“智能控制”研究性课程建设探讨

摘 要： “智能控制”研究性课程旨在将教师的科研成果分层次、分块地融入到原有课程知识体系之中，通过采用探究式、讨论式、专题式、成果展示式等多种教学方式，将智能控制研究领域最新的成果有效地转化为教学资源。课程建设过程中注重学生的实践与动手，围绕“理论、实验、课题项目”进行一体化设计，提升了课程内涵，提高了学生学习智能控制的兴趣，提高了学生研究问题的能力和创新意识，为学生后续实际工程实践打下坚实的基础。

关键词： 研究性课程； 智能控制； 教学研究； 工程实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）02-57-02

Construction and exploration on research curriculum intelligent control

Zhu Peiyi， Xu Benlian， Shi Jian

（School of Electrical and Automation Engineering， Changshu Institute of technology， Changshu， Jiangsu 215500， China）

Abstract： The research curriculum is aimed at integrating the teacher"s scientific research into a customary knowledge system with hierarchical and different module. The latest intelligent control research achievement is transferred into the teaching resources effectively by adopting enquiry-based， discussion-based， project-based and display-based teaching approaches. The students" practical ability is focused on in the teaching process. Concentrating on "theory， experiment， research project"， the curriculum is designed to arouse the students" interest in learning， enhance the connotation of curriculum and improve the students" ability of research problems and innovation consciousness. It lays a solid foundation for subsequent engineering practice.

Key words： research curriculum； intelligent control； teaching research； engineering applications

0 引言

研究性教学就是引导学生在一定的情境中，通过主动发现问题和解决问题而获得知识、形成能力、发展个性的教学方法。它的实质就是让学生在教学过程中体验科学原理的发现和应用科学原理解决实际问题等不同类型的研究过程[1]。早在2005年，在《教育部关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》 中明确提出了“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力”的要求[2]。如何在专业课程教学中实施研究性教学，提高本科生的科学研究能力，是高校理工科教学改革面临的重要课题[3-5]。

“智能控制”是我校一门理论性与应用性结合非常强的专业课程，它不仅涉及自动化技术，同时与计算机科学技术、数学等学科门类交叉[6]。作为应用型本科高校，我们将该课程直接面向自动化、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、机械制造及自动化等本科生和硕士研究生，在注重理论知识传授的同时，直接面向具体工程应用实例。通过双语研讨式教学方式，以项目应用为纽带，阐述模糊控制、神经网络控制、智能计算在工程中的应用与原理，让学生直接感触理论对应用的支撑，应用需要理论指导这一基本工程逻辑。

1 研究性课程设计理念

“智能控制”研究性课程旨在将教师的科研成果分层次、分块地融入到原有课程知识体系之中，通过采用探究式、讨论式、专题式、成果展示式等多种教学方式，将智能控制研究领域最新的成果有效地转化为教学资源，它不仅可以提高学生学习的兴趣，而且更有利于课程内涵提升。较一般的课程更强调教学的研究性和有效性，是一种强调以学生为主体，注重过程教学的开放式教学方式，教学团队将结合自身及国内外学者在智能控制领域的最新研究成果和教学思想确定课程内容，课程采用先进的知识内容和分析方法，采用英文教材，实行双语教学，动态地补充和更新教学内容。在教学过程中充分展示创新给智能控制带来的无穷生命力，同时创造多机会来培养和激发学生的创新能力，例如实验教学、课程的小论文、学术论坛和综合设计等，提高他们的综合科学素质以及在工程实践中分析、解决实际问题的能力。重视理论教学和实践教学的结合，突出实践性教学的时效性和可观测性，在课程内增加讨论课，增加小设计和小论文，充分激励学生探索和研究的热情，让学生学会科学研究的方法，把能力的培养落在实处。

2 研究性课程理论教学

2.1 课程定位

针对我校本二学生实际和自动化专业对该领域知识的基本要求，本课程的基本定位如下。

⑴ 理论引入与应用感受相并重。为此，在课程安排时，将理论与实验课时安排相等，让更多学生通过相应的实践锻炼来体会人工智能技术的奥妙。

⑵ 科研最新成果及时向教学资源转化。对于“智能控制”的三大知识模块，均有不同程度的研究成果转化成相应的教学资源，如群智能在图像信息处理中的应用、模糊控制在倒立摆控制中的应用等等。

⑶ 教学方法与手段与教学内容同步更新。研究性课程的一个重要特征是教学内容的不断更新，为此，课程组一直致力于研究行之有效的双语教学手段。以调动学生学习兴趣为目标，做好成果展示、课题研讨、自我实现的三段教学新方法。

针对上述课程定位，我们确定了课程建设最终形成的目标：按照研究性双语课程要求与规律进行全面设计与整体建设；自主出版一套符合我校学生实际的英文版“智能控制”教材；通过丰富的实验科研项目，让学生通过自主学习方式体验人工智能技术及其新进展；融合科学与科研团队，实现教师培养与学生培养双赢。

2.2 课程重难点及解决思路

教学内容组织方式上主要采取“三个相结合”，即理论与实际相结合、课堂教学与实验室教学相结合、常规课堂教学与现代教育技术相结合，体现“让学生在系统中学习系统”的教学。智能控制的重点主要围绕模糊控制、神经网络、进化计算三大块展开系统地理论与实践并重双语教学。要求学生重点掌握如下内容。

第一模块主要围绕模糊控制中模糊集合与模糊关系，模糊逻辑与模糊推理及其应用。

第二模块主要围绕基本的神经网络类型结构，监督式与非监督式神经网络的学习算法及其应用。

第三模块主要围绕进化计算中遗传算法，蚁群算法和粒子群算法，讲述这些算法的原理及其应用思想。

该教学思想是通过本课程的学习，不仅掌握三个模块知识，而且还能将三大模块知识合成一个体系或系统，使学生全面掌握“智能控制与系统”这一自动化专业的精髓，既树立“智能”理念，又能培养具有“系统”理念，能将智能控制技术应用在生产过程控制、运动控制等领域，且应用得好。

“智能控制”课程的难点在于模糊推理的方法、模糊控制器的设计、监督式神经网络学习原理、遗传算法原理和蚁群算法原理、各种智能控制器设计及其应用。智能控制多为仿生或拟人控制，其控制机理存在于自然界和生物界。因此，对各种控制机理的介绍要从有趣的生物和自然现象入手，引人入胜地介绍智能控制原理。通过深入浅出、形象比喻、并结合多媒体技术进行讲解。

针对课程的重点和难点问题，首先在备课时对重点和难点内容做到心中有数，在讲授时花较多的时间以较慢的节奏进行重点介绍与讨论，提醒学生把注意力集中在这些问题上，并特别关注学生对问题的理解情况。其次在课堂上进行启发式、研讨式，并布置课外思考题，引导学生把复习重点放在重点和难点内容上，有针对性地建议学生访问与本课程配套使用的智能控制网络课程。同时加强实验课和综合设计环节，对重点和难点内容进行实践，加深对相关内容的理解。要经常了解与收集学生对重点和难点内容的听讲意见，及时进行答疑，必要时在课堂上进行集体解答与讨论。

3 研究性课程实践教学

3.1 实践教学的设计思想

“智能控制”课程实践性教学的主要目的是使学生通过实验，发挥主动性，研究探讨智能控制系统的运行和实现过程，提出思路并积极验证和探索自己的思路，从而更好地理解人工智能，培养学生的理论联系实际能力和创新能力，逐步培养他们发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。

实践性教学的设计思想我们归纳为四个体现。

⑴ 理论性：通过基础验证性实验让学生加深对理论的理解。如实验内容包含模糊控制系统的推理。

⑵ 系统性：通过综合设计性实验让学生加深对控制系统的理解。开设的系统实验有：温度控制系统、液位控制系统等。

⑶ 研究性：通过激励式鼓励教师将最新的研究成果引入实践教学中，让学生体验新技术带来的乐趣，如将蚁群算法应用在生物信息图像处理与信息融合领域。

⑷ 工程性：让学生在一个与工业生产实际相符合的环境下完成实践环节，从而增强学生的工程实践能力，如模糊控制技术在机器人避障中的应用。

通过实践性教学的这四个体现，学生不仅有相对扎实的智能控制知识，而且还具备一定的智能控制思想并应用至具体控制对象设计中去。

3.2 实践教学的设计与实验内容安排重点

课程设计与实验是智能控制教学任务的重点与难点，在抓住主要三大知识模块的基础上，经过多年教学经验和将来学生从事工作实际，在课程设计与实验的内容安排上注重以下几点。

⑴ 贴切应用。实践内容的安排绝大多数来自生活或生产中遇到的实际问题，通过建模、方案设计、实验、调试，逐步验证方法的正确性等等，让学生从系统中学会了应用，从应用中找到人工智能应用的强大功能。

⑵ 贴切学生实际。针对本二学生，所关心的重点是如何将理论转化成实际的效果。在实践内容安排上，强调的是目标实现，而不是问题的优化，让绝大多数学生能完成实践任务与目标，从实践中体验知识带头的快乐。

⑶ 一切围绕“问题”。教师在问题中教学，学生在问题中学习，寻找学习与实践的交叉点，通过研讨和分组，让学生根据兴趣自主选择实践项目。

⑷ 丰富与不断更新实践项目。通过将研究成果转化教学资源，不断更新实践教学资源，目标保持至少10个以上实践项目供学生自主选择。

4 研究性课程教学方法与教学手段改革

4.1 教学方法改革

本着因材施教的教学方针，我们积极引入灵活的教学方法，如探究式、讨论式、专题式、成果展示式等教学方法，充分激发了学生求知的潜能和学习的主体作用。结合专业特点，选用国外知名大学英文原版教材和自己编写的智能控制基础教材相结合，进一步丰富课程内容。适当增加讨论课，提倡小设计和小论文，充分激励学生探索和研究的热情，让学生学会科学研究的方法，提高解决问题的能力；实践教学的设计思想始终贯彻理论联系实际、重视实践、激发学生创新热情的指导方针，自行开发与引进实验装置相结合，提供基础性、综合性和创新性的实验内容。为学生创造良好的实验条件，鼓励学生自主开发智能控制系统，独立完成设计、控制与研究，并验证其效果。

4.2 教学手段改革

采用“多媒体投影+黑板”的技术手段加速了课程内容的呈现，提高了课堂讲解的表现力，如：针对该课程内容难度大，信息涵盖量大，知识面广的特点，充分发挥现代教育技术的优越性，课堂授课方法以多媒体课件为主，实现图、文、声、像并茂的视听一体化教学，并与传统教学手段有机组合，让学生共同参与教学的全过程。网络教学平台有效地支持了自主性学习，如：双语课程网站提供了智能控制课程丰富的教辅资源，网络多媒体课件及学术论坛为学生提供交互式学习平台，使学生能够在课堂学习、答疑、自由论坛等各个环节密切配合，有效地支持了学生自主性的学习。同时，利用多媒体课件可以做到教学资源共享，便于教师之间彼此交流教学经验。

5 结束语

智能控制是一门具有较强理论综合性和实践性、学科交叉及应用广泛的专业课程。深度发掘学生的自主学习与创新意识，对自动化等专业智能控制课程研究性教学从课程设计理念、理论教学改革、实践教学改革以及教学方法与教学手段改革等四个方面进行了具体的实践探索，取得了一定效果。通过研究性教学，逐步培养学生的主动学习的意识和创新意识，培养研究精神，鼓励研究热情，引导学生逐渐积累专业知识，解决实际问题，达到培养创新性人才的目的。但是智能控制课程的开设一般都选择在大四上学期，如何有效激起所有同学的学习兴趣，以及分层次、分专业背景的授课方式将是本课程未来所研究的主要内容。

参考文献：

[1] 徐青，张云，应飚.试论研究性大学创新性科研团队的建设[J].中国高

教研究，2009.3：49-50

[2] 张建华.应用型人才培养中数值计算方法课程教学改革与实践[J].大

学教育，2013.8：51-52

[3] 顾沛.把握研究性教学推进课堂教学方法改革[J].中国高等教育，

2009.7：31-33

[4] 赖生建.《计算电磁学》课程研究性教学实践[J].实验科学与技术，

2013.11（6）：262-264

[5] 李胜清，康勤书，陈浩.分析化学“四位一体”研究性教学模式的构建

与实践[J].理工高教研究，2009.28（5）：60-62

[6] 李人厚.智能控制理论和方法（第二版）[M].西安电子科技大学出版社，

2013.

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