應(yīng)用型人才培養(yǎng)導(dǎo)向下智能控制教學(xué)改革探討

孫振保

【摘 要】本文以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，分析智能控制教學(xué)中存在的問題，提出通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、樹立創(chuàng)新意識、建立新型的考核機制、建立互動式教學(xué)、利用實踐教學(xué)實現(xiàn)知識多樣化等措施進行智能控制教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)用型人才 智能控制 教學(xué)改革

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）06C-0082-02

隨著我國高等教育由精英教育過渡到大眾型教育，教育對象的階梯層次也發(fā)生了較為重大的變化。學(xué)生的理論知識基礎(chǔ)和能力在擴招量較大的本科招生院校普遍呈現(xiàn)下降的趨勢。但由于社會急需大量應(yīng)用型人才，從而促使各高校為了適應(yīng)新形勢的教學(xué)要求努力尋求提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的教學(xué)管理方法，進而推動教學(xué)制度的改革。智能控制是一門集理論研究和工程實踐為一體的綜合性課程，也是高校自動化專業(yè)的重要專業(yè)課。為了適應(yīng)當(dāng)今社會對人才素質(zhì)的要求，近年來，我們對智能控制的教學(xué)也作了一些實踐性探索，著重是以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為主。

一、智能控制課程的特點

自動控制發(fā)展的高級階段即為智能控制。它也可以稱之為一門新型的交叉前沿學(xué)科，是由多種學(xué)科的高度綜合集合而成的，比如人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論，等等。智能控制在社會生產(chǎn)中除了具有較為廣闊的應(yīng)用前景，同時還具備巨大的研究價值。因此，這門課程原本只是應(yīng)用在研究生階段所開設(shè)的，現(xiàn)如今已在眾多高校自動化相關(guān)的高級本科實施應(yīng)用。它所體現(xiàn)的目的與核心不僅僅只是對控制理論的前沿發(fā)展方向有所學(xué)習(xí)，更是能夠使學(xué)生有效地了解現(xiàn)代控制理論的實際概念。

就“智能控制”的概念可知，智能控制理論研究的主要目標(biāo)在于控制器本身，并不是被控對象。智能控制理論不同于現(xiàn)代控制理論或是經(jīng)典控制理論的處理方法，它的研究核心可歸結(jié)為高層控制，在此過程中較強的容錯能力是解決廣義問題的根本。智能控制能對復(fù)雜的系統(tǒng)進行全局控制，在其中可形成基本的能力，如自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)或是自協(xié)調(diào)能力，等等。智能控制系統(tǒng)通常以數(shù)學(xué)廣義模型的方式呈現(xiàn)，它具備混合控制的特點。組織結(jié)構(gòu)恰恰體現(xiàn)了智能遞增、精度遞降的特點?？傊悄芸刂葡到y(tǒng)是自動化實行智能機完成目標(biāo)的控制系統(tǒng)，也是判斷自修復(fù)能力的一種體現(xiàn)。

從專業(yè)角度來看，智能控制可以歸屬于理論化較多的專業(yè)課程。此類課程所涉及的理論分支較多，并且具備多類學(xué)科的交叉性。不僅包含了一些較為前沿的學(xué)科理論，還掌握著眾多豐富的內(nèi)容。學(xué)習(xí)者通過智能控制課程的學(xué)習(xí)，可以在智能控制的研究中學(xué)習(xí)到可供研究的方式方法，對于學(xué)習(xí)者獲取有關(guān)的基本知識、掌握智能控制的一般方法都是極其重要的。如此一來，為學(xué)習(xí)者掌握智能控制的分支和特點提供了極大的便利性。

二、智能控制課程傳統(tǒng)教學(xué)出現(xiàn)的問題

（一）教學(xué)方法單一。傳統(tǒng)的教學(xué)方法相對來說比較單一，通常是通過教學(xué)系統(tǒng)化的講解來使學(xué)習(xí)者掌握有關(guān)的專業(yè)知識。教學(xué)者站在講臺上進行教授，學(xué)習(xí)者在臺下較為被動地接受是一般的傳授形式。通常這種教學(xué)方式的自由度相對來說是較大的，而學(xué)生并不存在應(yīng)用的自主性，甚至還處于一種一知半解的狀態(tài)。由于智能控制課程內(nèi)容相對于其他課程來說概念抽象、信息量過大，因此學(xué)生在接受此類課程時就更容易出現(xiàn)不能及時消化所學(xué)知識、失去研究興趣等問題。由此可見，教師在傳授的過程中要注重教學(xué)方法的多樣化，有效地活躍課堂氣氛，進而做到知識的有效傳輸，使學(xué)生的思維得到放射性延展。

（二）缺少教學(xué)實踐環(huán)境。教學(xué)資源少在一定程度上導(dǎo)致教學(xué)實踐環(huán)境的貧乏。在學(xué)習(xí)知識的過程中，我們大多提倡實踐出真知，然而大多數(shù)智能控制教材不存在實驗方案和實驗環(huán)節(jié)，在這點上無法有效地滿足智能控制教學(xué)的需要，只有將理念轉(zhuǎn)為實物呈現(xiàn)在學(xué)生面前，才能真正意義上做到意會言傳。并且有一些存在實驗環(huán)節(jié)的高校也不具備提供實驗平臺的能力，所以就此來看就很好地詮釋出智能控制教學(xué)的理念是相對艱難的。

（三）課后考核的不足。智能控制教學(xué)除了教學(xué)方法和實踐環(huán)境的有效培養(yǎng)，課后考核也同等重要。教師的傳授水平以及知識的接受程度都要依靠課后考核來進行勘測。而在當(dāng)代教學(xué)環(huán)境下，課后考核通常被視為一項煩瑣且不必要的工作過程，通常在改革過程中研究者會把重心放在教學(xué)方法中，這對于整體的改革優(yōu)化是極為不利的，因此建立有效的課后考核是急切且必要的。

三、智能控制課程教學(xué)改革措施與途徑

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強新穎性和實用性。智能控制課程具有很多的階段性特點，如前沿性、抽象性、理論性等。它所涉及的相關(guān)內(nèi)容是極其廣泛的。然而，智能控制課程作為本科課程中的一門專業(yè)課，在學(xué)習(xí)的過程中應(yīng)當(dāng)注重減少煩瑣公式的推導(dǎo)，教學(xué)者更應(yīng)當(dāng)注重控制思想的融會貫通。特別是在教學(xué)內(nèi)容的選取方面，應(yīng)盡量多地采取簡易示例的演示，以便能夠切實提高學(xué)習(xí)者在此過程中的樂趣，做到真正意義上的寓教于樂。在實際的教學(xué)過程中，則可以盡量地采取展示型設(shè)計，如模糊PID控制器的設(shè)計思想為自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制參數(shù)等?？紤]到智能控制的應(yīng)用現(xiàn)狀，參考教學(xué)體系也是進一步優(yōu)化的渠道。在調(diào)整后也應(yīng)當(dāng)注重突出工程的實際應(yīng)用型，而不是以理論為主要核心。由此便可以在實踐中致力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和獨立分析能力，從而達到課程內(nèi)容的綜合性。

在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的過程中，參考每個不同年齡段學(xué)生的心理也是同等重要的。本科高年級的學(xué)生主要關(guān)心學(xué)科前沿知識的使用方法或是應(yīng)用領(lǐng)域，在掌握了專業(yè)知識的同時能夠?qū)W到許多較為實用的智能控制算法。通常他們不愿意花費太多的時間在知識的消化理解上，由此可見知識的應(yīng)用在教學(xué)過程中需要重點關(guān)注。應(yīng)根據(jù)學(xué)科的發(fā)展方向優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，在保證智能控制理論內(nèi)容嚴(yán)謹性的同時強調(diào)貫穿于每章節(jié)中所涉及的知識點。在每一個知識點上能夠做到附上相應(yīng)的例題和習(xí)題，以此達到鞏固所學(xué)習(xí)的知識。在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的過程中應(yīng)做到增強新穎性和實用性，把傳統(tǒng)意義上的知識灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）樹立創(chuàng)新意識培養(yǎng)創(chuàng)新能力。培養(yǎng)創(chuàng)新意識是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)之一。智能控制理論與現(xiàn)代的控制理念有所不同，它更多地強調(diào)訓(xùn)練創(chuàng)新思維、提高創(chuàng)新能力等方面。這就充分地體現(xiàn)了智能控制是一個保持生機的同時還能夠發(fā)展的學(xué)科，但由于目前的理論和技術(shù)還不夠成熟，其在一定程度上要求教學(xué)者應(yīng)給學(xué)習(xí)者提供一個培養(yǎng)創(chuàng)新能力的機會。在實施的過程中，更應(yīng)去注重展示學(xué)科的吸引力。如采用質(zhì)疑導(dǎo)入法提出問題，激發(fā)學(xué)生進行思考。通過互動式的教學(xué)方法設(shè)計問題，學(xué)習(xí)者以此進行討論和回答。學(xué)習(xí)環(huán)境的進一步活躍是使教師成為組織者和引導(dǎo)者的根本，但在此要切記課堂教學(xué)的主體永遠是學(xué)習(xí)者。

（三）建立新型的考核機制。智能控制課程的理論性較強。由于期末考試的題目都較為簡單，僅憑期末考試的成績很難客觀地評判學(xué)生的各項能力。針對此種狀況，我們提出了多種解決對策。以能力型代替記憶型就是較為實際的一項考核方式。同時伴隨著以多項內(nèi)容相結(jié)合的新型評價機制能夠有效避免期末考試較為單一的考核方式。隨堂檢驗、實驗答辯等都是評價機制中較為新型的方式。在實際的課程教學(xué)中，對平時的作業(yè)等級進行劃分，對作業(yè)中存在的問題進行糾正都有利于調(diào)動學(xué)生體現(xiàn)積極性。以此讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中以報告的形式進行答辯，闡述自己的設(shè)計思路并演示控制效果，這樣的考核不僅可以促進學(xué)生學(xué)風(fēng)的轉(zhuǎn)變，也可以保障成績的公平以及合理性。

（四）利用網(wǎng)絡(luò)平臺，建立互動式教學(xué)。充分利用互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺可以使教學(xué)資源與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)進行有機整合，從而搭建一個教師和學(xué)生之間互動的平臺。利用網(wǎng)絡(luò)提供多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源可以為學(xué)生創(chuàng)造多種便捷，例如網(wǎng)絡(luò)課件、電子教案和應(yīng)用資料，等等。網(wǎng)絡(luò)平臺不僅充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，還為網(wǎng)上資源的教學(xué)方法創(chuàng)建了互動。在教學(xué)中借助較為廣泛的仿真軟件，能夠有效地將復(fù)雜系統(tǒng)進行模塊化分析或是設(shè)計。有效地運用軟件中的工具箱可以較為輕松地將控制器應(yīng)用在系統(tǒng)控制中，使學(xué)生可以較為優(yōu)越地感受控制效果。適時地編寫算法程序也是可實施的一種途徑，不僅可以加深學(xué)生對理論的理解，還可以在編寫的途中產(chǎn)生一定程度的成就感，從而逐漸培養(yǎng)這門課程的自信心。

（五）利用實踐教學(xué)實現(xiàn)知識多樣化。鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生競賽等多種科研項目，使學(xué)生在深化理論內(nèi)容的同時提高課外實踐的能力。在科技項目的實施過程中，多樣化地引導(dǎo)學(xué)生探究問題以及新知識的領(lǐng)域，拓展學(xué)生的擴散性思維。智能控制不僅在日常的教學(xué)以及生活中得到廣泛普及，而且在航空航天控制、交通運輸系統(tǒng)等方面也有著廣泛的應(yīng)用。這些行業(yè)所涉及的市場需求大多數(shù)是從事工程以及產(chǎn)品設(shè)計方面的工作，因而對該類人才的實踐性培養(yǎng)就顯得尤為重要。智能控制課程在開展過程中可以實施小組制，依照小組的形式將整個系統(tǒng)控制器的設(shè)計和調(diào)試進行不斷完善。同時可以根據(jù)實際控制的效果和設(shè)計思想確定實驗課的成績，這樣不僅可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還能夠在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和工程實際能力。學(xué)生可以通過較典型的并且具有代表性的基本模糊控制器進行實際的應(yīng)用，從仿真實驗中去了解和掌握設(shè)計的要領(lǐng)，從而為今后的學(xué)習(xí)或是工作打下堅實的基礎(chǔ)。由此可見，在智能控制教學(xué)改革過程中，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)所起到的作用是不可比擬的。在真正實施的過程中，也應(yīng)該將此放在首位。

智能控制作為高年級學(xué)生的專業(yè)核心課，是一門綜合性、理論性較強的交叉學(xué)科。通過整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、增加實驗仿真環(huán)節(jié)和設(shè)置設(shè)計型實踐環(huán)節(jié)等教學(xué)改革，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生較快地掌握智能控制系統(tǒng)的精髓，而且能夠使學(xué)生用智能控制原理和方法分析、設(shè)計智能控制系統(tǒng)。同時，繼續(xù)加強對智能控制學(xué)習(xí)問題的研究工作也是必不可少的，特別是在動態(tài)系統(tǒng)的知識獲取、分類、表達以及利用的規(guī)劃上。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)著重加強智能優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展。隨著基礎(chǔ)理論不斷創(chuàng)新和實際應(yīng)用方法日益成熟，智能控制課程在應(yīng)用型人才培養(yǎng)下將會發(fā)生質(zhì)的突破。

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（責(zé)編 盧 雯）