□史敬灼



课程教学中加强学生知识运用能力培养的探索与实践

□史敬灼

【摘要】让学生熟练掌握运用所学知识解决实际问题的能力，是创新能力培养的基础和重要组成部分，也是课程教学的主要目的。现以“电机智能控制”课程中专家系统教学为例，探讨在课堂讲授中减少纯理论教学内容、将应用实例引入课堂教学以加强学生知识运用能力培养的具体做法。

【关键词】能力培养；创新能力；教学方法

在高校教学过程中加强学生实践创新能力的培养，已经成为满足我国当前社会发展迫切需要的一个重要途径，日益受到重视。总的来看，高校教学过程分为课堂教学与实践教学两部分。为了加强学生实践创新能力的培养，当然需要对包含课程实验、课程设计、实习、毕业设计等环节在内的实践教学进行改革，在增进教师实践创新能力的基础上，加强教师手把手指导，改革实践过程、实践方法与实践结果评价体系，引导学生通过这些实践环节切实增强动手能力，营造创新环境，激发创新意识，培养创新能力。

但不容忽视的是，作为教学过程的另一方面，课堂教学同样也需要做出相应调整，以适应时代要求。上述实践教学环节，是以课堂教学传授的知识为基础的，本质上是以培养学生运用所学知识解决实际问题能力为目的。作为整个教学过程不可分割的两部分，课堂教学与实践教学必须相辅相成，形成合力，才能更好地提升人才培养能力。但是，由于历史习惯、教师能力、课时有限等各种因素的制约，目前的课堂教学过程中普遍存在不同程度的与实践相脱节的问题，影响了学生实践创新能力培养的效果。

针对课堂教学过程中存在的这个问题，可否考虑改变理论知识的讲授方式，通过知识的应用实例来传授知识并提高知识运用能力呢?本文以“电机智能控制”课程中专家系统部分的课堂教学为例，从教学内容组织、课时分配、讲授过程等方面说明改革课堂教学的具体方法。

一、课程教学内容组织

“电机智能控制”是电气工程学科硕士研究生的一门专业课，主要讲授以电机为控制对象的智能控制理论及其应用，内容涵盖专家系统、模糊逻辑和人工神经网络，理论授课课时为40学时。

作为人工智能的一个重要分支，专家系统是“电机智能控制”课程的主要教学内容之一。经过半个多世纪的发展，专家系统已经形成较为完整的理论体系，知识庞杂，涵盖知识获取、知识存储与组织形式、知识查询/搜索方法、推理方法、信息传递等方方面面，不易在较少的课时内充分讲授，需要根据课程教学目的筛选讲授内容。

在课时有限的情况下，选择基础的、共性的和当前常用的知识点作为课程讲授内容，是确定课程讲授内容的通常原则。进行教学改革之前，“电机智能控制”课程根据这一原则确定教学内容，课堂讲授以理论内容为主，教学效果并不理想。调查表明，学生普遍反映课堂讲授较为枯燥，听课、学习兴趣难以维持；理论内容较多，难于记忆，更不明确如何将这些理论知识应用于实际系统来解决实际的电机控制问题。

根据学生反馈，考虑改变课程知识的讲授方式，将原来以理论内容为主、举例为辅且举例简单、不系统的授课方式，转变为在介绍最基本理论知识和概念的基础上，以实际应用例子为主，通过例子来讲知识，讲如何应用知识，讲如何解决实际问题，讲应用该知识得到的好处，讲为什么选择该理论来解决这一问题。这样，有可能在提高学生学习兴趣的同时，使学生在同样多的课时内学到并记住更多知识，学到运用知识的具体方法和能力。

实践这种课程讲授方式前，需要筛选授课内容。首先，选定需要讲授的“最基本理论知识和概念”。一般而言，同样是选择基础的、共性的和当前常用的知识点，但不同的是，由于后续的实际例子中还有讲授具体知识点的空间，因而这里选择的理论知识点和基本概念应更为基础和有共性。同时，针对具体课程而言，所谓基础、共性知识点又往往与课程的具体需要相联系。以“电机智能控制”课程中专家系统部分的教学为例，专家系统理论几十年的发展，是随其在不同领域的不断应用而不断得到发展、扩充和完善的。不同领域中应用的专家系统，有着不同的侧重点。专家系统在电机领域中的应用，有其自身特点和涵盖范围，因而，需要讲授的基础知识应满足其在这一领域主要应用的需要，而不是完整的专家系统的基本理论。另外，除了上述基本理论知识，还应简单讲授专家系统的开发环境、设计方法，为学生的实际应用提供可行途径。综上所述，选定“基础知识”讲授内容可遵循3条原则:一是专家系统入门，二是电机应用需要，三是要讲设计开发方法。

已有文献资料表明，当前专家系统在电机领域中的应用主要集中在以下3个方向:①简单的专家系统作为控制器参数/结构调整机制，用于在线电机控制系统，增加系统鲁棒性；②专家系统用作电机控制/拖动系统的在线或离线故障诊断，提高系统可靠性；③采用专家系统实现电机控制/拖动系统的离线设计或是产品选择。

针对这些具体应用的需要，考虑专家系统的发展，选定“电机智能控制”课程中专家系统部分的基础知识讲授内容，表1列出了全部内容。

其次，选定实际应用例子。已有文献资料中的实际应用例子会很多，其选择一要在课时允许的情况下尽量全面，涵盖应用的主要方向；二要精炼，所选例子通常需要进行适当改编，简化与专家系统无关的内容，突出课程讲授的主要内容，避免喧宾夺主。据此，选定“电机智能控制”课程中专家系统部分讲授的4个实际应用例子为:①异步电动机转速闭环控制系统的控制器参数整定；②故障诊断；③交流电气传动产品的选择；④电气传动系统的配置选择、设计与仿真。上述内容共授课7学时。其中，基础知识讲授3学时，实例4学时。

表1　专家系统的基础知识讲授内容

二、课程讲授过程

基础知识的讲授过程中，在注意语言适当风趣以降低枯燥程度的同时，还要适时加入简单的例子。事实上，这些理论知识往往都源自于对客观现实、自然现象的归纳和抽象，或者源自于对解决现实问题的求索。既然如此，当然也可以从实实在在的现象出发来讲授理论知识，这样不仅将理论与客观现象联系在一起，便于学生理解，引导学生思考现象的本质，更有可能在潜移默化中激发学生的创新思维。例如，在讲授“后向链规则”时，因学生在以往课程中一直习惯于前因后果的前向链规则推理规则，不易理解后向链规则的用途，故以医生看病为例进行讲解。医生看病是生活中一个典型的后向推理过程。讲解时，以在场的某个同学患感冒去看病为例，首先叙述正常的看病过程:医生通过观察、询问和简单的检查（量体温），猜想为普通感冒，开处置单去验血，然后确诊、开药。设想医生采用前向推理，不做猜想，开处置单让患者去做全套检查，付出高昂检查费之后，确诊为普通感冒，从而导致看病成本大幅度增加。最后，指出正常的看病过程为后向链规则的推理过程，就此说明了后向链规则的用途与用法。

在理论知识讲授过程中所举的例子应简单、准确，专注于某个知识点。同时，也应尽量贴近学生生活，通俗易懂，或是在学生应知应会的范畴内举例。对应表1所示内容，举例内容列出如表2。

表2　基础知识讲授过程举例内容

实际应用例子的讲授过程中，先要介绍例子所涉及装置/系统的结构，解释功能及期望性能，然后要讲出该例子存在的待解决问题、为何选择专家系统来解决问题、如何应用专家系统来解决问题、应用之后的效果如何。其中，如何应用专家系统是讲授的重点，包含针对这一特定问题的专家系统设计过程，知识库中具体知识/规则的设计，借以引导学生通过实例学习专家系统的理论知识和具体应用方法。同时，要特别注意讲授的逻辑性，注意先后次序和适当的引出方式，这些往往是影响学生思路、听课兴趣和接受程度的关键。另外，考虑到技术的不断创新发展，如果在讲授过程中能够提出一些具有前瞻性的解决问题的思路，当然更好。

图1　异步电动机转速闭环控制系统框图

例如，在专家系统基础知识之后讲授的第一个例子，异步电动机转速闭环控制系统的控制器参数整定，是专家系统在电机控制领域应用的主要形式，需做重点讲授，要说明为什么、怎么做，使学生在第一个例子中了解如何设计专家系统及其优势。该例对应的系统结构框图如图1所示。图中，除专家系统之外的其他部分均为学生已经学过的知识。讲授过程中，首先简单介绍闭环控制结构及各个功能模块的作用、输入输出关系，详细说明所用转速PI控制器在实际应用中存在的问题，引出PI控制器的参数需要整定/改变以应对变化/时变的电机对象和外部扰动状况。然后，细致讲解如何设计专家系统调节器来整定PI参数，引出专家规则进行具体分析。讲解过程中需注意细节。例如，图示测试信号的幅度、周期如何选取，用作专家系统调节器输入的系统误差信号的波形状态等，以使学生学习之后真正能用、用之能胜。

另外，可以通过改变课程考核形式来激励学生更加主动地锻炼能力。“电机智能控制”课程考核采用平时成绩占80%、结课考试占20%的考核办法，授课过程中要求学生撰写几个报告，报告成绩作为平时成绩。报告内容通常为综述、分析、比较，要求学生在查阅相关文献的基础上，通过归纳总结和认真思考，独立撰写；要求采用严谨、简洁的非文学文字并列出参考文献。例如，在专家系统部分讲授完成后，请学生撰写题目为“专家系统与电机控制”的报告，一方面希望学生能够熟练掌握课堂教学内容，另一方面也希望学生通过查阅文献、撰写报告，由听课入门逐渐走上精通之路。

课堂教学是培养学生运用知识能力和实践创新能力的一个不可缺失的重要环节。如何在课堂教学中更好地实现对学生能力的培养，是一个需要不断探索并与时俱进的重要课题。本文以电气工程学科硕士研究生“电机智能控制”课程教学为例，给出了一种通过实际应用例子讲授理论知识的授课方法。该方法在5届学生中进行了探索与实际应用，效果良好。

参考文献：

[1]王虹.电工学课程教学中学生能力的培养[J].新课程研究(中旬), 2011,(4):174-175.

[2]堵国樑,胡仁杰,等.以项目为导向的电子电路实验研究与改革[J].电气电子教学学报,2015,(3):98-100.

[3]王宇,秦海鸿,等.“电机调速”课程群启发式教学模式研究[J].电气电子教学学报,2015,(3):58-59.

（编辑：秦俊嫄）

【基金项目】本文系河南省高等教育教学改革项目“基于'贯通式'教学模式的电气工程及其自动化专业建设研究”（编号：2014SJGLX200）和河南科技大学研究生教学改革项目“学术型研究生专业课程CDIO教学模式实践”（编号：2014YJG-006）的研究成果。

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：1671-0568（2016）11-0019-03

作者简介：史敬灼，工学博士，河南科技大学电气工程学院教授。研究方向：电机智能控制课程教学。