華僑大學信息科學與工程學院 福建廈門 361021

控制科學與工程是研究控制的理論、方法、技術及其工程應用的學科，以控制論、系統論、信息論為基礎，研究各應用領域內的共性問題，即為了實現控制目標，應如何建立系統的模型，分析其內部與環(huán)境信息，采取何種控制與決策行為[1]；而與各應用領域的密切結合，又形成了控制工程課程豐富多樣的內容?？刂瓶茖W的發(fā)展又是智能制造、大數據發(fā)展的基礎和必要環(huán)節(jié)，面對智能工廠、大數據社會的需求，作為工科研究生教育的重要學科，控制科學與工程專業(yè)肩負著培養(yǎng)具有批判性思維、解決復雜工程問題的卓越科研人才的重任[2-4]，以確保后繼為社會輸送高端科技人才。盡管高校課堂教學改革一直在進行，但是控制科學與工程學科的課堂教學改革仍顯不足，存在課堂教學模式仍然過于死板、機械授課居多、授課知識面不夠廣泛、教學改革結果評價不足等問題，因此堅持持久改革過程，打造深度學習的課堂仍值得探索[5,6]。

1 學科特征分析

控制科學與工程學科特征如圖1所示，該學科是20世紀最重要的科學理論和成就之一，其各階段的理論發(fā)展及技術進步都與生產和社會實踐需求密切相關，且任何時候都需要與時俱進。面對當今智能工廠、大數據等的社會需求，控制科學的發(fā)展又成為智能制造、大數據系統發(fā)展的基礎和必要環(huán)節(jié)。控制科學以控制論、信息論、系統論為基礎，研究各領域內不同具體對象的共性問題，然而它又無法脫離分析對象與環(huán)境信息[6]，這就必然要求將其融于不同領域的多種學科，從而對相關學科的發(fā)展起到有力的推動作用，并在學科交叉與滲透中表現出活力。面對與時俱進的社會需求、工程教育模式和實踐教育改革的發(fā)展現狀，控制科學與工程以智能制造、智能工廠、機器人等領域為軸心的課程體系優(yōu)化值得探討，以此為基礎的深度學習的課堂值得探索，用以保證課程的時效性、銜接和遞進關系，保證理論課、實踐課均與學生的思考、創(chuàng)新相結合。學科的課堂學習秉承高?！叭珕T育人”“全過程育人”的教育理念，順應“中國制造2025”“人工智能”、物理信息系統和機器人等國家發(fā)展戰(zhàn)略和本學科熱點動向，逐步建立深度學習的課堂。

圖1 學科特征

學科的課程建設情況要符合國家行業(yè)發(fā)展需求和地域特色，滿足工程應用背景，以便工作開展。以華僑大學為例：面向國家發(fā)展戰(zhàn)略、海峽西岸經濟區(qū)、廈門經濟社會發(fā)展，針對東南沿海特點，精心設計培養(yǎng)方案和課程結構，與許多名校一樣在傳統的控制科學課程體系中，引入機器人學、智能控制導論等課程。并完善獎助、管理、制度等培養(yǎng)保障體系，將學科研究、人才培養(yǎng)與染整、石材、電機、鞋帽和機械等行業(yè)需求緊密結合，在導師隊伍專長的離散事件動態(tài)、隨機濾波、容錯控制、非線性系統等方面提煉研究行業(yè)的共性技術難題，培養(yǎng)研究生的理論和工程實踐能力。

2 深度學習課堂的特征 控制科學與工程培養(yǎng)目標

控制科學與工程學科的培養(yǎng)目標即體現為深度學習課堂教學應有的特征，也是深度學習課堂模式的轉變(如圖2所示)。由單純的知性培養(yǎng)向綜合的人格培養(yǎng)轉變；由教師的講授向學生的主動學習轉變；由重視結果向重視過程轉變；由重視原有學術知識的繼承向創(chuàng)新轉變。葉圣陶先生說：“教師之為教，不在全盤授予，而在相機誘導。”課堂以學生為主導、教師引導的模式開展，且教學模式是動態(tài)變化的，要培養(yǎng)學生具有設計、分析、實踐、評價、創(chuàng)新的高階思維。

圖2 深度學習課堂的特征

人格培養(yǎng)體現為學術素養(yǎng)和道德素養(yǎng)培養(yǎng)，是對研究者進行學術研究時內在的規(guī)范和要求，是研究者在學術研討過程中所表現出來的綜合品質。學術素養(yǎng)和道德素養(yǎng)包括學術意識、學術知識、創(chuàng)新精神、嚴謹為學等諸方面的綜合人格體現。

學術意識包括嚴謹務實、敢于提出問題和對學術問題的敏感性和批判性，也就是問題意識、主動學習意識。雨果曾說“人的智慧掌握著三把鑰匙，一把開啟數字，一把開啟字母，一把開啟音符。知識、思想、幻想就在其中”。該學科學生只有掌握了“非線性系統”“魯棒控制”“最優(yōu)化”等控制理論，并對智能體、航天器、智能電廠等對象和環(huán)境信息帶有強烈的探究心，再輔以大膽的頭腦風暴想象和創(chuàng)新思維，對學術研究保持濃厚的興趣，才會隨時在學習和研究中發(fā)現問題，進而努力去解決問題，并有所收獲。

控制論、信息論、系統論等學術知識是學生在系統學習控制專業(yè)知識和學術研究過程中經過思維加工后形成的專業(yè)知識體系，豐富的知識積累是學術研究的基礎。當知識積累到一定程度，各種知識之間會產生新的聯系，從而形成新的思想與觀念，思維也會隨之開闊。因而在學習過程中思考、探究、解決問題更能體現出知識的邏輯傳遞過程，其中的研討法、自主學習法、活動體驗法等都可以充分發(fā)揮學生的主動性，并讓學習過程更活潑地得以體現。

創(chuàng)新精神是研究生在努力學習本學科和相關研究方向的基礎理論和系統的專業(yè)知識基礎上，做到融會貫通、學以致用，并勇于開拓，運用創(chuàng)新思維提出新方法、新觀點以及新理論，學會高階的思維方式。給學生留有創(chuàng)新的空間和時間，在加強傳統優(yōu)勢特色研究方向的基礎上，圍繞國家重大戰(zhàn)略需求和地方經濟社會需要，進一步開拓新的研究方向，促進學科交叉融合和集成發(fā)展，鼓勵學生參加創(chuàng)新項目、創(chuàng)新團隊、會議交流、研討會交流等活動課堂，在拓展其思維的基礎上實現創(chuàng)新。

3 深度學習課堂的教學模式是控制科學與工程必備教學模式

由于控制科學與工程學科并不隸屬于某一行業(yè)，作為一門學科，它總結歸納了大自然中普遍存在的規(guī)律，因此結合控制科學與工程專業(yè)的學科特點，滿足國家發(fā)展戰(zhàn)略，利用地域產業(yè)優(yōu)勢，構建多樣靈活的課堂教學模式勢在必行。如華僑大學在知識體系授課中，即將染整、石材、電機、鞋帽和機械等行業(yè)對象融入課堂教學模式中(如圖3所示)。在講授、翻轉式教學、微課堂、慕課、研討等過程中，將分析對象預設成與教學內容相關的一個個主題系列，通過一系列將具體研究對象與教學內容緊密聯系的問題設計，引導學生在現象和本質的統一中進行探究，培養(yǎng)學生對理論內容研究的興趣、科學的理性精神、強烈的創(chuàng)新意識和較強的科研學習、參與意識及能力。

圖 3 深度學習課堂的教學模式

根據不同高校的發(fā)展方向和特色以及地域行業(yè)特色，結合機械工程學科、電氣工程學科、計算機學科、數學學科等交叉學科，共同構建控制科學與工程學科的課程體系，開設機器人學、電機與拖動、矩陣論等相關學科課程，實現深度學習的課堂，設立特色課堂主題，如“機器人故障診斷”“機器人軌跡規(guī)劃”“電機自抗擾控制”等主題，讓學生主動設計、分析、實踐、評價、創(chuàng)新，從而避免學生的主體地位流于形式。

學科發(fā)展要遵循陶行知先生的“要活的書，不要死的書；要真的書，不要假的書；要動的書，不要靜的書；要用的書，不要讀的書。”總體而言，要以生活為中心的教學做指導，不要以文字為中心的教科書思想，把控制科學與工程學科學的理論和實踐結合，基于項目驅動實現課堂教學，并請企業(yè)專家臨場授課，以及走入企業(yè)學習實踐。真正將機械臂建模、工廠建模、化工過程建模、機床建模，優(yōu)化與決策理論應用、控制理論應用、檢測理論應用、計算機語言應用在實際系統上得以實踐、理解。

蘇霍姆林斯基說“只有讓學生不把全部時間都用在學習上，而留下許多自由支配的時間，他才能順利地學習……”這是教育過程的邏輯。教師亦遵循這個邏輯，給學生灌輸活動課堂的思想，推動他們參與交流、會議、社會活動等，懂得并有意識地自己支配時間，主動達成目標。

4 教學評價機制

教學評價機制起到課堂教學的反饋效果(如圖4所示)，其目的為：一是掌握學生的學習動態(tài)，二是了解教學質量，三是更好地激勵和鞭策學生學習，四是對應社會需求變化深度學習課堂的再調整。特別是控制學科，與時俱進、學科交叉性、工程實踐需求特性明顯，為了更好地實現這些目的，要努力提高課堂教學效果，從而提高學科質量。

學科評價機制需做到以下幾點。

(1)綜合評價機制。綜合評價機制涵蓋知識體系和綜合素質評價，結合深度學習課堂的教學，遵循發(fā)展性、及時性、差異性、激勵性、連續(xù)性、整體性等原則，按照人格評價、課程評價、成果評價、活動課堂評價等完成綜合評價。

(2)多樣化評價形式。發(fā)展的社會帶來的是多樣化的人格需求，已經不再是單純的理論課分數評價的時代。教學活動參與、科研活動參與、學校和社會活動參與、成果體現均可以作為評價指標，而評價形式又有所不同，構建多角形評價體系，從而評價學生的綜合人格以及課堂的教學效果。

(3)多元化評價主體。導師評價、研究生秘書評價：從教師的視角進行知識體系和學術素養(yǎng)的客觀評價；并充分利用身邊資源，收集多方材料，將指導教師、任課教師、學生評價等匯總評價。

學生互評、自我評價：從學生視角自我認識、自我反省，體現真實自我；便于監(jiān)督、對比，更清楚地認識自我。

控制科學與工程學科中以上評價機制以專業(yè)課人工智能、模式識別課堂為例，可以以課堂討論為參與形式評價，以工業(yè)對象選題、仿真和實驗為實踐評價，以課程論文為寫作形式評價，以小論文、計算機軟件著作權、專利和發(fā)表等進行成果評價，以共同任務的分工合作情況進行團隊協作評價，再匯集創(chuàng)新性評價等形成最終綜合評價體系。學生就業(yè)后，對其1～2年的單位員工考核評價進行收集，亦可作為回饋信息輔助課堂改革。

圖4 教學評價機制

5 結語

控制科學與工程課堂改革的終極目標是為了社會科技需求發(fā)展和每名學生的發(fā)展，改革包括道德、能力、個性、信念、知識、實踐等多方面。經過深度學習的課堂對學生進行培養(yǎng)，利用評價反饋機制，對控制科學與工程學科課堂教學進行動態(tài)改變，進行適應社會需求的教學反思和各學科協作反思，形成控制論中的“閉環(huán)改革”機制。隨著智能、大數據社會需求的不斷變化，該過程并非一朝一夕就可完成，要經過長年的培養(yǎng)過程、評價機制、深度課堂自適應調整，最終讓課堂教學變成真正的深度學習課堂。