实例化课堂理论教学方法的探索与实践

史敬灼

河南科技大学 河南洛阳 471023



实例化课堂理论教学方法的探索与实践

史敬灼

河南科技大学 河南洛阳 471023

摘 要：高校课堂教学过程对培养学生实践创新能力具有重要作用。为了使课堂教学能够更好地服务于实践创新能力培养，可以改变授课内容与授课过程，将合适的实际应用例子引入课堂，通过实例传授知识，应用知识解决实际问题的方法和技巧。

关键词：实践能力；创新能力；教学方法

学生实践创新能力的培养，是高校教学的重要目的之一。作为教学过程的一个重要环节，课堂教学在培养学生实践创新能力方面有着重要作用。但目前的课程教学，多以枯燥的理论知识讲授为主，不易被学生理解，学生更不知道该如何运用知识在实践中解决问题，直接影响了学生实践创新能力培养的效果。

针对课堂教学中存在的问题，本文以电机智能控制课程中人工神经网络部分的课堂教学内容组织为例，说明改革课堂教学以促进学生实践能力培养的具体办法。

1 课程教学内容组织

电机智能控制是电力电子与电力传动专业硕士研究生的一门专业课，主要讲授以电机为控制对象的智能控制理论及其应用，理论授课40学时。作为人工智能的重要分支，人工神经网络是电机智能控制课程讲授的重要内容。人工神经网络及其应用技术经过几十年的发展，已经初步形成体系，知识量大，需要根据教学目的选择讲授内容。

授课过程中，在讲述基本的理论知识的基础上，以实际例子为主，通过实际例子讲理论知识，讲授如何应用知识解决实际中存在的问题。这样，不仅可以提高学生的学习兴趣，而且能够使学生学到实际运用知识的能力。

1.1 选择基础知识讲授内容

针对电机智能控制课程而言，基础知识的选择应与课程的教学目的相联系，应与电机控制应用相关，选择常用的技术方法和相关知识点。据此选定电机智能控制课程中人工神经网络部分的基础知识讲授内容见表1。

表1（续）

1.2 选择实际应用例子

人工神经网络部分讲授的实际应用例子见表2。表2所列例子，从较为简单且学生相对熟悉的PWM入手，然后给出与电机本体相联系的较为复杂的开环参数估计、闭环控制、闭环估计等问题，同样是考虑学生接受知识的渐进性。

表2 人工神经网络部分讲授的实际应用例子

其中，第四、五个例子，都是参数的开环估计，直接用来表述ANN的非线性映射能力和设计过程。同时，第五个例子与模糊逻辑部分的第六个例子属于同一方向的应用，功能相近，用来比较ANN与模糊逻辑在处理同一问题时的异同，与基础知识部分所讲的“细致分析待解决问题，判断采用什么技术来解决是最合适的”相呼应。

人工神经网络部分的第六个例子，与基础知识部分所讲的逆模型直接对应，用来细致阐述ANN逆模控制这一传统方法的设计与实现过程。第七个例子比较特殊，不属于ANN的主要应用，此例利用在线学习的递归网络权重值来直接获得转速信息，现有文献中仅此一例，但思路新颖有效，有引申应用的前景，故而举出，开拓学生思路，引导创新思维。第八个例子同样采用动态的递归网络，设计了一个自适应的闭环观测器，这是动态ANN的典型应用。最后一个例子将模糊与ANN融为一体，取长补短，是当前应用的一个有前景的方向。

2 课程讲授过程

2.1 基础知识讲授过程

基础知识讲授过程中，也应穿插讲述简单的例子，在增加趣味性的同时可使知识更易于理解。在人工神经网络（ANN）部分，讲授一些基本概念和知识点之后，举的第一个简单例子是设计一个ANN拟合函数Y=AsinX。通过这个例子，学生进一步认识到了ANN的结构，了解并掌握隐含层神经元、激励函数、权重对ANN输入输出关系的影响，知道了ANN到底是什么可以用来做什么。另外，这个例子还起到两个作用。一是用这个简单的函数拟合问题，引出ANN具有任意非线性输入输出映射能力，从而引申出ANN可能的广阔应用方向。二是对于同样一个已知角度求正弦函数值的问题，将ANN实现与学生在中学就习以为常的查三角函数表方法（即查表法）作对比，初步引出ANN内含的非线性插值和泛化能力，说明ANN的优点。随后，在后一个例子中，通过复杂一点的扫描字符图像识别问题，进一步说明ANN的非线性映射拟合能力、泛化和容错能力，并讲授ANN训练过程与算法。

图1 电机控制实验设备

图2 授课用电机伺服控制单元

对应于表1所示基础知识，讲授过程中举例内容列出见表3。

表3 基础知识讲授过程举例内容

2.2 实际应用例子讲授过程

实际例子的讲授，先要介绍系统功能与结构，讲该系统存在的问题、为何选择人工神经网络解决这个问题、如何应用人工神经网络解决这个问题。其中，如何应用人工神经网络是讲授的重点，包含人工神经网络的设计过程，使学生通过这个实例来学习人工神经网络的理论和应用的具体方法。

实践表明，上述授课方式得到学生的普遍认可，明显改善了授课效果。学生在问卷调查中指出，作为一门理论联系实际的课程，在讲授过程中引入大量实例，将抽象的理论知识融于具体应用场合中，融于解决实际问题的具体方法、具体过程中，易于理解，易于接受，易于掌握。同时，学生在跟随教师的讲授、不断思考如何解决一个个实际问题的过程中，也逐步锻炼了创新意识与能力。

3 结束语

本文讨论了如何通过选择授课内容、安排授课过程来更好地培养学生的实践创新能力。几届学生的实际授课过程表明，在课堂上，有针对性地讲授合适的实际应用例子，可以使更好地理解知识并掌握应用知识解决实际问题的方法和技巧，也可以增加学生的学习兴趣。

参考文献

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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

作者简介：史敬灼，博士，教授，院长。

基金项目：河南省高等教育教学改革项目（编号：2014SJGLX200）；河南科技大学重大教育教学改革项目（编号：2014ZD-012）；河南科技大学研究生教学改革项目（编号：2014YJG-006）。