“智能控制”课程综合教学改革研究

韩立强;谢平;童凯

【摘 要】本文针对“智能控制”课程的特点和存在的问题,从课程的教学内容、教学方法、考核方式等方面进行改革,采用面向问题的启发式教学方法设计了整个教学过程,教学实践证明取得了良好的教学效果,激发了研究生的思维潜力和学习主动性,培养了他们发现问题、分析问题和解决问题的能力. 【期刊名称】《电气电子教学学报》 【年(卷),期】2016(038)005 【总页数】3页(P38-39,52)

【关键词】面向问题;教学改革;智能控制 【作 者】韩立强;谢平;童凯

【作者单位】燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004 【正文语种】中 文 【中图分类】G64

“智能控制”是我校仪器仪表工程专业硕士学位基础课之一[1，2]。目前，在对研究生实际授课时，还是按本科生教学的简单延续来看待，和本科生授课模式没什么区别，没有根据课程内容，针对研究生的特点开展能充分调动其学习的积极性、主动性的探索和研究，这不利于研究生阶段的人才的培养。为此，我们认为，须对此门研究生课程的教学内容、教学方法以及考核方式等各方面进行教学改革，探索新

的有效的教学模式。

1 “智能控制”课程的特点及存在问题

“智能控制”这门课程具有以下特点：涉及学科多、内容多、公式多、计算及算法多、概念抽象且理论体系不完备、存在许多还未解决的问题等[1，2]。由于课程这些特点，加之授课过程中存在许多问题，教学效果不好，主要体现在以下几个方面： (1)由于课程理论性强，内容抽象，算法及公式推导复杂，理论与实际相脱离，学生学习兴趣低，忽视了学生实践能力的培养；

(2)讲授内容多为常规的智能控制，较少涉及智能控制最新理论的发展和前沿热点问题；

(3)考核形式单一，主要依据期末考试，不注重学生过程的培养；

(4)课堂教学气氛沉闷，师生之间缺乏有效交流和互动，不利于激发学生灵感和思维；

(5)教学方式方法单一，针对性和实效性不强。

“智能控制”这门课程由于包含了大量问题及素材，便于提出问题、分析问题和探讨问题，因此十分适合采用基于问题的教学方法进行教学，考虑到研究生已经历大学四年本科的学习，有较完备的专业基础知识，初步具备了自主学习、研究问题的能力，这为面向问题的启发式教学法的实施与开展奠定了良好的基础。为了把面向问题的启发式教学法应用于“智能控制”这门课程，下面介绍我们如何从课程内容的构建、问题的设置及教学方法手段、学习成绩的评价诸方面开展教学设计。 2.1 课程内容体系构建

课程内容体系的构建主要从基础性和发展性两方面考虑。

突出基础性主要涉及智能控制的基本概念、理论和经典算法。智能控制内容多，涉及分支多，发展不平衡，但从理论的成熟度及应用的广泛度来看，模糊控制、神经网络控制以及智能控制中涉及优化问题的遗传算法，都应该是“智能控制”课程内

容体系中必不可少的部分。

强调发展性体现为智能控制各个分支中存在大量有待解决的问题和前沿热点问题，这为研究生学习提供了广泛的探索和研究空间，这些内容主要包括多真体控制、专家控制、学习控制以及新型优化算法如蚁群算法、免疫算法、粒子群算法等，它们是课程内容体系中的拓展部分。

根据“智能控制”课程内容的特点，可采用专题教学模式，基于不同问题进行教学内容设计，针对基础部分(包括模糊控制专题、神经网络控制专题和遗传算法专题等)和拓展部分(包括其他控制技术专题和新型优化算法专题等)。其中基础部分教师互动式讲授为主，学生讨论分析为辅；而拓展部分教师讲授为辅，学生自学讨论分析为主。

另外授课内容还要考虑实效性和应用性。由于“智能控制”这门课程，内容多而学时有限，因此，教师应在教学内容上兼顾基础知识和新兴技术。对课程体系知识点进行梳理，精简繁杂的理论知识和大量冗余的公式，注重学生思维方式的培养。由于授课对象为专业硕士生，强调应用型，因此可根据社会的需求，教学过程中根据专题内容，结合有关科研经历，同时依据学生的研究方向进行内容筛选，增加有关实例分析，通过对实例详细的分析，加强学生对实际问题的认识，增强学生的工程意识，提高他们分析和处理实际工程问题的能力。 2.2 面向问题的启发式教学方式

采用面向问题的启发式教学法进行课程教学设计，问题、学生、教师是三大基本要素[3，4]。

问题是该教学方法顺利实施的基础，教师以问题为着眼点启动课程，学生根据对问题的理解进行学习、探讨和研究，这种教学方法的关键是如何设置问题、提出问题，使学生对问题产生兴趣，激发学生产生一种强烈求解问题的欲望。为此设置问题时应注意以下几大原则，即启动性、针对性、渐进性和探讨性，同时问题的答案应该

是多样性的，不应是简单的、固定的、唯一的；提出问题后教师应设法创造出一种开放性探究性的学习环境，给学生适时适量的引导，具体在教学过程中，教师有意识的提出相关问题后，先请学生思考，鼓励学生大胆提出自己的见解，给出问题的解决方案，然后教师结合学生的方案进行分析和比较逐步给出最终的解决方案。这种学习环境能强化学生参与意识，提高学生的学习主动性和积极性。如在讲述神经网络控制中的就BP网络时，引导启发学生思考有哪些因素影响网络的收敛速度和精度，启发学生就BP网络有什么缺点展开讨论，如何才能改进算法，发展算法，以此启发学生达到发现问题、分析以及解决问题的目的。

还应注意采用适当多样的教学方法和手段来活跃课堂气氛。教师应在深刻理解教学内容、充分备课基础上，注重各种教学方法的综合运用，不要一味地抄写板书或者演示文稿，而是采用上述以问题为导向设计教学过程，使用参与式、启发式、讨论式教学方法，鼓励学生参与课堂讨论、专题研究和小组辩论，例如：采用多媒体教学时，不仅仅播放幻灯片，更应积极运用动画、音响和录像等形式，使教学内容更加生动形象；另外可把国际前沿学术发展、最新研究成果和实践经验融入课堂教学，让学生了解当前热点问题，拓展学生视野，扩展学生思维。 2.3 改革传统考核方式

改革传统的考核内容和方式，注重考查学生运用知识分析、解决问题的能力，探索非标准答案考试。综合考虑学生的课堂表现、平时作业成绩和期末课程考试，进行综合能力评分，避免只以期末考试定成绩的单纯试卷考核方式。 (韩立强等文)

平时作业主要考察学生的解决问题能力及协作能力，例如以典型的倒立摆作为作业对象，使学生掌握如何实现智能控制，建立模型，如何进行控制器设计，仿真及实现，让学生掌握整个智能控制的知识应用和研究过程，这一作业可以参考上述的专题教学模式进行，全班分成六个小组，每组4-5人合作完成。每个小组从五个专

题(模糊控制、神经网络控制、遗传算法、其他控制技术专题、新型优化算法)中选择一个专题进行分析讨论倒立摆控制器设计，作业报告要求有详细的分析、解决问题的讨论过程及结论。

期末考试主要考察学生的创新能力，可采用综合试题开卷考试，出一些开放性题目独立完成，比如学生结合自己的科研方向，根据自己研究课题或感兴趣的问题，通过查阅文献了解智能控制的应用和研究前沿，研究分析如何应用有关智能控制或算法，包括理论方法分析、控制系统设计、仿真模拟、实验验证等。使考试成为促进学生学习主动性，培养探索和解决问题的能力，检验课程教学效果的重要一环。 本文对“智能控制”这门课程教学内容、教学方法和考核方式等方面进行了教学模式的改革，采用面向问题的启发式教学方法，教学过程重视学生在教学活动中的主体地位，引导和培养学生的创新意识以及发现问题、分析问题、解决问题的能力，教学实践证明取得了良好的教学效果，激发了学生兴趣，有效地促进了学生的学习主动性和积极性，本文的探索有利于研究生研究能力的培养，是探索研究生课程教学改革的有益尝试，为其他课程改革提供了参考。

【相关文献】

[1] 吴建设，于昕，焦李成. “智能控制”教学方法探索与思考[J]. 北京:计算机教育，2010， (19):93-95.

[2] 袁宇浩，张广明. 研究生“智能控制”课程教学探讨[J]. 北京:中国电力教育，2010，(7):52-53. [3] 钟伟弘. PBL教学法在高校专业教学改革中的实践[J]. 北京:职业，2011，(26):87-88. [4] 刘静，张继福. 启发式教学改革的几个方面[J]. 北京:计算机教育，2004，(12):66-66.