智能控制是自動化及相關專業(yè)研究生的一門重要學位課或專業(yè)必修課。智能控制的任課教師怎樣講好這門課程，應該具備哪些指導教學的基礎科學知識，怎樣進行教學文件和教學方法設計，怎樣設計教學內容的重點、難點，怎樣設計教學課件內容等正是本書要回答的問題。

寫作背景

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

多媒體PPT教學課件對圖形、公式的展現快捷、清晰、直觀，也便于某些課程內容的動態(tài)演示。但是，PPT教學課件最大的弊端是，在有些情況下，教師和學生在課堂上都把它作為教與學課程的唯一載體。師生在課堂上易被PPT所牽引，致使部分老師講課離不開PPT； 學生把PPT復制下來，助長了學生不買書、不讀書的不良風氣。其結果是： 既不利于教師深入鉆研教材認真?zhèn)湔n，又不利于學生認真讀書，把課程內容學深學透； 不利于大面積提高課堂教學質量，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質量？本書作者李士勇教授作為哈爾濱工業(yè)大學教學名師獎獲得者，近40年來，先后從事過自動控制原理、微機控制系統(tǒng)設計實踐、模糊控制、智能控制、智能優(yōu)化算法、非線性科學、復雜系統(tǒng)、模糊數學和科技論文寫作等多門本科生、研究生課程的教學、科研及研究生指導工作，并作為校、院兩級研究生、本科生教學督導專家長期參加課堂聽課、教師資格認證、教學質量評估、教學競賽點評、試卷質量檢查等教學研究實踐活動。

作者在長期的教學和教學督導實踐中積累了較豐富的教學經驗，將這些經驗通過書的形式總結出來，期望對智能控制及相關專業(yè)課程的教師提高課堂教學質量有所幫助。

教師應具備的教學指導理論

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

思維科學是研究人們認識客觀世界的思維規(guī)律和思維方法的科學,又稱為邏輯學、認知科學。思維是指人們對客觀事物的間接反映,它反映事物的本質屬性和事物之間的聯系。為了通過教學實踐訓練學生的思維，教師就要掌握思維科學的基本概念和原理，并用于指導教學實踐。

系統(tǒng)科學是以系統(tǒng)為研究對象的基礎理論及其應用學科群組成的科學。系統(tǒng)是由相互聯系、相互作用的組件(元素)組成的具有一定結構和功能的有機整體。智能控制系統(tǒng)是由相互聯系、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。

科學方法論是指導人們從事科學研究工作中普遍使用的思想方法或哲學思想�？茖W方法論內容豐富,作者認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。

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

智能控制教學設計與指導

教學手段與教學方法

教學手段是指教師向學生傳授知識采用的方式，目前的課堂教學方式主要采用講述、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方式。教師在充分備好課之后，在課堂上講述的思路、內容、講法等都已存儲在自己的腦子里。因此，課堂教學應由教師的授課思路驅動，以講述為主，當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容, 具有知識的連貫性，易被學生所理解和接受。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。

作者倡導任課教師采用研究型教學法，要把對教學內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，一步一個腳印，要一個問題一個問題地摳明白，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、教學研究實踐的基礎上，提出了三段論教學法。它的基本思想是以三要素為線索，把要講授課程的內容、盡可能通過知識元、知識點、知識點集三要素形式聯系在一起，形成一個知識鏈條，若干個知識鏈條連在一起，能夠反映出相應部分知識的來龍去脈，有助于揭露知識系統(tǒng)的內在聯系及本質特征。此外，作者還總結出搞好課堂教學的多種具體的教學方法及指導原則。

編制教學文件的內容及意義

一門課程的教學文件是否齊全以及設計質量在很大程度上反映了任課教師的科學素質、業(yè)務能力、水平及責任心。教學文件為任課教師提供了關于授課的總的指導，為教師授課提供了基本保障。

教學文件設計包括課程教學大綱設計、教學內容重點及難點設計，教學手段及教學方法設計、實驗設計、考試題目設計、考試成績設計、課堂教學質量考核指標設計等。在教學文件中，教學大綱是最重要的教學文件。它規(guī)定了課程性質與地位、課程目的及要求、課程內容及學時分配、課程實驗、考核方式、教材及參考書等。

為了保證課程教學質量，必須遵循課程教學大綱的指導思想，嚴格按照大綱制定的課程性質、課程目的及要求、課程內容及學時分配進行授課。建議有能力的教師一定要親自編制課程教學文件，并通過教學實踐不斷總結提高，以便再進行修訂。

教學內容重點及難點的設計

為了講好一門課程，必須對授課內容總體的重點、難點做到心中有數。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。神經網絡控制是智能控制課程教學的又一個重點和難點，神經網絡之所以為重點是因為它有別于模糊系統(tǒng)，具有學習能力，難點在于神經網絡通過權矩陣隱含表現知識，網絡種類多且學習算法復雜、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容，包括新的概念、理論等。關于重點、難點之間的關系有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內容的重點，但并不是學習的難點； 神經網絡控制是智能控制課程教學的重點，又是難點； 模糊系統(tǒng)和神經網絡都具有萬能逼近性質的證明過程是個難點問題，但并不是教學的重點。

每次授課內容的重點和難點都要進行精心設計。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容，用較少時間講清其基本思想、實質、結論及其應用范圍即可。

本書的特色及寫作特點

作為一門研究生專業(yè)課程的教學設計與指導書，本書立意是選題創(chuàng)新的一種嘗試。本書的創(chuàng)新性表現在如下幾個方面。

（1） 將系統(tǒng)科學、思維科學和科學方法論作為指導教學的科學理論，為教師綜合提高科學素質和教學質量提供了理論指導。

（2） 將教學文件、教學手段、教學方法、教學內容、重點難點、教學課件、教學評價等內容融為一體，為智能控制課程教學提供了全方位、系統(tǒng)的指導。

（3） 提出了三段論與三要素教學法。三段論教學法是指提出問題、分析問題、解決問題的教學三段模式； 三要素是指常用3個維度或三元組描述事物組成的結構具有穩(wěn)定性和普適性。

（4） 提出把教學內容的知識元、知識點、知識點集構成知識子集（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容之間的內在聯系。

（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。

結束語

在人工智能蓬勃發(fā)展的時代，面臨著信息化、數字化、智能化的信息革命浪潮，在世界各國都在加速培養(yǎng)高技術人才之際，承擔研究生智能控制課程教學無疑是一項光榮而艱巨的工作。希望教師牢記教學的宗旨在于訓練學生的思維，培養(yǎng)和訓練學生的創(chuàng)新性思維、系統(tǒng)性思維和辯證性思維能力。期望教師學習和掌握系統(tǒng)科學、思維科學和科學方法論的基本思想，并運用它們自覺地指導教學實踐活動。

最后,作者對清華大學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外有關文獻的作者深表謝意!

作者
2023年3月于 哈爾濱工業(yè)大學