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近五年来本课程组成员积极开展教学改革和教学研究,为这门课的发展倾注了大量的心血和汗水。在课程改革与创新方面做了较多的尝试,取得了丰硕的成果:
1.提出建立和谐教学体,贯彻以学生为本的现代教育思想,全面提升精品课程建设。
我们把智能控制基础课程建设视为一个浩大的系统工程,涉及授课教师、学生、教辅人员、实验室和工程技术人员的协调关系,及理论教学和实践教学繁杂教学的和谐过程。通过和谐教学体的构建可以在教学队伍建设、教学内容建设、先进教学方法和手段采用、教材建设、实验与实践建设和激励机制建设等方面全面提升精品课程的建设。
图1? 理论教学过程的和谐统一
图2? 实验与实践教学过程的和谐
2.教学内容先进,知识结构合理,重视研究性学习、探究性学习、协作学习等现代教育理念在教学中的应用。
申请人2004年从加拿大留学回国后把北美先进的教学理念应用在教学中,并组织教师探讨《智能控制基础》课程的改革。参考国内外最新的教学体系,进一步优化课程的体系结构。考虑到智能控制的应用现状,调整后的教学体系结构以模糊控制为主线,包括神经网络、专家系统以及智能控制在机器人中的应用。课程内容的技术性、综合性和探索性的关系处理得当,启发式和交互式教学,致力于培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。相应缩减了理论教学学时,适当增加实践教学学时,学生通过理论教学和实践教学的有机结合,理论联系实际,加深了对于智能控制理论课程难点内容和物理现象产生机理的理解,极大地激发学生学习的兴趣,提高学生学习的主动性、自觉性,融知识传授、能力培养、素质教育于一体。
获得的教学研究表彰 / 奖励有:
(1)“智能控制基础”2005年被评为省级精品课程,申报国家级精品课程,通过网评,是重点评议项目;
(2)“虚拟仪器技术在实验室建设中的应用”,获 2000 年河南省教学成果一等奖;
(3)“借鉴北美高等教育经验深化我国高等教学改革”获2005年河南省优秀教学研究成果一等奖;
(4)“《智能控制基础》精品课程建设及创新意识和工程实践能力培养”项目获得2006年河南高等教育教学成果鉴定。
(5)“电工电子实验实习中心建设”2004年通过省鉴定,2005年获郑州大学教学成果一等奖;
(6)“小型 DCS 实验系统的设计开发及在教学中的应用”项目通过河南省教委组织的教学鉴定,并获 1999 年郑州大学(原郑州工业大学)教学成果二等奖;
?3.自编高水平的教材和选用国外知名大学的英文原版教材,保障知识的系统性和先进性。
教学内容的优化和更新要体现和落实到教材中,教材是教学过程的重要依据。我院冯冬青教授和师黎教授结合多年的科研实践经验,1998年自主编写出版《模糊智能控制》一书,作为我院本科生《智能控制基础》课程的教材,该书融入作者多年在此领域的科研成果,形成了基础性强、实用性突出的特色。
2004年申请人对该课程教材选用方面作了大胆革新,选用了国际著名智能控制专家美国俄亥俄州立大学K.M.Passino主编的原版英文教材《Fuzzy Control》的部分章节内容,与原教材配合使用,及时把学科最新发展成果和教改教研成果引入教学,保障知识的系统性和先进性,拓宽了学生的视野。
2005年,申请人吸取了国内和国外智能控制领域学术书籍的长处,由科学出版社出版完成了专著《反馈控制理论导论》一书,也已经引入本科生的教学中。
出版的相关教材:
1.《反馈控制系统导论》( ISBN 7-03-015333-2 ),科学出版社, 2005 年6月,师黎,孔金生编著。
2 .《模糊智能控制》( ISBN 7-5052-2289-1/TP.210),化学工业出版社,1998年8月,冯冬青,师黎编著。
3.《智能控制系统理论及应用》(ISBN 7-5349-1983-5/G.522),河南科学技术出版社,1997年3月,王杰。
4. 《结构分散化控制理论》(ISBN 7-28-08980 -4 ),新疆人民出版社,2004年8月,陈铁军编著。
5. 《建筑智能化系统及工程应用》( ISBN 7-5025-3631-0/G.972 ),高等教育规划教材,化学工业出版社 2002 年 3 月出版,孔金生。
6. 《工业大系统优化与产品质量控制》( ISBN 7-03-011507-4 ),科学出版社 2003年9月出版,孔金生。
7. 《机电一体化检测与控制技术》,人民邮电出版社,2006年1月,ISBN7-115-14155-X/TN·2632 ,李晓媛。
8.《电子线路辅助设计 Protel99 》(ISBN 7-040-14933-8),高等职业学校教育规划教材,高等教育出版社 2004年7月出版,李晓媛。
9. 《注塑模具 CAD/CAE/CAM 技术》(ISBN 7-81045-350-5),北京理工大学出版社,1998年5月,师黎。
10.《电力设备手册—故障排除与维护》(ISBN 7-030-15178-X)),科学出版社,2005年,美国菲利普 .凯迈赫著,高金峰,张宇波翻译。
11.《变频器原理及应用》(ISBN 7-111-16522-5),高等职业学校教育规划教材,机械工业出版社, 2005 年 6 月,高继贤。
12.《数据结构》,光明日报出版社,2004年4月,朱晓东。
4.实行双语或外语教学,促进精品课程建设向国际化方向发展。
由于经济的全球化、科学技术的国际化趋势要求广大学生具有国际化的视野和竞争能力,加大双语和外语教学,无疑是促进精品课程建设向国际化发展的有利途径。
负责人师黎教授回国后吸收借鉴国外先进的教育理念,积极进行具有前瞻性的教学改革研究。结合专业特点,选用自主编写的智能控制教材和国外知名大学英文原版教材相结合,在我校专业基础课中最早实行双语教学。从教学内容上直接和国外知名大学保持一致,配合介绍国外研究动态和实际系统的分析,确立培养学生分析和解决复杂系统控制问题,拓宽视野,培养从交叉学科中思考和处理问题的能力。不断用国际最新的专业研究成果充实教学,达到同国际接轨。
目前,我们承担了国家级教学改革与实践项目和河南省省级教研项目多项:
1 .国家级教学改革与实践项目“智能控制双语教学实践与教学研究”(2006-2008);
2 .“虚拟仪器技术在实验室建设中的应用”项目通过河南省教委组织的教学鉴定,并获2000年河南省教学成果一等奖;
3 .“《智能控制基础》精品课程建设及创新意识和工程实践能力培养”项目,2006年通过河南高等教育教学成果鉴定;
4.河南高等教育教学改革研究项目“《智能控制基础》双语教学精品课程建设的研究与实践”(2005-2007);
5.河南省教育厅“十五”教育科学规划项目“工科教育创新意识与能力培养的研究”,(2005-2006);
6.河南省高等教育面向21世纪教学改革计划项目“面向21世纪电气信息类专业人才培养模式与课程体系的研究”,通过鉴定(1999-2001);
7.“小型DCS实验系统的设计开发及在教学中的应用”项目通过河南省教委组织的教学鉴定,并获1999年郑州大学(原郑州工业大学)教学成果二等奖;
8.“《过程控制系统》精品课程建设”,郑州大学教改项目(2005-2007)。
5.建立一套完善的实践教学方案,突出工科学生创新意识与工程实践能力的培养。
智能控制是一门技术新、实践性强的专业基础课程,要求学生能够把理论与实践紧密结合,适应今后的工作和继续深造。我们通过多种渠道,采用各种措施为学生提供培养创新意识和实践能力的平台,并制定相关素质教育优惠政策,把素质教育落到实处。
(1)我们借鉴国外知名大学的经验,在教学中增加了能培养学生创新能力、充分发挥学习自主性的课程小论文和综合设计题目,提高了学生的学习兴趣,达到理论联系实际的教学效果,并将这些放在学术论坛上,促进学生积极思考,激发学生的学习能力。
(2)教师和实验人员充分利用智能控制实验室的装置和设备,除了开设一些典型实验外,还开设了高水平的选作实验。并挑选部分学生参加教师的实际科研项目,取得较好的培养效果。
(3)鼓励学生参加课外科技活动深化理论教学内容,每学期学校或院系为学生提供科技平台,激发学生课外动手、动脑的实践能力。如省挑战杯、学校开展大学生科技竞赛、院系有电子制作活动月、创新活动等。
(4)我们还在一些工矿企业建立了实践教学基地,学生定期前往进行实践活动,通过实际课题研究,开拓了学生的工程实践能力和创新意识。
近几年来,在教师的指导下,大学生课外科技活动小组在河南省和学校取得了较好的效果,学生在中文核心期刊上发表论文多篇。
我们主持的“《智能控制基础》精品课程建设及创新意识和工程实践能力培养”项目,2006年通过河南高等教育教学成果鉴定;承担了河南省教育厅“十五”教育科学规划项目“工科教育创新意识与能力培养的研究”,(2005-2006)。
??? 6.自行研制实验装置和开发实验,加强实验室建设。
郑州大学作为 211 重点院校,利用 211 工程中世行贷款的支持,建立了智能控制基础实验室。借鉴国外知名大学的经验,我们在实验教学中提供了综合型自主实验内容,学生可以针对实际对象开发智能控制基础软件,促进学生积极思考,激发创造性。
我院自行设计开发了“ WKI 温度控制系统实验平台”,在国内院校具有创新。该实验装置完成模糊智能控制实验和经典 PID 控制的比较,极大地促进了实验教学,使得“智能控制基础”课程教学既有理论深度,又生动新颖。我课程组青年教师在双容水槽对象上开发了模糊控制实验,模拟玻璃窑炉温度对象进行神经网络控制的研究,开设仿真实验。
本课程组的教授、青年教师和实验教师正在针对“高级过程控制实验台”进行多种智能控制算法的研究和开发。逐步建立《智能控制基础》的半开放或全开放实验室,向综合型、开放型和研究型方向转变,充分激励学生探索和研究的热情,进一步加强实践性环节。
另外,我们 完成了“智能控制基础虚拟实验系统研究开发”,丰富了实物和虚拟仿真等实践教学形式,充实了实验教学内容,为学生进行控制理论应用和科技创新活动提供了有效的实验支持。
7.建立合理有效的激励和评价机制。
??精品课程的建设是一个长期的、持续发展的过程,需要不断完善、精益求精。建立切实有效的激励和评价机制,是鼓励教师、实验人员和学生积极参加精品课程建设的重要保障。
精品课程的激励和评价机制应由学生考核、学生评教、同行评价和管理督导等制度组成。学生的考核机制应充分考虑学生素质、能力和创新意识的培养,在成绩考核方面我们采用了平时作业、随堂测验、专题论文、基础实验和自主实验、期终考试等多项内容相结合的综合评定方法,避免了只以考试定成绩的传统习惯。
通过学生评教、同行评价和管理督导制度,鼓励教师、实验人员和学生积极参加精品课程建设,建立健全的精品课程评价体系,促使精品课程建设持续不断的健康发展。
教师在国内外主要刊物上发表的教改教研论文:
1.师黎“开展双语教学的实践与体会”,中国高等教育(CN11-1200/G4 中文核心期刊)2006.3,第1名。
2.师黎“加拿大志愿者服务体系对我国高校德育教育的启示”,中国高等教育 (CN11-1200/G4 中文核心期刊),2004.10,第1名。
3.师黎等“借鉴北美高等教育经验深化我国高等教学改革”,郑州大学学报 (CN41-1027/C 中文核心期刊), 2004.5期,第1名。
4.师黎“马克思主义认识论与自动控制理论的新发展”,河南大学学报 (CN41-1028/C? 中文核心期刊), 2002.3,第1名。
5.师黎“ 提高专业外语教学质量的研究”, 化工高等教育(CN31-1043/G4),1998.1,第1名。
6.孔金生等“对《自动控制理论》课程教学改革的探讨”,河南教育学院学报(CN41-1246/G4), 2003年第2期。
7.孔金生等“自动化专业学生系统集成能力的培养”,航空教育(CN11-2548/G4), 2004.3。
8.李晓媛、孔金生“毕业设计与自动化专业学生的实践能力培养”,中国教育研究与实践(CN98-4311/NR ), 2004.9。
9.王杰等“试卷质量的可拓评判”,郑州大学学报(理学版)(CN41-1338/N), 2003.2。
10.杨丽徙等 “由高校扩招看工科实验教学环节”,郑州工业大学学报(社会科学版)(CN41-1303/C),2001.1。
11.杨育霞等“电路实验教学原理与考核CAI课件”,郑州工业大学学报(社会科学版)(CN41-1303/C),2001.1。
12.贾更新 “实验教学实行素质教育的尝试”,郑州工业大学学报(社会科学版)(CN41-1303/C),2001.1。
13. 师黎“以和谐教学体,提升精品课程建设”,河南大学学报(CN41-1028/C? 中文核心期刊)已录用。
8.以学生为本,充分发挥现代教育技术手段的作用。
根据本课程涉及多学科交叉的特点和课程教学要求,积极推广计算机辅助教学、多媒体教学、虚拟现实和网络技术等现代信息技术,实现教学手段和学习方式的进步,扩大课堂教学的信息量,提高课堂教学效果恰当,并在激发学生学习兴趣和提高教学效果方面取得实效。
本课程组的成员开发了智能控制基础网络教学平台,相关的多媒体教学课件、电子教案、授课录像、教学大纲、习题、实验指导、参考文献目录等均已上网并免费开放。网络教学为学生提供了广阔空间,学生可以自主从事学习活动,根据自我情况安排学习,而且可以通过学术论坛进行讨论和交流,通过集体参与实现合作学习,并在合作中提高学习兴趣和学习效率。
通过恰当的教学设计,合理选择和运用现代教学媒体,并与传统教学手段有机组合,教师和学生共同参与教学全过程,以学生为本,使学生在最佳的学习条件下进行学习。
9.构建教学辅导网站,提供灵活多样的学习途径,提高学习兴趣和学习效率。
借助于计算机网络技术开发的学术论坛 , 能为教师与学生之间提供一个实时相互交流的渠道。通过论坛,学生可以访问到一些与智能控制相关资料和最新技术动态;可以随时随地登录网站向教师请教各种问题并及时得到回答,教师根据答疑论坛情况也可以随时了解学生的学习情况,及时调整授课的进度和方法。
“智能控制基础虚拟实验系统研究开发”,丰富了实物和虚拟仿真等实践教学形式,充实了实验教学内容,为学生进行控制理论应用和科技创新活动提供了有效的实验支持。
10.高水平师资队伍的建设。
要想培养出具有创新思维和实践能力强的学生,必须具有创新能力的教师,师资队伍的建设是创建精品课程和提高教学质量的根本保障。
课程负责人师德好,学术造诣高,教学能力强,教学经验丰富,对教育学有较深研究,按照教育学的规律组织和安排教学。主讲是教授、博士,辅导教师均具有硕士以上学历,并具有多年的教学经验。同时对于那些优秀的硕士生可以参与辅导、实验、批改作业等工作,充分发挥教学人才资源。
??? 另外,我们在长期的教学实践中充分认识到师资队伍的建设是和科研密切相关的,科研是促进师资与精品课程建设的最佳途径,是提高教学质量的最佳手段。 |