面向创新能力培养的智能控制课程教学改革

周红标

作者简介：周红标（1980-），男，汉，江苏扬州人，硕士，讲师，淮阴工学院自动化学院，研究方向：污水处理过程智能控制。

摘要：智能控制课程是自动化专业本科生新开设的一门专业课程，为了适应“双创”新形势下学生创新能力的培养，本文首先明晰了课程定位，并指出课程教学存在的问题。然后从基础理论知识的夯实、研究热点的追踪、“人机交互”实践教学模式的引入和“任务驱动”课程考核方式的开展四个方面阐述智能控制课程改革应采取的措施。最后结合自身教学实践，表明了新教学方法不仅能够调动学生学习积极性，而且有助于学生创新创业能力的培育。

关键词：智能控制；创新能力；教学改革

中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）10-0259-02

一、绪论

创新关乎到我们国家经济健康可持续发展，创新能力培养业已成为高等教育教学过程中的首要目标，也是高校提升核心竞争力，提升学生就业数量和质量的重要途径之一[1]。智能控制是自动控制发展的高级阶段，是一门新兴交叉前沿学科，涵盖了控制论、人工智能和信息论等多门学科。智能控制是智能和控制的结合，主要用来解决传统控制方法无法解决的复杂非线性系统的控制问题[2]。因此，智能控制体现出了前所未有的巨大研究价值和广阔的应用前景。目前理论授课内容较为保守、教学方法较为单一、课程考核方式较为传统，已不能满足新形势下学生创新能力培养的需求。以学生创新能力培养为导向，以最新智能控制方法为手段、以科研任务为驱动的智能控制课程教学改革已迫在眉睫。本文将从课程定位、课程教学存在的问题和课程改革措施三个方面分别进行阐述。

二、智能控制课程定位

智能控制课程是自动化、电气工程、智能科学等专业的一门重要专业拓展课程，课程理论性强、涉及面广，涵盖了模糊控制、神经网络、智能优化等内容，是一门集理论研究和工程实践于一体的前沿性和综合性课程[2]。智能控制课程的定位就是通过本课程的学习，使学生能够了解智能控制课程体系的构成、理论发展的前沿动向、工程实践中的典型应用，掌握智能控制的基本概念、基本算法，掌握智能控制系统分析和设计的基本方法，并能灵活运用所学知识解决实际工程问题[4]。

三、智能控制课程教学存在的问题

智能控制课程是自动控制课程的延续，目前在教学过程中大多数采用类似自动控制课程的教学模式。因此，智能控制课程在理论授课、实践教学和课程考核等方面存在诸多问题。一是课程体系覆盖面广，内容繁多，理论授课时想“眉毛胡子一把抓”，只能是“顾此失彼”。二是研究热点层出不穷，存在教师自身专业知识跟不上的可能。三是“一台计算机包打天下”的想法仍然是主流，与工程实践脱离严重。四是一张试卷定生死，这不可避免地扼杀了学生的创造力和现象力。

四、智能控制课程改革措施

（一）强化基础知识，夯实理论基础

智能控制课程一般在大学三年级实施，学生应具备电工电子、自动控制、MATLAB编程等基本理论知识和上机编程能力。智能控制课程理论知识具有前沿性、抽象性和理论性强的特点[5]，学生往往不能够在课堂上及时消化吸收教学内容，导致学习积极性降低。教师应该强化基础知识，夯实学生的理论基础。下面以神经网络控制部分为例来进行阐述。神经网络具有一定的自学习、自适应和非线性映射能力和容错性，能够较好地解决具有不确定性、严重非线性、时变和滞后的复杂系统的建模和控制问题。但是，神经网络类型繁多，主要包括前馈BP神经网络、反馈Hopfield网络、局部逼近RBF神经网络、模糊神经网络、递归神经网络等。纷繁复杂的网络类型给课堂教学带了难度。作为面向本科生的拓展课程，教师应适当删减难度较大的教学内容，将前馈BP神经网络作为最核心的基础知识传授给学生。注重核心内容的公式推导，将学生的理论基础夯实。因为，离开了公式推导，神经网络控制将变成“无源之水，无本之木”，将严重影响学生创新能力的培养。

（二）瞄准研究热点，凸显创新理念

控制科学以瓦特发明蒸汽机的飞球调速器为开端，历经了以Nyquist稳定性判据、Evans根轨迹法为代表的经典控制和以状态空间法、最优控制为代表的现代控制两个瞩目的发展阶段，目前正处于智能控制发展期。智能控制研究热点内容较多，比如自适应模糊控制、变论域模糊控制、神经元PID控制、自组织神经网络控制、群智能优化控制等。在智能控制教学过程中，要抓住当前研究热点，有意识地培养学生的创新理念。下面还是以神经网络控制为例来说明。

在智能控制早期，模糊逻辑控制和神经网络控制有着广泛的应用。模糊控制器隶属函数的生成、调整以及模糊规则的制定主要需要依靠领域专家或现场熟练操作人员的经验知识，神经网络具有较强的学习能力和容错能力，可以弥补模糊系统学习能力、自适应能力的不足。后来发展的模糊神经网络吸取了模糊系统和神经网络两者的长处，能够自适应地调整隶属函数参数和在线优化控制规则，能够获得比单独模糊控制或神经网络控制更好的控制性能。目前，网络结构可在线优化的自组织模糊神经网络控制是研究热点，课堂教学时候可引入典型案例适当讲解，目的就是培育学生创新理念。

（三）引入“人机交互式”实践教学模式

对智能控制课程的深入理解离不开实践教学，高校一般都购置MATLAB仿真软件，建设计算机仿真实验室。但是，仅在计算机上利用仿真软件进行实践教学，往往不能够取得预期的教学效果，主要是因为实际被控对象的建模较为困难。在MATLAB仿真平台上，只能对工业过程简化数学模型进行实验验证。为了克服实践教学资源不足的问题，应合理利用学校的现有仪器设备，比如自动控制专业的过程控制实验平台、电机控制实验装置、新能源发电系统、测控技术实验箱以及机械自动化专业的数字化机械制造系统等。将MATLAB仿真软件、控制对象的专用软件和被控对象三者之间的信息通道打通，构建“人机交互式”的智能控制课程实践教学模式。笔者所在团队设计了白酒酿造温湿度测控系统，采用ARM核心的单片机开发下位机数据采集装置，采用LabVIEW设计上位机虚拟监控平台，采用MATLAB构建基于神经网络的智能控制算法，并将算法无缝集成到LabVIEW当中，实现了关键数据感知和温湿度解耦控制，极大地拓展了实践教学方式，加强了学生对智能控制基本概念的理解，提高了学生解决实际工程问题的能力。

（四）引入“任务驱动型”考核方式

目前，智能控制课程的考核仍然是以传统的试卷考核方式为主。虽然试卷内容越来越倾向于主观题，不在囿于公式的推导和计算，但是以试卷打分的考核方式严重制约了学生创新能力的发展，将学生对智能控制的理解局限在一张试卷范围内。据笔者了解，大多数学生都是依靠考前三天突击，死记硬背考试要点通过考试。更有甚者，在有关控制课题的毕业设计过程中，连基本的智能控制的概念和方法都不知晓，更别谈了解国内外的最新发展趋势以及在毕业课题中灵活运用最新的控制方法。

因此，笔者认为应引入“任务驱动型”考核方式替代传统的试卷考核方式。通过组建课题组，组织任课教师，深入驻地的企事业单位，寻找实际工程中遇到的控制难题，拟定合适的科研课题。学生组建课题小组，在理论和实践教学过程中，团结协作地完成既定的科研课题任务。教师打分时，应综合考虑学生平时理论授课、实践操作和科研课题的完成情况。这不仅有利于学生基础理论知识的学习，创新能力的培养以及团队精神的形成，而且可以解决工程实际难题，为学生今后的创业铺下一条宽阔的发展之路。笔者所带的2013届本科毕业生李珊同学在大一伊始就加入科研团队，毕业论文《基于电子舌的白酒品质检测系统的设计》获省优秀毕业设计二等奖，这也得益于“任务驱动型”培养模式，促使该生更好、更快地发展，也为她如今的成功创业打下坚实基础。

五、结束语

学生创新能力的培养并不是一句口号，需要教育战线全体师生和工作者默默无闻的辛勤培育。本文在当今“大众创新、万众创业”的时代背景下，探索面向创新能力培养的智能控制课程教学改革。首先明晰了智能控制课程的定位，然后指出了课程教学存在的问题，最后从理论知识基础的夯实、研究热点的追踪、“人机交互”实践教学模式的引入和“任务驱动”课程考核方式的开展四个方面详细阐述了智能控制课程改革应采取的措施。需要指出的是，智能控制课程的改革还可以从双语教学、精品课程建设、网络课程建设等方面寻找突破口。需要强调的是，国家的发展离不开“双创”带来的强大动力，学生的创造力将是智能控制向前发展的最大本钱。

（作者单位：淮阴工学院）

参考文献：

[1]郭志达，华菊翠.面向创新创业能力培养的地方高校实践教学改革研究[J].高等农业教育，2015， （11）：56-60.

[2]胡蓉，钱斌，祝晓红.研究生“智能控制”课程教学改革与实践[J].电气电子教学学报，2015， 37（5）：33-34，50.

[3]余伶俐，蔡自兴，肖晓明.智能控制精品课程教学改革研究[J].计算机教育，2010，（19）：35-39.

[4]管萍，刘小河，付兴建.应用型人才培养模式下的智能控制课程的教学研究[J].教育教学论坛，2016，（16）：116-117.