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[摘 要] 针对“智能控制”课程现有教学方式不能满足教学需求的现状，对以“能力导向、虚实融合”为核心的“智能控制”课程教学进行了改革及实践。设计开发了基于实际项目案例的移动机器人虚拟仿真实验，将课程知识点与实验内容充分结合;协调安排培养环节中的前导课程与实践环节，使认知实习实践教学、课程理论教学、虚拟仿真实验教学有机融合。该教学改革为“智能控制”课程理论联系实践提供了新的教学方式，有利于更好地激发学生学习兴趣，强化学生的创新能力。
[关键词] 智能控制;教学改革;虚拟仿真实验;虚实融合
[基金项目] 2019年度浙江省高等教育“十三五”第二批教学改革研究项目“‘能力导向、虚实融合’——新工科建设背景下的智能控制课程教学改革研究”（JG20190310）;2019年度浙江省高等教育“十三五”第二批教学改革研究项目“基于OBE理念和工程教育认证要求的‘自动控制原理’课程教学改革研究”（JG20190315）
[作者简介] 武晓莉（1974—），女，河北平山人，博士，浙江科技学院自动化与电气工程学院副教授（通信作者），主要从事智能控制和人工智能算法研究;介 婧（1972—），女，山西临猗人，博士，浙江科技学院自动化与电气工程学院教授，主要从事智能计算及优化领域研究;侯北平（1976—），男，山东日照人，博士，浙江科技学院自动化与电气工程学院教授，主要从事机器视觉及其工程应用研究。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）42-0061-04 [收稿日期] 2021-08-18
一、引言
2017年以来，教育部积极推进新工科建设。新工科首先是指新兴工科如人工智能等，也包括新型工科，即对传统工科专业（如自动化专业）的改造、转型和升级[1]。2018年教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》的通知，要求完善人工智能领域人才培养体系，加强人工智能与计算机、控制等相关学科的交叉融合;积极开展新工科研究与实践，探索“人工智能+X”的人才培养模式[2]。
在人工智能新热潮和新工科建设大背景下，自动化类相关专业（包括其衍生出的新工科专业机器人工程专业）及课程需要开展新的教学改革。智能控制课程是自动化类相关专业的一门重要的专业课，在本校已开设十余年，由于其课程内容与人工智能学科知识交叉性强，成为控制类相关课程教学改革的重点。而如何开发和利用先进的教学手段、更新教学模式，是智能控制课程教学改革的难点。
教育部《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，提出重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难、高成本、大型综合训练等问题[3]。2019年，教育部《关于一流本科课程建设的实施意见》[4]，提出实施一流本科课程“双万计划”，其中要认定的五类一流课程就包括虚拟仿真实验教学课程。上述教育部的系列引导举措，为课程教学改革提供了一种新的思路。
二、智能控制课程特点与现状分析
智能控制代表了控制理论和技术的发展方向和最高层次，智能控制课程结合了人工智能和控制理论。本文总结该课程具有三大特点。
第一，从学科专业的角度看，该课程的知识内容衔接了人工智能学科与控制学科、人工智能专业和自动化类相关专业，是学生学习把人工智能技术在自动化工程领域落地实现的关键课程环节。
第二，從课程体系的角度看，该课程衔接了传统控制理论和创新的控制理论。与传统控制理论课程自动控制原理和现代控制理论相比，智能控制除了自己独有的理论与方法之外，其模糊控制和神经网络控制等多种理论方法均可与传统控制方法相结合，形成更新更优的控制方法，使学生学后对整个控制理论课程体系有融会贯通之感。
第三，从培养学生创新创业能力的角度看，传统控制理论目前已基本发展成熟，但智能控制理论还在蓬勃发展和不断拓展，在新方法、新应用的研究上，为学生的深入钻研、培养创新能力提供了广阔空间;在创业能力培养上，可提升学生对自动化类创业项目创新性的鉴别能力及前瞻性意识，为高水平的创新创业做好知识储备。
因此，建设好智能控制课程这个关键环节，可更好地培养人工智能技术在自动化控制领域落地实现的高素质应用人才，符合自动化类相关专业的发展潮流，适应当前社会经济发展的需求。
目前智能控制课程在高校的教学现状，其开课情况随着人工智能新热潮在控制类相关专业呈扩增趋势，但其授课形式仍普遍以理论讲授为主、并辅以MATLAB软件编程进行算法的实现和研讨教学。这种传统的教学形式，可以满足基本的教学要求，但在新时代高校教育打造具有高阶性、创新性、挑战度“金课”[5]的背景下，存在现有MATLAB仿真实验缺乏实物应用对象，学生缺乏实物感和现场感的问题，需要打造更能呈现先进性和互动性的教学形式。
由于课程建设乃至专业建设的经费有限，且实体设备更新换代较快，连年多批采购实体的控制对象并不现实。即使带学生到智能控制项目应用现场参观，也通常无法让学生实现实操。种种现实制约导致目前的教学现状不利于学生理论联系实践能力的培养。
三、教学改革方案设计
虚拟仿真实验为课程理论联系实践提供了创新多样的教学方式方法，可较好的解决智能控制课程教学中存在的缺乏实物应用对象问题。本文作者及团队成员及早认识到虚拟仿真实验对课程教学改革的重要意义，并开展了相关建设工作。
面临的一个关键问题，就是如何寻找和选择智能控制实际应用项目，设计开发内容适合的虚拟仿真实验教学案例。经过大量调研和走访本地企业，本文作者及团队成员选择了菜鸟速递某管理区总部的智能仓储移动机器人分拣投递系统作为背景应用案例，于2019年设计开发了《智能仓储移动机器人控制虚拟仿真实验》，并获批浙江省“十三五”高校虚拟仿真实验教学项目，为后续课程教学改革打下了良好的基础。
[关键词] 智能控制;教学改革;虚拟仿真实验;虚实融合
[基金项目] 2019年度浙江省高等教育“十三五”第二批教学改革研究项目“‘能力导向、虚实融合’——新工科建设背景下的智能控制课程教学改革研究”（JG20190310）;2019年度浙江省高等教育“十三五”第二批教学改革研究项目“基于OBE理念和工程教育认证要求的‘自动控制原理’课程教学改革研究”（JG20190315）
[作者简介] 武晓莉（1974—），女，河北平山人，博士，浙江科技学院自动化与电气工程学院副教授（通信作者），主要从事智能控制和人工智能算法研究;介 婧（1972—），女，山西临猗人，博士，浙江科技学院自动化与电气工程学院教授，主要从事智能计算及优化领域研究;侯北平（1976—），男，山东日照人，博士，浙江科技学院自动化与电气工程学院教授，主要从事机器视觉及其工程应用研究。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）42-0061-04 [收稿日期] 2021-08-18
一、引言
2017年以来，教育部积极推进新工科建设。新工科首先是指新兴工科如人工智能等，也包括新型工科，即对传统工科专业（如自动化专业）的改造、转型和升级[1]。2018年教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》的通知，要求完善人工智能领域人才培养体系，加强人工智能与计算机、控制等相关学科的交叉融合;积极开展新工科研究与实践，探索“人工智能+X”的人才培养模式[2]。
在人工智能新热潮和新工科建设大背景下，自动化类相关专业（包括其衍生出的新工科专业机器人工程专业）及课程需要开展新的教学改革。智能控制课程是自动化类相关专业的一门重要的专业课，在本校已开设十余年，由于其课程内容与人工智能学科知识交叉性强，成为控制类相关课程教学改革的重点。而如何开发和利用先进的教学手段、更新教学模式，是智能控制课程教学改革的难点。
教育部《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》，提出重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难、高成本、大型综合训练等问题[3]。2019年，教育部《关于一流本科课程建设的实施意见》[4]，提出实施一流本科课程“双万计划”，其中要认定的五类一流课程就包括虚拟仿真实验教学课程。上述教育部的系列引导举措，为课程教学改革提供了一种新的思路。
二、智能控制课程特点与现状分析
智能控制代表了控制理论和技术的发展方向和最高层次，智能控制课程结合了人工智能和控制理论。本文总结该课程具有三大特点。
第一，从学科专业的角度看，该课程的知识内容衔接了人工智能学科与控制学科、人工智能专业和自动化类相关专业，是学生学习把人工智能技术在自动化工程领域落地实现的关键课程环节。
第二，從课程体系的角度看，该课程衔接了传统控制理论和创新的控制理论。与传统控制理论课程自动控制原理和现代控制理论相比，智能控制除了自己独有的理论与方法之外，其模糊控制和神经网络控制等多种理论方法均可与传统控制方法相结合，形成更新更优的控制方法，使学生学后对整个控制理论课程体系有融会贯通之感。
第三，从培养学生创新创业能力的角度看，传统控制理论目前已基本发展成熟，但智能控制理论还在蓬勃发展和不断拓展，在新方法、新应用的研究上，为学生的深入钻研、培养创新能力提供了广阔空间;在创业能力培养上，可提升学生对自动化类创业项目创新性的鉴别能力及前瞻性意识，为高水平的创新创业做好知识储备。
因此，建设好智能控制课程这个关键环节，可更好地培养人工智能技术在自动化控制领域落地实现的高素质应用人才，符合自动化类相关专业的发展潮流，适应当前社会经济发展的需求。
目前智能控制课程在高校的教学现状，其开课情况随着人工智能新热潮在控制类相关专业呈扩增趋势，但其授课形式仍普遍以理论讲授为主、并辅以MATLAB软件编程进行算法的实现和研讨教学。这种传统的教学形式，可以满足基本的教学要求，但在新时代高校教育打造具有高阶性、创新性、挑战度“金课”[5]的背景下，存在现有MATLAB仿真实验缺乏实物应用对象，学生缺乏实物感和现场感的问题，需要打造更能呈现先进性和互动性的教学形式。
由于课程建设乃至专业建设的经费有限，且实体设备更新换代较快，连年多批采购实体的控制对象并不现实。即使带学生到智能控制项目应用现场参观，也通常无法让学生实现实操。种种现实制约导致目前的教学现状不利于学生理论联系实践能力的培养。
三、教学改革方案设计
虚拟仿真实验为课程理论联系实践提供了创新多样的教学方式方法，可较好的解决智能控制课程教学中存在的缺乏实物应用对象问题。本文作者及团队成员及早认识到虚拟仿真实验对课程教学改革的重要意义，并开展了相关建设工作。
面临的一个关键问题，就是如何寻找和选择智能控制实际应用项目，设计开发内容适合的虚拟仿真实验教学案例。经过大量调研和走访本地企业，本文作者及团队成员选择了菜鸟速递某管理区总部的智能仓储移动机器人分拣投递系统作为背景应用案例，于2019年设计开发了《智能仓储移动机器人控制虚拟仿真实验》，并获批浙江省“十三五”高校虚拟仿真实验教学项目，为后续课程教学改革打下了良好的基础。