智能控制是自動化及相關(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，怎樣進(jìn)行教學(xué)文件和教學(xué)方法設(shè)計，怎樣設(shè)計教學(xué)內(nèi)容的重點、難點，怎樣設(shè)計教學(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，因為教學(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。

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)名師獎獲得者，近40年來，先后從事過自動控制原理、微機控制系統(tǒng)設(shè)計實踐、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、院兩級研究生、本科生教學(xué)督導(dǎo)專家長期參加課堂聽課、教師資格認(rèn)證、教學(xué)質(zhì)量評估、教學(xué)競賽點評、試卷質(zhì)量檢查等教學(xué)研究實踐活動。

作者在長期的教學(xué)和教學(xué)督導(dǎo)實踐中積累了較豐富的教學(xué)經(jīng)驗，將這些經(jīng)驗通過書的形式總結(jié)出來，期望對智能控制及相關(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)實踐。

系統(tǒng)科學(xué)是以系統(tǒng)為研究對象的基礎(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象等環(huán)節(jié)組成的具有控制功能的整體。運用系統(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立統(tǒng)一規(guī)律。矛盾是辯證法的核心概念,矛盾就是對立統(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,矛盾雙方既對立又統(tǒng)一,由此推動著事物發(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，以講述為主，當(dāng)需要板書配合時就在黑板上寫或畫，需要PPT時就播放PPT 課件。

課堂上之所以要以教師講述為主，是因為講述過程的語言反映了教師備課的思路和內(nèi)容, 具有知識的連貫性，易被學(xué)生所理解和接受。尤其是在課程開始時，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言講述。

作者倡導(dǎo)任課教師采用研究型教學(xué)法，要把對教學(xué)內(nèi)容的備課作為研究課題來對待。要求在備課過程中循序漸進(jìn)，一步一個腳印，要一個問題一個問題地?fù)该靼祝�尤其要在基本概念上狠下功夫。因為一門新的課程，必然要遇到許多新的概念。遇到的新概念往往既是難點，又是重點。因此，要想講好課必須從講好一個概念開始。

作者在長期的課堂教學(xué)、教學(xué)研究實踐的基礎(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、盡可能通過知識元、知識點、知識點集三要素形式聯(lián)系在一起，形成一個知識鏈條，若干個知識鏈條連在一起，能夠反映出相應(yīng)部分知識的來龍去脈，有助于揭露知識系統(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)計包括課程教學(xué)大綱設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容重點及難點設(shè)計，教學(xué)手段及教學(xué)方法設(shè)計、實驗設(shè)計、考試題目設(shè)計、考試成績設(shè)計、課堂教學(xué)質(zhì)量考核指標(biāo)設(shè)計等。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)時分配、課程實驗、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)實踐不斷總結(jié)提高，以便再進(jìn)行修訂。

教學(xué)內(nèi)容重點及難點的設(shè)計

為了講好一門課程，必須對授課內(nèi)容總體的重點、難點做到心中有數(shù)。智能控制課程的重點在模糊控制，模糊控制的重點在模糊邏輯推理，模糊邏輯中的難點在于用一個模糊集合描述一個模糊概念。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是智能控制課程教學(xué)的又一個重點和難點，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之所以為重點是因為它有別于模糊系統(tǒng)，具有學(xué)習(xí)能力，難點在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過權(quán)矩陣隱含表現(xiàn)知識，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？重點就是主要矛盾，主要矛盾解決了，其他問題就迎刃而解了。什么是難點？難點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、難點之間的關(guān)系有3種情況： 既是重點又是難點； 是重點但不是難點； 是難點但不是重點。例如，模糊控制是智能控制教學(xué)內(nèi)容的重點，但并不是學(xué)習(xí)的難點； 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是智能控制課程教學(xué)的重點，又是難點； 模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都具有萬能逼近性質(zhì)的證明過程是個難點問題，但并不是教學(xué)的重點。

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

本書的特色及寫作特點

作為一門研究生專業(yè)課程的教學(xué)設(shè)計與指導(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、重點難點、教學(xué)課件、教學(xué)評價等內(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)容的知識元、知識點、知識點集構(gòu)成知識子集（知識單元），再把若干個知識子集連接成一個知識鏈條，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，化解難點，富有創(chuàng)新性和啟發(fā)性。

結(jié)束語

在人工智能蓬勃發(fā)展的時代，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，并運用它們自覺地指導(dǎo)教學(xué)實踐活動。

最后,作者對清華大學(xué)出版社對本書出版工作的支持表示衷心感謝! 對本書所引用的國內(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)