人工智能在自动化课程群中的应用

王雪洁

从人工智能技术的定义、内涵以及应用出发，结合浙江大学城市学院自动化专业特色，以自动化专业的核心课程群作为切入点，研究人工智能技术在自动控制系统中的应用，初步探索了人工智能技术在自动化专业核心课程群各门课程中的应用点。以《电机与拖动》浙江省高等学校精品在线开放课程为例，以引导性项目为抓手，深入探索以电机为控制对象、人工智能技术为控制方法的闭环系统构成、特性仿真分析以及各种智能控制算法对最终控制效果的影响。借助自动化专业现有的“飞思卡尔”智能汽车竞赛和机器人竞赛平台，带领优秀学生充分了解和掌握人工智能技术在小车和机器人竞赛中的实际应用效果。该项目建立了教学内容改革——引导性项目——学科竞赛阶梯式人才培养模式，实现创新型、应用型人才的培养目标。

现状分析

目前自动化专业核心课程中对于人工智能内容的讲解和涉及尚显不足，主要体现在两个方面：一方面，自动化专业具体核心课程中人工智能应用讲述不清晰。比如《自动控制理论》研究了传统控制系统和控制器的设计方法，却没有具体涉及如何运用人工智能的方法来构造控制系统和设计控制器。另一方面，人工智能背景下项目驱动式的核心课程群建设目标不明确。自动化专业现有浙江省大学生机器人竞赛，如何以专业特色鲜明的赛事为导向，以项目驱动式教学为手段，以核心课程群建设为依托，将人工智能贯穿到专业课学习中去，激发学习兴趣和学习动力，培养智能控制理念，对于自动化专业的同学来说尤为迫切。

应用要领

第一，以电机控制为主线，以人工智能为方法，改革和完善目前自动化专业核心课程群的课程体系设置与教学内容安排，达到整合、优化课程与教学内容的目的。梳理课程群相关课程内容，加强课程的协调和衔接，完善各门课程大纲。基于项目驱动的理念，结合CDIO的教育模式，探索人工智能在课程中的应用点。在课程内容设计中，考虑多门课程的内容连贯。前端课程的内容安排根据后端课程的需求而定。这使得课程群成为一个以电机控制为目的、人工智能为方法、主线明确、内容集中、完整协调的体系。依托自动化专业智能控制技术研究所、智能系统院级重点实验室和现有实验实践平台等科研教学条件，以浙江省大学生机器人竞赛为载体，开展项目教学，设计综合性设计性实训项目，带领同学们了解并掌握人工智能控制技术在自动化控制中的应用，培养锻炼学生的实践动手能力。

第二，建设好课程群内的精品课程。《电力电子技术基础》课程是杭州市级精品课程（已结题），《自动控制理论》是杭州市级精品课程（在建），《电机与拖动》是浙江大学城市学院院级精品课程、院级精品在线开放课程和浙江省高等学校精品在线开放建设课程，以这三门课程的建设辐射其他群内课程。

第三，以《电机与拖动》课程为抓手，借助于浙江省高等学校精品在线开放课程平台，在已经完成的第一轮在线开放课程授课基础上，开展第二轮SPOC课程建设，探索部分授课内容翻转课堂教学;以《电机与拖动》浙江省高等学校精品在线开放课程为例，以引导性项目为抓手，深入探索以电机为控制对象、人工智能技术为控制方法的闭环系统构成、特性仿真分析以及各种智能控制算法对最终控制效果的影响。

第四，以《电机与拖动》课程为抓手，借助于浙江省高等学校精品在线开放课程平台，探索考核形式改革。采取线上线下相结合的评价机制，线上评价目前包括在线作业、视频观看、论坛参与程度、在线测试等内容，线下评价包括课堂到课率、课堂表现、期中测试、期末测试等内容，在改革过程中，根据出现的问题不断修正评价方式和评价细则，逐步完善评价体系，以确保可以公正地对每个学生做出评价。

借助于自动化专业现有的浙江省大学生机器人竞赛平台，带领优秀学生充分了解和掌握人工智能技术在智能汽车和机器人竞赛中的实际应用效果。

解决的问题

问题一：如何将人工智能控制技術更好地融合到自动化专业核心课程群的各门课程中去，使各门课程设计出的实践项目都能够体现出人工智能技术在其中的应用？

问题二：如何设计出贯穿自动化专业核心课程的切实可行的大型实践项目，使同学们可以通过这样一个或多个大型实践项目的完成，了解并掌握人工智能控制技术以及各门专业核心课程在完整的大型实践项目中所处的位置及作用，进一步明确自动化专业人才培养目标及培养规格？

问题三：如何将人工智能控制技术实际应用到机器人竞赛中去，进一步提高竞赛成绩，并培养出能够参与竞赛并掌握人工智能控制技术的高端自动化人才，探索以赛促学、以赛育人新路径。

结论

培养高质量、高素质、复合型人才的重要条件，是科学、合理的课程设置，其中专业建设中极为重要的基础性工作就是课程建设。本文依托教育部2018年第一批产学合作协同育人项目、2018年浙江省高等学校在线开放立项课程、浙江大学城市学院2018教改项目和2016年浙江大学城市学院在线开放课程，结合人工智能技术发展，以自动化专业核心课程群为切入点，对人工智能在自动化专业核心课程群中的应用进行了初步探索，实现创新型、应用型人才的培养目标。

【本文系浙江大学城市学院在线开放课程“电机与拖动”（ZX1603）、浙江省高等学校在线开放立项课程“电机与拖动”、教育部2018年第一批产学合作协同育人项目“人工智能在自动化专业核心课程群中的应用研究”（201801199014）、浙江大学城市学院教改项目“人工智能在自动化专业核心课程群中的应用研究”（JG1814）研究成果之一】

（作者单位：浙江大学城市学院信息与电气工程学院）