徐本连， 施 健， 刘 燕， 朱培逸

(常熟理工学院 电气与自动化工程学院, 江苏 常熟 215500)

专业认证背景下“智能控制”课程教学实践

徐本连， 施 健， 刘 燕， 朱培逸

(常熟理工学院 电气与自动化工程学院, 江苏 常熟 215500)

本文针对我校自动化工程教育专业认证要求，设计了面向“智能控制”课程的毕业要求指标点及其评分标准，并以两个自动化专业班级学生样本为例，基于作业、实验报告、技术报告等三个观测点的实际数据，计算出了针对该课程的毕业要求指标点达成度，通过对教学效果的量化，找出了该课程实施中学生能力的薄弱环节，并给出了今后改革方向与思路。

专业认证；智能控制；教学实践

0 引言

工程教育专业认证是指由政府指定认可的认证机构或社会团体对高等学校工科专业开展的认证工作。世界上许多国家和地区为促进自身工程教育发展，纷纷推行工程教育专业认证制度，并制定了相应的认证协议，其中，签署时间最早、知名度最高、缔约方最多的工程教育国际认证协议是“华盛顿协议”[1,2]。2013年6月，我国成功加入了“华盛顿协议”，2016年6月2日，中国成为国际本科工程学位互认协议“华盛顿协议”的正式会员。最近，中国工程教育专业认证协会发布了最新的“工程教育认证工作指南(2015 版)”，对比新旧版工作指南不难发现，无论是认证办法、认证标准，还是规范性要求都有了较大变化，与学生培养及毕业、课程设置及教学等密切相关的认证标准部分变化主要体现在：不仅设置了通用标准，还针对不同的专业大类设置了各自的补充标准，这就要求各个高校在制定培养目标和毕业要求、设置课程内容和教学计划等时要充分考虑不同专业的特点和专业认证的要求。截至2016年底，全国已有570多个专业通过了认证。

我校自动化专业于2004年正式招生，先后成为国家特色专业建设点、教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业、江苏省重点类专业、教育部“十二五”本科综合改革试点专业、江苏省品牌专业等。2016年12月，我校自动化专业正式接受工程教育专业认证专家组进校考察。

作为自动化专业课程建设重要组成部分，“智能控制”课程是在经典控制理论与方法、计算机技术与方法、自动化工具软件开发与集成等知识点掌握基础上，要求进一步掌握模糊控制、神经网络、群智能等现代控制方法与手段，它是一门逻辑性严密、适用性广、综合性与实践性较强的课程。课程在建设过程中，先后经历了传统课程教学模式、双语教学、研究性课程双语教学等教学模式尝试[3-5]，教材也经历了从中文教材转换至英文教材，再到自编英文教材和中文教材的过程。该课程在教学方式、教学内容、考核方式等设计上，注重理论与实际相结合，结合学生的实际情况，以能力训练为导向，注重学生自主学习能力与独立思考能力培训，将教学反思、意见反馈及时引入课堂，在提升课堂教学效果方面做了有益的探索。

结合自动化工程教育专业认证要求，2016年，“智能控制”课程教学实践过程中，针对性作了如下设计与思考。

1 课程达成度指标体系设计

1.1我校自动化专业毕业要求

我校自动化专业定位是培养具有扎实自动化基础知识和基本技能，具有较强的社会责任感、职业道德和人文素养，能在现代制造业中解决自动化控制系统、自动化测试系统等工程实际问题的现场型应用工程师。学生在毕业时，应达到如下关键要求：

(1) 工程知识：具备良好的工程知识，能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中的复杂工程问题。

(2) 问题分析：能够对自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中的复杂工程问题，应用数学、物理和工程科学的基本原理进行系统的方案分析、可行性研究，并通过文献研究等方法提出初步设计方案。

(3) 设计/开发解决方案：能够设计针对自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中的复杂工程问题的具体方案，设计满足特定需求的系统，包括硬件电路、程序软件等单元设计，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

(4) 数据分析与研究：能够基于科学原理并采用科学方法对自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

(5) 使用现代工具：在解决自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中复杂工程问题的过程中，能够选择与使用恰当的技术、现代仪器仪表、系统仿真与设计软件等技术工具，包括对复杂工程问题解决效果的预测与模拟，并能够理解其局限性。

(6) 工程与社会：能够对自动化工程进行合理分析，评价专业工程实践和自动化控制系统、自动化测试系统所涉及的复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

(7) 环境和可持续发展：能够理解和评价针对自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

(8) 职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行相应的责任。

(9) 个人和团队：能够在多学科背景下的团队中理解并担当个体、团队成员及负责人的角色。

(10) 沟通：能够就自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中的复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

(11) 项目管理：理解并掌握工程方面工程管理原理与经济决策的基本知识和基本方法，并能够将其应用于多学科环境的工程实践中。

1.2课程支撑毕业要求指标点设计

“智能控制”课程作为自动化专业毕业要求支撑课程之一，除了上节所述的自动化专业毕业要求(6)、(7)、(8)、(10)四项在这门课程中支撑较少之外，对于其他七项毕业要求分解为如下的达成度评价指标点：

指标点1：对应毕业要求(1)，能够选择恰当的数学模型，用于描述自动化系统或者过程，对模型进行推理和求解。

学生能够针对控制系统的实际需求，通过运用模糊逻辑、神经网络、群智能技术等相关理论知识，选择恰当的智能控制方法来建立被控系统的数学模型，并对模型进行推理和求解。

达成途径：根据被控对象的实际特性，设计模糊规则建立模糊控制器模型，或根据系统输入输出建立神经网络模型，或通过群智能建立基于问题的决策模型，通过对实际问题数据进行程序仿真与应用。

指标点2：对应毕业要求(2)和(3)，理解系统的概念及其在控制领域的体现，能对自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中的复杂工程问题的解决方案进行分析，并尝试改进。

学生能够综合运用模糊控制、神经网络、群智能算法进行智能控制系统的解决方案分析，并根据系统运行情况进行方案改进。

达成途径：给定实际工程项目，按照指标要求通过文献研究分析，设计解决方案，根据系统运行结果分析方案合理性，并提出改进措施。

指标点3：对应毕业要求(4)、(9)、(11)，能识别和判断自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成复杂工程问题中的关键环节和参数。

学生能够针对实际问题运用智能控制方法及其参数选择对控制系统的实际效果进行分析，根据分析结果判断影响因素并识别关键参数。

达成途径：通过课题项目团队形式，实行项目负责人制，根据研究对象的特性，通过应用智能控制方法进行多途径实验，根据实验结果识别并判断其关键因素及影响参数，并通过改善参数来提高算法性能。

指标点4：对应毕业要求(5)，能够使用自动化先进技术、现代仪器仪表和信息技术工具，掌握一门外语应能用于沟通，了解国际本行业发展动态，关注本专业国际热点问题。

学生能够熟练运用Matlab、C++、LabVIEW等工具软件并能对各种智能控制方法进行仿真并与传统控制方法进行比较；学生具有一定的本专业外文书籍和文献资料的阅读能力，具有良好的国际视野，通过阅读文献跟踪国际上智能控制的发展趋势与应用现状。

达成途径：通过指定专题的外文书籍及文献阅读，以及以外文进行作答的作业与实验来培养学生外文应用与团队沟通能力，总结智能控制算法的研究现状，关注并跟踪新兴的各种智能算法。

1.3毕业要求指标点达成评分设计

为客观评价每一个指标点的达成度，达成度评价分析设计内容上主要包括考核方式、评价依据、分值及其评分标准四个方面。

“智能控制”课程全面实施过程考核，通过作业、实验、技术报告、答辩等多种形式，对学生在智能控制知识能力掌握方面进行连续、系统、全面评价。其毕业要求指标点达成评分设计示于文末附表之表1。

2 案例实施

本节以我校自动化专业“专转本”两个班(ZB02151和ZB62151)为例，结合毕业要求达成度指标点评分标准，将“智能控制”课程考核分成如下3个观测点逐一比对与分析。

2.1作业观测点

“智能控制”课程的平时作业主要由四个知识点构成，分别是智能控制技术的发展、模糊控制基本概念与方法应用、神经网络基本概念与特点、群智能方法基本概念与一般应用等，主要考察学生的英文写作能力与归纳综合能力(作业一)，对模糊控制、神经网络基本概念和不同类型理解能力(作业二和作业三)，对群智能方法的基本应用能力(作业四)。这四个知识点对应的是毕业要求指标点1、3、4。

作业一主要考察学生对智能控制概念、内容、研究的现状与前沿的掌握与理解程度，对应的是毕业要求指标点4。由表2平均分可知，两个班级对这一概念的掌握都比较好；由标准偏差可知，ZB62151班级同学应该比ZB02151同学更加稳定一些，即在ZB02151班中，有些同学知识点掌握程度并不理想。作业二主要考察学生建立数学模型(模糊模型为例)的能力，对应毕业要求指标点1。可以看出，两个班级整体掌握程度都比较好，此外，无论是平均分还是标准偏差，ZB62151班级同学比ZB02151班级同学表现得好一些。作业三和四(也包括作业二)主要考察对影响系统性能的关键参数的识别能力，对应毕业要求指标点3。可以看出，两个班级对模糊控制与神经网络的相应知识点掌握都较好，但对群智能技术对应的知识点掌握比较差。在进行问题分析时，该情况可能由于群智能技术所涉及参数多，对系统性能影响大等原因所致。

由此可见，对于毕业要求指标1、4，两个班级均能达到要求，对于毕业要求指标点3，两个班级普遍掌握比较差，特别是ZB62151班级，平均分出现了未达标情况。

表2 作业知识点掌握情况统计表

2.2实验报告观测点

“智能控制”课程实验包括模糊控制应用实验、神经网络应用实验、群智能中的蚁群和粒子群两个应用实验，主要考察学生对上述知识点理解与应用能力、软件编程能力和系统测试能力等。这4个实验对应的是毕业要求指标点1和3。

实验报告一主要考察的是针对某个控制系统，建立其模糊控制系统模型，并能给出实验结果，对应毕业要求指标点1。由表3可以看出，两个班级均能在一定程度上掌握方法，并能初步实现结果，ZB02151班级学生的表现相对好一些。实验报告二、三、四主要考察学生对系统的重要参数的识别与分析能力，从表中可知，两个班级均能较好地掌握实验要求，且掌握程度相差不大，但是，两班学生对于粒子群的掌握并不是太理想，从实验报告完成内容来看，主要是由于没有理解实验报告要求所致。

表3 实验报告知识点掌握与理解情况统计表

2.3技术报告观测点

技术报告是本课程考核中最重要的一个环节，从课题的确定至最后分组答辩，耗时近一个月。围绕智能控制概念，导师与学生共同协商确定技术报告的题目，在项目实施过程中，保证导师与学生之间信息沟通顺畅，确保学生有问题能即时与导师交流。每个小组一般由3-4人组成，实行项目组长负责制，小组成员进行分工。合作确保项目顺利完成。在答辩过程中，主要观测学生技术报告和答辩过程中的思路、方案合理性、结果可信度、技术报告完成质量等四个要素。技术报告对应的是毕业要求指标点2和4。表4给出了两个班级的技术报告考核的结果，在技术报告方案、思路清晰度、完成质量方案等方面较为满意，同时，ZB02151班级学生的完成质量要相对好一些。

表4 技术报告知识点掌握情况统计表

2.4毕业要求指标点达成度

根据表1规定，对4个毕业要求指标点进行了达成度计算，由于每个指标点是由多个观测点支撑的，每个观测点按百分制计算，其比重除了表1规定外，其它均按观测点数目平均分配比重。

表5示出其达成度设计表，由表5可以看出，各项指标点达成度均在74%以上；综合各指标点达成度计算结果，ZB02151班级学生的整体表现要好于ZB62151班级；需要注意的是，学生对问题提出技术方案的能力，即指标点2，是最薄弱的环节。

表5毕业要求指标点达成度统计表

毕业要求指标点ZB02151班级ZB62151班级指标点1(86.36*50%+72.50*50%)%=79.43%(90.95*50%+68.81*50%)%=79.88%指标点279.84%74.50%指标点3{(86.36+80.23+67.95)*50%/3+(84.32+81.59+73.64)*50%/3}%=79.02%{(90.95+86.90+56.19)*50%/3+(81.90+80.71+74.29)*50%/3}%=78.49%指标点4(85.68*30%+71.64*20%+83.41*50%)%=81.74%(75.71*30%+74.05*20%+82.86*50%)%=78.95%平均达成度:80.01%平均达成度:77.96%

3 课程持续改进措施

按照我校自动化工程教育专业认证要求，对“智能控制”课程教学方式、考查方式进行了改革与探索。根据毕业要求指标点，结合我校自动化专业专转本两个班(ZB02151和ZB62151)样本，计算了各指标点的达成度，进一步明确了该课程教学改革方向：

3.1以技术报告为重点，提高学生综合素质

技术报告所考察的能力要素比较全面，如团队合作、语言表达、方案的设计与实施、结果讨论与答辩等，在一定程度上调动了学生主动学习的积极性，增加了教师与学生互动的机会，同时，增强了学生的专业自信。技术报告在实施的过程中，应做到时间节点明确、任务明确、分工明确、考核方式明确，也进一步确保技术报告完成质量。

3.2以项目为导向，鼓励学生自主学习

积极探索与智能控制技术相关的研究前沿与实际应用案例，这是提高学生学习这门课程兴趣与效果的关键所在。以项目为导向，一方面，可以让学生从已知的经典案例中寻找基于模糊控制、神经网络、群智能技术的解决方案，另一方面，针对生活的实际应用案例与需求，应用模糊控制、神经网络、群智能等技术手段，让学生选择问题，解决问题，总结与归纳问题，把学习权交给学生，真正提高学生自主学习能力。

3.3重视多工具软件教学

“智能控制”课程教学时应用软件比较单一，最常用的是Matlab和C++，这两种软件相关的智能控制方法程序资源库比较多，在相关网站上均可以下载。最近，LabVIEW工具软件在自动化及其测试领域开始盛行，它是基于数据流的图形化编程语言G的开发环境，是仪器控制、数据采集、图像处理编程平台，能快速构建实现交互控制系统的图形用户界面。利用LabVIEW工具软件将一些经典案例、实际应用案例进行项目开发，不仅可以提高学生LabVIEW的编程能力，还能锻炼学生在不同的开发环境下对模糊控制、神经网络、群智能知识的理解与应用能力。

4 结语

本文以我校自动化工程教育专业认证要求为蓝本，结合自动化专业特征，以“智能控制”课程为例，对该课程毕业要求指标点体系进行了科学设计。在构建作业、实验报告、技术报告等多个观测点基础上，形成了该课程的毕业要求指标点达成度。

本文通过达成度结果分析，找出了“智能控制”课程教学过程中薄弱环节，为该课程今后的教学重点和学生能力培养指明了方向，具有一定的实际指导意义。

[1] 王孙禺，孔钢城，雷环．华盛顿协议及其对我国工程教育的借鉴意义[J]. 北京：高等工程教育研究, 2007, 1: 10-15．

[2] 张文雪, 刘俊霞, 彭晶. 工程教育专业认证制度的构建及其对高等工程教育的潜在影响[J].北京：清华大学教育研究，2007，28(6)：60-64.

[3] 徐本连，陈庆兰. 智能控制课程之蚁群算法教学方法探讨[J]. 常熟：常熟理工学院学报, 2007, 21(12):116-118.

[4] 朱培逸，徐本连，施健. “智能控制”研究性课程建设探讨[J]. 杭州：计算机时代, 2015(2):57-59.

[5] 施健，朱培逸，徐本连. 智能控制双语教学改革的实施与探索[J]. 吉林：考试周刊, 2013(A4):4-5.

(附表表1列于下页)

附表：

表1 毕业要求指标点达成评分设计

指标点4技术报告技术报告思路部分2016-20:答辩过程中,结合方案,思路清晰,有条理,50%以上使用英语完成。11-15:答辩过程中,结合方案,思路较清晰,条理性较好,30%以上使用英语完成。6-10:答辩过程中,结合方案,思路基本清晰,有一定条理,没有使用英语答辩。0-5:答辩过程中,结合方案,思路模糊,没有条理,答辩不连续。指标点4作业作业15045-50:熟练阅读外文文献,了解智能控制算法的研究现状,关注并跟踪新兴的各种智能算法。40-44:通过阅读外文文献,了解智能控制算法的研究现状及发展趋势。30-39:通过阅读外文文献,对目前智能控制算法的发展有一定了解。0-29:阅读外文文献存在困难,对国际上智能控制算法的研究不太了解。

TeachingPracticeofIntelligentControlCourseintheBackgroundofProfessionalCertification

XUBen-lian,SHIJian,LIUYan,ZHUPei-yi

(SchoolofElectricalandAutomotiveEngineering，ChangshuInstituteofTechnology，Changshu215500，China)

In terms of the requirements of engineering education accreditation of automation major in our school , both the index system and the evaluation criteria of graduate admissions is designed for the course of Intelligent Control. As a sample instance of students from two classes of the same automation major, the index achievement degree of graduate admissions is obtained according to the observation statistics of assignments, experimental report and technical report. From the quantitative results of teaching, the weakness related to students′ ability is found during the implementation of this course. Finally, some positive measures and thoughts have been achieved.

major accreditation； intelligent control； teaching practice

2017-03-01;

2017-06-09

2015 年江苏省高等教育教改研究立项重点课题( 2015JSJG040)

徐本连( 1974-) ，男，博士，教授，主要从事自动化专业的教学与科研工作，E-mail:ben-lian xu@cslg.cn

G712

A

1008-0686(2017)05-0056-06