《智能控制教学设计与指导》 - 李士勇、李研 - 清华大学出版社 - 香港大書城

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『簡體書』智能控制教学设计与指导

書城自編碼： 3906712
分類：簡體書→大陸圖書→教材→研究生/本科/专科教材
作者：李士勇、李研
國際書號(ISBN)： 9787302643678
出版社：清华大学出版社
出版日期： 2023-09-01

頁數/字數： /
書度/開本： 16开釘裝：平装

售價：HK$ 67.9

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編輯推薦：

《智能控制教学设计与指导》具有创新性，体现了作者多年来的创新性教学成果，表现在如下几个方面。
? 提出了将系统科学、思维科学和科学方法论作为指导教学的科学理论，为教师综合提高科学素质和教学质量提供了理论指导。
? 将教学文件、教学手段、教学方法、教学内容、重点难点、教学课件、教学评价等内容融为一体，为智能控制课程教学提供了全方位、系统的指导。
? 提出了“三段论”与“三要素”教学法。“三段论”教学法是指“提出问题、分析问题、解决问题”等教学三段模式；“三要素”是指常用三个维度或三元描述事物组成的结构具有稳定性和普适性。
? 提出把教学内容的知识元、知识点、知识点集构成知识子集（知识单元），再把若干知识子集连接成一个知识链条，不仅便于记忆，而且有利于揭示各部分内容之间的内在联系。
? 在撰写方法上，由浅入深，深入浅出，辩证分析，突出重点，化解难点，富有创新性和启发性。

內容簡介：

《智能控制》（第2版）（ISBN为9787302581611）是全国工程硕士专业学位教育指导委员会推荐教材，全面涵盖模糊控制、神经控制、专家控制、仿人智能控制、递阶智能控制、学习控制、**智能控制及其工程应用实例。本书配套于该教材，为智能控制研究生课程教学提供全面而系统的教学设计与指导，包括学习理论、指导教学的系统科学、思维科学、科学方法论，教学文件、教学手段、教学方法、教学重点难点及教学课件设计。

關於作者：

李士勇，哈尔滨工业大学二级教授、博士生导师，哈尔滨工业大学教学名师，黑龙江省优秀专家。Journal of Measurement Science and Instrumentation 编委，曾受聘为国家模糊控制生产力促进中心专家组专家。近四十年来一直从事自动控制、模糊数学、模糊控制、智能控制、智能优化、智能制导、复杂适应系统的理论及其在工业过程与国防高技术领域中应用方面的教学、科研和研究生指导工作。共获教学和科研成果国家级奖2项、省部级奖7项。发表学术论文近200篇。作为第一作者出版教材和专著15部。在智能控制方面百万字的代表作《模糊控制?神经控制和智能控制论》荣获1999年“全国优秀科技图书奖”暨“科技进步奖（科技著作）”，已被6000余篇论文引用，曾跻身于十大领域中国科技论文引用频次最高的前50部专著与译著排行榜。该书在国内外颇具影响，深受控制领域专家和广大读者的好评，是智能控制领域的经典著作。李士勇教授在智能优化方面的著作有《蚁群算法及其应用》《量子计算与量子优化算法》《智能优化算法原理与应用》及《智能优化算法与涌现计算》。美国IEEE Fellow、田纳西大学J.C.Hung（洪箴）教授曾指出：“李士勇教授在模糊控制、神经网（络）控制及智能控制方面有深入的理论研究和特殊的学术造诣。”

第一篇学习理论与教学指导理论基础
第1章学习理论、教学方式及教学宗旨
1．1学习理论
1．2教学方式
1．3教学宗旨
1．3．1训练学生的思维
1．3．2培养学生的思维能力
1．4本章小结
第2章系统科学基础
2．1系统科学的产生
2．2系统科学研究的三个阶段
2．3系统的概念及分类
2．3．1系统的基本概念
2．3．2系统的分类
2．4系统科学思想在指导教学中的具体运用
2．4．1教学各环节中的系统性
2．4．2教学内容的结构性
2．4．3教学内容的层次性
2．5本章小结
第3章思维科学基础
3．1思维科学与思维的特征

3．1．1思维科学
3．1．2思维的特征
3．2思维的类型
3．2．1抽象思维
3．2．2形象思维
3．2．3灵感思维
3．3思维的形式——概念、判断和推理
3．3．1概念
3．3．2判断
3．3．3推理
3．4思维科学在课堂教学中的指导作用
3．4．1语言在课堂教学中的独特作用
3．4．2运用抽象思维、形象思维和灵感思维指导教学
3．5本章小结

智能控制教学设计与指导

第4章科学方法论基础
4．1自然科学研究方法
4．2自然辩证法基础
4．2．1自然辩证法
4．2．2矛盾的普遍性
4．2．3对立统一规律
4．2.4量变质变规律
4．2.5否定之否定规律
4．3怎样用科学方法论指导教学
4．4本章小结
第二篇智能控制课程教学文件与教学方法设计
第5章智能控制课程教学大纲设计
5．1研究生课程教学大纲的性质及编制原则
5．2智能控制研究生课程教学大纲(A)
5．3智能控制研究生课程教学大纲(B)
5．4本章小结
第6章智能控制教学重点难点设计指导
6．1智能控制教学重点难点的界定原则
6．1．1什么是重点内容
6．1．2什么是难点内容
6．2智能控制教学重点和难点的宏观设计
6．3智能控制的教学内容、教学重点和教学难点
6．4本章小结
第7章教学手段与教学方法设计指导
7．1课堂教学手段设计指导
7．1．1教学手段的主要形式及特点
7．1．2课堂教学手段的综合设计
7．2课堂教学的指导原则和教学方法
7．2．1课堂教学应遵循的基本原则
7．2．2值得推荐的多种课堂教学方法
7．2．3课堂教学应该注意的问题
7．3“三段论”与“三要素”教学法
7．3．1三要素的普遍性
7．3．2三元结构的稳定性
7．3．3用“三段论”“三要素法”指导教学
7．4课堂教学两个案例的启示
7．5本章小结
第8章智能控制研究生课程考试试题设计
8．1考试试题设计的指导思想和设计原则
8．1．1考试试题设计的指导思想
8．1．2考试试题设计的基本原则
8．2智能控制研究生课程考试试题设计样题
8．3智能控制研究生课程考查试题设计样题
8．4本章小结
第9章基于MATLAB 的智能控制系统仿真设计
9．1基于MATLAB 的模糊控制系统仿真设计
9．1．1仿真目的

9．1．2仿真要求
9．1．3仿真内容及步骤
9．1．4仿真报告内容及要求
9．2基于MATLAB 的模型参考神经自适应控制系统仿真设计
9．2．1仿真目的
9．2．2仿真要求
9．2．3仿真内容及步骤
9．2．4仿真报告内容及要求
9．3本章小结
第10章课堂教学质量评价指标设计
10．1课堂教学质量评价指标的设计原则
10．2课堂教学质量评价指标的设计
10．3课堂教学质量的综合评价设计
10．4教学评价与艺术评价
10．5本章小结
第三篇智能控制教学重点难点设计指导
第11章从传统控制到智能控制教学重点难点设计指导
11．1从自动控制的定义讲起
11．2自动控制系统的输入信号
11．3对自动控制的基本要求
11．4反馈是自动控制的精髓
11．5如何实现自动控制的快、稳、准
11．6现代控制理论
11．7智能控制理论
11．7．1智能控制的原理
11．7．2智能模拟的三种形式
11．7．3智能控制的三要素
11．8本章小结
启迪思考题解答
第12章模糊控制教学重点难点设计指导
12．1模糊控制的创立
12．2模糊数学基础
12．2．1基于二值逻辑的经典集合
12．2．2模糊集合和模糊概念
12．2．3模糊集合的运算及其性质
12．2．4模糊矩阵与模糊向量
12．2．5模糊关系
12．2．6模糊逻辑推理
12．3模糊控制的原理
12．3．1模糊控制系统的组成及工作原理
12．3．2单变量模糊控制系统举例
12.3.3建立模糊控制规则
12.3.4模糊控制规则的模糊矩阵表示
12.3.5通过模糊推理决策求出控制量的模糊量
12.3.6控制量的模糊量转化为精确量
12．4经典模糊控制器的设计方法
12．4．1模糊控制器的基本形式
12．4．2定义描述语言变量的模糊集合
12．4．3模糊控制规则的设计
12．4．4Mamdani 模糊推理法
12．4．5模糊化与清晰化
12．4．6经典模糊控制器的三种形式
12．4．7多输入/多输出模糊控制系统设计
12．5TS模糊控制器
12．5．1TS模糊模型及模糊推理
12．5．2TS模糊模型的意义
12．6模糊控制和传统控制的结合
12．7自适应模糊控制
12．7．1模糊系统辨识
12．7．2自适应控制的结构及原理
12．7．3自适应模糊控制的基本原理
12．7．4模型参考自适应模糊控制的结构及原理
12．8本章小结
启迪思考题解答
第13章神经网络控制教学重点难点设计指导
13．1神经元与神经网络基础
13．1．1神经网络研究概述
13．1．2神经细胞结构与功能
13．1．3人工神经元模型
13．1．4神经网络的特点
13．1．5神经网络的结构模型
13．1．6神经网络的训练与学习
13．1．7神经网络的学习规则
13．2控制和识别中常用的神经网络
13．2．1感知器
13．2．2前馈神经网络
13．2．3径向基神经网络
13．2．4Hopfield网络
13．2．5小脑模型神经网络
13．2．6大脑模型自组织神经网络
13．2．7Boltzmann机
13．2．8深度神经网络
13．2．9卷积神经网络
13．3基于神经网络的系统辨识
13．3．1神经网络的逼近特性
13．3．2神经网络系统辨识的原理
13．4基于神经网络的智能控制
13．4．1神经网络控制的基本原理
13．4．2神经网络控制的分类
13．4．3神经网络与传统控制的结合
13．5神经网络和PID控制的结合
13．5．1单个神经元PID控制
13．5．2神经网络优化PID参数
13．6神经自适应控制
13．6．1模型参考神经自适应控制
13．6．2神经网络自校正控制
13．7本章小结
启迪思考题解答
第14章专家控制与仿人智能控制教学重点难点设计指导
14．1专家系统的概念与结构
14．2专家控制系统的结构与原理
14．3实时过程控制专家系统PICON的应用实例
14．4专家控制器
14．5仿人智能控制
14．5．1传统PID线性控制的弊端
14．5．2特征变量的设计
14．5．3仿人智能控制器的结构及工作原理
14．5．4仿人智能积分控制
14．5．5仿人智能采样控制
14．5．6仿人极值采样控制
14．6本章小结
启迪思考题解答
第15章递阶智能控制与学习控制教学重点难点设计指导
15．1大系统控制的形式与结构
15．1．1大系统的递阶结构
15．1．2递阶智能控制的结构与原理
15．2递阶模糊控制
15．2．1模糊变量与模糊规则间的数量关系
15.2.2递阶模糊控制规则
15．2．3蒸汽锅炉的递阶模糊控制
15．3学习控制系统
15．3．1学习控制的概念
15．3．2迭代学习控制
15．3．3学习控制的其他形式
15．4本章小结
启迪思考题解答
第16章智能优化原理与算法教学重点难点设计指导
16．1最优化问题的描述及其分类
16．2优化问题与控制问题之间的关系
16．3人工智能与计算智能的关系
16．4智能优化算法与传统优化算法
16．5智能优化算法的分类
16．6智能优化算法的理论基础
16．7遗传算法
16．8粒子群优化算法
16．9免疫克隆选择算法
16．10教学优化算法
16．11正弦余弦算法
16．12涡流搜索算法
16．13阴阳对优化算法
16．14本章小结
启迪思考题解答
第17章最优智能控制原理教学重点难点设计指导
17．1最优智能控制问题的提出
17．2最优智能控制的定义及结构
17．3智能控制器的最优化设计举例
17．4本章小结
启迪思考题解答
第18章智能控制的工程应用实例教学重点难点设计指导
18．1基于神经网络推理的加热炉温度模糊控制
18．2神经网络在车底炉燃烧控制中的应用
18．3专家控制在静电除尘器电源控制系统中的应用
18．4学习控制在数控凸轮轴磨床上的应用
18．5仿人智能温度控制器在加热炉中的应用
18．6深度神经网络及强化学习在围棋人工智能程序AlphaGo Zero 中的
应用
18．7本章小结
启迪思考题解答
第四篇智能控制教学课件设计
附录A钱学森谈科技创新人才的培养问题
附录B关于科学、技术、工程、物质、能量、信息的注释
参考文献

內容試閱：

智能控制是自动化及相关专业研究生的一门重要学位课或专业必修课。智能控制的任课教师怎样讲好这门课程，应该具备哪些指导教学的基础科学知识，怎样进行教学文件和教学方法设计，怎样设计教学内容的重点、难点，怎样设计教学课件内容等正是本书要回答的问题。
写作背景
《智能控制》（ISBN 9787302436560）自2016年由清华大学出版社出版以来，有不少任课教师希望能提供配套的教学课件。该书于2021年10月再版之际，责任编辑一再建议编制配套课件。作者始终认为，讲好一门课不能完全依赖教学课件，因为教学课件只是课堂教学的一种辅助手段。
多媒体PPT教学课件对图形、公式的展现快捷、清晰、直观，也便于某些课程内容的动态演示。但是，PPT教学课件最大的弊端是，在有些情况下，教师和学生在课堂上都把它作为“教”与“学”课程的唯一载体。师生在课堂上易被PPT所牵引，致使部分老师讲课离不开PPT；学生把PPT复制下来，助长了学生不买书、不读书的不良风气。其结果是：既不利于教师深入钻研教材认真备课，又不利于学生认真读书，把课程内容学深学透；不利于大面积提高课堂教学质量，造成教育资源的浪费。
如何提高智能控制这门既重要，又有难度的新兴课程的教学质量？本书作者李士勇教授作为哈尔滨工业大学“教学名师奖”获得者，近40年来，先后从事过自动控制原理、微机控制系统设计实践、模糊控制、智能控制、智能优化算法、非线性科学、复杂系统、模糊数学和科技论文写作等多门本科生、研究生课程的教学、科研及研究生指导工作，并作为校、院两级研究生、本科生教学督导专家长期参加课堂听课、教师资格认证、教学质量评估、教学竞赛点评、试卷质量检查等教学研究实践活动。
作者在长期的教学和教学督导实践中积累了较丰富的教学经验，将这些经验通过书的形式总结出来，期望对智能控制及相关专业课程的教师提高课堂教学质量有所帮助。
教师应具备的教学指导理论
教师无论从事哪门课程的教学工作，除了掌握好本门课程的内容外，还应领悟教学的宗旨在于训练学生的思维，提高他们的思维能力，培养与训练学生的创新性思维、系统性思维和辩证性思维能力；更需要学习、掌握一些思维科学、系统科学、科学方法论的基本概念和理论，并用它们来指导教学工作。
思维科学是研究人们认识客观世界的思维规律和思维方法的科学，又称为逻辑学、认知科学。思维是指人们对客观事物的间接反映，它反映事物的本质属性和事物之间的联系。为了通过教学实践训练学生的思维，教师就要掌握思维科学的基本概念和原理，并用于指导教学实践。
系统科学是以系统为研究对象的基础理论及其应用学科群组成的科学。系统是由相互联系、相互作用的组件(元素)组成的具有一定结构和功能的有机整体。智能控制系统是由相互联系、相互作用的智能控制器和被控对象等环节组成的具有控制功能的整体。运用系统科学来分析智能控制系统有利于抓住影响控制性能的主要矛盾。
科学方法论是指导人们从事科学研究工作中普遍使用的思想方法或哲学思想。科学方法论内容丰富，作者认为首要的是掌握自然辩证法中的对立统一规律。矛盾是辩证法的核心概念，矛盾就是对立统一。任何事物都包含着矛盾，矛盾分主要矛盾和非主要矛盾，二者在一定条件下可转化，矛盾双方既对立又统一，由此推动着事物发展。
思维科学和科学方法论在系统的范畴内都是相通的。系统的辩证的思维方法论为我们正确认识事物，分析矛盾，解决问题，搞好教学、科研及发明创造等提供了强有力的思想武器。因此，在教学工作中以系统的辩证思维的科学方法论作指导，才能收到事半功倍的效果。

智能控制教学设计与指导

教学手段与教学方法
教学手段是指教师向学生传授知识采用的方式，目前的课堂教学方式主要采用讲述、板书、PPT课件、智慧教室、教具及模型等。其中最主要的教学方式是讲述、板书和PPT课件3种形式。
讲述、板书、PPT课件3种形式相配合是值得提倡的教学方式。教师在充分备好课之后，在课堂上讲述的思路、内容、讲法等都已存储在自己的脑子里。因此，课堂教学应由教师的授课思路驱动，以讲述为主，当需要板书配合时就在黑板上写或画，需要PPT时就播放PPT 课件。
课堂上之所以要以教师讲述为主，是因为讲述过程的语言反映了教师备课的思路和内容，具有知识的连贯性，易被学生所理解和接受。尤其是在课程开始时，教师介绍问题的背景、提出问题、分析问题、探索解决问题的来龙去脉等最适合用语言讲述。
作者倡导任课教师采用研究型教学法，要把对教学内容的备课作为研究课题来对待。要求在备课过程中循序渐进，一步一个脚印，要一个问题一个问题地抠明白，尤其要在基本概念上狠下功夫。因为一门新的课程，必然要遇到许多新的概念。遇到的新概念往往既是难点，又是重点。因此，要想讲好课必须从讲好一个概念开始。
作者在长期的课堂教学、教学研究实践的基础上，提出了“三段论”教学法。它的基本思想是以“三要素”为线索，把要讲授课程的内容、尽可能通过知识元、知识点、知识点集三要素形式联系在一起，形成一个知识链条，若干个知识链条连在一起，能够反映出相应部分知识的来龙去脉，有助于揭露知识系统的内在联系及本质特征。此外，作者还总结出搞好课堂教学的多种具体的教学方法及指导原则。
编制教学文件的内容及意义
一门课程的教学文件是否齐全以及设计质量在很大程度上反映了任课教师的科学素质、业务能力、水平及责任心。教学文件为任课教师提供了关于授课的总的指导，为教师授课提供了基本保障。
教学文件设计包括课程教学大纲设计、教学内容重点及难点设计，教学手段及教学方法设计、实验设计、考试题目设计、考试成绩设计、课堂教学质量考核指标设计等。在教学文件中，教学大纲是最重要的教学文件。它规定了课程性质与地位、课程目的及要求、课程内容及学时分配、课程实验、考核方式、教材及参考书等。
为了保证课程教学质量，必须遵循课程教学大纲的指导思想，严格按照大纲制定的课程性质、课程目的及要求、课程内容及学时分配进行授课。建议有能力的教师一定要亲自编制课程教学文件，并通过教学实践不断总结提高，以便再进行修订。
教学内容重点及难点的设计
为了讲好一门课程，必须对授课内容总体的重点、难点做到心中有数。智能控制课程的重点在模糊控制，模糊控制的重点在模糊逻辑推理，模糊逻辑中的难点在于用一个模糊集合描述一个模糊概念。神经网络控制是智能控制课程教学的又一个重点和难点，神经网络之所以为重点是因为它有别于模糊系统，具有学习能力，难点在于神经网络通过权矩阵隐含表现知识，网络种类多且学习算法复杂、抽象等。
什么是重点？重点就是主要矛盾，主要矛盾解决了，其他问题就迎刃而解了。什么是难点？难点就是难以理解和掌握的内容，包括新的概念、理论等。关于重点、难点之间的关系有3种情况：既是重点又是难点；是重点但不是难点；是难点但不是重点。例如，模糊控制是智能控制教学内容的重点，但并不是学习的难点；神经网络控制是智能控制课程教学的重点，又是难点；模糊系统和神经网络都具有万能逼近性质的证明过程是个难点问题，但并不是教学的重点。
每次授课内容的重点和难点都要进行精心设计。对于是重点又是难点的问题要给予较多的讲述时间；对于难点而不作为重点的内容，用较少时间讲清其基本思想、实质、结论及其应用范围即可。
本书的特色及写作特点
作为一门研究生专业课程的教学设计与指导书，本书立意是选题创新的一种尝试。本书的创新性表现在如下几个方面。
（1）将系统科学、思维科学和科学方法论作为指导教学的科学理论，为教师综合提高科学素质和教学质量提供了理论指导。
（2）将教学文件、教学手段、教学方法、教学内容、重点难点、教学课件、教学评价等内容融为一体，为智能控制课程教学提供了全方位、系统的指导。
（3）提出了“三段论”与“三要素”教学法。“三段论”教学法是指“提出问题、分析问题、解决问题”的教学三段模式； “三要素”是指常用3个维度或三元组描述事物组成的结构具有稳定性和普适性。
（4）提出把教学内容的知识元、知识点、知识点集构成知识子集（知识单元），再把若干个知识子集连接成一个知识链条，这不仅便于记忆，而且有利于揭示各部分内容之间的内在联系。
（5）在撰写方法上，由浅入深，深入浅出，辩证分析，突出重点，化解难点，富有创新性和启发性。
结束语
在人工智能蓬勃发展的时代，面临着信息化、数字化、智能化的信息革命浪潮，在世界各国都在加速培养高技术人才之际，承担研究生智能控制课程教学无疑是一项光荣而艰巨的工作。希望教师牢记教学的宗旨在于训练学生的思维，培养和训练学生的创新性思维、系统性思维和辩证性思维能力。期望教师学习和掌握系统科学、思维科学和科学方法论的基本思想，并运用它们自觉地指导教学实践活动。
最后，作者对清华大学出版社对本书出版工作的支持表示衷心感谢! 对本书所引用的国内外有关文献的作者深表谢意!

作者
2023年3月于哈尔滨工业大学

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