李軍紅

南華大學(xué)電氣工程學(xué)院 湖南衡陽(yáng) 421001

智能控制課程教學(xué)改革初探*

李軍紅

南華大學(xué)電氣工程學(xué)院 湖南衡陽(yáng) 421001

結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，分析智能控制理論教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，并提出具體的教學(xué)改革措施與途徑，包括簡(jiǎn)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)中引入MATLAB、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)等方面的改革。實(shí)踐證明，這些改革不僅取得良好的教學(xué)效果，而且激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)智能控制理論的興趣。

智能控制理論；教學(xué)改革；MATLAB

Author’s addressSchool of Electrical Engineering, University of South China, Hengyang, Hunan, China 421001

智能控制是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化學(xué)科中十分活躍和具有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，是一門新興的交叉學(xué)科，代表著當(dāng)今世界控制理論和技術(shù)的發(fā)展方向，是一門集理論研究和工程實(shí)踐于一體的綜合性課程。其內(nèi)容非常豐富，理論分支較多，涵蓋了人工智能與專家控制、模糊數(shù)學(xué)與模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及免疫和遺傳算法等前沿學(xué)科理論[1]。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解智能控制理論體系及其相關(guān)的新學(xué)科基礎(chǔ)、智能控制理論發(fā)展的前沿動(dòng)向、智能控制理論的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用效果，掌握智能控制的基本概念和主要組成部分，掌握智能控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，并能利用所學(xué)知識(shí)解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題。如何講授好這門課，提高教學(xué)質(zhì)量，一直是從事本課程教學(xué)的教師研究的課題。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，分析智能控制理論教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，對(duì)智能控制理論課程教學(xué)的改革進(jìn)行探討，提出一些行之有效的措施與方法。

1 當(dāng)前教學(xué)中存在的主要問(wèn)題

目前智能控制理論教學(xué)中存在3個(gè)方面的問(wèn)題。1）教學(xué)內(nèi)容不合理。有關(guān)智能控制理論方面的教材在內(nèi)容設(shè)計(jì)和知識(shí)體系安排上過(guò)于注重理論，闡述深?yuàn)W，理論和公式顯得特別復(fù)雜難懂；教材中的理論與實(shí)際聯(lián)系不是很密切。2）教學(xué)方法單一。由于該課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，很多教師采用“滿堂灌”的講授方法，把理論知識(shí)講授作為教學(xué)的主要目標(biāo)，忽視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。并且教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生缺乏課堂交流，從而使學(xué)生失去學(xué)習(xí)熱情，教師教學(xué)缺乏激情，課堂氣氛沉悶，教學(xué)質(zhì)量不高。3）教學(xué)資源短缺。近年來(lái)，不少高校逐漸開(kāi)設(shè)智能控制理論課程，然而大多只是注重專業(yè)主干課程實(shí)驗(yàn)建設(shè)的投入，這樣就導(dǎo)致智能控制課程實(shí)驗(yàn)難以有效開(kāi)展。

2 教學(xué)改革的思路和措施

2.1 簡(jiǎn)化教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量

智能控制作為自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的專業(yè)提升課程，教材和教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)選擇對(duì)教學(xué)效果有至關(guān)重要的影響。智能控制課程具有前沿性、抽象性和理論性強(qiáng)等特點(diǎn)，課程內(nèi)容極其廣泛。然而，作為一門本科生選修課，教師在教學(xué)內(nèi)容的選取方面，不應(yīng)拘泥于教材，授課內(nèi)容要簡(jiǎn)化，不宜過(guò)于抽象化和理論化，應(yīng)淡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，注重基本概念、基本原理和基本方法的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)理論的基本內(nèi)涵及其應(yīng)用，注重控制思想的融會(huì)貫通，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，筆者在講授該課程時(shí)刪掉自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、腦模型控制器、細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、B條樣神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織模糊控制系統(tǒng)、模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合等比較難的內(nèi)容。在實(shí)際教學(xué)中，可以多選用一些具體的簡(jiǎn)易示例來(lái)展示智能控制器的設(shè)計(jì)，如直流電機(jī)模糊控制器的設(shè)計(jì)、感知器的設(shè)計(jì)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)等。

2.2 教學(xué)中引入MATLAB，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

針對(duì)智能控制課程的特點(diǎn)，在教學(xué)中引入MATLAB，極大地增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣。MATLAB/SIMULINK中集成了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具箱[2]，利用這些工具箱，在課堂教學(xué)中引入MATLAB，可以圖文并茂地講解一些典型實(shí)例。例如，利用線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)測(cè)，利用自適應(yīng)濾波網(wǎng)絡(luò)對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)預(yù)測(cè)，利用BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行字符識(shí)別、血清膽固醇含量檢測(cè)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行控制，等等。這些實(shí)例能夠讓學(xué)生熟悉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用背景，切實(shí)感受到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一門非常實(shí)用的技術(shù)。

教學(xué)中引入MATLAB，一方面可以對(duì)智能控制中難以采用解析方法分析的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行模塊化、可視化分析與設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生理解和掌握課堂教學(xué)內(nèi)容；另一方面，這種基于全新平臺(tái)的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法完全不同于傳統(tǒng)的方法。學(xué)習(xí)和借鑒這種方法的思想，有助于改善理論推導(dǎo)的枯燥，降低理論的抽象性，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和成就感，增強(qiáng)課程教學(xué)的直觀性，提高教師授課效率，有利于開(kāi)闊學(xué)生的視野、啟發(fā)學(xué)生的思路、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合分析的能力。

2.3 加強(qiáng)智能控制實(shí)踐教學(xué)

近年來(lái)，不少高校逐漸開(kāi)設(shè)智能控制理論課程，然而大多只是注重專業(yè)主干課程實(shí)驗(yàn)建設(shè)的投入，這樣就導(dǎo)致智能控制理論課程實(shí)驗(yàn)難以有效開(kāi)展[3]。目前南華大學(xué)的情況也基本如此，基本上是利用MATLAB開(kāi)展一些仿真實(shí)驗(yàn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。為了克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足的問(wèn)題，合理利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，在原有的“過(guò)程控制”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)一些綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。例如：應(yīng)用模糊邏輯控制鍋爐水位和水溫，直流電機(jī)模糊調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，鍋爐壓力模糊控制器設(shè)計(jì)，等等。下一步還要把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣既可以加深學(xué)生對(duì)智能控制基本概念的理解，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和靈活運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決工程問(wèn)題的能力。

另外，結(jié)合學(xué)校自動(dòng)化系組織的大學(xué)生智能小車競(jìng)賽活動(dòng)開(kāi)展智能控制理論實(shí)踐教學(xué)改革，指導(dǎo)學(xué)生將智能控制理論知識(shí)如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用于智能小車的控制中，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。2010年，筆者指導(dǎo)的“風(fēng)馳車隊(duì)”參加第二屆湖南省大學(xué)生“時(shí)代杯”智能汽車競(jìng)賽榮獲省三等獎(jiǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，分析智能控制理論教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，并提出具體的教學(xué)改革措施與途徑，取得良好的教學(xué)效果。隨著智能控制理論課程教學(xué)改革的不斷進(jìn)行，學(xué)生對(duì)智能控制的學(xué)習(xí)興趣也越來(lái)越濃，能較好地掌握智能控制的基本概念與設(shè)計(jì)方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)先進(jìn)控制理論知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。

[1]李人厚.智能控制理論和方法[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2007

[2]樓順天.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì):控制系統(tǒng)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1998

[3]李世華.智能控制概論課程的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2006,28(2):65-68

[4]楊斌.論高等學(xué)校教學(xué)改革[J].清華大學(xué)教育研究,1997,18(2):17-21

[5]吳敏生.關(guān)于清華大學(xué)教育教學(xué)改革若干問(wèn)題的思考[J].清華大學(xué)教育研究,1997,18(2):11-16

Practice and Reform on Teaching of Intelligent Control Theory Course

//Li Junhong

In this paper, the problems in teaching Intelligent Control Theory Course for undergraduates are pointed out, and some detailed approaches of teaching reform on Intelligent Control Theory are proposed based on the self’s practical teaching experience. The approaches include three aspects, that is, simplifying teaching contents, introducing MATLAB in teaching and strengthening practice teaching. The practice illustrates that the proposed teaching reforms not only obtain good effects, but also inspire students’ interest in intelligent control theory.

intelligent control theory; teaching reform; MATLAB

G642.0

B

1671-489X(2011)12-0035-02

*南華大學(xué)教改項(xiàng)目：智能控制理論類課程教學(xué)改革與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)（項(xiàng)目編號(hào)：2010ZZ005）。

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.12.035