智能控制课程教学改革初探*

李军红

南华大学电气工程学院 湖南衡阳 421001

智能控制课程教学改革初探*

李军红

南华大学电气工程学院 湖南衡阳 421001

结合自身教学实践，分析智能控制理论教学中存在的主要问题，并提出具体的教学改革措施与途径，包括简化教学内容、教学中引入MATLAB、加强实践教学等方面的改革。实践证明，这些改革不仅取得良好的教学效果，而且激发了学生学习智能控制理论的兴趣。

智能控制理论；教学改革；MATLAB

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

智能控制是当今国内外自动化学科中十分活跃和具有挑战性的领域，是一门新兴的交叉学科，代表着当今世界控制理论和技术的发展方向，是一门集理论研究和工程实践于一体的综合性课程。其内容非常丰富，理论分支较多，涵盖了人工智能与专家控制、模糊数学与模糊控制、人工神经网络与神经网络控制以及免疫和遗传算法等前沿学科理论[1]。通过本课程学习，使学生了解智能控制理论体系及其相关的新学科基础、智能控制理论发展的前沿动向、智能控制理论的应用领域及应用效果，掌握智能控制的基本概念和主要组成部分，掌握智能控制系统分析和设计的基本方法和步骤，并能利用所学知识解决一些简单的实际问题。如何讲授好这门课，提高教学质量，一直是从事本课程教学的教师研究的课题。笔者结合自身的教学实践，分析智能控制理论教学中存在的主要问题，对智能控制理论课程教学的改革进行探讨，提出一些行之有效的措施与方法。

1 当前教学中存在的主要问题

目前智能控制理论教学中存在3个方面的问题。1）教学内容不合理。有关智能控制理论方面的教材在内容设计和知识体系安排上过于注重理论，阐述深奥，理论和公式显得特别复杂难懂；教材中的理论与实际联系不是很密切。2）教学方法单一。由于该课程理论性强，内容抽象，很多教师采用“满堂灌”的讲授方法，把理论知识讲授作为教学的主要目标，忽视对学生创新能力和实践能力的培养。并且教师与学生、学生与学生缺乏课堂交流，从而使学生失去学习热情，教师教学缺乏激情，课堂气氛沉闷，教学质量不高。3）教学资源短缺。近年来，不少高校逐渐开设智能控制理论课程，然而大多只是注重专业主干课程实验建设的投入，这样就导致智能控制课程实验难以有效开展。

2 教学改革的思路和措施

2.1 简化教学内容，提高教学质量

智能控制作为自动化相关专业的专业提升课程，教材和教学内容的适当选择对教学效果有至关重要的影响。智能控制课程具有前沿性、抽象性和理论性强等特点，课程内容极其广泛。然而，作为一门本科生选修课，教师在教学内容的选取方面，不应拘泥于教材，授课内容要简化，不宜过于抽象化和理论化，应淡化数学推导过程，注重基本概念、基本原理和基本方法的教学，强调理论的基本内涵及其应用，注重控制思想的融会贯通，从而提高学生的学习兴趣。例如，笔者在讲授该课程时删掉自组织神经网络、小波神经网络、脑模型控制器、细胞神经网络、B条样神经网络、自组织模糊控制系统、模糊控制与神经网络融合等比较难的内容。在实际教学中，可以多选用一些具体的简易示例来展示智能控制器的设计，如直流电机模糊控制器的设计、感知器的设计、BP神经网络的设计等。

2.2 教学中引入MATLAB，培养学生综合能力

针对智能控制课程的特点，在教学中引入MATLAB，极大地增强学生学习这门课程的兴趣。MATLAB/SIMULINK中集成了模糊控制、神经网络等工具箱[2]，利用这些工具箱，在课堂教学中引入MATLAB，可以图文并茂地讲解一些典型实例。例如，利用线性神经网络对正弦信号进行线性预测，利用自适应滤波网络对正弦信号进行自适应预测，利用BP网络进行字符识别、血清胆固醇含量检测，利用神经网络预测控制器对非线性系统进行控制，等等。这些实例能够让学生熟悉神经网络的应用背景，切实感受到神经网络是一门非常实用的技术。

教学中引入MATLAB，一方面可以对智能控制中难以采用解析方法分析的复杂系统进行模块化、可视化分析与设计，有助于学生理解和掌握课堂教学内容；另一方面，这种基于全新平台的系统分析与设计方法完全不同于传统的方法。学习和借鉴这种方法的思想，有助于改善理论推导的枯燥，降低理论的抽象性，提升学生学习的兴趣和成就感，增强课程教学的直观性，提高教师授课效率，有利于开阔学生的视野、启发学生的思路、培养学生的创新能力和综合分析的能力。

2.3 加强智能控制实践教学

近年来，不少高校逐渐开设智能控制理论课程，然而大多只是注重专业主干课程实验建设的投入，这样就导致智能控制理论课程实验难以有效开展[3]。目前南华大学的情况也基本如此，基本上是利用MATLAB开展一些仿真实验，不利于培养学生的创新能力和动手能力。为了克服实验教学资源不足的问题，合理利用现有实验条件，在原有的“过程控制”实验平台开发一些综合性设计实验。例如：应用模糊逻辑控制锅炉水位和水温，直流电机模糊调速系统设计，锅炉压力模糊控制器设计，等等。下一步还要把神经网络算法通过这个实验平台来实现。这样既可以加深学生对智能控制基本概念的理解，增强学生的学习兴趣，又锻炼和培养了学生的实验技能和灵活运用理论知识分析和解决工程问题的能力。

另外，结合学校自动化系组织的大学生智能小车竞赛活动开展智能控制理论实践教学改革，指导学生将智能控制理论知识如模糊控制、神经网络等应用于智能小车的控制中，从而激发学生学习的积极性。2010年，笔者指导的“风驰车队”参加第二届湖南省大学生“时代杯”智能汽车竞赛荣获省三等奖。

3 结语

笔者结合自身教学实践，分析智能控制理论教学中存在的主要问题，并提出具体的教学改革措施与途径，取得良好的教学效果。随着智能控制理论课程教学改革的不断进行，学生对智能控制的学习兴趣也越来越浓，能较好地掌握智能控制的基本概念与设计方法，为进一步学习先进控制理论知识打下良好的基础。

[1]李人厚.智能控制理论和方法[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007

[2]楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计:控制系统[M].西安:西安电子科技大学出版社,1998

[3]李世华.智能控制概论课程的仿真实验系统的设计与实现[J].电气电子教学学报,2006,28(2):65-68

[4]杨斌.论高等学校教学改革[J].清华大学教育研究,1997,18(2):17-21

[5]吴敏生.关于清华大学教育教学改革若干问题的思考[J].清华大学教育研究,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

*南华大学教改项目：智能控制理论类课程教学改革与学生创新能力的培养（项目编号：2010ZZ005）。

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