本科中智能控制课程的教学思考与方法探究

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  摘 要:在当前高校新的教育教学形势下,智能控制基础课程已成为自动化及相关专业本科生的一门重要的学习课程。授课的方式方法依然处于探索阶段。根据作者数年的教学经验、教学方法研究,对本课程的教学做了认真、充分的总结,以推进今后课程的教育教学。
  关键词:智能控制 教学方法 自动化
  中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)05(b)-0122-01
  智能控制是自动控制学科发展的高级阶段,是人工智能、自动控制与系统论、信息论等多种学科、领域的高度综合与集成。同时也是一门新兴的交叉学科、前沿学科。智能控制技术因其在控制方法、控制实现等方面上的优势,在现代控制领域扮演者越来越举足轻重的角色。正如我国著名科学家宋健所言“智能控制学科是中国的急需,是增强知识界和人民大众创新能力和提高劳动生产力的关键技术”。智能控制学科已引起国内众多院校的重视。目前,在很多工科院校与综合型大学的自动化及相关专业都已给本科生开设智能控制课程。课程的开设有利于高校适应自动化及相关专业新形势下的教育工作,有利于学生面向企业、工厂等就业工作,研究生阶段的科学研究等。在智能控制课程教授过程中,多数高校主讲分级递阶控制、神经网络控制、模糊控制等。从实际教学情况来看,多数院校沿用早期教材、教学方法。尽管教学框架是智能控制研究与工程应用较多的方面,但教材内容较陈旧、落后,过于理论化而应用性差。此外,知识架构上往往是模糊控制、神经网络控制等的孤立学习。作为智能控制知识结构体系中的内容,模糊控制等相互间有着内在联系,而在目前教学过程中却大多忽视它们,既造成了教学内容落后,教学方法缺乏新颖性,又造成教学方法晦涩,难以理解,极大影响学习积极性。智能控制课程的改革和建设势在必行。
  我们在总结教学经验基础上,对教学内容、方法等方面做了具体细致的“版本”升级,阐述如下。
  1 教学过程力求打通智能控制各方面间的‘经脉’,让其形成有机整体
  在教学过程中注重围绕模糊控制、神经网络控制等异同点做工作。对内容间的联系与区别着重讲授。让学生明白所学知识点间有共同之处,共同构成智能控制重要研究领域,并理解不同分支区别。这样做的好处是能充分调动学生主动性,使他们能根据兴趣爱好,通过阅读文献等,针对某工程问题展开研究。
  2 注重对智能控制基础知识,控制器设计技术,智能控制系统设计技术三方面的阐述
  智能控制基础知识是课程最基本的东西。智能控制器与智能控制系统设计技术是课程核心,是学习目标和目的。把握这三方面,则课程脉络清晰,他们能清楚智能控制是怎样的课程,能学到什么知识,解决哪些问题。
  3 围绕着理论学习与实践应用开展教学
  理论方面主要从四方面展开。
  3.1 发展史的介绍
  任何一个学科、课程不会凭空出现,其产生与发展都有历史渊源。智能控制课程同样如此。我们在教学中重视其发展史介绍。通过学习,学生会明白智能控制产生的原因,发展阶段,哪些学者、专家提出过重要思想、方法。哪些思想方法已过时,哪些仍在发挥作用。通过学习,学生会对学科的发展有一个清楚轮廓,会为控制专家伟大而朴素的思想叫好并激发学习动力。
  3.2 概念的理解
  概念的理解是课程学习最起码要求。如在讲授模糊控制数学基础部分,首先要让学生对模糊集合有很好的理解。模糊集合概念对刚接触智能控制的学生而言是一个说新不新的概念。说它不新,是因为在很多场合下我们都经常用到它,在很多事情上也经常‘模糊’。说它新,是因在学习课程之前模糊集合还仅停留在语言范畴,而没数学化。
  3.3 注重方法来源、优缺点等方面的探讨
  无法用智能控制一种方法解决工程中所有问题。因此,在讲解方法时重视对方法产生的原因及优缺点介绍。
  如在讲解神经网络PID控制时,首先通过实例让学生明白为何采用神经网络PID控制,传统PID算法为何不能处理所考虑问题,神经网络在PID控制中起什么作用,其优势在哪,如何体现等。这些问题的讨论对神经网络知识理解与应用非常重要,能加强对知识的理解,从而有利于激发学生改进神经网络及应用神经网络解决更多问题的兴趣。
  3.4 最新科研知识的补充
  大学中科研应与教学同等重要。高校科研的目的之一是为了更好教学。我们在授课中注意将最新相关科研结合在课程中。如将与模糊控制相关研究,如小车倒车入库控制,地铁运行控制等融入教学,通过严谨推导,搭框图,做仿真,PPT动态演示等一系列过程,让学生熟悉科研的每个环节,体验到科研创新并非遥不可及,能激发学习动力。
  在应用方面主要是实现书本知识与实际问题的对接。
  对工科专业90后大学生而言,他们对所学课程进行工程实践应用有浓厚兴趣。智能控制基础课程本身是一门与实践紧密联系的课程,学生对所学知识的应用就更看重。如不考虑该情况而一味讲解课本上抽象、繁琐的知识点,易造成他们对课程学习的挫折感,甚至对专业的厌恶。在南京信息工程大学智能控制课程的讲授上,我们注重对各知识点的工程应用介绍。通过引入工程实例,学院省级教学实验中心的实验,并积极参加学校的大学生科技创新基金,学科竞赛,既能激发学习兴趣,又能锻炼学生动手操作习惯与动脑思考行为。
  4 结语
  总之,在智能控制基础课程的教学中,应重视如何去发现问题,思考问题与解决问题的能力。科学技术是第一生产力,创新是科学技术的源动力,是科学技术的灵魂。在智能控制基础课程的教学中我们始终贯彻理论联系实际,与实际结合的思路进行。教学有法,而无定法,贵在结合当今实际做创新教育教学。
  参考文献
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