機(jī)器學(xué)習(xí)在《自動控制原理》教學(xué)中的應(yīng)用與實踐研究

文利燕 葉慧 王承毅

摘 要：為了對高校自動化及電氣類專業(yè)開設(shè)的《自動控制原理》課程進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)及創(chuàng)新，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)過程進(jìn)行建模，實現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)與智慧教學(xué)的融合存在，為未來的教學(xué)方式方法提出積極的創(chuàng)新思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)器學(xué)習(xí)；自動控制原理；建模；預(yù)測

目前，已有大量教育人工智能系統(tǒng)被應(yīng)用于學(xué)校，這些系統(tǒng)整合了教育人工智能和教育數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)算法）來跟蹤學(xué)生行為數(shù)據(jù)，預(yù)測其學(xué)習(xí)表現(xiàn)以支持個性化學(xué)習(xí)。本文通過分析《自動控制原理》教學(xué)中的參與對象、教學(xué)過程、具體方法和教學(xué)效果等各項數(shù)據(jù)建立模型，進(jìn)而對《自動控制原理》課程教學(xué)進(jìn)行的創(chuàng)新和改進(jìn)，實現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)與自動控制原理智慧教學(xué)的融合存在跨界問題。

一、 自動控制原理課的現(xiàn)狀和存在問題

作為理工科高校一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，自動控制原理的內(nèi)容專業(yè)性很強，以高等數(shù)學(xué)、信號與線性系統(tǒng)、電路等課程為先修課程，要求學(xué)生具有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)和較強的抽象思維能力，學(xué)習(xí)的難度較大。基于問卷調(diào)查和深度訪談，目前理工科高?！蹲詣涌刂圃怼方虒W(xué)普遍存在以下問題：教學(xué)理念上，強調(diào)以教師為中心、忽視以學(xué)生為中心；教學(xué)內(nèi)容上，強調(diào)知識灌輸、忽視興趣培養(yǎng)；教學(xué)手段上，強調(diào)知識的單向傳遞、忽視學(xué)生潛能的調(diào)動；考核評價上，強調(diào)卷面成績、忽視能力素養(yǎng)。上述現(xiàn)象直接導(dǎo)致課堂氣氛沉悶、學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣和動力、教學(xué)效果不佳等現(xiàn)象，這不僅影響自動控制原理課程的教學(xué)效果，且嚴(yán)重制約后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

二、 具體思路

通過分析《自動控制原理》課程中的參與對象、教學(xué)過程、具體方法和教學(xué)效果等各項數(shù)據(jù)建立模型。采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行《自動控制原理》教學(xué)的應(yīng)用實踐。具體思路如下圖所示。

通過分析學(xué)生表現(xiàn)和個性特征等因素，對學(xué)生《自動控制原理》的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)行為進(jìn)行建模?？赏ㄟ^貝葉斯知識跟蹤等自動化建模方法提取學(xué)生在自動控制原理學(xué)習(xí)中的數(shù)據(jù)，利用線性回歸和模式發(fā)現(xiàn)來預(yù)測學(xué)生在自動控制原理學(xué)習(xí)中的個體差異表現(xiàn)，建立用于存儲學(xué)生知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的學(xué)生學(xué)習(xí)過程模型；通過分析學(xué)生表現(xiàn)、排除潛在的誤區(qū)、呈現(xiàn)學(xué)生目標(biāo)和計劃、確定先驗和獲得的知識、保持情景記憶，以及描述個性特征等的過程建立學(xué)生行為建模。

通過對機(jī)器學(xué)習(xí)中學(xué)生行為模型和學(xué)習(xí)過程模型的研究，可以進(jìn)一步預(yù)測學(xué)生偏好傾向?；诖?，教師可以進(jìn)行科學(xué)決策，制定特色化課程，進(jìn)行個性化教學(xué)，實現(xiàn)智能教學(xué)，這將是我們后續(xù)進(jìn)一步要研究的內(nèi)容。

三、 結(jié)束語

本文從數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析的角度，對《自動控制原理》的教學(xué)活動、教學(xué)主客體等進(jìn)行解讀和建模，明確機(jī)器學(xué)習(xí)方法在自動控制原理教學(xué)應(yīng)用中的作用和實現(xiàn)方法。結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，建立大學(xué)自動控制原理的學(xué)生認(rèn)知模型、學(xué)生行為模型。將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與自動控制原理教學(xué)相融合，設(shè)定個性化的教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生探索與創(chuàng)新的意識及積極性，有利于學(xué)生吸收自動控制原理課程所傳達(dá)出的一種“自動控制”思想，培養(yǎng)學(xué)生采用“自動控制理論”去解決實際的工程問題能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐超穎，姜斌.“自動控制原理”課程的探究性教學(xué)實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007（29）：91-93.

[2]葉慧.高等數(shù)學(xué)教學(xué)中情感態(tài)度遷移現(xiàn)象的研究[J].科教文匯，2011（1）：28-29.

[3]余明華，馮翔，祝智庭.人工智能視域下機(jī)器學(xué)習(xí)的教育應(yīng)用與創(chuàng)新探索[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2017，35（3）：11-21.

[4]李建萍，王立國.機(jī)器學(xué)習(xí)理論在教育教學(xué)測評中的有效性分析[J].學(xué)理論，2011（16）：240-242.

作者簡介：文利燕，江蘇省南京市，南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院；

葉慧，王承毅，江蘇省鎮(zhèn)江市，江蘇科技大學(xué)理學(xué)院。