“智能控制”课程建设与教学改革的初步探讨*

阚 秀，曹 乐，罗 晓，姚 炜

（上海工程技术大学电子电气工程学院，上海 201620）

0 引言

21世纪以来，随着信息技术与计算机技术的快速发展，全球自动化相关产业结构发生了翻天覆地的变化。十九届五中全会公报明确指出：“以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展。”国务院印发的《中国制造2025》更是明确了我国未来制造业的发展方向。而在全球发展多元化、一体化的趋势下，专业人才的多少和优劣在很大程度上决定了国际竞争的成败。“智能控制”作为当今世界控制理论与技术发展的重要风向标，融合了信息处理、反馈、通信和决策控制等学科知识与技术，是控制科学与技术及相关专业必不可少的一门重要学科基础课程[1]。“智能控制”以优化功率为己任，节能节材为专长，以自动化、智能化、信息化、机电一体化服务为目标，是一门理论与实践、方法与技术融合于一体的专业课程，智能控制理论与先进技术的学习与掌握，对学生未来的专业发展具有重要的指导意义，同时也在很大程度上契合国家发展战略要求。

上海工程技术大学电子电气工程学院致力于电子电气与信息类卓越工程师的培养，全面瞄准国际工程技术前沿，对接国家发展战略，服务行业企业需求，立足高端人才培养，不断向社会输送具有国际视野、理论扎实、技术过硬的高层次工程技术与工程管理人才。“智能控制”课程教学符合国际信息技术飞速发展的需要，以实际行业需求研究为导向，合理架构教学内容、创建先进教学环境、整合现代教学手段，打造理论与实际相结合、实践与技术相衔接的专业特色课程，课程的设计理念彰显了学院的办学特色，为培养高素质高技能的国际化专业人才打下坚实的基础。

1 课程理念与目标设计

以突出智能控制工程背景、结合相关技术发展、更新整合课程内容，强化课程与课程、课程与技术之间的知识联系，同时跟踪国际新技术应用，开阔学生的视野和思路，为学生未来将所学知识在全球化发展的大背景下熟练应用实践打下良好基础。

1）创建专业学习环境，加强国际知识对接，增强技术强国意识。在授课过程中有意识地创建专业学习环境，引导学生重视专业知识的学习，并从国际前沿控制方法和当前最具影响的工程问题出发构建课程体系，加强直接获取国内外先进专业知识的能力，引导学生认知智能控制在建设强国中的重要作用，培养学生成为懂智能、用智能的专业爱国人才。

2）利用软件仿真调试，激发学习兴趣，直观理解专业技术与国家发展的密切关系。通过Matlab、Python等软件仿真智能控制系统，帮助学生把精力从理论学习中解脱出来，使得学生更加清晰地理解专业技术知识，并在设计实践教学方案时在经典控制方法和最新流行控制方法中各有偏重，使得学生明了所学知识在国家建设方面的具体应用，把更多注意力放在知识的掌握和应用上。

3）以学生为中心，以专业为导向，增强学生动手实践能力，提高学生投身建设国家的信心。“智能控制”所需的理论与知识储备较多，学生学习过程中会感觉理论方法晦涩难懂，需要通过让学生根据对不同系统智能控制器的设计理解搭建实际的应用测试环境，从实际解决问题出发验证理论的正确性，能够增强学生的工程实践能力，鼓励学生提高自我学识的主动性，增强学生应用自身技术强国的信心[2]。

2 教学条件与环境设计

在现有教学条件和教学环境的基础上，结合现在高速发展的信息技术和工业技术全球化进程，呼应现在国家政策、社会需求和学校发展，从教授课程的教师自身提升出发，以学习课程的学生快速掌握为落脚，并重视使用现有的通信交流手段。

2.1 教学团队建设

教学团队现有4人，全部具有工学博士学位，并计划从两方面进一步提高团队的英语教学水平，一是大力引进英语水平高、学科知识强的复合型教师，从多个方面进一步加强知识技术储备；二是大力支持教师走出校园，走出国门，走进实际问题，走进先进技术，从多个角度进一步提升专业实践能力。建设成高水准高素质的师资队伍，实现教学水平和专业能力的双发展，为课程建设的良性发展提供有力基础。

2.2 实践教学方案

由于“智能控制”为理论和实践紧密结合的课程，这使得实践性教学环节在课程学习过程中显得尤为重要。因此，课程建设的主要目标之一就是改进实践性教学环节，将传统实验仿真与计算机新技术结合，采用经典仿真软件的同时补充流行实践软件，将验证性实验和设计性实验相结合，采用灵活多样的形式和丰富多样的内容，以期达到最好的学习效果，根据实际实验情况与学生动态反馈，不断调整并及时更新仿真实验相关内容。

2.3 网络教学环境

基于网络教学平台搭建“智能控制”课程教学专栏，提供课程简介、教学大纲、多媒体课件、参考文献、作业习题、实验指导、电子教案、授课视频等部分服务内容，供学生下载学习使用。同时开放学生作业、报告和资料上传分享接口，提升课程建设过程中学生的参与度，并构建线上课程学习交流平台，使得师生、生生能够保持畅通的互动交流，及时解决学生学习中遇到的困难。促使学生利用课余时间进行学习，有效提高学生的学习效率。

3 教学思路与方法设计

教学过程中采用以学生为中心、以教师为主导的总思路，从课程安排、课堂设计和学习需求出发，以解决问题为最终学习目的，以启发式教学和引导式学习为主要方法，实现课程学习的有的放矢和师生学习的教学相长[3]。

3.1 “任务驱动”安排教学内容

教师在课堂教学中围绕教材内容组织教学，以课程的专业内容为基础设置具体教学任务，注意教学内容和学生认知结构之间的信息差。采用在“任务驱动型教学”中较为普遍应用的是“解决问题”方式。使学生切实感到课堂学和实际用之间的关系，从国际化和实用化的角度完成职业技术与专业内容的有机结合，启发学生专业学习的积极性，帮助学生制定有效的学习策略。

3.2 “以学生为中心”设计课堂活动

根据实际的职业导向和后续专业培养需求，以“做中学”的形式有针对性地设计课程交流学习活动，提高学生实际应用能力、自主学习能力和合作参与能力。从专业实际技术应用为出发点，结合学生的专业知识掌握程度，设计符合实际情况的多形式教学活动。注重学生的独立思考、互动讨论和动手实践等能力的培养，引导学生养成主动学习、深入分析、实际中发现问题和解决问题的好习惯。

3.3 “学习需要”实现有的放矢

根据实际行业需求出发，分析现在的学生未来的从业者的“学习需要”，有针对性地了解学生们所缺乏的知识和技能，梳理应学内容的结构体系，了解学生易接受的学习方法。在教学过程中突出教学重点和难点，面向行业应用实例，采用启发式的教学方式引导学生扎实掌握所学内容。例如，在基本概念或基本方法的理论讲解结束后，通过Matlab或Python仿真能够直观地了解概念的内涵和方法的应用机理。

4 教学模式与手段设计

为激发学生专业学习的兴趣，使学生在学习的过程中能够学有所获，快速成长为能够解决实际应用问题的工程师，从实际课程教学需求出发，设计合理、实用、生动、有感染力的课程教学模式，并利用信息技术辅助设计改善教学模式。

4.1 传统教法与翻转课堂相结合

从内容架构体系出发，以图文并茂的形式制作教学课件，形象具体地展现专业知识，同时力求从学生的角度更生动地完成知识接收。并针对“智能控制”中的基本原理和技术参数，采用板书推导演算的方式让学生充分地了解其中蕴含的数学及物理等属性。利用任务驱动的分组翻转课堂互动的方式，充分调动学生的学习积极性，并提升学生的合作意识，克服传统教学模式存在的许多缺陷，如节奏慢，所能表现内容的深度、广度及手法极为有限等问题。

4.2 仿真软件辅助教学

充分考虑信息化到工业化的发展规律，借助Matlab和Python等经典和流行软件进行仿真分析，结合行业中的实际应用例子，让学生清楚地了解控制方法的工作机理和实际应用效果，通过图形效果更为直观地理解所学知识，可与实践性教学环节的内容相互补充呼应，对学生掌握理论并指导实际应用具有良好的启发作用，完成所学知识与实际行业的对接，教师亦可根据实际使用中学生的反应进一步修改和完善教学内容[4]。

4.3 线下线上多种教学与互动模式

传统的线下教学可以保证师生间的主观能动性，是课程真实有效展现的经典模式。线上教学充分利用现代化移动通信环境，以微视（音）频为交互媒介，建立起集情景化与可视化为一体的数字化学习资源包。利用慕课微课等形式解决师生之间课上课下脱节的问题，促进学生利用课余时间进行线上自主学习和师生交流，为远程教育技术注入了新的活力，从线上和线下两个角度拉近学生与老师与专业知识的距离。

5 结束语

“智能控制”课程着眼培养学生运用专业知识解决实际问题的能力，并对后续相关课程学习起着有效的支撑作用。从国家战略与工程教育背景出发，力求为学生搭建一个自我成长的平台，将思政教育生动融入专业课程教学中，实现立德树人。在润物无声的授课过程中，以学生为中心，以专业为导向，结合工程教育背景下教学理念的不断转变，在理论与实际、技术与思政相结合上下工夫，力求获得更好的课程教学和学习效果。