智能控制基础课程教学改革与探讨
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【摘 要】根据高等教育教学改革的基本思想以及“卓越工程师教育培养计划”的基本要求，本文深入分析了安徽理工大学智能控制基础课程存在在教学内容及教学方法等方面存在的问题;按照“合理-可持续-可实现”的原则，提出了在教学内容、教学方式、教学实践及考核方式等方面进行改革及实践。
【关键词】卓越计划;智能控制;教学改革
中图分类号： TP273.5-4;G642 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）10-0130-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.054
The Teaching Reform and Discussion of Intelligent Control Curriculum
LI Ying YU Shui-juan ZHAO Bai-ting
（School of Mechanical Engineering and Automatization，，Anhui University of Science &Technology，Anhui Huainan 232001， China）
【Abstract】According to the basic ideas of teaching reform of higher education and the basic requirement of education “outstanding engineers training plan”，this paper analyzed the problem of teaching contents and teaching methods which exists in intelligent control foundation course in Anhui university of science and technology . According to the principle of “reasonable， sustainable and achievable”， the paper puts forward the reform and practice of teaching contents， teaching methods， teaching practice and assessment methods.
【Key words】Outstanding engineers training plan; Intelligent control; Teaching reform
0 引言
智能控制基础作为自动化本科专业的基础课程在我校已开展多年，该课程是继经典控制原理、现代控制理论后的第三代控制技术。智能控制是控制理论发展的最高阶段，是自动控制、人工智能、运筹学等多种学科的交叉融合。智能控制基础课程，是将实际系统抽象为数学模型，根据数学模型的特点去研究控制方法，概念抽象，不易掌握。智能控制课程的开设对于培养自动化及相关专业学生的专业素养和创新能力有着重要意义。因此，在教改中如何来提高该课程教学质量是非常重要的[1-2]。
1 教学现状
在我校，智能控制基础在自动化专业本科生教学大纲中规定课堂教学为32学时，该课程内容包含专家控制、模糊控制、神经网络控制和智能算法四大智能分支，且专家系统、模糊数学和人工神经网络又是智能控制的理论基础，学生不仅要掌握相关的基础理论，还要能够根据工程实际背景解决控制问题，因此课程内容理论广泛、概念抽象、信息涵盖量大、课时短，为了让学生在较短的时间内，较深的掌握课程内容，必须对现有的课程进行有效的教学改革，探索新的教学模式，注重对学生创新能力和综合素质的培养。
目前我校智能控制基礎课程存在以下问题：
1.1 教材内容广泛，实例仿真偏重理论
作为一个新的控制领域，智能控制仍处于不断发展和完善的阶段。一方面，针对本校的实际教学情况，每本教材的内容讲解不到1/2，让学生理解为根据知识的难易程度来选择内容;混淆了学生对知识的理解，多数的学生认为厚重的教材只讲了不到1/2，也会质疑教师选择教材的能力与学校培养人才的目的。另一方面，现有的教材中介绍的智能控制方法及实例仿真，多数从科研论文整理删减而成，脱离工程实际。对于绝大部分学生而言，教材中缺少将控制方法与工程实践相结合的概念。
1.2 采用“填鸭式”教学
目前，智能控制基础教学任然采用“填鸭式”教学为主，创新能力培养环节不足。在“填鸭式”教学中，教师注重的是知识的传授，缺乏启发性。一节课只有老师在滔滔不绝地讲理论，推理公式，学生失去学习兴趣，势必会提出对方法正确与优越性的质疑。目前多媒体结合板书的方式已经引入课堂教学中，多媒体技术中视频、音频、图像动画等效果可以使知识的表述更加生动和逼真。然而，在潜移默化中，发现课堂中教师逐渐成为了PPT的放映员，学生变成了观众和摄像者，时而听见学生对重点理论的拍照声，这样的学习氛围难以激发学生的学习兴趣，反而养成了学生懒惰的心理。
1.3 缺乏教学实践环节
安徽理工大学智能控制理论基础课程的课时为32学时，学时过少，且内容全是对理论基础的讲解，为了培养学生的自主学习能力，课上会安排几个案例让同学们自行分析并设计控制器并实现仿真，然而由于课时的限制，课下缺乏实践环节安排，缺乏学生对所有方法的训练。单纯的Matlab仿真，势必会培养一些“纸上谈兵”的人才。
1.4 考试环节单一
智能控制理论考核方式仍是采用传统的考核方式，即平时成绩占30%;考试成绩占70%;而平时成绩主要以出勤率，作业方式进行考核;考试主要通过期末卷子上的分数决定学生最终分数。然而试卷上往往反映的是学生对于理论知识的掌握情况，很难综合考察学生的知识运用能力和创新能力，这与学校培养创新型人才的目标相矛盾。 2 教学改革
为了适应当今社会对人才素质教育培养的要求，推行“卓越工程师教育培养计划”，对智能控制理论课程进行相应的改革，探索新的教学模式势在必行。本课题预从课程的教学内容、教学方式、教学实践以及考核方式进行改革与探索。
2.1 教学内容的改革
目前，所有的智能控制理论教材内容包含较多，然而受课时的影响，只能删减内容，真正拿到课堂上讲解不到1/2;因此针对实际教学情况，编写属于具有本校特色的讲义势在必行。讲义可以突破传统教材的形式，针对本校的实际情况进行编写，而其他教材可以作为参考教材。例如智能控制理论课时32学习，根据学习的实际情况与老师授课进度需求，可以将智能控制基础分为21讲;每一讲包含一个到两个知识点;每一讲都要针对一个具体案例进行分析与讲解。分别按照“知识预备—基本内容—案例讲解—系统仿真设计—相关文献”的思路，进行讲义内容的编写。努力做到内容上的循序渐进，构造出原理介绍、案例印证和培养创新意识相结合的教学模式。
2.2 开启双语教学
智能控制基础课程是自动控制原理发展的最高阶段，代表着控制理论的最新算法。开启双语教学，可以提高学生的专业英语水平，同时也可可帮助其快速掌握国际先进技术，跟上时代发展的步伐。目前高级学术论文、学科的前言技术与发展潮流都发表在国际期刊上，通过双语教学可将高水平的学术论文拿到课堂上进行探讨、分析。例如可以“以学生为中心”，采用PBL法，老师抛出一个问题让同学进行分析、争论，启发学生对新理论发展的探索与改进。
2.3 教学方式的改革
智能控制基础是一门理论性较强的课程，它的内容比较抽象，难以理解，如果仍然采用循规蹈矩式的教学方式—“教师在上面讲，学生在下面听”，势必会引起学生的厌烦与枯燥，失去学习的兴趣。为了提高学生的学习兴趣及培养学生创新能力，预从以下几个方面进行改革。
（1）为了提高学生的学习热潮，并适合每个学生的实际情况，优化教学内容，突出知识点，强调教学内容背景，注重实际应用，将每个知识点制作成微课，这样在课上晦涩的知识，可以课下自己完成。
（2）利用交互式的教学模式，充分利用Matlab仿真工具，培养学生综合分析能力，提高教学质量。对于晦涩难懂的理论，先从方法的应用出发，结合Matlab仿真工具，将理论的有效性、优越性展现给大家，形成“先应用再研究”的学习模式。
（3）为了培养学生的自主学习能力及创新意识，可以将学生分为几个学习小组，每个小组承担一个课题，按照“选题-建模-分析-方法选择-仿真-论文”的模式进行训练，最后也可以让学生选择合适的时间对自己的课题进行讲解。
（4）对于授课教师，准备好教学内容，注重内容结构安排，突出每个知识点，每种方法的共同点和不同点，让学生更能懂得方法的针对性和优越性[3，4]。
2.4 教学实践
Matlab仿真工具可以让学生对算法有个更深的理解和认识，但是仍处于仿真模拟的阶段。为了让学生能将理论联系实际，还应增设教学实践环节，建立实验室。倒立摆作为一种自动控制教学实验设备，本身就是一个不稳定的非线性多变量复杂系统，其控制的目标是通过给小车底座水平方向施加一个控制力，使小车在有限长的轨道上运动，以保持小车上的倒立摆杆不倒。因此倒立摆能够全面地满足自动控制教学的要求。抽象难懂的智能控制算法可以通过控制倒立摆的控制得到很好的验证。而且，倒立摆实验装置也极富趣味性，很适合学生智能控制理论的学习，同时也可以适用于现代控制理论中一些抽象的控制概念如稳定性、能控性和系统抗干扰能力等的讲解。通过倒立摆装置的建模、分析、及控制可以将不同阶段学习的专业课串联起来，加深了学生对专业课程的理解和掌握。因此，倒立摆设备是进行智能控制理论学习和研究中较为理想的实验平台[5]。
2.5 产学研一体化
在智能控制基础课程教育方面，理论上要深入浅出，老師要起到抛砖引玉的作用，不仅要培养学生自学的能力，还要着重培养学生自主创新、研发的能力，努力培养更多专业化的职业人才，适应经济全球化一体化的发展需要。为了使学生更深透的理解学科的重要性，培养满足多样化社会的要求，学院联合当地企业，开展产学联合的教育培养模式，建立长期合作单位，培养操作型技术人才。要鼓励学生参加大学生“挑战杯”，“电子设计大赛”等项目，让他们更深入的了解设计的理念与方法，将先进智能控制算法应用到新产品的研发与设计中;通过学生参与竞赛，将实际操作和讲义内容有机地结合，使学生同时拥有专业知识和精湛技术，从而培养出实际操作能力强的技术型人才。参赛不仅可以提高学生的专业知识，提升学生的动手能力，而且可以很好的培养学生的团队精神，增加学生的团队合作精神。同时，培养服务创新人才，培养同时具备商务知识、IT技能、人际关系知识，在服务行业有较高专业水平的创新型人才。使理论知识与实际操作有效结合。同时，还需注重创新能力和实际操作能力，这种产学研一体化的培养模式，使产业界、高校和科研院所组成的科研联合体。这种一体化的模式体现了强强联合的优势。做到资源的有效合理配置，学生把所学知识和企业实际应用相结合，专业知识在指导实践的同时，又在实践中不断检验，真正做到理论和实践的相结合[6-10]。
2.6 考核方式的改革
智能控制基础是控制领域发展的最高阶段，包含内容较多，且每种方法和不同方法之间可以灵活融合与改进，如果仍是以传统的通过2个小时的卷面考查来判断学生的掌握情况，大多数学生会为了拿高分知识死记硬背算法、公式，降低了学生的创新积极性。因此，对这样的考核方式进行改革，
针对平时考核，取消传统的课后作业，给每个学习小组布置一个大作业，让学生自行分配任务，在完成作业的同时，也培养了学生团结合作的精神。
期末的考核以小论文的方式，在学完智能控制算法以后，让学生充分利用学校图书馆资源，搜集相关资料，总结智能控制方面的相关发展，以小论文的形式上交。通过这样的考核方式，可以培养学生查阅文献的能力，同时也让同学了解做科研的过程，培养学生的创新能力。 3 结论
本文从安徽理工大学智能控制基础课程实际教学情况出发，深入分析了目前智能控制基础课程存在的问题，并提出了在教学内容、教学方式、教学实践及考核方式上的教改方案。其中在教学方式上的改进已经适用在教学过程中，在某种程度上提高了学生学习兴趣，同时也培养了学生的创新意识与能力，部分同学开始有了在本科阶段发表核心论文的目标，建立学习小组并在课上进行讲解模式受到了多数同学的认可和好评。
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