單的、固定的、唯一的；提出問題后教師應(yīng)設(shè)法創(chuàng)造出一種開放性探究性的學(xué)習(xí)環(huán)境，給學(xué)生適時適量的引導(dǎo)，具體在教學(xué)過程中，教師有意識的提出相關(guān)問題后，先請學(xué)生思考，鼓勵學(xué)生大膽提出自己的見解，給出問題的解決方案，然后教師結(jié)合學(xué)生的方案進行分析和比較逐步給出最終的解決方案。這種學(xué)習(xí)環(huán)境能強化學(xué)生參與意識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。如在講述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制中的就BP網(wǎng)絡(luò)時，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生思考有哪些因素影響網(wǎng)絡(luò)的收斂速度和精度，啟發(fā)學(xué)生就BP網(wǎng)絡(luò)有什么缺點展開討論，如何才能改進算法，發(fā)展算法，以此啟發(fā)學(xué)生達到發(fā)現(xiàn)問題、分析以及解決問題的目的。

還應(yīng)注意采用適當(dāng)多樣的教學(xué)方法和手段來活躍課堂氣氛。教師應(yīng)在深刻理解教學(xué)內(nèi)容、充分備課基礎(chǔ)上，注重各種教學(xué)方法的綜合運用，不要一味地抄寫板書或者演示文稿，而是采用上述以問題為導(dǎo)向設(shè)計教學(xué)過程，使用參與式、啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法，鼓勵學(xué)生參與課堂討論、專題研究和小組辯論，例如：采用多媒體教學(xué)時，不僅僅播放幻燈片，更應(yīng)積極運用動畫、音響和錄像等形式，使教學(xué)內(nèi)容更加生動形象；另外可把國際前沿學(xué)術(shù)發(fā)展、最新研究成果和實踐經(jīng)驗融入課堂教學(xué)，讓學(xué)生了解當(dāng)前熱點問題，拓展學(xué)生視野，擴展學(xué)生思維。

2.3 改革傳統(tǒng)考核方式

改革傳統(tǒng)的考核內(nèi)容和方式，注重考查學(xué)生運用知識分析、解決問題的能力，探索非標準答案考試。綜合考慮學(xué)生的課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)成績和期末課程考試，進行綜合能力評分，避免只以期末考試定成績的單純試卷考核方式。

(韓立強等文)

平時作業(yè)主要考察學(xué)生的解決問題能力及協(xié)作能力，例如以典型的倒立擺作為作業(yè)對象，使學(xué)生掌握如何實現(xiàn)智能控制，建立模型，如何進行控制器設(shè)計，仿真及實現(xiàn)，讓學(xué)生掌握整個智能控制的知識應(yīng)用和研究過程，這一作業(yè)可以參考上述的專題教學(xué)模式進行，全班分成六個小組，每組4-5人合作完成。每個小組從五個專題(模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法、其他控制技術(shù)專題、新型優(yōu)化算法)中選擇一個專題進行分析討論倒立擺控制器設(shè)計，作業(yè)報告要求有詳細的分析、解決問題的討論過程及結(jié)論。

期末考試主要考察學(xué)生的創(chuàng)新能力，可采用綜合試題開卷考試，出一些開放性題目獨立完成，比如學(xué)生結(jié)合自己的科研方向，根據(jù)自己研究課題或感興趣的問題，通過查閱文獻了解智能控制的應(yīng)用和研究前沿，研究分析如何應(yīng)用有關(guān)智能控制或算法，包括理論方法分析、控制系統(tǒng)設(shè)計、仿真模擬、實驗驗證等。使考試成為促進學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)探索和解決問題的能力，檢驗課程教學(xué)效果的重要一環(huán)。

3 結(jié)語

本文對“智能控制”這門課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進行了教學(xué)模式的改革，采用面向問題的啟發(fā)式教學(xué)方法，教學(xué)過程重視學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，教學(xué)實踐證明取得了良好的教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生興趣，有效地促進了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，本文的探索有利于研究生研究能力的培養(yǎng)，是探索研究生課程教學(xué)改革的有益嘗試，為其他課程改革提供了參考。

[1] 吳建設(shè)，于昕，焦李成. “智能控制”教學(xué)方法探索與思考[J]. 北京:計算機教育，2010， (19):93-95.

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

[3] 鐘偉弘. PBL教學(xué)法在高校專業(yè)教學(xué)改革中的實踐[J]. 北京:職業(yè)，2011，(26):87-88.

[4] 劉靜，張繼福. 啟發(fā)式教學(xué)改革的幾個方面[J]. 北京:計算機教育，2004，(12):66-66.

Research on the Comprehensive Teaching Reform of Intelligent Control Course

HAN Li-qiang，XIE Ping，TONG Kai

(SchoolofElectricalEngineering,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004,China)

Aiming at the characteristics and problems of the Intelligent Control course, heuristic teaching method based problem oriented are used to design the whole teaching process from the teaching content, teaching method and assessment method. The teaching practice has proved that good teaching effect has been achieved. It has inspired the students′ thinking potential and learning initiative, and trained the students′ ability to discover problems, analyze problems and solve problems

problem oriented; teaching reform; intelligent control

2015-10-27;

2015-12-22

韓立強(1976-)，男，博士，副教授，主要從事智能控制、空間光通信等教學(xué)和研究工作，E-mail：ysdxhlq@163.com

G64

A

1008-0686(2016)05-0038-03