韩青
摘 要：为了适应人工智能发展的需求，针对“机械工程控制基础”课程教学中一些环节进行改革势在必行，因此对该课程的教学环节进行探索并提出几条改革措施，通过实际教学实践验证了教学改革的实际效果。
关键词：人工智能 融合 教学改革
中图分类号：TH-4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）05（a）-0114-03
Abstract： In order to meet the needs of artificial intelligence， it is imperative to reform some links in the course of "Mechanical Engineering Control Foundation". Therefore， the teaching links of this course are explored and several reform measures are put forward， and the actual effect of the teaching reform is verified by practical teaching in class.
Key Words： Artificial Intelligence; Integration; Teaching Reform
在十九大开幕会上，习近平主席代表十八届中央委员会所作报告中指出推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。2018年十三届全国人大一次会议政府工作报告中，李克强总理再一次强调了人工智能给中国带来的历史机遇。同时，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》通知中强调推进“新工科”建设，形成“人工智能+X”复合专业培养新模式，到2020年建设100个“人工智能+X”复合特色专业;重视人工智能与多学科专业教育的交叉融合，探索新的“人工智能+X”的人才培养模式。培养适应人工智能发展所需的多学科融合的应用型人才迫在眉睫。“机械工程控制基础”这门课程是机械工程专业的必修课程，也是培养多学科融合的应用型人才的重要课程。针对机械工程控制基础这门课程的教学改革，已有部分研究者展开了探索[1-3]，文献[1]提出了弱化理论，加强实践和案例教学，以便学生实践中理解所学知识。文献[2]从工程教育专业认证角度，探索“机械控制工程基础”教学改革研究。文献[3]为适应新工科背景下人才培养的要求，也不断地进行改版，目前更新至第七版。与学习某些专业课和软件不同，“机械工程控制基础”比较抽象，需要数学、物理等基础知识支撑。因此，在学习过程中，学生普遍存在不知道为什么学、怎么学等问题，久而久之，就会失去学习兴趣甚至产生厌学现象。因此，教学效果并不理想，教学过程中存在以下问题。
首先，该课程主要包括系统建模、时域分析、频域分析、稳定性分析、控制器设计和系统校正。虽然系统建模工程实例较多，但其他部分大都是理论分析。如果在学习过程中，脱离工程实践，不能搞懂这些理论分析和依据，而只会套公式，就会使学生被动地接受知识，使其失去学习兴趣，影响学习效果。特别是应用型本科院校，需要应用控制论的相关知识解决工程问题，这就要求学生拥有扎实的文化基础知识。对于一些原理、公式的推导，更要求学生具有较好的数学基础，但是大多数学生的基础薄弱，造成一部分学生在课程学习中困难较大，以至于对该课程的学习失去自信心。
其次，学生在课程学习中缺乏主动性。目前的现状是：老师在讲台上机械地讲述课程内容，学生則是不加思考地去接受，但是这门课程的性质决定了被动地去接受知识是没法学好这门课的，这一过程导致老师的教学与学生的学习严重脱节。
最后，学生动手能力明显不足，且课程学习缺乏理论联系实际。人工智能背景下应用型本科院校教学来说，大多以理论教学内容为主，而作为应用型本科院校，如果再照搬一般本科院校的教学方式，就失去了“应用型”的实际意义。
1 改革措施
针对以上存在的问题，从以下几方面进行适当的教学改革。
1.1 重视绪论学习，激发学习兴趣
俗话说，“兴趣是最好的老师”。首先让学生了解这门课程的主要内容，将来要掌握哪些内容，以及如何学习这些内容，学这些内容用来做什么。学生往往对第一堂课最感兴趣，第一堂课的教学质量在很大程度上影响学生后续学习的积极性。
首先从学生比较熟悉的例子，如一卡通、车牌识别、人脸识别以及学生比较感兴趣的例子，如无人驾驶汽车、飞机、卫星定位、超音速导弹等入手，介绍什么是自动控制、如何实现自动控制，这些都是与人工智能紧密联系的例子。通过绪论的学习，使学生掌握各个章节之间的联系，也使学生了解课程的设置、学习中的重点难点、学习方法、课程的教学安排及考核方式。通过上述举措，激发学生的学习兴趣，加深学生对课程的认识，以取得良好的开端。
1.2 适当补习部分人工智能基础理论知识
如上所述，学习该课程的一大障碍就是对数理知识要求较高。主要包括：牛顿定律和库克定律等力学知识;欧姆定律、基尔霍夫定律和电磁感应定律等电学知识;微分方程和Laplace变换等数学知识。在课程学习之前，可以建议学生课下复习力学和电学知识，也可在应用到这些知识时适当进行复习。微分方程和Laplace变换是学习传递函数的基础，而由于课程设置的局限及学生基础的薄弱，需在第二章讲述传递函数之前对微分方程和Laplace变换的相关内容进行补充，这些基础知识也是人工智能控制领域必备的知识。假如让学生直接由微分方程求Laplace变换及其逆变换，肯定很繁琐也很困难，但是借助Matlab求解，却是非常容易的事，让学生就感觉到Matlab的神奇之处，也就激起了学习Matlab的兴趣，这就是我们接下来要说的基于Matlab的教学实践改革。
1.3 减少公式推演，基于Matlab开展智能仿真实践教学
“机械工程控制基础”这门课教学内容比较多，按现有的课时安排无法完成全部内容的学习。需要根据培养计划和应用型本科的特点，精选教学内容，修改原有的教学大纲，制定新的教学大纲。将教学重点放在系统建模、时域分析、频域分析、控制器设计和稳定性分析这几部分。在内容讲授上，重视概念的理解及知识的应用，适当进行公式推演，循序渐进开展教学。对于系统时域分析、频域分析、控制器设计和稳定性分析等重要理论都比较抽象，学生难于理解，要充分利用Matlab仿真软件，画出相应的图像，可以让学生根据图像更直观的分析和理解相关概念。图1给出了传递函数为，在时间常数不同取值时的单位脉冲响应、单位阶跃响应曲线，从图上可以直观地看出不同时间常数值时对系统响应的影响，便于学生理解。
1.4 引入微课教学
微课是一种新的教学形式，以视频的形式围绕一些知识点或某个教学环节展开的教学活动。目前，微课已经逐渐应用到本科各门课程教学中。把微课引入到“机械工程控制基础”课程的教学体系中来，能够解决该课程理论教学内容多且难，而学时又少的矛盾。学生可以课余时间有针对性地利用微课来学习相关的预备知识，也可以学习课程的重点和难点。利用微课教学既能够调动学生的主动性，又能够让学生根据自身对知识的掌握情况有选择地主动学习。同时，教师既可以下载网络上现有课程知识点的微课资源，又可以制作网络上没有的微课资源，整理后把有效资源分享给学生。这样除了课堂讲解以外，重点、难点、共性问题和预备基础知识又以微课的形式呈现给学生。这种微课与课堂相结合的教学模式，既可以有效地解决课时少与教学内容多之间的矛盾，又可以针对自身情况在课后有目的、有选择地学习。
1.5 精选人工智能工程案例，贯穿于课程教学的始终
学习“机械工程控制基础”目的就是用来解决实际的工程问题。大学生进行双创，更需要应用“机械工程控制基础”知识解决实际问题。为了加强学生工程实践能力的培养，在传统理论教学的基础上，融合项目教学和案例分析等方法，让学生在工程实践中进行学习。
对于图2这个典型的带反馈的数控机床控制系统，为使学生容易理解这个系统，首先分析清楚各个环节的构成情况，然后利用Simulink搭建仿真模型，最后去数控加工中心实验室结合项目讲解。同时，该系统可以在人机界面上远程监控加工过程和进行一些参数更改，学生就很容易理解。
2 结语
该文针对“机械工程控制基础”传统教学过程中存在的不足，提出了几条改革措施并付诸实踐，既培养了学生的学习兴趣又调动了学生学习的积极性，提高了学生运用机械工程控制基础的相关理论解决实际问题的能力。随着该课程改革的不断推进，会逐步培养出人工智能背景下所需的高素质应用型人才。
参考文献
[1] 闵佳园.“机械工程控制基础”课程教学探索与实践[J].课程教育研究，2012（30）：239.
[2] 周振华，陈耿彪，曹太山.工程教育专业认证背景下机械类“机械控制工程基础”课程教学改革研究[J].教书育人：高教论坛，2017（15）：84-85.
[3] 杨叔子，杨克冲，吴波，等.机械工程控制基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2017.
