史敬灼

河南科技大學(xué) 河南洛陽 471023

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實(shí)例化課堂理論教學(xué)方法的探索與實(shí)踐

史敬灼

河南科技大學(xué) 河南洛陽 471023

摘 要：高校課堂教學(xué)過程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力具有重要作用。為了使課堂教學(xué)能夠更好地服務(wù)于實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，可以改變授課內(nèi)容與授課過程，將合適的實(shí)際應(yīng)用例子引入課堂，通過實(shí)例傳授知識(shí)，應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的方法和技巧。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐能力；創(chuàng)新能力；教學(xué)方法

學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是高校教學(xué)的重要目的之一。作為教學(xué)過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，課堂教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力方面有著重要作用。但目前的課程教學(xué)，多以枯燥的理論知識(shí)講授為主，不易被學(xué)生理解，學(xué)生更不知道該如何運(yùn)用知識(shí)在實(shí)踐中解決問題，直接影響了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的效果。

針對(duì)課堂教學(xué)中存在的問題，本文以電機(jī)智能控制課程中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分的課堂教學(xué)內(nèi)容組織為例，說明改革課堂教學(xué)以促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的具體辦法。

1 課程教學(xué)內(nèi)容組織

電機(jī)智能控制是電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)碩士研究生的一門專業(yè)課，主要講授以電機(jī)為控制對(duì)象的智能控制理論及其應(yīng)用，理論授課40學(xué)時(shí)。作為人工智能的重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是電機(jī)智能控制課程講授的重要內(nèi)容。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)初步形成體系，知識(shí)量大，需要根據(jù)教學(xué)目的選擇講授內(nèi)容。

授課過程中，在講述基本的理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，以實(shí)際例子為主，通過實(shí)際例子講理論知識(shí)，講授如何應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際中存在的問題。這樣，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且能夠使學(xué)生學(xué)到實(shí)際運(yùn)用知識(shí)的能力。

1.1 選擇基礎(chǔ)知識(shí)講授內(nèi)容

針對(duì)電機(jī)智能控制課程而言，基礎(chǔ)知識(shí)的選擇應(yīng)與課程的教學(xué)目的相聯(lián)系，應(yīng)與電機(jī)控制應(yīng)用相關(guān)，選擇常用的技術(shù)方法和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。據(jù)此選定電機(jī)智能控制課程中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分的基礎(chǔ)知識(shí)講授內(nèi)容見表1。

表1（續(xù)）

1.2 選擇實(shí)際應(yīng)用例子

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分講授的實(shí)際應(yīng)用例子見表2。表2所列例子，從較為簡(jiǎn)單且學(xué)生相對(duì)熟悉的PWM入手，然后給出與電機(jī)本體相聯(lián)系的較為復(fù)雜的開環(huán)參數(shù)估計(jì)、閉環(huán)控制、閉環(huán)估計(jì)等問題，同樣是考慮學(xué)生接受知識(shí)的漸進(jìn)性。

表2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分講授的實(shí)際應(yīng)用例子

其中，第四、五個(gè)例子，都是參數(shù)的開環(huán)估計(jì)，直接用來表述ANN的非線性映射能力和設(shè)計(jì)過程。同時(shí)，第五個(gè)例子與模糊邏輯部分的第六個(gè)例子屬于同一方向的應(yīng)用，功能相近，用來比較ANN與模糊邏輯在處理同一問題時(shí)的異同，與基礎(chǔ)知識(shí)部分所講的“細(xì)致分析待解決問題，判斷采用什么技術(shù)來解決是最合適的”相呼應(yīng)。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分的第六個(gè)例子，與基礎(chǔ)知識(shí)部分所講的逆模型直接對(duì)應(yīng)，用來細(xì)致闡述ANN逆?？刂七@一傳統(tǒng)方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。第七個(gè)例子比較特殊，不屬于ANN的主要應(yīng)用，此例利用在線學(xué)習(xí)的遞歸網(wǎng)絡(luò)權(quán)重值來直接獲得轉(zhuǎn)速信息，現(xiàn)有文獻(xiàn)中僅此一例，但思路新穎有效，有引申應(yīng)用的前景，故而舉出，開拓學(xué)生思路，引導(dǎo)創(chuàng)新思維。第八個(gè)例子同樣采用動(dòng)態(tài)的遞歸網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一個(gè)自適應(yīng)的閉環(huán)觀測(cè)器，這是動(dòng)態(tài)ANN的典型應(yīng)用。最后一個(gè)例子將模糊與ANN融為一體，取長(zhǎng)補(bǔ)短，是當(dāng)前應(yīng)用的一個(gè)有前景的方向。

2 課程講授過程

2.1 基礎(chǔ)知識(shí)講授過程

基礎(chǔ)知識(shí)講授過程中，也應(yīng)穿插講述簡(jiǎn)單的例子，在增加趣味性的同時(shí)可使知識(shí)更易于理解。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）部分，講授一些基本概念和知識(shí)點(diǎn)之后，舉的第一個(gè)簡(jiǎn)單例子是設(shè)計(jì)一個(gè)ANN擬合函數(shù)Y=AsinX。通過這個(gè)例子，學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到了ANN的結(jié)構(gòu)，了解并掌握隱含層神經(jīng)元、激勵(lì)函數(shù)、權(quán)重對(duì)ANN輸入輸出關(guān)系的影響，知道了ANN到底是什么可以用來做什么。另外，這個(gè)例子還起到兩個(gè)作用。一是用這個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)擬合問題，引出ANN具有任意非線性輸入輸出映射能力，從而引申出ANN可能的廣闊應(yīng)用方向。二是對(duì)于同樣一個(gè)已知角度求正弦函數(shù)值的問題，將ANN實(shí)現(xiàn)與學(xué)生在中學(xué)就習(xí)以為常的查三角函數(shù)表方法（即查表法）作對(duì)比，初步引出ANN內(nèi)含的非線性插值和泛化能力，說明ANN的優(yōu)點(diǎn)。隨后，在后一個(gè)例子中，通過復(fù)雜一點(diǎn)的掃描字符圖像識(shí)別問題，進(jìn)一步說明ANN的非線性映射擬合能力、泛化和容錯(cuò)能力，并講授ANN訓(xùn)練過程與算法。

圖1 電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖2 授課用電機(jī)伺服控制單元

對(duì)應(yīng)于表1所示基礎(chǔ)知識(shí)，講授過程中舉例內(nèi)容列出見表3。

表3 基礎(chǔ)知識(shí)講授過程舉例內(nèi)容

2.2 實(shí)際應(yīng)用例子講授過程

實(shí)際例子的講授，先要介紹系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)，講該系統(tǒng)存在的問題、為何選擇人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決這個(gè)問題、如何應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決這個(gè)問題。其中，如何應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是講授的重點(diǎn)，包含人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程，使學(xué)生通過這個(gè)實(shí)例來學(xué)習(xí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論和應(yīng)用的具體方法。

實(shí)踐表明，上述授課方式得到學(xué)生的普遍認(rèn)可，明顯改善了授課效果。學(xué)生在問卷調(diào)查中指出，作為一門理論聯(lián)系實(shí)際的課程，在講授過程中引入大量實(shí)例，將抽象的理論知識(shí)融于具體應(yīng)用場(chǎng)合中，融于解決實(shí)際問題的具體方法、具體過程中，易于理解，易于接受，易于掌握。同時(shí)，學(xué)生在跟隨教師的講授、不斷思考如何解決一個(gè)個(gè)實(shí)際問題的過程中，也逐步鍛煉了創(chuàng)新意識(shí)與能力。

3 結(jié)束語

本文討論了如何通過選擇授課內(nèi)容、安排授課過程來更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。幾屆學(xué)生的實(shí)際授課過程表明，在課堂上，有針對(duì)性地講授合適的實(shí)際應(yīng)用例子，可以使更好地理解知識(shí)并掌握應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的方法和技巧，也可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)

［1］曹莉凌，楊琛，劉雨青，吳燕翔.課程群建設(shè)中電類專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容融合的研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2015（15）:97-99

［2］肖金鳳，盛義發(fā)，徐祖華.創(chuàng)建多維創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái) 培養(yǎng)卓越電氣工程師［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2015（15）:48-51.

［3］楊學(xué)鋒，曹樹坤，陳乃建，王汝星，呂杰.基于CDIO的機(jī)械工程類學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2015（15）:77-79.

［4］李琳，馬傳利，王秀霞，董風(fēng)英.問題式教學(xué)模式在普通化學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2015（15）:100-101.

Exploration and Practice in Experience Teaching Method

Shi Jingzhuo
Henan University of Science and Technology， Luoyang， 471023， China

Abstract:In the teaching process of university， the classroom teaching has an important effect on the training of practice and innovation ability. To ft the classroom teaching for the training of practice and innovation ability， the content and process of the classroom teaching should be changed. Appropriate examples of the knowledge's use can be introduced to the lecture. The technical skills can be initiated using these examples.

Keywords:practice ability； innovation ability； teaching method

收稿日期：2015-11-21

作者簡(jiǎn)介：史敬灼，博士，教授，院長(zhǎng)。

基金項(xiàng)目：河南省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：2014SJGLX200）；河南科技大學(xué)重大教育教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：2014ZD-012）；河南科技大學(xué)研究生教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：2014YJG-006）。