“智能控制”課程建設與教學改革的初步探討*

闞 秀，曹 樂，羅 曉，姚 煒

（上海工程技術大學電子電氣工程學院，上海 201620）

0 引言

21世紀以來，隨著信息技術與計算機技術的快速發展，全球自動化相關產業結構發生了翻天覆地的變化。十九屆五中全會公報明確指出：“以信息化帶動工業化，發揮后發優勢，實現社會生產力的跨越式發展。”國務院印發的《中國制造2025》更是明確了我國未來制造業的發展方向。而在全球發展多元化、一體化的趨勢下，專業人才的多少和優劣在很大程度上決定了國際競爭的成敗。“智能控制”作為當今世界控制理論與技術發展的重要風向標，融合了信息處理、反饋、通信和決策控制等學科知識與技術，是控制科學與技術及相關專業必不可少的一門重要學科基礎課程[1]。“智能控制”以優化功率為己任，節能節材為專長，以自動化、智能化、信息化、機電一體化服務為目標，是一門理論與實踐、方法與技術融合于一體的專業課程，智能控制理論與先進技術的學習與掌握，對學生未來的專業發展具有重要的指導意義，同時也在很大程度上契合國家發展戰略要求。

上海工程技術大學電子電氣工程學院致力于電子電氣與信息類卓越工程師的培養，全面瞄準國際工程技術前沿，對接國家發展戰略，服務行業企業需求，立足高端人才培養，不斷向社會輸送具有國際視野、理論扎實、技術過硬的高層次工程技術與工程管理人才。“智能控制”課程教學符合國際信息技術飛速發展的需要，以實際行業需求研究為導向，合理架構教學內容、創建先進教學環境、整合現代教學手段，打造理論與實際相結合、實踐與技術相銜接的專業特色課程，課程的設計理念彰顯了學院的辦學特色，為培養高素質高技能的國際化專業人才打下堅實的基礎。

1 課程理念與目標設計

以突出智能控制工程背景、結合相關技術發展、更新整合課程內容，強化課程與課程、課程與技術之間的知識聯系，同時跟蹤國際新技術應用，開闊學生的視野和思路，為學生未來將所學知識在全球化發展的大背景下熟練應用實踐打下良好基礎。

1）創建專業學習環境，加強國際知識對接，增強技術強國意識。在授課過程中有意識地創建專業學習環境，引導學生重視專業知識的學習，并從國際前沿控制方法和當前最具影響的工程問題出發構建課程體系，加強直接獲取國內外先進專業知識的能力，引導學生認知智能控制在建設強國中的重要作用，培養學生成為懂智能、用智能的專業愛國人才。

2）利用軟件仿真調試，激發學習興趣，直觀理解專業技術與國家發展的密切關系。通過Matlab、Python等軟件仿真智能控制系統，幫助學生把精力從理論學習中解脫出來，使得學生更加清晰地理解專業技術知識，并在設計實踐教學方案時在經典控制方法和最新流行控制方法中各有偏重，使得學生明了所學知識在國家建設方面的具體應用，把更多注意力放在知識的掌握和應用上。

3）以學生為中心，以專業為導向，增強學生動手實踐能力，提高學生投身建設國家的信心。“智能控制”所需的理論與知識儲備較多，學生學習過程中會感覺理論方法晦澀難懂，需要通過讓學生根據對不同系統智能控制器的設計理解搭建實際的應用測試環境，從實際解決問題出發驗證理論的正確性，能夠增強學生的工程實踐能力，鼓勵學生提高自我學識的主動性，增強學生應用自身技術強國的信心[2]。

2 教學條件與環境設計

在現有教學條件和教學環境的基礎上，結合現在高速發展的信息技術和工業技術全球化進程，呼應現在國家政策、社會需求和學校發展，從教授課程的教師自身提升出發，以學習課程的學生快速掌握為落腳，并重視使用現有的通信交流手段。

2.1 教學團隊建設

教學團隊現有4人，全部具有工學博士學位，并計劃從兩方面進一步提高團隊的英語教學水平，一是大力引進英語水平高、學科知識強的復合型教師，從多個方面進一步加強知識技術儲備；二是大力支持教師走出校園，走出國門，走進實際問題，走進先進技術，從多個角度進一步提升專業實踐能力。建設成高水準高素質的師資隊伍，實現教學水平和專業能力的雙發展，為課程建設的良性發展提供有力基礎。

2.2 實踐教學方案

由于“智能控制”為理論和實踐緊密結合的課程，這使得實踐性教學環節在課程學習過程中顯得尤為重要。因此，課程建設的主要目標之一就是改進實踐性教學環節，將傳統實驗仿真與計算機新技術結合，采用經典仿真軟件的同時補充流行實踐軟件，將驗證性實驗和設計性實驗相結合，采用靈活多樣的形式和豐富多樣的內容，以期達到最好的學習效果，根據實際實驗情況與學生動態反饋，不斷調整并及時更新仿真實驗相關內容。

2.3 網絡教學環境

基于網絡教學平臺搭建“智能控制”課程教學專欄，提供課程簡介、教學大綱、多媒體課件、參考文獻、作業習題、實驗指導、電子教案、授課視頻等部分服務內容，供學生下載學習使用。同時開放學生作業、報告和資料上傳分享接口，提升課程建設過程中學生的參與度，并構建線上課程學習交流平臺，使得師生、生生能夠保持暢通的互動交流，及時解決學生學習中遇到的困難。促使學生利用課余時間進行學習，有效提高學生的學習效率。

3 教學思路與方法設計

教學過程中采用以學生為中心、以教師為主導的總思路，從課程安排、課堂設計和學習需求出發，以解決問題為最終學習目的，以啟發式教學和引導式學習為主要方法，實現課程學習的有的放矢和師生學習的教學相長[3]。

3.1 “任務驅動”安排教學內容

教師在課堂教學中圍繞教材內容組織教學，以課程的專業內容為基礎設置具體教學任務，注意教學內容和學生認知結構之間的信息差。采用在“任務驅動型教學”中較為普遍應用的是“解決問題”方式。使學生切實感到課堂學和實際用之間的關系，從國際化和實用化的角度完成職業技術與專業內容的有機結合，啟發學生專業學習的積極性，幫助學生制定有效的學習策略。

3.2 “以學生為中心”設計課堂活動

根據實際的職業導向和后續專業培養需求，以“做中學”的形式有針對性地設計課程交流學習活動，提高學生實際應用能力、自主學習能力和合作參與能力。從專業實際技術應用為出發點，結合學生的專業知識掌握程度，設計符合實際情況的多形式教學活動。注重學生的獨立思考、互動討論和動手實踐等能力的培養，引導學生養成主動學習、深入分析、實際中發現問題和解決問題的好習慣。

3.3 “學習需要”實現有的放矢

根據實際行業需求出發，分析現在的學生未來的從業者的“學習需要”，有針對性地了解學生們所缺乏的知識和技能，梳理應學內容的結構體系，了解學生易接受的學習方法。在教學過程中突出教學重點和難點，面向行業應用實例，采用啟發式的教學方式引導學生扎實掌握所學內容。例如，在基本概念或基本方法的理論講解結束后，通過Matlab或Python仿真能夠直觀地了解概念的內涵和方法的應用機理。

4 教學模式與手段設計

為激發學生專業學習的興趣，使學生在學習的過程中能夠學有所獲，快速成長為能夠解決實際應用問題的工程師，從實際課程教學需求出發，設計合理、實用、生動、有感染力的課程教學模式，并利用信息技術輔助設計改善教學模式。

4.1 傳統教法與翻轉課堂相結合

從內容架構體系出發，以圖文并茂的形式制作教學課件，形象具體地展現專業知識，同時力求從學生的角度更生動地完成知識接收。并針對“智能控制”中的基本原理和技術參數，采用板書推導演算的方式讓學生充分地了解其中蘊含的數學及物理等屬性。利用任務驅動的分組翻轉課堂互動的方式，充分調動學生的學習積極性，并提升學生的合作意識，克服傳統教學模式存在的許多缺陷，如節奏慢，所能表現內容的深度、廣度及手法極為有限等問題。

4.2 仿真軟件輔助教學

充分考慮信息化到工業化的發展規律，借助Matlab和Python等經典和流行軟件進行仿真分析，結合行業中的實際應用例子，讓學生清楚地了解控制方法的工作機理和實際應用效果，通過圖形效果更為直觀地理解所學知識，可與實踐性教學環節的內容相互補充呼應，對學生掌握理論并指導實際應用具有良好的啟發作用，完成所學知識與實際行業的對接，教師亦可根據實際使用中學生的反應進一步修改和完善教學內容[4]。

4.3 線下線上多種教學與互動模式

傳統的線下教學可以保證師生間的主觀能動性，是課程真實有效展現的經典模式。線上教學充分利用現代化移動通信環境，以微視（音）頻為交互媒介，建立起集情景化與可視化為一體的數字化學習資源包。利用慕課微課等形式解決師生之間課上課下脫節的問題，促進學生利用課余時間進行線上自主學習和師生交流，為遠程教育技術注入了新的活力，從線上和線下兩個角度拉近學生與老師與專業知識的距離。

5 結束語

“智能控制”課程著眼培養學生運用專業知識解決實際問題的能力，并對后續相關課程學習起著有效的支撐作用。從國家戰略與工程教育背景出發，力求為學生搭建一個自我成長的平臺，將思政教育生動融入專業課程教學中，實現立德樹人。在潤物無聲的授課過程中，以學生為中心，以專業為導向，結合工程教育背景下教學理念的不斷轉變，在理論與實際、技術與思政相結合上下工夫，力求獲得更好的課程教學和學習效果。