应用型人才培养模式下的智能控制课程的教学研究

摘要：智能控制是一门理论性较强的课程，结合该课程的特点及应用型本科人才培养的需要，对智能控制课程在教学内容、教学方法和考核方式等方面的改革进行了探讨，提出激发学生兴趣，优化教学内容，注重实际应用的教学理念，将MATLAB仿真技术和多媒体教学手段相结合，加深学生对知识点的理解，提高学生综合分析和解决问题的能力。

关键词：智能控制；教学方法；多媒体；教学内容

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0116-02

一、引言

随着我国高校大规模的扩招，高等教育已由精英型教育过渡到大众型教育，教学对象的阶梯层次也发生了较大的变化。在扩招量较大的本科第二批招生院校中，学生理论知识基础和学习能力等方面的素质相对下降，而社会又迫切需求大量应用型人才。为了适应新形式的教学要求，各高校都在寻求提高培养人才质量的教学管理方法，广泛进行教学制度的改革。智能控制是高校本科自动化及其相关专业的重要专业课，智能控制是当今国内外自动化学科中十分活跃和具有挑战性的领域，代表着当今世界控制理论和技术的发展方向之一，是一门集理论研究和工程实践于一体的综合性课程[1]，因此在教学改革中如何提高该课程的教学质量是非常重要的。为了适应当今社会对人才素质教育培养的要求，注重对学生创新能力和综合素质的培养，近年来，结合课堂教学，我们对智能控制的教学改革做了一些探索。

二、“智能控制”课程的特点和目标

智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科的高度综合与集成，是一门新的交叉前沿学科[2]。由于智能控制在社会生产中所体现出的巨大研究价值和广阔应用前景，使得这门原先只在研究生阶段才开设的课程，现在已经在众多高校自动化相关专业的高年级本科生中开设。其目的是使学生在学习自动控制原理和现代控制理论等基础理论课程之后，对控制理论前沿发展方向有所了解和学习。智能控制属于偏理论的专业课程，具有多学科交叉性。其理论分支较多，内容丰富，涵盖了模糊数学与模糊控制、人工神经网络、遗传算法和专家系统等前沿学科理论。该课程内容抽象、模糊控制、神经网络、专家系统等涉及的内容理论性都比较强，对于本科生相对抽象、枯燥、难懂，他们往往不易理解。

智能控制本身所具有的特点决定了本科教学过程中该课程的教学目标。通过该课程的学习，使学生了解学科发展前沿，掌握智能控制研究的一般方法，帮助学生获得智能控制的基本知识，使学生掌握智能控制分支及其特点，包括模糊控制理论基础、模糊控制系统、人工神经网络模型及其神经网络控制，使学生理解并掌握用智能控制方法分析和设计系统的基本工具、原理和实现方法，能够设计简单的智能控制系统。

针对课程特点和教学目标，在教学过程中应从教学内容和教学方法等方面进行改进，以吸引学生的学习兴趣，激发学生的学习积极性和主动性，达到预期的教学目标。

三、教学改革措施与途径

1.优化教学内容，增强新颖性和实用性。智能控制课程具有前沿性、抽象性和理论性强等特点，相关内容极其广泛。然而，作为本科生的一门专业课，教师在教学内容的选取方面应尽可能做到：注重控制思想的融会贯通，减少烦琐公式的推导，多采取简易示例演示，从而提高学生的学习兴趣。在实际教学中，可以采用具体的简单示例来展示智能控制器的设计，如模糊PID控制器的设计思想为自适应调节控制参数，BP神经网络的设计思想为逆向迭代算法，等等。

本科高年级学生在掌握了专业基础知识之后，主要关心学科前沿知识的应用领域和使用方法，学生希望能学到很多较新和较实用的智能控制算法，不愿花太多时间在复杂的理论理解上，因此在教学过程中要注重知识的应用性。此外，大学高年级学生即将走出校门，走向工作岗位，关于一些新的和正在研究的智能控制方法和技术的概况对于他们也非常重要。特别是近期发展起来的方法和技术，如模糊神经控制、遗传算法、蚁群算法等。这些内容的理论部分可以不必过分深究，教学重点主要放在介绍每种技术的产生背景、发展状况、应用领域和具体实现上。

2.培养学生设计思想，注重工程应用。为了巩固学生对智能控制理论的理解和增强学生的学习兴趣，教师应该更注重从工程应用角度来引出智能控制概念，并通过具体实例来说明智能控制如何应用，如模糊控制在家用电器中的应用，这样更能激发学生的学习积极性。智能控制在航空航天控制、交通运输系统、家用电器等方面有着广泛的应用。自动化及相关专业毕业的学生，毕业后大部分从事工程或产品设计方面的工作，因此工程设计能力的培养是非常重要的，设计能力是通过设计人员的设计思想、设计原则和设计方法体现出来的。学生通过较典型的具有代表性的基本模糊控制器、模糊PID控制、BP神经网络控制的实际应用，应用MATLAB语言编出简单程序并进行最基本的仿真实验，了解和掌握智能控制系统的设计方法，使学生在校学习期间既能掌握设计要领，又具有一定的设计能力，从而为今后工作或研究生学习打下良好基础。

3.引入仿真软件，改善教学效果。智能控制中的模糊控制、神经网络等内容理论性较强，相对抽象、枯燥难懂。如果引入更加专业、有效的工具，采用更加生动、明了、有新意的教学方法，就能吸引学生的学习兴趣，激发他们的学习积极性。目前应用较为广泛的仿真软件是MATLAB[3]，在教学中借助于MATLAB平台，对智能控制中难以采用解析方法的复杂系统进行模块化、可视化分析与设计，有助于学生理解和掌握课堂教学内容。如运用MATLAB软件中的模糊控制工具箱，可以轻松设计模糊控制器，并将其应用到系统控制中，使学生直观感受模糊控制的优越控制效果。同时，为了让学生更深入地了解智能控制算法的实质，鼓励学生运用MATLAB软件的M语言自行编写各种智能控制算法程序，这样学生不但进一步加深了对理论的理解，而且产生了一定的成就感，从而激发了学生学习的主动性和创新性，培养了学好这门课的自信心。

4.创新意识和能力的培养。应用型人才培养的主要目标之一是培养创新意识、训练创新思维、传授创新方法、提高创新能力。智能控制与自动控制理论（古典控制）和现代控制理论不同，智能控制理论和技术还远未成熟，是一个充满生机活力和不断发展的学科[4]，这就要求教师要善于引导和培养学生的创新意识和独立思考、分析问题的能力。课堂教学中要正确引导学生看待学科的发展，同时也提供了一个培养学生创新意识和能力的机会。因此在课堂教学中要充分展示创新给一门学科带来的无穷生命力，多创造机会来培养和激发学生的创新能力，如实验教学、课程小论文和综合设计等。

5.突出以学生为中心的教学理念。学生是教学过程的核心，所有的教学环节都要以有利于调动学生自主学习能力为原则。课堂教学将讲授法、讨论法、实验法、自学指导法、实例教学法等优化组合，充分利用板书、投影、录像、计算机等媒体，调动学生的积极性，启发学生的思维，培养学生正确分析问题、解决问题和自主学习的能力，注重学生的个性发展，由以传授知识为主变为以培养学生能力为主。如采用质疑导入法提出问题从而激发学生的思考并抓住学生的注意力；精心设计适当数量的问题让学生讨论和回答，通过这种互动的教学形式活跃课堂气氛，使学生真正成为课堂教学的主体，教师更多的时候作为一个组织者和引导者。

6.考核方式的改革。智能控制是一门理论性较强的课程。限于考试时间，期末考试只能出比较简单的题目，仅凭期末考试成绩很难判断学生分析问题、解决问题及创新的能力。针对这种状况，在教学过程中，应将平时作业、课堂提问、小测验、实验、出勤结合起来作为平时成绩，并将此成绩按照一定比例记入总平成绩。这有利于促进学生平时只有多努力，才能取得好成绩，明了靠最后期末突击取得高分是非常困难的。对平时作业按照A、B、C、D四个等级来评分，对作业中存在的问题及时纠正，对课堂上互动表现好、实验取得好成绩的学生予以表扬鼓励，有利于调动学生的积极性。这样的考核，给出的成绩，既公平又合理，也促进了学生学风的转变。

四、结论

本文根据智能控制课程的特点，给出了在智能控制教学过程中教学内容和教学方法上改革采取的一些措施，在教学实践过程中取得了较好的教学效果，但也难免存在一些问题和不足，希望在进一步的教学研究和教学实践中，不断地更新和完善教学内容，改进教学方法，将控制理论课的教学改革推向一个新的台阶。

参考文献：

[1]蔡自兴.智能控制原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]刘金琨.智能控制[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3]毛玉蓉.MATLAB在智能控制课程教学中的应用[J].仪器仪表与分析监测，2008，（2）：8-12.

[4]袁宇浩，张广明.研究生“智能控制”课程教学探讨[J].中国电力教育，2010，（7）：52-53.