智能控制是自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)研究生的一門重要學(xué)位課或?qū)�業(yè)必修課。智能控制的任課教師怎樣講好這門課程，應(yīng)該具備哪些指導(dǎo)教學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，怎樣進(jìn)行教學(xué)文件和教學(xué)方法設(shè)計(jì)，怎樣設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)，怎樣設(shè)計(jì)教學(xué)課件內(nèi)容等正是本書要回答的問題。

寫作背景

《智能控制》（ISBN 9787302436560）自2016年由清華大學(xué)出版社出版以來，有不少任課教師希望能提供配套的教學(xué)課件。該書于2021年10月再版之際，責(zé)任編輯一再建議編制配套課件。作者始終認(rèn)為，講好一門課不能完全依賴教學(xué)課件，因?yàn)榻虒W(xué)課件只是課堂教學(xué)的一種輔助手段。

多媒體PPT教學(xué)課件對(duì)圖形、公式的展現(xiàn)快捷、清晰、直觀，也便于某些課程內(nèi)容的動(dòng)態(tài)演示。但是，PPT教學(xué)課件最大的弊端是，在有些情況下，教師和學(xué)生在課堂上都把它作為教與學(xué)課程的唯一載體。師生在課堂上易被PPT所牽引，致使部分老師講課離不開PPT； 學(xué)生把PPT復(fù)制下來，助長(zhǎng)了學(xué)生不買書、不讀書的不良風(fēng)氣。其結(jié)果是： 既不利于教師深入鉆研教材認(rèn)真?zhèn)湔n，又不利于學(xué)生認(rèn)真讀書，把課程內(nèi)容學(xué)深學(xué)透； 不利于大面積提高課堂教學(xué)質(zhì)量，造成教育資源的浪費(fèi)。

如何提高智能控制這門既重要，又有難度的新興課程的教學(xué)質(zhì)量？本書作者李士勇教授作為哈爾濱工業(yè)大學(xué)教學(xué)名師獎(jiǎng)獲得者，近40年來，先后從事過自動(dòng)控制原理、微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐、模糊控制、智能控制、智能優(yōu)化算法、非線性科學(xué)、復(fù)雜系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)和科技論文寫作等多門本科生、研究生課程的教學(xué)、科研及研究生指導(dǎo)工作，并作為校、院兩級(jí)研究生、本科生教學(xué)督導(dǎo)專家長(zhǎng)期參加課堂聽課、教師資格認(rèn)證、教學(xué)質(zhì)量評(píng)估、教學(xué)競(jìng)賽點(diǎn)評(píng)、試卷質(zhì)量檢查等教學(xué)研究實(shí)踐活動(dòng)。

作者在長(zhǎng)期的教學(xué)和教學(xué)督導(dǎo)實(shí)踐中積累了較豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將這些經(jīng)驗(yàn)通過書的形式總結(jié)出來，期望對(duì)智能控制及相關(guān)專業(yè)課程的教師提高課堂教學(xué)質(zhì)量有所幫助。

教師應(yīng)具備的教學(xué)指導(dǎo)理論

教師無論從事哪門課程的教學(xué)工作，除了掌握好本門課程的內(nèi)容外，還應(yīng)領(lǐng)悟教學(xué)的宗旨在于訓(xùn)練學(xué)生的思維，提高他們的思維能力，培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新性思維、系統(tǒng)性思維和辯證性思維能力； 更需要學(xué)習(xí)、掌握一些思維科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、科學(xué)方法論的基本概念和理論，并用它們來指導(dǎo)教學(xué)工作。

思維科學(xué)是研究人們認(rèn)識(shí)客觀世界的思維規(guī)律和思維方法的科學(xué),又稱為邏輯學(xué)、認(rèn)知科學(xué)。思維是指人們對(duì)客觀事物的間接反映,它反映事物的本質(zhì)屬性和事物之間的聯(lián)系。為了通過教學(xué)實(shí)踐訓(xùn)練學(xué)生的思維，教師就要掌握思維科學(xué)的基本概念和原理，并用于指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐。

系統(tǒng)科學(xué)是以系統(tǒng)為研究對(duì)象的基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用學(xué)科群組成的科學(xué)。系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的組件(元素)組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體。智能控制系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的智能控制器和被控對(duì)象等環(huán)節(jié)組成的具有控制功能的整體。運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)來分析智能控制系統(tǒng)有利于抓住影響控制性能的主要矛盾。

科學(xué)方法論是指導(dǎo)人們從事科學(xué)研究工作中普遍使用的思想方法或哲學(xué)思想�？茖W(xué)方法論內(nèi)容豐富,作者認(rèn)為首要的是掌握自然辯證法中的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律。矛盾是辯證法的核心概念,矛盾就是對(duì)立統(tǒng)一。任何事物都包含著矛盾,矛盾分主要矛盾和非主要矛盾,二者在一定條件下可轉(zhuǎn)化,矛盾雙方既對(duì)立又統(tǒng)一,由此推動(dòng)著事物發(fā)展。

思維科學(xué)和科學(xué)方法論在系統(tǒng)的范疇內(nèi)都是相通的。系統(tǒng)的辯證的思維方法論為我們正確認(rèn)識(shí)事物，分析矛盾，解決問題，搞好教學(xué)、科研及發(fā)明創(chuàng)造等提供了強(qiáng)有力的思想武器。因此,在教學(xué)工作中以系統(tǒng)的辯證思維的科學(xué)方法論作指導(dǎo),才能收到事半功倍的效果。

智能控制教學(xué)設(shè)計(jì)與指導(dǎo)

教學(xué)手段與教學(xué)方法

教學(xué)手段是指教師向?qū)W生傳授知識(shí)采用的方式，目前的課堂教學(xué)方式主要采用講述、板書、PPT課件、智慧教室、教具及模型等。其中最主要的教學(xué)方式是講述、板書和PPT課件3種形式。

講述、板書、PPT課件3種形式相配合是值得提倡的教學(xué)方式。教師在充分備好課之后，在課堂上講述的思路、內(nèi)容、講法等都已存儲(chǔ)在自己的腦子里。因此，課堂教學(xué)應(yīng)由教師的授課思路驅(qū)動(dòng)，以講述為主，當(dāng)需要板書配合時(shí)就在黑板上寫或畫，需要PPT時(shí)就播放PPT 課件。

課堂上之所以要以教師講述為主，是因?yàn)橹v述過程的語(yǔ)言反映了教師備課的思路和內(nèi)容, 具有知識(shí)的連貫性，易被學(xué)生所理解和接受。尤其是在課程開始時(shí)，教師介紹問題的背景、提出問題、分析問題、探索解決問題的來龍去脈等最適合用語(yǔ)言講述。

作者倡導(dǎo)任課教師采用研究型教學(xué)法，要把對(duì)教學(xué)內(nèi)容的備課作為研究課題來對(duì)待。要求在備課過程中循序漸進(jìn)，一步一個(gè)腳印，要一個(gè)問題一個(gè)問題地?fù)该靼�，尤其要在基本概念上狠下功夫。因�(yàn)橐婚T新的課程，必然要遇到許多新的概念。遇到的新概念往往既是難點(diǎn)，又是重點(diǎn)。因此，要想講好課必須從講好一個(gè)概念開始。

作者在長(zhǎng)期的課堂教學(xué)、教學(xué)研究實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了三段論教學(xué)法。它的基本思想是以三要素為線索，把要講授課程的內(nèi)容、盡可能通過知識(shí)元、知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)集三要素形式聯(lián)系在一起，形成一個(gè)知識(shí)鏈條，若干個(gè)知識(shí)鏈條連在一起，能夠反映出相應(yīng)部分知識(shí)的來龍去脈，有助于揭露知識(shí)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系及本質(zhì)特征。此外，作者還總結(jié)出搞好課堂教學(xué)的多種具體的教學(xué)方法及指導(dǎo)原則。

編制教學(xué)文件的內(nèi)容及意義

一門課程的教學(xué)文件是否齊全以及設(shè)計(jì)質(zhì)量在很大程度上反映了任課教師的科學(xué)素質(zhì)、業(yè)務(wù)能力、水平及責(zé)任心。教學(xué)文件為任課教師提供了關(guān)于授課的總的指導(dǎo)，為教師授課提供了基本保障。

教學(xué)文件設(shè)計(jì)包括課程教學(xué)大綱設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)及難點(diǎn)設(shè)計(jì)，教學(xué)手段及教學(xué)方法設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、考試題目設(shè)計(jì)、考試成績(jī)?cè)O(shè)計(jì)、課堂教學(xué)質(zhì)量考核指標(biāo)設(shè)計(jì)等。在教學(xué)文件中，教學(xué)大綱是最重要的教學(xué)文件。它規(guī)定了課程性質(zhì)與地位、課程目的及要求、課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配、課程實(shí)驗(yàn)、考核方式、教材及參考書等。

為了保證課程教學(xué)質(zhì)量，必須遵循課程教學(xué)大綱的指導(dǎo)思想，嚴(yán)格按照大綱制定的課程性質(zhì)、課程目的及要求、課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配進(jìn)行授課。建議有能力的教師一定要親自編制課程教學(xué)文件，并通過教學(xué)實(shí)踐不斷總結(jié)提高，以便再進(jìn)行修訂。

教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)及難點(diǎn)的設(shè)計(jì)

為了講好一門課程，必須對(duì)授課內(nèi)容總體的重點(diǎn)、難點(diǎn)做到心中有數(shù)。智能控制課程的重點(diǎn)在模糊控制，模糊控制的重點(diǎn)在模糊邏輯推理，模糊邏輯中的難點(diǎn)在于用一個(gè)模糊集合描述一個(gè)模糊概念。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是智能控制課程教學(xué)的又一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之所以為重點(diǎn)是因?yàn)樗�有別于模糊系統(tǒng)，具有學(xué)習(xí)能力，難點(diǎn)在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過權(quán)矩陣隱含表現(xiàn)知識(shí)，網(wǎng)絡(luò)種類多且學(xué)習(xí)算法復(fù)雜、抽象等。

什么是重點(diǎn)？重點(diǎn)就是主要矛盾，主要矛盾解決了，其他問題就迎刃而解了。什么是難點(diǎn)？難點(diǎn)就是難以理解和掌握的內(nèi)容，包括新的概念、理論等。關(guān)于重點(diǎn)、難點(diǎn)之間的關(guān)系有3種情況： 既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)； 是重點(diǎn)但不是難點(diǎn)； 是難點(diǎn)但不是重點(diǎn)。例如，模糊控制是智能控制教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)，但并不是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)； 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是智能控制課程教學(xué)的重點(diǎn)，又是難點(diǎn)； 模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都具有萬能逼近性質(zhì)的證明過程是個(gè)難點(diǎn)問題，但并不是教學(xué)的重點(diǎn)。

每次授課內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)都要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。對(duì)于是重點(diǎn)又是難點(diǎn)的問題要給予較多的講述時(shí)間； 對(duì)于難點(diǎn)而不作為重點(diǎn)的內(nèi)容，用較少時(shí)間講清其基本思想、實(shí)質(zhì)、結(jié)論及其應(yīng)用范圍即可。

本書的特色及寫作特點(diǎn)

作為一門研究生專業(yè)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)與指導(dǎo)書，本書立意是選題創(chuàng)新的一種嘗試。本書的創(chuàng)新性表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

（1） 將系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)和科學(xué)方法論作為指導(dǎo)教學(xué)的科學(xué)理論，為教師綜合提高科學(xué)素質(zhì)和教學(xué)質(zhì)量提供了理論指導(dǎo)。

（2） 將教學(xué)文件、教學(xué)手段、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)、教學(xué)課件、教學(xué)評(píng)價(jià)等內(nèi)容融為一體，為智能控制課程教學(xué)提供了全方位、系統(tǒng)的指導(dǎo)。

（3） 提出了三段論與三要素教學(xué)法。三段論教學(xué)法是指提出問題、分析問題、解決問題的教學(xué)三段模式； 三要素是指常用3個(gè)維度或三元組描述事物組成的結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性和普適性。

（4） 提出把教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)元、知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)集構(gòu)成知識(shí)子集（知識(shí)單元），再把若干個(gè)知識(shí)子集連接成一個(gè)知識(shí)鏈條，這不僅便于記憶，而且有利于揭示各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系。

（5） 在撰寫方法上，由淺入深，深入淺出，辯證分析，突出重點(diǎn)，化解難點(diǎn)，富有創(chuàng)新性和啟發(fā)性。

結(jié)束語(yǔ)

在人工智能蓬勃發(fā)展的時(shí)代，面臨著信息化、數(shù)字化、智能化的信息革命浪潮，在世界各國(guó)都在加速培養(yǎng)高技術(shù)人才之際，承擔(dān)研究生智能控制課程教學(xué)無疑是一項(xiàng)光榮而艱巨的工作。希望教師牢記教學(xué)的宗旨在于訓(xùn)練學(xué)生的思維，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新性思維、系統(tǒng)性思維和辯證性思維能力。期望教師學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)和科學(xué)方法論的基本思想，并運(yùn)用它們自覺地指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。

最后,作者對(duì)清華大學(xué)出版社對(duì)本書出版工作的支持表示衷心感謝! 對(duì)本書所引用的國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的作者深表謝意!

作者
2023年3月于 哈爾濱工業(yè)大學(xué)