万佑红 樊春霞 徐丰羽 周映江
摘 要：《智能控制》课程是控制科学与工程学科研究生开设的一門重要的学位课。本文从传统《智能控制》课程教学存在的问题出发，探索研究生《智能控制》课程的案例教学，提出了案例教学的设计与实施方式。通过案例教学，不仅能够加强学生对理论基础知识的理解，而且可以将本课程教学与科研实践紧密结合，有效地提高研究生的自主学习与创新思维能力。
关键词：智能控制 控制科学与工程 硕士研究生 案例教学
中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0187-02
《智能控制》课程既包括了抽象的理论基础知识，又具有很强的工程应用性。我国1998年公布的《授予博士硕士学位和培养研究生的学科专业简介》就已经将《智能控制》列入控制理论与控制工程的课程设置中。目前国内控制科学与工程专业研究生都开设了《智能控制》课程，主要讲授智能控制的几个重要分支[1]：专家控制、模糊控制、人工神经网络控制、智能优化算法等内容为主，具有教学内容繁多、理论知识较抽象、信息覆盖面广等特点。在研究生课程教学过程中如何让学生在有限的学时内既能够扎实掌握相关基本理论，又能够结合本专业的特色与背景进行智能控制方法的应用，同时了解智能控制研究的进展，是亟待解决的问题。如何将本课程教学与科研实践紧密结合，有效提高研究生的自主学习与创新思维能力，大力促进研究生的科研与实践能力，值得我们深入研究和探讨。
案例教学[2]是以加深学生理论认识、培养学生实践能力为目的，以现实场景中的典型案例为依托，以学生为中心的一种新型教学方式。探索研究生《智能控制》课程的案例教学改革，突出以实际应用中的问题为驱动，以促进研究生在专业理论知识学习过程中能够积极探索复杂控制问题，激发学生自身的学习动机和创新思维，提高学生利用理论知识来解决实际问题的能力。
1 《智能控制》课程教学内容的整合与优化
在传统教材和教学大纲中《智能控制》课程的各主题模块表现为相互较为独立，容易造成学生接受的知识信息零散，课程体系结构上缺乏主线贯穿，学生在学习完理论知识后不能与实际应用很好地联系在一起，亟需对课程教学内容进行整合与优化[3]，在对各主题模块进行划分的基础上，以案例贯穿课程教学内容，体现出各主题模块的相互区别与联系，同时引进和整合国外著名智能控制相关教材的内容，将前沿智能控制的研究成果与技术有机地融入课程教学中，保证课程内容的先进性与前沿性。譬如，针对现有的研究生智能控制教学内容的遗传算法部分中，可以考虑将遗传算法（1975年提出）等经典教学内容与粒子群算法（1995年提出）、蚁群算法（1992年提出）等近20年内的科研成果为基础的新知识点相结合，并在教学内容中以科研成果为导向、以科研成果的应用为主线，兼顾理论知识和应用实践。根据所确定的课程教学内容、知识重点和难点，通过国内外经典教材、实验室科研项目、工程实践等多种途径，收集与整理案例素材，基于单一案例、一题多解案例和综合应用案例等多种形式的教学案例我们尝试在各智能分支模块教学中引入机器人的路径规划问题，在此过程中，还引导学生查阅科技文献，促使学生主动接触学科发展的前沿，鼓励学生大胆尝试与创新，指导学生撰写报告、总结乃至论文，进一步提高学生的综合能力。
2 设计开发课程教学案例
结合学校控制学科的优势方向与背景，充分利用本学科所拥有的实验室的资源和条件，充分发挥高水平科研平台优势[4]。通过将科研实验平台资源转化为教学实践平台，我们尝试以机器人为载体开展案例教学，将机器人的姿态控制、路径规划、自主避障及多机器人编队控制等问题引入到课程教学中，引导学生利用智能控制技术的相关原理与方法解决上述问题。结合《智能控制》课程的教学模块以及重点和难点，重点确定三个方面的案例：模糊控制的教学案例、神经网络控制的教学案例、遗传算法的教学案例，在理论授课时，适当弱化纯理论的内容，而将其融于典型案例的分析之中，理论的具体应用可帮助学生加深对智能控制基本原理的理解，并可激发学生的学习兴趣及积极性。
3 以学生为中心的案例教学模式探索
针对各知识模块所设计的教学案例，改变传统的单一讲授式教学方式，采用教师讲授理论知识、案例分析、分组讨论、课堂汇报、评述总结的多样化教学方式。首先，根据课程内容将教学过程分解，模糊控制和神经网络控制的基本理论及新技术的主要原理部分由教师讲解，并结合提出的问题与研究生共同讨论。在基本理论和新技术原理的讲授中，结合典型的教学案例，进行更深入的剖析。在案例设计形式上，采取单一案例、一题多解案例及综合应用案例相结合的方式，譬如针对机器人的姿态控制可以分别利用模糊控制与神经网络控制的方法来实现，在机器人的轨迹规划中，可以涉及到神经网络、模糊控制及优化算法的交叉应用。在案例讲授中，引导研究生思考目前案例中采用的智能控制技术存在哪些问题、分析应该如何进行改进等，培养研究生的批判性和创新性思维。将一部分强调理论应用的课程内容，布置给研究生，要求分组讨论完成，最终以小组汇报的形式在课堂中展示研究性学习的成果。教师明确要求汇报报告中所涵盖的内容。比如：利用模糊PID控制实现机器人的避障，由研究生分组在课后完成算法设计，在课堂上进行汇报，汇报应包括：控制算法的原理、实现过程、实验结果、算法的优缺点及评价等。研究生汇报后，教师与其他学生要对其讲解内容和评述观点进行提问，最后由教师进行归纳总结。当然，在整个教学过程中，教师必须及时了解学生的信息反馈，并做出相应的调整和改进。通过对案例的调查阅读、思考分析、讨论和交流等活动，加深学生对基本原理和概念的理解，引导学生学会分析问题和解决问题，进而提高学生研究能力及创新能力。通过以案例贯穿教学过程的研讨式教学方式，使得抽象复杂的理论知识具体化、生动化，可以促进研究生的自主学习，使研究生既掌握了现有知识，又努力去发现新知识。不仅让研究生学会分析问题，更让他们通过对所研究问题的归纳和比较，寻找解决问题的突破口，激发探索知识的好奇心，提高创新能力。
4 结语
在当今人工智能时代，《智能控制》课程对于培养研究生的科研能力和创新思维具有更重要的作用和地位。本文基于案例教学探索研究生《智能控制》课程的教学改革，通过案例教学进一步夯实研究生对《智能控制》课程的理论与技术的理解，以有效地锻炼和培养研究生的科研实践创新能力，推进研究生的创新能力培养与社会需求相接轨。
参考文献
[1] 刘金琨.智能控制[M].4版.北京：电子工业出版社，2017.
[2] 傅伟锋，唐贤清.美国研究生案例教学及启示[J].湖南师范大学教育科学学报，2016，15（5）：124-128.
[3] 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.
[4] 李昌祖，冯雯.大学“科研反哺教学”及其实施[J].教育发展研究，2009（19）：71-74.
