关于开展“智能控制”双语教学的思考和探索

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  摘要:“智能控制”课程是高等学校机械工程与自动化专业的专业课程。“智能控制”课程介绍的控制方法和原理广泛应用于自动控制、工厂电气和制造加工等多个领域,具有很强的使用价值。在“智能控制”课程中开展双语教学有利于本科院校培养全方位发展的高素质人才。就“智能控制”双语教学的教学内容、教学方法及资源配置等展开一系列探讨,并在教学实践中展开探索。
  关键词:智能控制;双语教学;教学实践
  作者简介:陈志楚(1976-),男,湖北仙桃人,湖北汽车工业学院电信学院,讲师。(湖北 十堰 442001)
  中图分类号:G642.0?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)34-0077-02
  随着全球经济一体化以及信息处理手段网络化的发展,世界各国高等教育正在经历深刻的变化。中国高等教育的发展也正在经历教育方式国际化和人才培养综合化。而社会对于掌握专项技术同时又可以熟练使用英语进行国际交往和合作的高级复合型人才的需求也使得当前高等院校中的双语教学方兴未艾。
  当前随着我国入世和国际贸易交流的发展,全方位发展的高素质工科人才不仅需要面对大量的工程问题,同时也会遇到使用国际通用语言——英语的问题。能够阅读和查找最新说明书和工程资料,与同行沟通交流和解决问题,这些都是高校教育的目标。采用双语教学,引进外文教材,使用英语、汉语来讲授专业内容,让学生可以接触到较先进的内容和理念的同时,增强使用英语阅读交流专业知识的能力;同时可以促进教师的教学方式和学校相关课程设置的发展,是“一举多得”的教学改革。
  智能控制作为高校机械工程及自动化专业的一门专业课程,是在人工智能及自动控制等多学科基础上发展起来的新兴交叉学科,是控制理论发展的高级阶段。对于控制理论及控制工程等领域的本科生来说,需要通过该课程掌握智能控制的基本理论并逐步学会智能控制的应用。通过这些内容的学习,使学生了解智能控制的基本结构、各类主要智能控制方法的基本知识,掌握模糊控制与神经控制的基本理论、算法和基本设计方法,并为今后智能控制系统的设计、运行打下一定基础。
  湖北汽车工业学院坚持特色兴校、教育创新,注重个性发展,着重培养学生的创新精神和实践能力。在本科教育上紧紧围绕培养创新型应用人才为目标,坚持走产学研道路,积极推进本科教改,全面推进教学改革,提高教学与教研的整体水平,不断提高人才培养质量。湖北汽车工业学院自动控制教研组在省级精品课程“电工电子技术”的基础上,以“智能控制”课程作为教学试点,开展了双语教学的一系列教学实践。
  双语教学是使用外语进行的非语言专业类课程教学。双语教学在高校中广泛开展的同时也遇到了相当多的问题。在课堂中由于双语的引入,引起了思维方式的转变,学生的学习内容和教师的备课工作量都大为增加;学生英语水平参差不齐和教师的英语能力有限造成课堂专业课信息量减少,缺乏师生互动,教学效果受到限时。笔者一直任教控制类课程专业课程教学,并从事过英语教学多年,在开展“智能控制”课程双语教学教学实践活动中总结了一些经验。
  一、教材的选用
  双语教材的选用是关系到双语教学质量的大事。在选择教材时,应以实用、适用和学生的承受能力为主要参照。引进的原版教材一定要是优质的,同时也应是内容比较新的。各个学校和各个院系可以根据自己的需要进行优选。原版教材注重启发学生思考和动手实践,善于由浅入深地叙述和展示理论、原理,并非常注意实验和技术应用。但是原版教材也存在课程体系和大纲与国内不符,同时内容过浅的问题。而国内教材从内容、知识结构和难度上都较符合学生的认知水平和规律,知识体系清楚完整,叙述严谨,擅于概念和理论推导。所以在教材的选择上,不应完全排斥中文教材,教师应在吃透教学内容的前提下充分发挥两者的长处,组合使用。而学生也可以在使用一两本主教材的基础上,同时阅读多本参考教材,以帮助理解,激发求知欲。
  考虑到多数高等学校第五或第六学期开设智能控制课程,其前序课程有“自动控制”、“现代控制”和“过程控制”作为基础,所以其内容和前面课程有较强的连贯性。因此,为开展“智能控制”双语教学,笔者将在前面部分回顾控制理论的主要内容作为引入智能控制方法的基础,并向学生推荐课下阅读控制理论的经典教材,比如Dorf的《Modern control System》(国内有影印版)等。“智能控制”课程本身内容非常庞杂,涉及领域也很广,故教材也是风格迥异。模糊控制方面的教材有Kevin M. Passino etc.的《Fuzzy Control》等,神经网络控制方面的教材有Kevin Gurney的《An Introduction to Neural Networks》等,但符合国内“智能控制”大纲的教材非常少,而且国内改编和自编教材基本没有。考虑到课程本身的特点,笔者采用了“原版教材和中文教材结合,主要教材和参考教材结合”的方式。笔者在课程中外文教材主要采用Alexander M. Meystel和James S. Albus等的《Intelligent Systems:Architecture,Design,Control》。该书是智能控制领域的著名教材,它回顾了整个学科的发展,同时从理论和技术两个方面全面讲述了智能控制系统的构造、设计和实用。国内出版社有影印版出版,并同时有原文和中文翻译两个版本方便学生阅读。易继锴的《智能控制技术》作为主要中文参考教材。该书对于各个知识点的讲述比较清晰透彻。除此之外,在课程教学过程的不同阶段,鼓励学生通过图书馆或者网络自由选用、阅读更多的外文教材和中文参考教材。
  二、教学内容的选择
  不论是否采用双语教学,课程最后的教学效果是关键。由于双语教学在语言理解上花费了学生和老师大量的精力,这样在教学内容的选择上就更显得尤为重要。应在内容上选择符合大纲、重点难点为主的知识,并在这些知识点上增加教学投入时间。“智能控制”是一门国内开展较晚的课程,由于其涵盖模糊系统、神经网络、优化算法和专家系统等诸多智能算法和应用控制方法,所以教学上不可能做到面面俱到,只能是择优而取。参照国外很多著名大学(诸如麻省理工学院、加州理工大学等)的教学课程安排,基本上没有专门的“智能控制”课程,而是各个系会针对学生所学专业需要开展相应的课程,例如“针对模式识别的神经网络算法”或者“机器学习中的模糊控制”等等。依据湖北汽车工业学院和自动化专业的具体情况,“智能控制”主要是对各类控制算法的原理和应用领域进行介绍,让学生对其有总体的了解和认识,使其能在实践中运用。基于此目的,笔者主要讲授的内容为绪论(智能控制的发展历史)、模糊控制理论基础、模糊控制系统、神经网络模型、神经网络控制论和集成智能控制系统。   由于课程学时较少,每个知识点的学时有限。这样,每种智能控制方法以介绍讲述为主,但不作详细的分析和过多的数学推导。比如在讲述模糊控制的模糊推导系统时,推理方法有蕴含积、蕴含最小和Mamdoni方法等各种推理方法,在讲授时以应用最多的Mamdoni方法为主介绍原理,其他方法只需了解。为使得学生能够理论联系实际,特为本课程增加实验环节,并专门开设“智能控制”实验,安排实验学时及老师等资源配置,以保证实验效果。学生需要利用Matlab或者C及其他编程语言分别针对倒立摆和水箱水位控制等多个控制对象使用神经元控制、模糊控制、专家控制等不同的智能控制手段进行仿真分析,以验证课堂内容。比如针对水箱水位控制学习,采用学生分组,每个小组通过讨论确认选择不同算法,可采用神经元控制、模糊控制、模糊控制和专家控制结合等各类方法。最后测试结果,分析原因。通过这样的实践活动可以提高学生对书本内容的直观理解,增加学习热情。
  三、教学方法的改进
  “智能控制”课程涉及到控制论、人工智能和运筹学等诸多交叉学科,而其中每个学科的内容都十分庞杂。一味介绍讲述容易使学生像听“科普课”,兴趣很大但实际意义不大,无法指导实践;而针对某个知识点讲述过深过难,本身学时不够,会造成学生的畏难情绪且无法让学生形成对课程的整体理解。双语教学既有很多优点,但要教好也存在学生不易理解等诸多难题。为此,笔者和课题组老师针对这些问题展开了一系列教学改革和探索。
  1.教学课件使用英语制作,主要使用英语讲述
  双语教学要提高学生英语的阅读、沟通和交流能力,教师首先要使用英语教材和英语课件,并使用英语来“教授”课程。但是考虑到英语并非母语,可在重要专业术语初次出现时旁边加注汉语。并在介绍和描述概念时主要使用英语,但不应盲目排斥使用汉语。在需要师生互动的时候,如果学生反映理解有困难,可以使用汉语举例子或者使用比喻、讲故事等方法以帮助学生理解。
  2.多使用课堂多媒体演示
  智能控制效果单独通过讲述智能控制方法会让学生觉得枯燥,而利用多媒体来对某个控制算法进行软件仿真和演示就可以直接形成“感观”意识,从而加深学生对于课程内容的印象。例如针对智能洗衣机的模糊控制,可以使用Matlab结合Simulink和Labview等软件对分别进行使用不同形状隶属度和不同模糊推理方法的仿真,最后控制的效果可以通过仿真展现在学生面前,激励学生自己通过实验得到真实结果来对比并展开讨论。
  3.增加实验教学环节
  本课程之前由于学时的限制,仅限于理论教学。为增强教学效果,特增加神经元控制和模糊控制等多个实验,并在实验验收阶段增加小组答辩等环节,以增加学生的实践技能和分析研究问题的能力。
  四、课程考核的改进
  双语教学不同于普通英语教学、专业英语教学,它以掌握专业知识和技术为主要目的。但是双语教学课程既然以培养学生的全面素质为目的,那么在最终成绩的考核体系上就需要综合各类因素,尽可能全面公平公正地给予学生评价。传统的“智能控制”课程考核方法仅限于试卷考试,主要是概念论述和公式推导演算,无法全面评价学生的能力水平。试卷中无法涵盖学生对于专业基础知识的掌握情况,也无法提供学生在学习探究以及采用双语教学后英语应用能力的测试结论。
  本课程现已转变为试卷考试、试验考查和独立报告等多方面结合的课程考核方法。除去卷面考试分数外,学生可以通过以下途径获得加分:阅读相关外文文献并作出阅读报告或完成英语口述演示;学生通过独立或小组实验并根据实验结果作出实验分析报告且完成答辩。这些教学改革意在全面考查学生的理解和实践能力,鼓励学生分析研究和创新。学生不仅要掌握智能控制的控制思想和方法方面的知识,还要能使用英语阅读和表达,并通过试验和独立研究实现自己的控制理念。
  五、结束语
  笔者通过对“智能控制”进行双语教学提高了学生对于该课程的学习兴趣,并取得了较好的教学效果。多数同学认可教学改革的效果。课程考查通过率达到82%,其中约21.2%的同学通过英语综述和阅读报告获得加分,约1/3的同学通过实验和课程报告获得加分。而随后的问卷调查显示,31.7%的同学在课程结束后对智能控制产生兴趣,51.3%的同学认同在学习后英语水平有提高,并对后期通过大学英语四、六级考试有帮助。
  从长远看,在专业课程中开展双语教学是一个大趋势,但是如何使双语教学发挥优势、避免一些可能的问题还需要解决大量细致的问题,在师资培养、教学方法创新和双语教学效果评估方法方面不断思考、研究和探索。
  参考文献:
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  [11]2010年湖北汽车工业学院本科培养计划[Z].
  [12]2011年湖北汽车工业学院本科培养计划[Z].
  (责任编辑:王祝萍)
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