導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科評估，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

北大是“常為新”的，特別是在信息科學(xué)這樣一個引領(lǐng)著時代最前沿科技發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域里。上世紀(jì)八十年代中期，北京大學(xué)一批具有長遠(yuǎn)發(fā)展眼光的有識之士倡議建立一個多學(xué)科交叉研究中心，以數(shù)學(xué)系、無線電(電子學(xué))系和計(jì)算機(jī)系為主，聯(lián)合心理學(xué)、中文、遙感等共十個系所，宗旨是在信息科學(xué)領(lǐng)域開展多學(xué)科交叉研究，充分發(fā)揮北大的綜合優(yōu)勢。中心的建立牢牢把握住了時展的方向，獲得了快速的發(fā)展。很快，北大在中心的基礎(chǔ)上建立了第一個國家實(shí)驗(yàn)室，并取得了豐碩的成果。2002年9月，在信息中心和國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，北京大學(xué)智能科學(xué)系組建完成，并與次年并入北京大學(xué)最大的學(xué)院――信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，翻開了發(fā)展進(jìn)程中嶄新的一頁[1]。

智能科學(xué)系的誕生是改革和創(chuàng)新的產(chǎn)物，它的發(fā)展也是與時俱進(jìn)的。智能科學(xué)與技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)今信息科學(xué)領(lǐng)域最重要的創(chuàng)新點(diǎn)和增長點(diǎn)之一，它正在成為關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國家安全穩(wěn)定的新興領(lǐng)域。正是在這樣的大背景之下，智能科學(xué)系的老師們深入調(diào)研，精心準(zhǔn)備，于2003年向教育部申報(bào)“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)，并獲得了教育部的批準(zhǔn)，于次年開始招收本科生，這也開了全國智能科學(xué)本科教育的先河。目前，已經(jīng)有4屆智能科學(xué)系本科生順利完成了他們的本科學(xué)業(yè)，邁入了新的人生階段。我們也在不斷探索和嘗試中，初步建立了一套適合北大學(xué)生成長成才的智能科學(xué)系本科生培養(yǎng)體系。

1北大智能科學(xué)系本科生培養(yǎng)體系概述

在培養(yǎng)智能科學(xué)系本科生的過程中，我們的老師始終堅(jiān)持“以學(xué)生為本”的原則，多方面關(guān)注學(xué)生發(fā)展，把握智能科學(xué)技術(shù)的新興前沿領(lǐng)域，面向國家建設(shè)重大需求，確立具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的多層次復(fù)合人才的培養(yǎng)格局。為了實(shí)現(xiàn)這樣的培養(yǎng)目標(biāo)，我們在本科生培養(yǎng)過程中牢牢抓住招生、教學(xué)、育人這三個重點(diǎn)環(huán)節(jié)，充分尊重學(xué)生的個性化發(fā)展，因材施教，力爭將學(xué)生培養(yǎng)成為具有國際視野的行業(yè)領(lǐng)軍人才，具體為具有原創(chuàng)能力的研究型人才，具有集成能力的工程型人才和具有組織能力的管理型人才。在我們的主要培養(yǎng)思路如下[2]。

1) 把好分流關(guān)，吸引真正對智能科學(xué)感興趣的學(xué)生選擇智能科學(xué)專業(yè)。

2) 創(chuàng)新課程體系，優(yōu)化課程內(nèi)容，建立和完善智能科學(xué)技術(shù)學(xué)科體系。

3) 完善本科生導(dǎo)師制，加強(qiáng)課外引導(dǎo)，建立全方位的培養(yǎng)體系。

2智能科學(xué)專業(yè)分流

從2004年開始，在北京大學(xué)“加強(qiáng)基礎(chǔ)，淡化專業(yè)，因材施教，分流培養(yǎng)”這一原則的指導(dǎo)下，信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院開始按照大類招生，即本科一年級學(xué)生在進(jìn)入學(xué)校后不分具體專業(yè)，統(tǒng)一學(xué)習(xí)信息學(xué)科基礎(chǔ)課程。在一年級下半學(xué)期期末，按照“計(jì)劃指導(dǎo)，自愿優(yōu)先，排名調(diào)劑，加強(qiáng)疏導(dǎo)”的方針，由學(xué)生自主選擇專業(yè)。

與學(xué)院其他3個老牌系(電子學(xué)系50 年歷史、計(jì)算機(jī)和微電子系30年歷史)相比，智能科學(xué)系創(chuàng)立時間短，基礎(chǔ)條件薄弱，缺乏畢業(yè)生記錄的宣傳說明，所以，分流過程中并無優(yōu)勢可言。為了吸引優(yōu)秀的學(xué)生選擇智能科學(xué)系，我們充分利用學(xué)院在專業(yè)分流前期安排的宣傳引導(dǎo)工作階段，通過制作專業(yè)手冊、舉辦專場講座、舉行網(wǎng)絡(luò)討論、安排導(dǎo)師專場指導(dǎo)等方式向大一學(xué)生宣傳智能科學(xué)系；在學(xué)院統(tǒng)一的開放日里，我們將自己最引以為傲的科研成果通過通俗易懂的形式展現(xiàn)給學(xué)生，并且安排資深研究人員現(xiàn)場咨詢，幫助同學(xué)們了解智能科學(xué)系的特點(diǎn)。通過這些扎扎實(shí)實(shí)的工作和細(xì)致有效的宣傳，同學(xué)們逐漸領(lǐng)略到了智能科學(xué)的魅力，越來越多的人選擇智能科學(xué)。圖1為智能科學(xué)系分流人數(shù)的趨勢圖。

從圖1中可以看出，2004級至2009級，信息學(xué)院大一學(xué)生中選擇智能科學(xué)系的學(xué)生數(shù)量逐年上升。另外，需要特別指出的是，2008年學(xué)院第一屆智能科學(xué)本科生順利畢業(yè)，并且取得了良好的成績。2008屆智能科學(xué)系本科生全班學(xué)習(xí)成績在學(xué)校綜合評估中優(yōu)良率達(dá)到了93%，34名同學(xué)中有22名繼續(xù)保送本校讀研，4 名同學(xué)獲得了大型國有企業(yè)和知名外企的工作機(jī)會，8 名同學(xué)獲得出國深造機(jī)會，在歐、美一些名校攻讀博士，其中有一名學(xué)生同時拿到了包括哈佛、MIT、CMU、UCLA在內(nèi)的著名大學(xué)的全額獎學(xué)金(最后選擇MIT)。表1所示為2004級―2006級智能科學(xué)系本科畢業(yè)生去向。

良好的成績使智能科學(xué)系在學(xué)院內(nèi)部和北大校園內(nèi)的影響力不斷擴(kuò)大，北大其他學(xué)院的優(yōu)秀學(xué)生也開始申請轉(zhuǎn)到智能科學(xué)系學(xué)習(xí)。2008年，北大最好的元培計(jì)劃實(shí)驗(yàn)班有4名學(xué)生選擇了智能科學(xué)專業(yè)，醫(yī)學(xué)部和光華管理學(xué)院也有學(xué)生申請轉(zhuǎn)入智能科學(xué)系。

但是，需要看到的是，2010級本科生分流時只有34名學(xué)生選擇了智能科學(xué)系，相對前幾年來講是明顯偏少的。在這一年，學(xué)院有一半的大一學(xué)生選擇了計(jì)算機(jī)專業(yè)。學(xué)院針對專業(yè)分流的問卷統(tǒng)計(jì)顯示，超過70%的學(xué)生在入學(xué)前對各個專業(yè)了解程度很低，即使經(jīng)過一年的學(xué)習(xí)，絕大部分學(xué)生對于各個專業(yè)也只停留在基本了解的程度。同時在高考前已經(jīng)考慮好專業(yè)選擇的學(xué)生中有71%選擇的專業(yè)是計(jì)算機(jī)專業(yè)，近60%的受訪學(xué)生將興趣作為選擇專業(yè)的第一決定因素。從這樣的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，作為信息技術(shù)的老牌專業(yè)，計(jì)算機(jī)專業(yè)在學(xué)生入學(xué)前的被認(rèn)知程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于智能科學(xué)。同樣作為偏“軟”的專業(yè)，智能科學(xué)由于建立時間短，被公眾認(rèn)知程度低，在專業(yè)分流時難免會有些“吃虧”。這就要求我們進(jìn)一步加強(qiáng)對智能科學(xué)的宣傳，讓更多的人，特別是對信息科學(xué)有興趣的學(xué)生了解智能科學(xué)的內(nèi)涵和主要研究特點(diǎn)，以吸引高素質(zhì)的人才加入到智能科學(xué)的研究隊(duì)伍中來。

3本科生課程體系創(chuàng)新

3.1指導(dǎo)原則

作為一所綜合性大學(xué)，北京大學(xué)特別注重對學(xué)生的通識教育，注重學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，要求學(xué)生廣泛學(xué)習(xí)不同領(lǐng)域的知識，學(xué)習(xí)不同學(xué)科的研究方法。北大人才培養(yǎng)的基本原則可以歸納為“加強(qiáng)基礎(chǔ)，淡化專業(yè)，因材施教，分流培養(yǎng)”。

篇2

0引言

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是教育部根據(jù)“面向國家戰(zhàn)略需求、面向世界科技前沿”的方針，為適應(yīng)國家科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的需要而設(shè)立的，專業(yè)代碼080907T。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)屬于一個交叉學(xué)科，涵蓋了電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件和軟件、人工智能、自動控制等多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何交叉學(xué)科，立足于工業(yè)智能化的發(fā)展方向和《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006―2020年）》的要求，適應(yīng)國家對高質(zhì)量的智能技術(shù)人才的社會需求，研究與實(shí)踐體現(xiàn)行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步和社會建設(shè)需求的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系具有重大意義。

1創(chuàng)新課程體系的意義

德國率先提出的“工業(yè)4.0”概念其實(shí)就是將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等相結(jié)合，形成虛擬與現(xiàn)實(shí)相融合的智能制造系統(tǒng)。人們可以在世界任何地方采用電腦或任何移動終端，在互聯(lián)網(wǎng)上選擇標(biāo)準(zhǔn)的或定制的貨品訂單，系統(tǒng)會采用人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)在全球范圍整合資源、信息、物品和人，以高質(zhì)量、低成本、高效率生產(chǎn)制造出產(chǎn)品，快速交付給客戶。

在制造領(lǐng)域，這種技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步可以被描述為工業(yè)化的第4階段，即“工業(yè)4.0”，如圖1所示。其中，第①階段以1784年的英國蒸汽機(jī)為代表；第②階段以1870年的電動機(jī)械發(fā)明與應(yīng)用為代表；第③階段以使用電子與IT技術(shù)的自動化時代為代表；第④階段就是我們正在經(jīng)歷的智能制造時代。當(dāng)前，中國工業(yè)機(jī)器人銷量連續(xù)兩年行業(yè)增速在50%以上，行業(yè)進(jìn)入成長期。另外，中國工業(yè)機(jī)器人使用密度遠(yuǎn)低于主要發(fā)達(dá)國家，具有廣闊的市場空間。智能裝備的大發(fā)展對相關(guān)專業(yè)人才的需求呈爆發(fā)趨勢，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生今后的一個重要就業(yè)方向?qū)⑹欠?wù)于產(chǎn)業(yè)界的機(jī)器人領(lǐng)域。

我們國家正在大力提倡的“中國制造2025”與德國提出的“工業(yè)4.0”有著異曲同工之妙，盡管兩國的工業(yè)、社會發(fā)展階段存在差異，但在智能制造領(lǐng)域、互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展水平基本同步。通過國家層面大力推廣發(fā)展智能制造技術(shù)，以及在大學(xué)智能制造相關(guān)專業(yè)的課程改革，為我國的智能制造技術(shù)趕上甚至超過發(fā)達(dá)國家創(chuàng)造了千載難逢的機(jī)遇。

2智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新課程體系目標(biāo)

如何充分利用民辦學(xué)校的企業(yè)資源優(yōu)勢，辦好智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是本專業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。本著教育先行、為產(chǎn)業(yè)服務(wù)的辦學(xué)宗旨，根據(jù)行業(yè)中長期發(fā)展的需求，在保證專業(yè)知識體系完整性的前提下，結(jié)合“工業(yè)4.0”對專業(yè)人才知識、能力的需求，我們將專業(yè)定位側(cè)重于智能傳感與檢測技術(shù)，智能機(jī)器人傳動、驅(qū)動技術(shù)，智能機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等。4年來的辦學(xué)實(shí)踐證明，我們的專業(yè)定位符合地區(qū)與行業(yè)發(fā)展需求，并具有一定的前瞻性。

基于以上專業(yè)定位，對智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)課程體系進(jìn)行深入的探索與實(shí)踐，涉及專業(yè)一體化的理論與實(shí)踐課程體系規(guī)劃，機(jī)器人實(shí)踐平臺升級，專業(yè)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、考核方式改革，教學(xué)資源、師資隊(duì)伍、評估反饋機(jī)制建設(shè)等。通過有針對性地研究我們在專業(yè)教學(xué)中存在的問題，尋找解決問題的有效途徑，探索出符合現(xiàn)代高等教育發(fā)展規(guī)律、適應(yīng)“工業(yè)4.0”及“中國制造2025”對專業(yè)人才知識及能力要求的創(chuàng)新課程體系，為國家、社會輸送高素質(zhì)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

通過對智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的面向“工業(yè)4.0”的創(chuàng)新課程體系的研究，在已運(yùn)行4年的本專業(yè)課程體系的基礎(chǔ)上建立完善的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新課程體系；完成課程體系面向“工業(yè)4.0”的課程群知識結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論與實(shí)踐一體化設(shè)計(jì)；總結(jié)課程教學(xué)手段和方法；完成高質(zhì)量的教學(xué)資源建設(shè)；建立高水平的師資隊(duì)伍。

3創(chuàng)新課程體系構(gòu)建方案

專業(yè)人才培養(yǎng)遵循工程教育思想，以項(xiàng)目為導(dǎo)向設(shè)計(jì)專業(yè)課程培養(yǎng)體系，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施貫穿于大學(xué)4年的教學(xué)過程之中，讓學(xué)生在校期間就有機(jī)會參與真實(shí)項(xiàng)目的開發(fā)與運(yùn)作，獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際操作能力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目實(shí)踐與學(xué)校理論教學(xué)的無縫對接。設(shè)置面向“工業(yè)4.0”的創(chuàng)新課程群及項(xiàng)目群，對學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)進(jìn)行全面培養(yǎng)，使學(xué)生得到全方位的鍛煉。

3.1支撐培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的一體化課程體系

專業(yè)課程體系的構(gòu)建思路以行業(yè)與社會需求為根本。在此基礎(chǔ)上確定智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。以TOPCARES-CDIO教育理念為指導(dǎo)，定制科學(xué)先進(jìn)的人才培養(yǎng)模式和過程，最終建立面向“工業(yè)4.0”的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新課程體系。

引進(jìn)與國際接軌的課程體系，制定全新的適應(yīng)我國國情的教學(xué)計(jì)劃，采用先進(jìn)的教學(xué)理念與培養(yǎng)模式，初步構(gòu)建以設(shè)計(jì)為中心，理論與實(shí)踐高度融合的應(yīng)用型本科課程體系。

理論課程體系方面具體表現(xiàn)在適當(dāng)降低理論知識的難度，著重培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際的能力。理論課程的整合要突出理論教學(xué)的應(yīng)用性，構(gòu)建基礎(chǔ)理論平臺課程群與專業(yè)模塊化課程群相結(jié)合的理論教學(xué)體系，保證人才的基本規(guī)格和多樣化、個性化發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生對社會的適應(yīng)性。

實(shí)踐課程體系方面，依據(jù)專業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)，以能力為本位，以項(xiàng)目為載體，以“學(xué)中做”和“做中學(xué)”為方法，統(tǒng)籌安排基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐、創(chuàng)新訓(xùn)練與實(shí)踐、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練與實(shí)踐、綜合實(shí)訓(xùn)與實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與企業(yè)實(shí)習(xí)等各類實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使實(shí)踐學(xué)期教學(xué)內(nèi)容逐級遞進(jìn)、逐步深化；將實(shí)踐學(xué)期實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與理論學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容緊密銜接。系統(tǒng)化構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、學(xué)校與企業(yè)相結(jié)合，貫穿于大學(xué)教育全程的一體化實(shí)踐教學(xué)體系。本專業(yè)采用自頂而下的方式設(shè)計(jì)各級項(xiàng)目。一級項(xiàng)目（智能機(jī)器人綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目）的設(shè)計(jì)直接針對專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)踐學(xué)期的二級項(xiàng)目和基于專業(yè)課程的三級項(xiàng)目分別是一級項(xiàng)目培養(yǎng)能力的分解。

采用基于社會實(shí)際崗位的逆推法設(shè)計(jì)課程體系，如圖2所示。按照人才職業(yè)需求確定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，將專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)抽象為若干個專業(yè)核心應(yīng)用能力，再根據(jù)每個專業(yè)核心應(yīng)用能力所需的知識、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)劃分不同的課程群。

設(shè)置課程群不僅要考慮智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本身課程體系的科學(xué)性與遞進(jìn)關(guān)系，還要充分研究專業(yè)相關(guān)的重點(diǎn)行業(yè)、大型企業(yè)崗位特點(diǎn)，針對人才市場的人才需求和崗位需求，把行業(yè)、企業(yè)、崗位所需與“工業(yè)4.0”相關(guān)的新知識、新技術(shù)、新平臺、新規(guī)范納入課程，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程體系與區(qū)域經(jīng)濟(jì)及行業(yè)、企業(yè)的有效對接。目前，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)現(xiàn)行的人才培養(yǎng)課程體系將專業(yè)定位側(cè)重于智能傳感與檢測技術(shù)、智能機(jī)器人傳動與驅(qū)動技術(shù)、智能機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，包括智能系統(tǒng)的軟/硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)，以及智能技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用等。雖然該體系與面向“工業(yè)4.0”相關(guān)技術(shù)有一定的匹配度，但還需進(jìn)一步改革，擬融合“通信規(guī)約”“IoT”“工業(yè)現(xiàn)場總線”等知識模塊構(gòu)建“工業(yè)4.0”的CPS虛擬網(wǎng)絡(luò)課程群，融合“工業(yè)機(jī)器人”“智能傳感檢測”等構(gòu)建“工業(yè)4.0”的CPS實(shí)體物理課程群。實(shí)踐課程體系的改革主要圍繞KUKA工業(yè)機(jī)器人開設(shè)相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)、課程項(xiàng)目、實(shí)踐學(xué)期項(xiàng)目及實(shí)訓(xùn)等。

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的構(gòu)建分為基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)崗位應(yīng)用技能課程、專業(yè)方向和專業(yè)技能拓展課程4個階段。注重崗位需求對課程設(shè)置的對應(yīng)性，前兩個階段與傳統(tǒng)大學(xué)基本一致，只是深度上淺顯一些，后兩個階段面向人才市場的崗位需求，著重培養(yǎng)企業(yè)用得上的專業(yè)人才。

3.2科學(xué)的人才培養(yǎng)質(zhì)量評價(jià)體系

大連東軟信息學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)按照全面質(zhì)量管理的理念，建立了全員參與、全過程監(jiān)控、全方位評價(jià)的教學(xué)質(zhì)量評價(jià)機(jī)制。做到了常項(xiàng)評價(jià)與專項(xiàng)評價(jià)相結(jié)合，形成性考核評價(jià)與終結(jié)性考核評價(jià)相結(jié)合，定性評價(jià)與定量評價(jià)相結(jié)合，采取管理學(xué)確認(rèn)有效的5W1H（Why-What-Where-When-Who-How）和PDCA（Plan-Do-Check-Action）方法進(jìn)行評價(jià)，可以有效地保證各環(huán)節(jié)教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升與持續(xù)改善。

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)包括TOPCARES-CDIO系列評估、教學(xué)質(zhì)量評價(jià)以及教學(xué)過程評價(jià)3個部分。TOPCARES-CDIO系列評估主要評價(jià)專業(yè)、課程、項(xiàng)目、教材以及素質(zhì)教育等環(huán)節(jié)落實(shí)工程教育理念的效果。教學(xué)質(zhì)量評價(jià)主要包括教師教學(xué)質(zhì)量評價(jià)，學(xué)生對課程的滿意度調(diào)查、對重點(diǎn)課程的評價(jià)、對重點(diǎn)教材的評價(jià)等，由定量評價(jià)和定性評價(jià)組成。教學(xué)過程評價(jià)，主要從課程考核、實(shí)踐學(xué)期以及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)展開。

3.3高水平師資隊(duì)伍建設(shè)

專業(yè)自成立以來就十分關(guān)注師資隊(duì)伍的培養(yǎng)，不斷強(qiáng)化專業(yè)師資隊(duì)伍建設(shè)，持續(xù)關(guān)注專業(yè)帶頭人和骨干教師建設(shè)，加強(qiáng)“雙師型”教師隊(duì)伍的培養(yǎng)力度。通過開展內(nèi)部培訓(xùn)、教學(xué)研討、企業(yè)實(shí)踐、學(xué)術(shù)研討等全方位的培養(yǎng)措施，努力建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)優(yōu)良、教研科研水平高、技術(shù)服務(wù)能力強(qiáng)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。在師資隊(duì)伍建設(shè)過程中，實(shí)施“引聘訓(xùn)評”的雙師型師資隊(duì)伍建設(shè)發(fā)展方案。

3.4教學(xué)資源建設(shè)

篇3

上海理工大學(xué)于2010年經(jīng)教育部批準(zhǔn)設(shè)立智能科學(xué)技術(shù)本科工程類專業(yè)，并于當(dāng)年招收第一批學(xué)生。該專業(yè)主要依托上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的自動化系、電子工程系和計(jì)算機(jī)系的基礎(chǔ)資源和師資，借助于學(xué)院自動化儀表、光學(xué)工程等的社會應(yīng)用背景，培養(yǎng)智能測控、智能信息融合、智能信息管理等方面的工程技術(shù)人才。

為制定出適合社會需求的智能專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃，我們拜訪了具有相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)的兄弟院校，學(xué)習(xí)他們的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，深切感受到培養(yǎng)智能專業(yè)人才的困難。主要體現(xiàn)在專業(yè)的“智能”特點(diǎn)及培養(yǎng)方法上。如何結(jié)合工程實(shí)際的培養(yǎng)要求，制定出一套可操作、學(xué)生易接受，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)化動手能力的培養(yǎng)計(jì)劃，是我們首先要做的工作。

我們學(xué)校采用學(xué)分制教學(xué)模式。共180個學(xué)分，專業(yè)學(xué)分只有77.5學(xué)分，約1 240學(xué)時。要在這么少的學(xué)時內(nèi)完成如此廣泛的教學(xué)內(nèi)容，并達(dá)到良好的教學(xué)效果，有一定難度。為此，我們從以下幾個方面進(jìn)行設(shè)想。

1) 探索新的人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建與社會需求直接相關(guān)的課程體系。

2) 改進(jìn)課程教學(xué)方法，加強(qiáng)教學(xué)互動機(jī)制。

3) 加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)，引進(jìn)與培養(yǎng)相結(jié)合，提高教師自身的業(yè)務(wù)水平和實(shí)際應(yīng)用能力。

4) 加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，充分利用學(xué)院教學(xué)資源，使學(xué)生有更多機(jī)會參與實(shí)際操作，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，提高創(chuàng)新能力[1-2]。

1培養(yǎng)計(jì)劃

上海理工大學(xué)是一所以工科為主的綜合性大學(xué)，培養(yǎng)的學(xué)生主要面向應(yīng)用。要辦好新專業(yè)，必須有自己的學(xué)科體系和課程特色。辦工學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，很容易受理學(xué)辦學(xué)模式的影響，從而導(dǎo)致理論大而不精，實(shí)際應(yīng)用能力缺少專門訓(xùn)練，無法適應(yīng)社會需求的情況。我們的培養(yǎng)目標(biāo)定位是以工程應(yīng)用為主，加強(qiáng)技術(shù)能力的培養(yǎng)。多學(xué)兄弟院校的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，但不進(jìn)行形式攀比，扎扎實(shí)實(shí)地做好培養(yǎng)實(shí)用型人才的本位工作?？紤]到我院在光電技術(shù)、智能化儀表、智能檢測與控制方面的優(yōu)勢，我們確立以“智能集成和智能儀表”作為專業(yè)特色。

我校培養(yǎng)計(jì)劃的基本思路是：基礎(chǔ)知識精、簡、實(shí)用但要扎實(shí)。專業(yè)知識以掌握應(yīng)有的技能為目的，加強(qiáng)創(chuàng)新和實(shí)踐教育，同時加強(qiáng)對學(xué)生道德、人文素質(zhì)方面的教育，以使學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)，系統(tǒng)掌握智能科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能。

整個培養(yǎng)計(jì)劃分成三大塊：通識教育、基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程。通識教育由學(xué)校統(tǒng)一規(guī)劃，除政治、思想、道德、體育及人文等方面的教育外，還包括外語基礎(chǔ)、電腦應(yīng)用常識及計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。基礎(chǔ)課程由光電信息和計(jì)算機(jī)工程學(xué)院統(tǒng)一制定，主要包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)類、工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類、電類基礎(chǔ)課程及計(jì)算機(jī)原理等。專業(yè)課程分為4個課程塊。第一課程塊為專業(yè)核心課程。主要包括自動控制理論、智能檢測、智能信息處理和機(jī)器視覺技術(shù)等，要求本專業(yè)的學(xué)生對與智能科學(xué)與技術(shù)相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)理論和技術(shù)有一個全面的掌握。在確定核心課程時，我們考慮了作為工科學(xué)生的培養(yǎng)要求，更注重課程的實(shí)用性以及學(xué)生在選擇專業(yè)方向時的知識覆蓋面。第二課程塊為技術(shù)基礎(chǔ)課程。作為本專業(yè)的技術(shù)入門課程，“智能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論”和“腦與認(rèn)知科學(xué)初步”安排在技術(shù)基礎(chǔ)課程模塊。由于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)涉及面很廣，為使學(xué)生能根據(jù)自己的愛好和特點(diǎn)選擇發(fā)展方向，這個模塊允許學(xué)生選擇不同的技術(shù)基礎(chǔ)課程。第三課程塊為專業(yè)技術(shù)課程。包含計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)及數(shù)據(jù)融合技術(shù)等。計(jì)算機(jī)技術(shù)主要以嵌入式處理器、DSP處理器及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)這些與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系比較緊密的技術(shù)為主要內(nèi)容。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇其中幾門，作為專業(yè)技術(shù)課程。第四課程塊為專業(yè)選修課程。該課程組針對智能化的具體應(yīng)用聯(lián)系方面，課程有比較大的選擇余地，學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)方向選擇相應(yīng)的課程，強(qiáng)化自己的專業(yè)知識[3-4]。

2培養(yǎng)方法

我們培養(yǎng)學(xué)生的基本目標(biāo)是：每一個學(xué)生至少有一項(xiàng)基本技能，每一個學(xué)生都具備足夠的自信心和基本的道德水準(zhǔn)。由于我校生源的總體水平比重點(diǎn)大學(xué)要弱一點(diǎn)，我們計(jì)劃從進(jìn)校開始就對學(xué)生進(jìn)行自我價(jià)值、創(chuàng)新意識、社會道德的教育，激發(fā)學(xué)生積極向上、發(fā)奮學(xué)習(xí)的主觀能動性。智能科學(xué)與技術(shù)所涉及的理論比較廣，制定培養(yǎng)計(jì)劃時，既要考慮到學(xué)生對這些學(xué)科的了解、學(xué)科間的聯(lián)系，又要使學(xué)生對有實(shí)用意義的理論知識有比較扎實(shí)的基礎(chǔ)，并且在以后選擇專業(yè)方向時有一定的理論基礎(chǔ)覆蓋面。我們把這些內(nèi)容分成概述型和精講型兩類。選擇三四門具有一定深度、知識覆蓋面比較廣、反映智能科學(xué)與技術(shù)主題的專業(yè)理論課程作為核心課程，在內(nèi)容的選取上偏重有用性、實(shí)用性、易用性原則，盡可能做到學(xué)精、學(xué)好、學(xué)以致用。把一些認(rèn)識層面的內(nèi)容以概述型課程加以介紹，使學(xué)生對智能科學(xué)與技術(shù)所涉及的內(nèi)容有一個比較完整的了解。

作為工科學(xué)生的培養(yǎng)，我們不要求學(xué)生全面完整地掌握基礎(chǔ)知識，而是注重實(shí)用和掌握，要求學(xué)生能熟練靈活地應(yīng)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識。從以往相關(guān)專業(yè)的教學(xué)要求和效果看，對大而全的教學(xué)要求，整體上不能達(dá)到滿意的教學(xué)效果，學(xué)生忙于應(yīng)付，結(jié)果導(dǎo)致掌握不實(shí)，不能很好地把握基本概念，并加以運(yùn)用。我們的教學(xué)思想是：針對培養(yǎng)目標(biāo)，精選課程內(nèi)容，力求實(shí)用易學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生興趣，以達(dá)到教學(xué)互動的效果。

在專業(yè)課程中，我們主要考慮實(shí)用性、廣泛性和可選擇性，注重技術(shù)和技能。由于智能科學(xué)與技術(shù)涉及的知識領(lǐng)域廣泛，因此我們開設(shè)的專業(yè)課程盡可能滿足學(xué)生對不同技術(shù)、技能、知識的興趣和選擇，便于學(xué)生根據(jù)基礎(chǔ)課程的掌握情況選擇喜歡的專業(yè)課程。對于每一個專業(yè)課程，教師著重要求基本知識點(diǎn)的掌握，要求學(xué)生學(xué)會根據(jù)基本知識擴(kuò)展專業(yè)技能。

在教學(xué)形式上，我們以開放、引導(dǎo)、自主學(xué)習(xí)為主，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生全面開放，學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)問題，經(jīng)任課教師安排，在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室研究解決“問題”。教師以“任務(wù)”驅(qū)動帶動實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提出任務(wù)，設(shè)計(jì)問題，讓學(xué)生通過實(shí)踐、觀測、分析、討論和總結(jié)，達(dá)到對問題的理解和知識的掌握。歸納起來，我們有以下幾個方面的教學(xué)思考。

1) 課堂教育避免陳述式的教育模式。

通過提出問題，分析問題的因果關(guān)系，總結(jié)歸納問題的變化趨勢，尋找解決問題的途徑，討論解決問題的方法。引導(dǎo)學(xué)生使用正確的思維方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。老師要“走”到學(xué)生中去，和學(xué)生成為朋友，和學(xué)生共同討論問題，啟發(fā)主動思維和創(chuàng)造性思維。這樣的教學(xué)模式可以逐步培養(yǎng)學(xué)生自我發(fā)現(xiàn)知識的能力，使學(xué)生具備獨(dú)立分析和解決問題的能力。

2) 充分認(rèn)識課程建設(shè)在專業(yè)建設(shè)中的基礎(chǔ)性地位。

完善基本管理規(guī)范和評價(jià)體系。以教師教學(xué)規(guī)范為依據(jù)，加強(qiáng)教學(xué)管理；以學(xué)校課程評估指標(biāo)體系為參照，實(shí)施課程評估。優(yōu)化課程組合，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。以專業(yè)規(guī)范為參照，按照公共基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)主干等不同層次，形成前后連貫、橫向聯(lián)合、相互支撐的課程組合，進(jìn)而調(diào)整其中各門課程的教學(xué)內(nèi)容。改革教學(xué)方法，發(fā)掘、發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體性作用，注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提倡探討式學(xué)習(xí)、研究型學(xué)習(xí)等。在教學(xué)中，根據(jù)內(nèi)容需要精心準(zhǔn)備、認(rèn)真組織，采取靈活多樣的教學(xué)方法。加強(qiáng)教材建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)多媒體課件建設(shè)，鼓勵選用原版教材、規(guī)劃教材，同時鼓勵教師的教材編撰工作。推動教師利用專業(yè)優(yōu)勢開發(fā)網(wǎng)絡(luò)多媒體課件，改善教學(xué)效果。推進(jìn)考試改革，根據(jù)課程內(nèi)容、教學(xué)方法的不同，結(jié)合教學(xué)過程和教學(xué)效果的綜合因素，鼓勵采用靈活多樣的考試和成績評定方式。

3) 注重課程教學(xué)的總結(jié)、反饋、交流和評估。

課程教學(xué)是教師學(xué)生共同參與的經(jīng)常性教學(xué)活動，應(yīng)逐步建立教師之間針對課程教學(xué)的總結(jié)、反饋、交流和評估活動，形成良好的教學(xué)研究、教學(xué)互幫互學(xué)的敬業(yè)氛圍，爭取在學(xué)時精簡、內(nèi)容壓縮的情況下保證課程教學(xué)質(zhì)量。

我們強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，改造實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)等課程，擴(kuò)大實(shí)訓(xùn)。以課程實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，注重方法、觀測、分析的培養(yǎng)。減少課程實(shí)驗(yàn)中大量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，并在報(bào)告中直接反映，鍛煉學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)踐能力。以綜合設(shè)計(jì)作為培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、綜合各種知識、技能的方法，改變課程設(shè)計(jì)依賴單一課程的訓(xùn)練模式，而以課程組的綜合設(shè)計(jì)為背景，注重實(shí)際操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)學(xué)規(guī)范以及設(shè)計(jì)思想的闡述、表達(dá)能力的培養(yǎng)。力求使綜合設(shè)計(jì)真正能夠培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。以實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)為強(qiáng)化技能的手段，讓學(xué)生廣泛、深入地接觸生產(chǎn)應(yīng)用第一線，了解技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀和工作模式，掌握流行的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境，按照行業(yè)規(guī)范完成一個典型系統(tǒng)的開發(fā)，使實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)能夠鍛煉學(xué)生的實(shí)際工作能力。以畢業(yè)設(shè)計(jì)作為最后檢驗(yàn)學(xué)生綜合能力的手段，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新與實(shí)踐的要求，鼓勵學(xué)生參與科研實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)踐和理論前沿相結(jié)合的課題，全面鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力[2]。

3師資隊(duì)伍建設(shè)

根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)要求，教師自身專業(yè)水平、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和能力、創(chuàng)新意識等都需要不斷加強(qiáng)和提高。我們的專業(yè)教師大都來自計(jì)算機(jī)工程、信息科學(xué)及自動化技術(shù)等專業(yè)。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)中的很多課程與這些專業(yè)交叉，但有一些核心課程還是有其專業(yè)特點(diǎn)。對于這一部分師資，我們的思路是兩條腿走路。一方面，通過引進(jìn)專門人才來加強(qiáng)師資力量；另一方面，通過對內(nèi)部師資的培訓(xùn)來滿足相關(guān)課程需要。對于青年教師，加強(qiáng)傳、幫、帶，使年輕教師在教學(xué)方法、教學(xué)責(zé)任、教學(xué)理念等方面達(dá)到比較高的水平，在專業(yè)技術(shù)方面提高自身能力。經(jīng)過教學(xué)基本功的磨練、科研基本功的鍛煉和學(xué)術(shù)方向的凝練，使之迅速成長為適應(yīng)專業(yè)建設(shè)需要的中堅(jiān)力量，形成一支結(jié)構(gòu)合理、富有活力、注重應(yīng)用、富有創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)意識的教師隊(duì)伍。我們堅(jiān)持人才引進(jìn)以才為先，以能否為專業(yè)建設(shè)所用來考量，結(jié)合專業(yè)建設(shè)的需要，以多種形式促進(jìn)教師在職提高，同時把教師的職業(yè)道德和敬業(yè)精神作為教師考核的重要內(nèi)容和職務(wù)聘任的重要條件[1-3]。

4實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

我們以專業(yè)核心課程建設(shè)為主線，夯實(shí)專業(yè)辦學(xué)條件基礎(chǔ)。學(xué)院目前實(shí)驗(yàn)室資源充足，已經(jīng)具備一套完整的光電、信息、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電力、電子、電器、自動化儀表、自動控制等實(shí)驗(yàn)室。我們計(jì)劃按核心課程要求建立智能檢測與機(jī)器視覺實(shí)驗(yàn)室。按照人才培養(yǎng)需要、特別是實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求，我們進(jìn)行合理的規(guī)劃與調(diào)整，充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室，使其發(fā)揮效益。在專業(yè)建設(shè)資金的安排方面，在保證足額、及時到位的前提下，確保用好、用足，使專業(yè)人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施完備、良好，達(dá)到與產(chǎn)業(yè)界銜接的水平。

實(shí)驗(yàn)室要與課程要求密切配合，一切服從于課程要求。在實(shí)踐環(huán)節(jié)方面，緊密圍繞學(xué)生面向應(yīng)用實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)。我們計(jì)劃在原有實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，建立智能科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，主要為智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程提供實(shí)驗(yàn)支持。先期以機(jī)器視覺和智能檢測為主要實(shí)驗(yàn)建設(shè)內(nèi)容，可開展尺寸測量、缺陷檢測、模式識別、圖像融合、目標(biāo)跟蹤、三維重構(gòu)以及智能溫度檢測、智能壓力檢測、智能流量檢測、智能物位檢測和智能成分檢測等多種綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其中包括機(jī)器視覺技術(shù)及應(yīng)用、智能檢測技術(shù)與系統(tǒng)等專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)以面向應(yīng)用為前提，突破以認(rèn)知為目的的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，加強(qiáng)探索性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，形成包括課程實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)構(gòu)成的培養(yǎng)體系，堅(jiān)持在實(shí)踐形式、培養(yǎng)模式方面的探索。同時，我們更進(jìn)一步地調(diào)整實(shí)踐環(huán)節(jié)的時間分配、場地保障，使學(xué)生更加靈活、方便地完成各種實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)一步增加綜合性、創(chuàng)新性實(shí)踐的比重。

5結(jié)語

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的設(shè)立既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)，我們需要使用一種新的教學(xué)模式來適應(yīng)一種科學(xué)與技術(shù)高度結(jié)合、把智能理論轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用的挑戰(zhàn)。我們的專業(yè)應(yīng)該是面向應(yīng)用的，應(yīng)該是社會需求的，我們培養(yǎng)的人才應(yīng)該是能快速適應(yīng)社會的，這才是工科智能與科學(xué)技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)意義。立足未來，立足社會需求，培養(yǎng)適用于市場的實(shí)用性人才，是該專業(yè)能長期生存的根本保障。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 史忠植．智能科學(xué)技術(shù)[J]．計(jì)算機(jī)教育,2004(1):34-38．

Reflection on Application-oriented for Undergraduates Training Program of

Intelligence Science and Technology

JIANG Nianping, CHEN Wei, XU Weiming, SUN Hong, JU Zhiyong

篇4

摘要：針對智能科學(xué)與技術(shù)新興本科專業(yè)建設(shè)過程中缺乏能夠突出專業(yè)特色，體現(xiàn)課程內(nèi)容連貫性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題，提出“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，介紹如何以引導(dǎo)學(xué)生通過分組協(xié)作的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)其對分布式部署的飛行與地面移動機(jī)器人系統(tǒng)的控制、通信、規(guī)劃、協(xié)調(diào)等相關(guān)技術(shù)的了解與掌握。

關(guān)鍵詞 ：智能科學(xué)與技術(shù)；特色實(shí)驗(yàn)；機(jī)器人；空地一體化；多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制

基金項(xiàng)目：南開大學(xué)2014年新專業(yè)建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目；南開大學(xué)2014年本科重點(diǎn)教學(xué)改革項(xiàng)目。

第一作者簡介：王鴻鵬，男，副教授，研究方向?yàn)橹悄軝C(jī)器人技術(shù)，hpwang@nankai．edu．cn。

0 引言

“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是一個新興的交叉學(xué)科專業(yè)，需要不斷完善專業(yè)建設(shè)和深化教學(xué)改革，既要注重加強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，也要注重培養(yǎng)學(xué)生的特色專業(yè)能力，從而將學(xué)生的跨學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力。

我們所探討的智能化特色實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是通過建設(shè)分布式部署的飛行與地面移動機(jī)器人系統(tǒng)，構(gòu)建多機(jī)器人／多智能體協(xié)調(diào)控制實(shí)驗(yàn)平臺，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組研發(fā)與實(shí)驗(yàn)，將智能技術(shù)、智能工程等課程中所講授的人工智能、機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能計(jì)算、復(fù)雜系統(tǒng)控制等內(nèi)容納入到本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，促進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容之間的有效銜接，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究思維，提升技術(shù)研發(fā)能力。

1 智能化特色實(shí)驗(yàn)的開設(shè)時機(jī)

南開大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)始建于2005年，首屆本科生于2010年畢業(yè)。在10年發(fā)展歷程中，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)借助于南開大學(xué)文理并重，基礎(chǔ)寬厚的學(xué)科優(yōu)勢，以及發(fā)展現(xiàn)代工學(xué)、突出應(yīng)用與創(chuàng)新的辦學(xué)特色，依托于計(jì)控學(xué)院自動化與智能科學(xué)系、機(jī)器人與信息自動化研究所、計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息安全系等單位，在課程體系設(shè)計(jì)、教材建設(shè)、專業(yè)實(shí)踐等方面均取得了長足的進(jìn)步，目前已培養(yǎng)出5個年級的具有光、機(jī)、電系統(tǒng)綜合知識、具備較強(qiáng)適應(yīng)能力、能夠在相應(yīng)領(lǐng)域從事科研、開發(fā)、管理工作的高級工程技術(shù)人才，學(xué)生畢業(yè)后去向較為理想。

在智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系方面，南開大學(xué)近年來將“智能技術(shù)”課程調(diào)整為“機(jī)器視覺”“機(jī)器智能”兩門專業(yè)必修課程，分別安排在二年級下學(xué)期與三年級上學(xué)期，在三年級下學(xué)期安排“智能工程”“機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論”專業(yè)必修課程，以及“智能移動機(jī)器人導(dǎo)論”英文特色選修課程。

為加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)與擴(kuò)大學(xué)校的國際交流，從2013年開始南開大學(xué)實(shí)行夏季小學(xué)期，我們所設(shè)計(jì)與開展的“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”實(shí)驗(yàn)已納入到開設(shè)于大三夏季小學(xué)期的“智能專業(yè)實(shí)踐”特色課程中，在4周時間里集中進(jìn)行。此時學(xué)生已經(jīng)掌握自動控制原理、現(xiàn)代控制論、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等自動化、計(jì)算機(jī)相關(guān)課程與機(jī)器視覺、機(jī)器智能、智能工程、機(jī)器人學(xué)等智能專業(yè)特色課程知識，這些知識的學(xué)習(xí)與能力的訓(xùn)練為學(xué)生進(jìn)行智能化特色實(shí)驗(yàn)奠定了理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟鰪?qiáng)學(xué)生對分布式部署的飛行與地面移動機(jī)器人系統(tǒng)的控制、通信、規(guī)劃、協(xié)調(diào)等相關(guān)技術(shù)的了解與掌握。學(xué)生們可以將該實(shí)驗(yàn)課程所掌握的技術(shù)進(jìn)行延伸，既可以與“國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃（國創(chuàng)）”“本科生創(chuàng)新科研百項(xiàng)工程（百項(xiàng)）”等大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目與“華為杯中國大學(xué)生智能設(shè)計(jì)大賽”等智能專業(yè)特色競賽相結(jié)合，也可以在四年級繼續(xù)進(jìn)行智能系統(tǒng)方面的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的熱情。

2 智能化特色實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)置

“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實(shí)驗(yàn)主要由飛行與地面移動機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成。南開大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)利用2013年度新專業(yè)建設(shè)經(jīng)費(fèi)采購了8臺地面移動機(jī)器人平臺，利用2014年度新專業(yè)建設(shè)經(jīng)費(fèi)采購了14臺多旋翼無人機(jī)飛行實(shí)驗(yàn)平臺，基本上構(gòu)建起一套能夠支持40名本科學(xué)生分組研發(fā)、聯(lián)合調(diào)試的綜合性實(shí)驗(yàn)平臺。

本試驗(yàn)中學(xué)生所要實(shí)現(xiàn)的協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)是由多個具有一定智能的自治機(jī)器人組成，機(jī)器人之間通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式實(shí)現(xiàn)相互間的協(xié)作以完成聯(lián)合探索與建圖等復(fù)雜的任務(wù)。學(xué)生首先實(shí)現(xiàn)單個飛行或地面移動機(jī)器人的飛行控制與視覺檢測，然后建立分布式多機(jī)器人系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，最后進(jìn)行多機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，如圖1所示。

我們建議在開展實(shí)驗(yàn)時，每個機(jī)器人系統(tǒng)安排2名學(xué)生，分別負(fù)責(zé)飛行控制與視覺檢測；通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共安排2名學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與程序開發(fā)；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)安排2名學(xué)生進(jìn)行算法設(shè)計(jì)與程序開發(fā)，該實(shí)驗(yàn)平臺按照2個飛行機(jī)器人與2個地面移動機(jī)器人的最簡配置，可組織8名學(xué)生進(jìn)行聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，更多的學(xué)生也可以通過增加機(jī)器人數(shù)量、各小組增加人數(shù)的方式參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來。

2.1 飛行與地面移動機(jī)器人系統(tǒng)

移動機(jī)器人控制技術(shù)是智能專業(yè)本科生需要掌握的核心技術(shù)之一，本試驗(yàn)所選用的移動機(jī)器人系統(tǒng)包括了多旋翼無人機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與輪式移動機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，每臺機(jī)器人均配備了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)用于進(jìn)行圖像采集與視覺伺服。在飛行機(jī)器人方面選用了DJIS1000型8旋翼無人機(jī)平臺與3DR-IRIS4型4旋翼無人機(jī)平臺，兩種平臺有側(cè)重，8旋翼無人機(jī)平臺上搭載了可控自穩(wěn)云臺與高能微單相機(jī)，主要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行視覺SLAM方面的實(shí)踐；4旋翼無人機(jī)平臺選用的是開源飛行控制系統(tǒng)，主要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行無人機(jī)飛行穩(wěn)定性控制方面的實(shí)踐。兩種無人機(jī)平臺均具備自主飛行與視頻圖像采集的能力。在地面移動機(jī)器人平臺方面，選用了QBot輪式移動機(jī)器人系統(tǒng)，學(xué)生可以基于MATLAB控制機(jī)器人和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

通信是各機(jī)器人之間進(jìn)行交流和協(xié)作的基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)采用基于無線局域網(wǎng)的多機(jī)器人通信平臺，學(xué)生應(yīng)設(shè)計(jì)基于TCP/IP協(xié)議簇的網(wǎng)絡(luò)模型，以Ad hoc方式組建基于移動自組網(wǎng)的多機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行聯(lián)合搜索與建圖。

2.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)采用分布式的在線規(guī)劃方法來進(jìn)行多移動機(jī)器人的運(yùn)動協(xié)調(diào)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)是多個機(jī)器人共同完成一個現(xiàn)場環(huán)境下的聯(lián)合搜索與建圖任務(wù)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)中要學(xué)習(xí)與體會多機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)器人自主定位、多機(jī)器人協(xié)調(diào)協(xié)作機(jī)制等技術(shù)，并通過編程方式加以實(shí)現(xiàn)。

3 特色實(shí)驗(yàn)與課程體系的結(jié)合

智能化特色實(shí)驗(yàn)教育的目的在于培養(yǎng)學(xué)生在智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析方面的能力，“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”實(shí)驗(yàn)涉及學(xué)生在多門專業(yè)課程中所學(xué)習(xí)到的知識與技能。學(xué)生可以從自動控制原理、機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論、智能移動機(jī)器人導(dǎo)論等課程中學(xué)習(xí)到對行或地面移動機(jī)器人的控制與編程；從機(jī)器視覺課程中可以學(xué)習(xí)到對機(jī)載網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，包括攝像機(jī)標(biāo)定、圖像采集與分析、主動視覺技術(shù)等知識；從機(jī)器智能課程中可以學(xué)習(xí)到對機(jī)器人與環(huán)境知識的描述、空間搜索與路徑規(guī)劃、基于學(xué)習(xí)方法的視覺識別、多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制等知識；從智能工程課程中可以學(xué)習(xí)到如何分布式復(fù)雜智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)中的相關(guān)技術(shù)問題。

4 結(jié)語

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的“智能專業(yè)實(shí)踐”課程采用大三小學(xué)期集中授課的方式，學(xué)生能夠利用4周時間通過分組研發(fā)，協(xié)作實(shí)驗(yàn)的方式完成一個較大規(guī)模的綜合性實(shí)驗(yàn)。我們所提出的“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生們綜合運(yùn)用在基礎(chǔ)性課程與特色專業(yè)課程中所學(xué)到的知識，根據(jù)個人興趣選擇開發(fā)模塊，共同實(shí)現(xiàn)一個分布式復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制任務(wù)。

設(shè)計(jì)與開展智能化特色實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲怀鲋悄軐I(yè)特色，促進(jìn)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容之間的有效銜接，今后我們將在所提出的“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”進(jìn)行效果評估的基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行示范，促進(jìn)智能化特色實(shí)驗(yàn)教育工作開展，深化教學(xué)改革與技術(shù)創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]方勇純，劉景泰，南開大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)教學(xué)體系與實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)[J]計(jì)算機(jī)教育，2009 (11): 21-25．

[2]楊鵬，張建勛，劉冀偉，等．智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系和教材建設(shè)的思考[J]．計(jì)算機(jī)教育，2010(19)：11-14.

[3]許林．智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科實(shí)踐課程的建設(shè)[J]．計(jì)算機(jī)教育，2011(15): 120-123.

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篇5

自2005年北京郵電大學(xué)在國內(nèi)得到教育部批準(zhǔn)設(shè)立智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)開始，機(jī)器智能課程就被設(shè)定為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。在2008年全國智能科學(xué)技術(shù)教育學(xué)術(shù)研討會上，機(jī)器智能課程被確立為第一批三門核心課程之一。作者曾在2009年全國智能科學(xué)技術(shù)教育學(xué)術(shù)研討會上對該課程內(nèi)容的建設(shè)進(jìn)行了探討[1]，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐工作對于該課程的教學(xué)方法也進(jìn)行了一些摸索。

1相關(guān)教學(xué)方法

機(jī)器智能是新出現(xiàn)的課程，可供參考的國內(nèi)外資料較少，我們主要對相關(guān)的人工智能課程的教學(xué)方法進(jìn)行了調(diào)研和學(xué)習(xí)。陳白帆、蔡自興等的人工智能精品課程教學(xué)方法在國內(nèi)最具代表性[2]，開設(shè)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生根據(jù)自己的興趣組成小組選題。多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)課程相結(jié)合，采用啟發(fā)式教學(xué)，舉行課堂討論等。王甲海[3]等探討啟發(fā)式傳授人工智能解決問題的非結(jié)構(gòu)化的思想。劉興林[4]從教材選擇、教學(xué)內(nèi)容和方法、考核方式等做了一系列教學(xué)改革。韓潔瓊[5]等提出注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視。白潔[6]等提出與學(xué)科發(fā)展前沿接軌，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。朱紅[7]等對圖搜索內(nèi)容進(jìn)行有效的教學(xué)設(shè)計(jì)。王璐[8]等設(shè)計(jì)了應(yīng)用型和研究型的教學(xué)情境。

國外人工智能課程建設(shè)具有更長的時間和更多的積累。很多大學(xué)在人工智能課程中圍繞游戲引入工程項(xiàng)目。Jeffrey等[9]引入基于Blackjack游戲的優(yōu)化模型來進(jìn)行人工智能課程教學(xué)。Hansen等[10]開發(fā)了Glomus教學(xué)系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生在邏輯證明游戲過程中學(xué)會重要概念。Douglas等[11]針對電腦游戲中的人工智能的課程教學(xué)提出了學(xué)生教學(xué)生的方法。Ingrid等[12]以機(jī)器學(xué)習(xí)為主題把人工智能中分散的重要概念統(tǒng)一到一起。

2教學(xué)實(shí)踐

2.1總體思路

在本課程教學(xué)實(shí)踐過程中，總體思路是根據(jù)教學(xué)基本要求和主要內(nèi)容形成的。詳細(xì)的教學(xué)基本要求和內(nèi)容參見文獻(xiàn)[1]?；诖耍瑢Ρ菊n程的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了如下分析。

1) 教學(xué)內(nèi)容極其豐富多彩，如果需要詳細(xì)地講授，每一個章節(jié)都可以成為一門課程，64學(xué)時的時間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

2) 本課程是一門成長中的新課程，其中既要包括智能領(lǐng)域?qū)W者們研究了幾十年的重要成果，也要涵蓋當(dāng)前國內(nèi)外最新研究現(xiàn)狀的了解和把握，才能讓學(xué)生們感受到當(dāng)前時代的脈搏，了解到本專業(yè)的魅力。

3) 智能科學(xué)與技術(shù)也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，其中很多技術(shù)都已經(jīng)或正在社會生活中發(fā)揮著重要作用，學(xué)生們更渴望能夠在學(xué)習(xí)實(shí)踐中掌握和推進(jìn)這些技術(shù)。

4) 任何教學(xué)過程，如果只是單方向的教師講、學(xué)生聽，很難達(dá)到良好的效果，必須要調(diào)動學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真正參與到教學(xué)過程中來，才能實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的雙向促進(jìn)。

于是，我們采取了以點(diǎn)帶面的方法，抓住其中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致地講解，其余的內(nèi)容則根據(jù)側(cè)重面的不同，分別采取啟發(fā)式教學(xué)的方法，如專題文獻(xiàn)調(diào)研、演講、討論、動手實(shí)驗(yàn)、學(xué)生評價(jià)等方式推動學(xué)生主動學(xué)習(xí)相關(guān)知識和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)知識拓展和興趣培養(yǎng)。

2.2專題文獻(xiàn)調(diào)研

這是我們借鑒了帶研究生做課題的經(jīng)驗(yàn)而提出的一種方法。每次開始講授這門課程的時候，學(xué)生們都會問：為什么我們課程的名字跟其他人工智能的課程不一樣？內(nèi)容上有什么區(qū)別？我也都會給出我們的回答，但是總感覺學(xué)生并沒有完全理解。考慮到智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)本身就是一個新鮮事物，機(jī)器智能課程也是新近提出的，目前并沒有完全定論，屬于前沿探索的問題。因此，我們提出進(jìn)行專題文獻(xiàn)調(diào)研的方法，希望讓學(xué)生通過自己的廣泛閱讀、比較和分析，更加深入地了解本課程。

我們首先給出需要調(diào)研的問題以便引導(dǎo)學(xué)生的調(diào)研方向，即國內(nèi)外關(guān)于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的建設(shè)情況如何？機(jī)器智能、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其他相關(guān)課程的建設(shè)情況如何？這些不同于學(xué)生們以前在其他課程中遇到的作業(yè)或問題，沒有固定的求解思路，沒有確切的標(biāo)準(zhǔn)答案，但卻都是學(xué)生們非常關(guān)心的問題，因此極大地激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。我們鼓勵大三學(xué)生自由組合，每3～4人組成一個課程小組，每組由一位組長負(fù)責(zé)組織管理，如召集小組討論，共同制定調(diào)研計(jì)劃，分配調(diào)研任務(wù)，綜合調(diào)研結(jié)果等。這種形式對于大三的學(xué)生畢竟是新的嘗試，開始的時候?qū)W生們對于如何進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研不太清楚，我們在給學(xué)生介紹文獻(xiàn)資源和調(diào)研方法的同時，也邀請了幾位研究生來到課堂上現(xiàn)身說法，學(xué)生們普遍反映非常好。

經(jīng)過1～2周的文獻(xiàn)調(diào)研，學(xué)生們交上來的作業(yè)令人非常滿意。內(nèi)容涵蓋了人工智能、機(jī)器智能、計(jì)算智能的概念，國內(nèi)設(shè)置本科智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的高等學(xué)校及其專業(yè)定位、培養(yǎng)方案、主干課程、實(shí)驗(yàn)課程、畢業(yè)生去向，美國、英國大學(xué)人工智能專業(yè)研究生排名，國內(nèi)外著名大學(xué)的人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐設(shè)計(jì)、參考教材等等。各組調(diào)研內(nèi)容之間有一些交叉，證實(shí)了本領(lǐng)域的一些共同特點(diǎn)，如人工智能課程的知識表達(dá)與推理、搜索、專家系統(tǒng)、自然語言處理等經(jīng)典內(nèi)容；各組的調(diào)研結(jié)果更有很大的不同，既反映了學(xué)生們思考問題的角度是多樣性的，也反映了智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)建設(shè)和機(jī)器智能相關(guān)課程的教學(xué)是多樣性的。經(jīng)過比較和分析，學(xué)生們對本課程的理解清晰多了，學(xué)習(xí)態(tài)度非常積極，希望探索智能奧秘的熱情極為高漲，為后面的教學(xué)打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3動手實(shí)驗(yàn)

實(shí)踐出真知，我們在理論教學(xué)的同時也特別注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，學(xué)生通過動手實(shí)驗(yàn)加深對理論知識的理解和運(yùn)用。對于本課程的重點(diǎn)模塊內(nèi)容，如BP算法、啟發(fā)式搜索，我們都給學(xué)生布置了以組為單位的實(shí)驗(yàn)作業(yè)。為了激發(fā)學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，還對每個作業(yè)給出了擴(kuò)展性的要求。以BP算法的實(shí)驗(yàn)為例，我們要求各組在充分理解BP算法原理的基礎(chǔ)上，編程實(shí)現(xiàn)手寫數(shù)字0～9的訓(xùn)練和識別功能。我們也給出了擴(kuò)展性要求：可以通過自己查閱文獻(xiàn)，尋找提高BP基本算法性能的方法和技術(shù)；可以不限于手寫數(shù)字0～9的識別，自主選擇感興趣的其他模式信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如語音信息、手寫英文字母、手寫漢字等。

學(xué)生們開始面對這個作業(yè)的時候非常迷茫，不知從何處下手，我們一方面鼓勵學(xué)生要有信心，不要有畏難情緒，一方面就相關(guān)內(nèi)容安排課堂重點(diǎn)討論，首先要正確理解和掌握經(jīng)典BP算法的基本原理，包括其數(shù)學(xué)推導(dǎo)的全過程，然后從如何構(gòu)造單一神經(jīng)元和激勵函數(shù)開始，進(jìn)而討論如何實(shí)現(xiàn)一層神經(jīng)元和相鄰層神經(jīng)元的計(jì)算，以及如何進(jìn)行誤差計(jì)算和反向權(quán)值調(diào)整。學(xué)生們逐漸對實(shí)驗(yàn)作業(yè)有了深刻的理解，開始動手設(shè)計(jì)自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，隨著一個個步驟的實(shí)現(xiàn)，學(xué)生們之前的很多疑惑都豁然開朗，對BP算法充滿了興趣。很多組的同學(xué)對測試的識別率不太滿意，都主動去圖書館查閱相關(guān)資料，嘗試了一些改進(jìn)方法和技術(shù)，如改變多種神經(jīng)元激勵函數(shù)、加入動量項(xiàng)微調(diào)權(quán)值修正量、自適應(yīng)變步長算法等。

有一個組的作業(yè)給我印象極其深刻，因?yàn)樗麄冇掠谔魬?zhàn)了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語音信息0～9的識別，不但很好地掌握了BP基本算法及其改進(jìn)：變步長法和引入動量項(xiàng)法，還自學(xué)了錄音、音頻信號分幀、加窗、MFCC特征提取等。他們對待本課程的熱情，還有他們表現(xiàn)出來的巨大的潛力都讓我感動，讓我對我們的專業(yè)和課程建設(shè)的未來充滿了信心和希望。

正是應(yīng)對了“理論與實(shí)踐相結(jié)合”的經(jīng)典理念，半年里64個學(xué)時完成后，從學(xué)生們的直接反饋中發(fā)現(xiàn)，他們理解掌握最為深刻的內(nèi)容恰恰是他們曾經(jīng)動手進(jìn)行程序開發(fā)的內(nèi)容。這充分表明了在本課程的教學(xué)過程中注重動手實(shí)踐能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)的重要性。

2.4演講、討論與評價(jià)

這也是我們在教學(xué)過程中探索出來的方法。專題文獻(xiàn)調(diào)研和動手實(shí)踐的作業(yè)極大地調(diào)動了學(xué)生們的積極性，效果也非常好，但作為一門課程，還是要有一個分?jǐn)?shù)的評價(jià)。以往都是學(xué)生把作業(yè)交上來，老師統(tǒng)一評分?，F(xiàn)在面對如此多樣性的作業(yè)，老師個人的評價(jià)顯得并不充分，我們認(rèn)為學(xué)生們相互之間做的工作類似，能夠理解各組作業(yè)的特色和工作量大小，在評價(jià)上更有發(fā)言權(quán)。因此，我們提出了一種同學(xué)參與評分的方案，即演講+討論+評價(jià)。

首先是演講。為了使評分過程做到公開、公正、公平，我們在各組完成一次文獻(xiàn)調(diào)研或者動手實(shí)驗(yàn)之后，都要求各組準(zhǔn)備好演講的文件和相關(guān)材料，包括ppt文件制作、程序演示、功能測試等，專門抽一次上課時間用來進(jìn)行各組的集中演講，展開實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的深入交流。每組派出一位代表來演講，介紹本組作業(yè)的詳細(xì)情況并演示。介紹完畢，就進(jìn)入提問和討論環(huán)節(jié)，老師和同學(xué)都可以就其中的任何問題提問，也可以進(jìn)行程序功能的現(xiàn)場檢測。這一方面活躍了課堂氣氛，使得學(xué)生們大大增強(qiáng)了對于重點(diǎn)內(nèi)容的理解和掌握，另一方面，各組之間可以相互學(xué)習(xí)，拓展視野，開闊思路。同時，這也很好地鍛煉了學(xué)生的組織和演講能力。最后是評價(jià)，也是各組選派一名代表，就像各類比賽中的評分專家一樣，根據(jù)各組的演講、提問、回答、演示等，綜合給出一個評分。這種形式對于學(xué)生們也是很新奇的，大家都很認(rèn)真地對待，基本上每次評分都能很好地反映出各組的水平。同時，這也激發(fā)了學(xué)生們的主動性和創(chuàng)造性，因?yàn)橹挥姓嬲呐瓦^硬的成績才能獲得各組同學(xué)的一致好評。

2.5創(chuàng)新性研究

我們鼓勵對本課程相關(guān)領(lǐng)域具有濃厚興趣、能力較強(qiáng)的同學(xué)自發(fā)組成小組，基于課程所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入分析思考，提出創(chuàng)新性的課題展開研究，并在合適的時機(jī)鼓勵學(xué)生們利用課程相關(guān)的知識積極參加各種競賽，從今年開始中國人工智能學(xué)會主辦的全國大學(xué)生智能設(shè)計(jì)大賽將是今后我們努力的主要方向。2010年，我們選擇了三星公司面向大學(xué)生的bada應(yīng)用開發(fā)試點(diǎn)活動作為第一次嘗試。學(xué)生們經(jīng)過三個多月的努力，獲得兩個三等獎和兩個優(yōu)秀獎。經(jīng)過競賽鍛煉，學(xué)生們不僅加強(qiáng)了對于課程相關(guān)知識的理解和掌握，增強(qiáng)了研究開發(fā)能力和自信心，更加深了對于本專業(yè)的濃厚興趣，為本專業(yè)和本課程的建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支撐。

2.6專家講座

我們先后邀請到了國內(nèi)外的專家學(xué)者來給學(xué)生進(jìn)行專題講座。國際計(jì)算語言學(xué)會主席、美國南加州大學(xué)信息科學(xué)研究所Prof. Eduard Hovy關(guān)于什么是智能的講座，首都師范大學(xué)人工智能領(lǐng)域著名教育專家王萬森教授關(guān)于模糊邏輯與推理的講座，都讓學(xué)生們感受到了大家的風(fēng)范，靈活生動的講課風(fēng)格受到了學(xué)生的高度贊揚(yáng)。

3教學(xué)反饋

在北京郵電大學(xué)組織的2010年學(xué)生評教工作中，本課程得到了97.46的高分(滿分100)。以下是我們收到的一些學(xué)生的反饋意見。

1) 實(shí)踐時間充裕，在解決問題的過程中培養(yǎng)了一種能力。作業(yè)不死板，給出一個框架思路，同學(xué)可以自由發(fā)揮。還地鍛煉了大家的團(tuán)隊(duì)合作精神，專注于自己擅長的領(lǐng)域才能做的更好。讓同學(xué)們自己放開去做，在出錯時及時交流糾正是一種很自由、很開放的學(xué)習(xí)模式，這樣的氛圍可能不會培養(yǎng)高的分?jǐn)?shù)，但會收獲高的能力。

2) 教學(xué)形式較為新穎，不是采用以往講授知識的方式，而是采用了更為貼近實(shí)際的方式，在開學(xué)初就分組，拋棄了筆上作業(yè)，改用實(shí)際的編程、查找資料等方法，更能調(diào)動大家的學(xué)習(xí)積極性。驗(yàn)收作業(yè)也不是以往老師收上去批改后發(fā)下來這種千年不變的形式，而是讓同學(xué)互相打分，這種方式更為客觀而且可見，更加公平。最后感謝李老師一學(xué)期以來的教學(xué)與幫助，也感謝實(shí)驗(yàn)室所有老師和助教的幫助，也相信咱們智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，機(jī)器智能這門課程會越來越完善、成熟。

3) 感覺比較實(shí)用、有意義。從大學(xué)開始接觸的都是純理論的課，這門課上需要做實(shí)踐編程作業(yè)，我學(xué)習(xí)了機(jī)制與算法實(shí)現(xiàn)，更重要的是能讓我們在解決實(shí)際問題中提供一些從未有過的思路。比如我在百度俱樂部參加一個如何構(gòu)建購物網(wǎng)站的工作，需要垂直搜索技術(shù)，把各大購物網(wǎng)站的價(jià)格列出來，可是有些網(wǎng)站，如京東商城是采用圖片形式顯示價(jià)格的，很多研究生也沒做出來，我用了機(jī)器智能中的BP算法解決了這個問題，當(dāng)然需要一些圖像處理技術(shù)?？傊?，試驗(yàn)后我們得到的是一種解決問題的思路，所以我覺得在提供知識的基礎(chǔ)上使用實(shí)驗(yàn)技術(shù)加深對知識的理解效果很好，實(shí)驗(yàn)就是最好的作業(yè)。

4) 隨著我們步入大三，越來越感受到智能領(lǐng)域的廣博精深。就像老師教學(xué)的課件一樣，每個知識點(diǎn)的擴(kuò)充都能組成新的一章。本學(xué)期感觸最深的除了三星競賽此外還有兩點(diǎn)：一是李老師上課講的內(nèi)容充實(shí)，從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到機(jī)器情感，從BP到A*，幾乎把智能領(lǐng)域經(jīng)典的模型算法都覆蓋了。第二點(diǎn)就是本學(xué)期李老師請來了很多professor(巨開心哈)。我覺得看看別的學(xué)校甚至別的國度的“大牛們”都在研究什么，有利于我們拓寬眼界，開闊思路。希望李老師以后也辛苦聯(lián)系他們，讓學(xué)弟學(xué)妹們也享受這種待遇。

4結(jié)語

本文對機(jī)器智能課程的教學(xué)方法進(jìn)行了探討，針對不同模塊的教學(xué)內(nèi)容，提出并實(shí)踐了專題文獻(xiàn)調(diào)研、演講、討論、動手實(shí)驗(yàn)、學(xué)生評價(jià)、創(chuàng)新性研究、專家講座等教學(xué)方式，收到了較好的效果。今后還要緊跟智能科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步豐富本課程教學(xué)的前沿性和創(chuàng)新性，在力圖編一本比較好的教材的同時，著手研究多種資源和手段的運(yùn)用。

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Teaching Practice of Machine Intelligence

LI Lei, LIU Pingan, WANG Xiaojie, ZHONG Yixin

篇6

“專家系統(tǒng)”課程是本科專業(yè)“智能科學(xué)與技術(shù)”的特色課程之一,該專業(yè)是由北京大學(xué)在2004年率先自主建立的[1]。此后,國內(nèi)很多大學(xué)也都陸續(xù)基于各自的特色建設(shè)開設(shè)了該專業(yè),如北京郵電大學(xué)、南開大學(xué)、首都師范大學(xué)、西安郵電大學(xué)、北京科技大學(xué)、廈門大學(xué)、中南大學(xué)等。基于一個新興本科專業(yè)設(shè)立的專業(yè)基礎(chǔ)特色課程,應(yīng)該如何建設(shè),實(shí)施教學(xué)與改革,突出專業(yè)特色?各類學(xué)校都在摸索中。中南大學(xué)的“專家系統(tǒng)”課程是國家級“智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”主干課程之一,它由國家級教學(xué)名師領(lǐng)銜,以雙語建設(shè)為教學(xué)基本手段,以精品意識為指導(dǎo)[2],培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新意識,發(fā)掘?qū)W生興趣潛能,非常具有專業(yè)特色。

1課程建設(shè)情況

專家系統(tǒng)使用人類專家推理的計(jì)算機(jī)模型處理現(xiàn)實(shí)世界中需要專家做出解釋的復(fù)雜問題,并得出與專家相同的結(jié)論[3]。其最大特點(diǎn)是不僅可以幫助人們處理信息,還能說明處理的方式和理由[4]。我們結(jié)合專家系統(tǒng)課程特色與學(xué)習(xí)認(rèn)知過程特點(diǎn),采取認(rèn)知教學(xué)作為專家系統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)[5-6],根據(jù)智能科學(xué)與技術(shù)系列課程教研經(jīng)驗(yàn),融合雙語教學(xué)方式,初步提出課程定位和建設(shè)目標(biāo),給出了教學(xué)基本要求。

1.1課程定位與建設(shè)目標(biāo)

在學(xué)習(xí)本課程之前,學(xué)生最好已經(jīng)選修過離散數(shù)學(xué)、人工智能和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)課程,本課程32個學(xué)時,2個學(xué)分,其中實(shí)驗(yàn)課6學(xué)時。此外,“專家系統(tǒng)”還可作為自動化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專業(yè)有興趣的學(xué)生的選修課程。可為學(xué)生提供一種新的手段和方法求解傳統(tǒng)方法難解問題,也為學(xué)生們了解智能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域知識提供良好的窗口。

專家系統(tǒng)成為智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,目的在于培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握專家系統(tǒng)技術(shù)的基本觀念、基本理論和智能科學(xué)方法;并靈活設(shè)計(jì)和構(gòu)建不同領(lǐng)域的專家系統(tǒng),解決實(shí)際問題,為學(xué)習(xí)后續(xù)課程奠定方法基礎(chǔ)。通過教學(xué)過程,培養(yǎng)學(xué)生善于分析繼承已有的科學(xué)進(jìn)步成果、激勵學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的自主科學(xué)創(chuàng)新精神。

1.2課程教材設(shè)計(jì)

本校專家系統(tǒng)課程選用了蔡自興編寫的《高級專家系統(tǒng):原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用》[3]一書,該教材包括專家系統(tǒng)的基本理論、技術(shù)方法和實(shí)際應(yīng)用的諸多內(nèi)容,知識點(diǎn)介紹全面詳盡,同時列舉了諸多實(shí)例,便于課堂分析與課后理解。

根據(jù)雙語教學(xué)的要求,外文參考教材[7]選用了Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書,該書對CLIPS語言分析透徹,有大量的課后習(xí)題與資料,適合學(xué)生作為主要參考書目進(jìn)行課后學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)教材選用了電子工業(yè)出版社出版的《決策支持與專家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》一書,主要利用了同時,根據(jù)雙語教學(xué)的要求,外文參考教材選用了China Machine Press出版的Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書,該書對CLIPS語言分析透徹,有大量的課后習(xí)題與資料,有利于學(xué)生作為主要參考書目進(jìn)行課后學(xué)習(xí)。我校實(shí)驗(yàn)教材選用了電子工業(yè)出版社出版的《決策支持與專家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》一書。主要利用了該書后半部分內(nèi)容。目前,國內(nèi)基于CLIPS的“專家系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)教材在國內(nèi)幾乎沒有容,專家系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)及其教材建設(shè)還需進(jìn)一步改革與探索。

1.3教學(xué)要求與知識框架

通過學(xué)習(xí),使學(xué)生了解和掌握專家系統(tǒng)的相關(guān)原理和方法,。要求學(xué)生掌握知識表示方法、搜索推理技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容,熟悉和了解常見的專家系統(tǒng)解釋機(jī)制、開發(fā)工具和評估方法,學(xué)會基于規(guī)則專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于模型的專家系統(tǒng)和基于Web專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)建立和應(yīng)用,掌握專家系統(tǒng)的常用編程語言――CLIPS,了解專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究課題。經(jīng)過對專家系統(tǒng)課程知識內(nèi)容進(jìn)行分類,可分為以下6個模塊,如表1所示。。

經(jīng)過對專家系統(tǒng)課程知識內(nèi)容進(jìn)行分類,可分為以下6個模塊,如表1所示。

模塊一專家系統(tǒng)的定義、發(fā)展歷史、研究內(nèi)容、類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)以及構(gòu)建步驟;。

模塊二熟悉專家系統(tǒng)時可能采用的人工智能的知識表示方法和搜索推理技術(shù),結(jié)合傳統(tǒng)人工智能方法和計(jì)算智能的一些方法;。

模塊三了解專家系統(tǒng)的解釋機(jī)制、開發(fā)工具和評估方法;。

模塊四熟悉基于規(guī)則專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于模型的專家系統(tǒng)和基于Web專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、推理技術(shù)、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用示例;。

模塊五掌握人工智能和專家系統(tǒng)的編程語言――CLIPS,了解其他LISP,PROLOG和關(guān)系數(shù)據(jù)操作語言等;。

模塊六展望專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究課題,并了解新型專家系統(tǒng)的特征與示例。

從教學(xué)要求角度出發(fā),模塊一、模塊三和模塊六的教學(xué)要求相對一般,但卻是學(xué)生涉及專家系統(tǒng)技術(shù)的必備知識模塊。相對而言,模塊五是基本教學(xué)條件要求中最高的一個模塊,因?yàn)槟K二與模塊四的深刻理解與系統(tǒng)設(shè)計(jì)需通過模塊五而實(shí)現(xiàn)的。

從教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)角度出發(fā),模塊二是重點(diǎn)部分之一,但因有人工智能課程的基礎(chǔ),相對而言,教學(xué)實(shí)施過程中較為順暢。模塊四與模塊五是專家系統(tǒng)課程重點(diǎn)闡述部分,其中模塊五也是難點(diǎn)部分,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中,由于大部分學(xué)生初次接觸推理性的編程語言,所以需要一定的入門時間和練習(xí)次數(shù)。

2專家系統(tǒng)課程教學(xué)改革實(shí)施

2.1基于多媒體的專家系統(tǒng)課程教學(xué)

教學(xué)應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心,以先進(jìn)教育技術(shù)為手段,相輔相成,促進(jìn)教學(xué)效果。人類的感官功能中視覺與聽覺器官起到了94%作用[78],而視聽覺的協(xié)同作業(yè)能大大提高學(xué)習(xí)效率,而。多媒體教學(xué)就是一種集聲、文、圖、色于一體的教學(xué)手段之一,其實(shí)施。多媒體教學(xué)的關(guān)鍵實(shí)施內(nèi)容就是教學(xué)設(shè)計(jì),而教學(xué)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就是在不增加學(xué)生信息加工系統(tǒng)中工作記憶負(fù)荷的前提下,用促進(jìn)生成的方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料,包括教材、課件、講義、課堂講解、課后習(xí)題等。

結(jié)合專家系統(tǒng)課程教學(xué)情況,教學(xué)設(shè)計(jì)分為以下3個方面進(jìn)行詳盡闡述:。

1) 把握好課堂教學(xué)知識量。

專家系統(tǒng)課程相對智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)第六期的學(xué)生而言是非常新穎的一門非常新穎的課程,學(xué)生們相對的學(xué)習(xí)熱情比較高,但這里還需仍然需要對學(xué)生的先前知識結(jié)構(gòu)和能力有個簡單的估計(jì)。教師需考慮學(xué)生的工作記憶容量,并對學(xué)生的長期記憶有個估計(jì),把握學(xué)習(xí)材料內(nèi)在負(fù)荷。學(xué)習(xí)材料并非越多越好,關(guān)鍵在于精華,給學(xué)生留下深刻印象?！皩＜蚁到y(tǒng)”課堂教授部分以原理性與推理性知識為主,應(yīng)增加實(shí)踐技術(shù)實(shí)例,這樣讓學(xué)生緊密聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行學(xué)習(xí),。多媒體視頻就是一個很好的表現(xiàn)手段。將制作好的實(shí)例視頻,向?qū)W生們展示,不但讓課程氛圍活躍,還激發(fā)學(xué)生對實(shí)踐教學(xué)的興趣;不但沒有增加課堂的知識負(fù)荷,還可以留給學(xué)生課后對比學(xué)習(xí)。

2) 多元化課件制作呈現(xiàn)形式。

專家系統(tǒng)是一門推理性知識要求很強(qiáng)的課程,同時也需要掌握一門有利的開發(fā)工具方能使學(xué)生做到靈活應(yīng)用。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐與課后調(diào)查發(fā)現(xiàn),學(xué)生們對知識表述與相關(guān)畫面共同呈現(xiàn)的形式比單一媒體呈現(xiàn)形式學(xué)習(xí)效果好,知識和畫面也必須是關(guān)聯(lián)的,呈現(xiàn)位置和各部分的比例也需考慮充分。為此,課件制作是一個“改無止境”的工程,因?yàn)槊恳粚玫膶W(xué)生具有自己的特點(diǎn),且專家系統(tǒng)課程知識點(diǎn)的不斷更新,每一年都要對課件進(jìn)行大量的補(bǔ)充與改進(jìn)。

3) 基于認(rèn)知教學(xué)的課堂講解過程。

認(rèn)知教學(xué)模式中,是以學(xué)生為主體,教學(xué)教師起主導(dǎo)作用。課堂講解是面對面教學(xué)活動中的重要環(huán)節(jié),,它是多媒體中聯(lián)系言語與畫面的橋梁,是減少學(xué)生工作記憶負(fù)荷的有效手段。

專家系統(tǒng)課程知識可分為表示性知識與推理技術(shù)性知識,根據(jù)相關(guān)認(rèn)知心理學(xué)理論,可將知識分為兩類:陳述性知識和程序性知識[5]。其中在教育心理學(xué)中“陳述性知識”是指個人具有有意識的提取線索,能夠直接加以回憶和陳述。其實(shí)就是關(guān)于“是什么”的知識,包括對事實(shí),規(guī)則,事件等信息的表達(dá)。教育心理學(xué)中“程序性知識”是指個人沒有有意識的提取線索,其存在只能借助某種作業(yè)形式簡介推測的知識稱為程序性知識,而現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)為程序性知識以產(chǎn)生式及產(chǎn)生式系統(tǒng)來表征的。所以可將陳述性知識采用“專家系統(tǒng)”中的語義網(wǎng)絡(luò)形式為基礎(chǔ)地表征,而程序性知識的表征形式可用“專家系統(tǒng)”中的產(chǎn)生式系統(tǒng),以“ifthen”形式表示條件這一關(guān)系。眾多形式的產(chǎn)生式規(guī)則相互聯(lián)系就組成了復(fù)雜的產(chǎn)生式系統(tǒng)?；谡J(rèn)知理論的“專家系統(tǒng)”知識教學(xué)實(shí)施過程中,首先應(yīng)選定系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容,掌握開發(fā)系統(tǒng)時所需的知識與工具,;其次分析問題,并根據(jù)系統(tǒng)的具體特征轉(zhuǎn)化知識。而后;接著對問題模型進(jìn)行求解,建立和構(gòu)造知識庫,;最后,利用實(shí)現(xiàn)工具編寫代碼,系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

2.2專家系統(tǒng)課程雙語教學(xué)的實(shí)施

專家系統(tǒng)課程是信息學(xué)科新興發(fā)展的一門課程,有許多關(guān)鍵性進(jìn)展相關(guān)研究進(jìn)展和成果的資料均源于英文文獻(xiàn),因而提高學(xué)生雙語水平是一種大勢所需,。同時,雙語教學(xué)提高了對教師整體素質(zhì)的要求,在雙語教學(xué)過程中,有意識的增強(qiáng)教學(xué)互動,以問題啟發(fā)式教學(xué)與課堂辯論形式教學(xué),學(xué)生通過查閱主題文獻(xiàn)進(jìn)行針對性的演講或討論,教師對學(xué)生的表現(xiàn)加以評述,并進(jìn)行補(bǔ)充。這種形式可擴(kuò)大教師的知識面,使得任課老師了解前沿的研究成果。也可培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新能力,使得課程具有鮮活的生命力。雙語教學(xué)對教師,特別是教師的其外語水平及其口語表達(dá)能力,,。促進(jìn)了師資整體水平的提高。專家系統(tǒng)的雙語教材已在1.2中介紹,但實(shí)驗(yàn)教材的設(shè)計(jì)與編寫工作現(xiàn)仍處于空缺,這也是雙語教學(xué)的需完善的內(nèi)容工作之一。由于雙語教學(xué)增加了授課難道難度,進(jìn)而影響了授課的進(jìn)度,應(yīng)充分發(fā)揮多媒體先進(jìn)教學(xué)手段對專業(yè)術(shù)語和難以理解的內(nèi)容,進(jìn)行注解,幫助于學(xué)生理解。在貫徹雙語教學(xué)的過程中,除了指定適當(dāng)英文參考短文或參考書,開發(fā)雙語課件外,還應(yīng)使學(xué)生接觸國內(nèi)外文獻(xiàn)資料,開闊眼界,拓寬知識面,強(qiáng)化雙語的意識,激發(fā)學(xué)生主觀能動性,使學(xué)生找到課程學(xué)習(xí)的歸屬感。

2.3改革“專家系統(tǒng)”課程實(shí)時交互活動

專家系統(tǒng)課程是一門理論與實(shí)踐關(guān)系密切的課程之一,課堂留下的作業(yè)大多需要計(jì)算機(jī)編程或計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)方能較好的地完成。根據(jù)此特點(diǎn),改革傳統(tǒng)的作業(yè)形式與批審方法可節(jié)約反饋時間,同時可實(shí)現(xiàn)“低碳無紙化”辦公。利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行作業(yè)上交,教師批閱后通過網(wǎng)絡(luò)及時返回給學(xué)生,不但能提高老師的辦公效率,也使學(xué)生得到快速與準(zhǔn)確的反饋。

針對多校區(qū)的現(xiàn)狀,我們利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,采用了多種交互式策略,通過Email和群討論組等方式進(jìn)行在線交流,也可傳遞參考資料,交流課外成果,實(shí)現(xiàn)只要老師在實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生在任何有網(wǎng)絡(luò)終端PC機(jī)處,就能進(jìn)行了實(shí)時交流或批改作業(yè)。避免了學(xué)生為了課后的困惑問題積壓至下一堂課的矛盾,同時也節(jié)約了學(xué)生往返路程上耗費(fèi)的時間。

為了進(jìn)一步體現(xiàn)教學(xué)效果,我們下一步擬進(jìn)行考試方式的變革,應(yīng)綜合考慮課堂出勤情況、平時正式作業(yè)成績、課堂討論情況和期末課程考試進(jìn)行綜合評分。還應(yīng)考慮以雙語形式進(jìn)行筆試,當(dāng)面交卷后進(jìn)行雙語發(fā)問。若有課程論文或創(chuàng)新作品表現(xiàn)突出者,可免參加最后的課程考試。使考試不再是學(xué)生的負(fù)擔(dān),而成為衡量與培養(yǎng)創(chuàng)新能力。和口試。

3基于CLIPS的專家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

3.1專家系統(tǒng)與CLIPS語言

CLIPS(C Language Integrated Production system)是由美國航空航天局約翰遜空間中心(NASA’’s Johnson Space Center)開發(fā)的一種專家系統(tǒng)工具,由C語言編寫而成。早期的專家系統(tǒng)工具大都用LISP、Prolog等編程語言開發(fā),共同問題是運(yùn)行速度慢,可移植性差,解決復(fù)雜問題的能力差。CLIPS是基于Rete算法的前向推理語言,其優(yōu)點(diǎn)包括:①邏輯推理方面的強(qiáng)大功能強(qiáng)。②、可移植性好。③、可擴(kuò)展性好。④、有利于和其他語言聯(lián)合使用等。

3.1專家系統(tǒng)與CLIPS語言

專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)有著完全不同的體系結(jié)構(gòu),通常它由知識庫、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取機(jī)制、解釋機(jī)制和人機(jī)接口等幾個基本的、獨(dú)立的部分所組成,其中尤以知識庫與推理機(jī)相互分離而別具特色。用clips語言能夠更好地熟悉專家系統(tǒng)的整個組成。CLIPS可為基于規(guī)則、面向?qū)ο笠约斑^程的編程提供支持(rule-based, object-oriented, and procedural programming)。

以基于規(guī)則的專家系統(tǒng)利用CLIPS工具編程作為實(shí)例闡述。在CLIPS中找到專家系統(tǒng)基礎(chǔ)的組成部分――Fact List、Knowledge Base、Inference Engine。Fact List中存放用于推理的事實(shí),而Knowledge Base包含所有的規(guī)則,Inference Engine控制所有的進(jìn)程。圖1所示為專家系統(tǒng)框架示意圖。專家系統(tǒng)中最核心的就是知識庫,知識庫中包含了大量某個領(lǐng)域?qū)＜业闹R。,為了使計(jì)算機(jī)能運(yùn)用專家的領(lǐng)域知識,必須要采用一定的方式表示知識 。目前常用的知識表示方式有產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、框架、狀態(tài)空間、邏輯模式、腳本、過程、面向?qū)ο蟮??；谝?guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實(shí)現(xiàn)知識運(yùn)用最基本的方法。

3.2專家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

通過CLIPS軟件環(huán)境提供了的驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和開發(fā)性實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生更好地熟悉和掌握專家系統(tǒng)的基本原理和方法;,通過實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力,使之對專家系統(tǒng)的相關(guān)理論有更深刻的認(rèn)識。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表2所示:。

其中,實(shí)驗(yàn)1為實(shí)驗(yàn)2的基礎(chǔ),這兩個實(shí)驗(yàn)應(yīng)與講授課程穿插,使得學(xué)生利用課堂學(xué)到的理論聯(lián)系實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作,通過這兩個實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)能夠掌握專家系統(tǒng)的開發(fā)過程、掌握用產(chǎn)生式規(guī)則繪制推理樹的方法、掌握、編寫CLIPS應(yīng)用程序的方法以及程序運(yùn)行環(huán)境的應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)3是一個有難度的實(shí)驗(yàn),需要大量的課余準(zhǔn)備時間,所以在完成實(shí)驗(yàn)3的時候,必須預(yù)留3周的時間,提前布置給學(xué)生,讓學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備,這樣方能取得較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。這些被挑選出來的CLIPS專家系統(tǒng)的代碼應(yīng)是經(jīng)典的學(xué)習(xí)內(nèi)容,通過該實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析與開發(fā)完整的專家系統(tǒng)的能力。

3.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例分析

1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)和理解CLIPS編程語言,通過分析用CLIPS編寫的“野人過河”的程序,深入理解專家系統(tǒng)的編程技巧,加深對專家系統(tǒng)的認(rèn)識和理解。

2) 實(shí)驗(yàn)說明:野人過河問題屬于智能學(xué)科中的一個經(jīng)典問題,問題描述如下:,有三3個牧師傳教士和三3個野人過河,只有一條能裝下兩個人的船,在河的任何一方或者船上,如果野人的人數(shù)大于牧師的人數(shù),那么牧師就會有危險(xiǎn)。

假設(shè)問題的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài),假設(shè)和分為1岸和2岸: 。

初始狀態(tài):1岸,3野人,3牧師;2岸,0野人,0牧師;船停在1岸,船上有0個人;。

目標(biāo)狀態(tài):1岸,0野人,0牧師;2岸,3野人,3牧師;船停在2岸,船上有0個人;。

整個問題就抽象成了如何從初始狀態(tài)經(jīng)中間的一系列狀態(tài)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。問題狀態(tài)的改變是通過劃船渡河來引發(fā)的,所以合理的渡河操作就成了通常所說的(算符)就是問題求解的關(guān)鍵。,根據(jù)題目要求,可以得出以下5個算符:渡1野人、渡1牧師、渡1野人1牧師、渡2野人、渡2牧師,。根據(jù)渡船方向的不同,也可以理解為10個往還算符。定義算符知道以后,剩下的核心問題就是搜索方法了,。本程序采用深度優(yōu)先搜索,通過不斷擴(kuò)展后繼結(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn),逐步找出下一步可以進(jìn)行的渡河操作,;如果沒有找到則返回其父節(jié)點(diǎn),看看是否有其它其他兄弟節(jié)點(diǎn)可以擴(kuò)展。

搜索中采用的一些規(guī)則如下:

(1.) 渡船優(yōu)先規(guī)則:1岸一次運(yùn)走的人越多越好(即1岸運(yùn)多人優(yōu)先),同時野人優(yōu)先運(yùn)走;2岸一次運(yùn)走的人越少越好(即2岸運(yùn)少人優(yōu)先),同時傳教士優(yōu)先運(yùn)走;。

(2.) 不能重復(fù)上次渡船操作,避免進(jìn)入死循環(huán)。;

(3.)任何時候 河兩邊兩岸的野人和牧師數(shù)在任何時候均分別大于等于0且小于等于3;

(4.) 由于只是找出最優(yōu)解,所以當(dāng)找到某一算符(當(dāng)前最優(yōu)先的)滿足操作條件后,不再搜索其兄弟節(jié)點(diǎn),而是直接載入鏈表。

(5.) 若擴(kuò)展某節(jié)點(diǎn)a的時候,沒有找到合適子節(jié)點(diǎn),則從鏈表中返回節(jié)點(diǎn)a的父節(jié)點(diǎn)b,從上次已經(jīng)選擇了的算符之后的算符中找最優(yōu)先的算符繼續(xù)擴(kuò)展b。

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的專家系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例分析,總結(jié)了出應(yīng)用于在許多專家系統(tǒng)項(xiàng)目中的線性生命周期模型,如圖32所示。這個模型包括從計(jì)劃到系統(tǒng)評估的許多階段,對系統(tǒng)開發(fā)的描述一直到功能評估這種程度上。之后,生命周期不斷重復(fù):從計(jì)劃到系統(tǒng)評估,直到系統(tǒng)交付正常使用。

4結(jié)語

專家系統(tǒng)課程的發(fā)展開發(fā)過程是教學(xué)研究和教學(xué)改革實(shí)踐相結(jié)合的過程,需要不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。本文從總結(jié)了專家系統(tǒng)課程定位與、建設(shè)目標(biāo)、教材的選用設(shè)計(jì)和課程知識框架等方面的總結(jié)了“專家系統(tǒng)”課程建設(shè)情況。在,并就教學(xué)改革過程中注重多媒體教學(xué)的效果、雙語的實(shí)施和課程互動活動的改革等問題進(jìn)行比較深入的介紹與探討。通過CLIPS語言與專家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合,闡述了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的、CLIPS實(shí)驗(yàn)特色及和實(shí)驗(yàn)方法,體現(xiàn)了基于CLIPS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢與特色。在未來的教育領(lǐng)域,專家系統(tǒng)技術(shù)將成為信息時代教育發(fā)展的新生力軍,專家系統(tǒng)也將成為新世紀(jì)人類智能管理與決策的得力助手。

致謝注 :本文受國家級智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2008)支持,感謝本文得到中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院智能所的大力支持,特別感謝蔡自興教授的鼓勵與幫助。

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Exploration in Course Construction and Teaching Reform of Expert System

YU Ling-li, WEI Shi-yong

篇7

模式識別是60年代迅速發(fā)展起來的一門學(xué)科，該技術(shù)用于自動將物理對象或抽象的多維模式分類到已知或可能未知的類別。目前，市場已經(jīng)存在一些能進(jìn)行字符識別、手寫體識別、文檔分類、指紋分類、語音和說話人識別、白細(xì)胞分類以及其他軍事目標(biāo)識別的商業(yè)模式識別系統(tǒng)。低成本、高分辨率傳感器(如CCD攝像機(jī)、麥克風(fēng)和掃描儀)和互聯(lián)網(wǎng)上共享的數(shù)據(jù)為我們提供了關(guān)于文本、語音、圖像和視頻的巨大數(shù)字化資源庫，對這些資源進(jìn)行有效的歸檔和檢索，極大推動了模式識別算法在新領(lǐng)域的應(yīng)用，例如文本、圖像和視頻檢索，生物信息學(xué)和面部識別等。

由于模式識別是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科，理論基礎(chǔ)涉及高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、小樣本統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論、模糊數(shù)學(xué)等學(xué)科，因此該課程具有一定的抽象性和難度，學(xué)生不容易理解所學(xué)內(nèi)容。為了使學(xué)生從抽象中理解具體，更好地、自主地、創(chuàng)新地學(xué)習(xí)，教師要在知識的傳授過程中注重學(xué)習(xí)方法的傳授，故教學(xué)探索成為模式識別課程中重要的研討內(nèi)容之一。隨著社會的發(fā)展、國際交流的頻繁及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的完善，如何借鑒先進(jìn)的國外教學(xué)理念，更好地培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的學(xué)生，也成為教學(xué)探索的一個主要問題。

1國內(nèi)外教學(xué)比較

下面就從教學(xué)內(nèi)容、授課方式和學(xué)生評價(jià)方式三個方面來闡明國內(nèi)外模式識別教學(xué)。

1.1教學(xué)內(nèi)容

模式識別領(lǐng)域的國內(nèi)外研究者和學(xué)者已編著了大量優(yōu)秀教材，由于篇幅關(guān)系，下面僅對部分教材進(jìn)行簡要介紹。

Richard O. Duda等編寫的《Pattern Classification》清晰地闡明了模式識別的經(jīng)典方法和新方法[1]。Sergios Theodoridis編寫的《Pattern Recognition》全面闡述了模式識別的基礎(chǔ)理論、最新方法以及各種應(yīng)用[2]。Andrew R. Webb編寫的《Statistical Pattern Recognition》對統(tǒng)計(jì)模式識別的基本理論和技術(shù)作了全面且詳盡的介紹[3]。J.P.Marques de Sá編寫的《Pattern Recognition：concepts，methods，and applications》詳細(xì)介紹了有關(guān)模式識別的概念和方法，并附加多個領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用案例[4]。M.Narasimha Murty等編寫的《Pattern Recognition：An Algorithmic Approach》講解了模式識別在算法中應(yīng)用的主要原則，并對模式識別的概念和最近取得的進(jìn)步進(jìn)行了詳細(xì)介紹[5]。Brian D.Pipley編寫的《Pattern recognition and neural networks》對模式識別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了介紹，并給出了模式識別領(lǐng)域的許多實(shí)際例子[6]。Satoshi Watanab編寫的《Pattern recognition：human and mechanical》為模式識別提供了一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并介紹了該學(xué)科的廣闊前景[7]。Robert J.Schalkoff編寫的《Pattern Recognition：statistical，structural，and neural approaches》探究了模式識別的核心概念、方法和應(yīng)用[8]。Keinosuke Fukunaga編寫的《Introduction to statistical pattern recognition》，每章都含有大量習(xí)題[9]。

清華大學(xué)的邊肇祺教授等編寫的《模式識別》主要討論了統(tǒng)計(jì)模式識別理論和方法，還介紹了人臉識別、說話人語音識別及字符識別等應(yīng)用實(shí)例[10]。干曉蓉教授編寫的《模式識別》主要內(nèi)容包括貝葉斯決策理論、概率密度估計(jì)、線形判別函數(shù)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)和聚類、特征選擇與提取、模糊模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、線形代數(shù)、多維隨機(jī)變量[11]。王碧泉教授等編寫的《模式識別：理論、方法和應(yīng)用》介紹了特征選擇、聚類和判別等方面的常用模型和算法，模式識別在地震學(xué)、數(shù)字圖像處理和決策管理等領(lǐng)域中的應(yīng)用[12]。楊光正教授等編寫的《模式識別》介紹統(tǒng)計(jì)識別方法和句法方法的基本理論[13]。張學(xué)工教授編寫的《模式識別》系統(tǒng)地討論了模式識別的基本概念和代表性方法[14]。齊敏教授等編寫的《模式識別導(dǎo)論》按照統(tǒng)計(jì)模式識別、句法模式識別、模糊模式識別法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別法四大理論體系來組織全書[15]。蔣先剛教授編寫的《數(shù)字圖像模式識別工程軟件設(shè)計(jì)》介紹圖像模式識別的基礎(chǔ)理論和程序?qū)崿F(xiàn)技術(shù)，從工程應(yīng)用的角度全面介紹了圖像模式識別應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的基本方法和實(shí)用技術(shù)[16]。孫即祥教授等編寫的《模式識別》系統(tǒng)地論述了各類經(jīng)典的模式識別的理論與方法，較全面地反映了本學(xué)科的新近科技成果[17]。

2.2授課方式

國外的授課方式往往注重內(nèi)容的學(xué)習(xí)、知識的掌握和學(xué)生獨(dú)立思考。課堂教學(xué)理念重參與性、積極性、創(chuàng)造性和靈活性。課堂相對活躍，講授和討論相輔相成，學(xué)生能積極地參與到課堂教學(xué)中，學(xué)生參與發(fā)問或發(fā)表個人意見，課堂上的參與往往是學(xué)期分?jǐn)?shù)的一部分，被認(rèn)為是評估學(xué)生所學(xué)習(xí)的知識的方法，并注重學(xué)生是否有能力與教師和同學(xué)進(jìn)行知性的對話。

國內(nèi)的課堂教學(xué)主要以教師講授為主，學(xué)生被動接受，留給學(xué)生的自主空間較狹窄，課堂教學(xué)理念注重系統(tǒng)性、完整性、邏輯性、生動性、計(jì)劃性。課堂相對平靜，討論較少，學(xué)生加入到課堂教學(xué)中的情況不多，學(xué)生參與發(fā)問或發(fā)表個人意見少。

2.3評價(jià)方式

國外對學(xué)生的培養(yǎng)重經(jīng)驗(yàn)、過程、體驗(yàn)和運(yùn)用。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程只是其成長的一部分，教師評價(jià)學(xué)生時十分注重多渠道收集學(xué)生在校、在家和參加社會活動的情況，通過綜合分析，對學(xué)生進(jìn)行全方位的、細(xì)化的評價(jià)，其中不僅有教師對學(xué)生的評價(jià)，還包括學(xué)生的自評、學(xué)生之間的互評、家長的評價(jià)和學(xué)生參加社會活動獲得的評價(jià)。

國內(nèi)的教學(xué)目標(biāo)是追求知識、結(jié)果、記憶和會考試。由于教學(xué)中以教師為主，往往只注意知識的傳授，忽略了學(xué)生能力和全面素質(zhì)的培養(yǎng)。學(xué)生能牢固地掌握知識，但知識運(yùn)用能力差，主動和創(chuàng)新能力欠缺。教師對學(xué)生的評價(jià)注重期中、期末考試，忽略了學(xué)生參加社會活動的情況。

3教學(xué)探索

基于如下的研究結(jié)果：有效教學(xué)本質(zhì)上取決于教師建立能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期教育成果的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的能力，而每個學(xué)生都參與教學(xué)活動是實(shí)施有效教學(xué)的前提[18]，我們從教學(xué)內(nèi)容、授課方式、評價(jià)方式三個方面進(jìn)行模式識別課程的教學(xué)探索。

3.1教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容的安排應(yīng)與本科學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和目前所掌握的知識程度相吻合，才能使學(xué)生牢固掌握知識。借鑒國內(nèi)外教學(xué)內(nèi)容情況，我們的模式識別課程的教學(xué)內(nèi)容共分9個章節(jié)，分別介紹模式識別綱要、貝葉斯決策理論、極大似然估計(jì)和貝葉斯參數(shù)估計(jì)、隱馬爾可夫模型、統(tǒng)計(jì)語言模型、支持向量機(jī)、最大熵模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹。

第1章 通過提出問題“智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生為什么要學(xué)習(xí)模式識別”和“應(yīng)當(dāng)怎樣學(xué)習(xí)模式識別課程”展開，具體介紹內(nèi)容包括模式、模式識別、有監(jiān)督的分類、無監(jiān)督的分類、模式識別的主要方法和模式識別系統(tǒng)。

第2章 “貝葉斯決策理論”介紹了在概率結(jié)構(gòu)都知道的理想情況下的模式分類問題。雖然這種情況在實(shí)際中很少出現(xiàn)，但它為我們提供了一個能夠與其他分類器進(jìn)行對比的評價(jià)依據(jù)，即“最優(yōu)貝葉斯分類器”，幫助我們預(yù)測推廣到新模式時的最小誤差率。

第3章 主要圍繞“極大似然估計(jì)和貝葉斯參數(shù)估計(jì)”來展開。在先驗(yàn)概率和類條件概率密度已知的情況下，我們可使用“貝葉斯決策理論”來設(shè)計(jì)最優(yōu)分類器。但是在實(shí)際應(yīng)用中，通常不能得到和問題相關(guān)的全部概率結(jié)構(gòu)知識，因此我們利用已有的信息，對問題中涉及的先驗(yàn)概率和條件概率函數(shù)進(jìn)行估計(jì)，并把估計(jì)結(jié)果當(dāng)做實(shí)際的先驗(yàn)概率和條件概率，再來設(shè)計(jì)分類器。

第4章 “隱馬爾可夫模型”在解決一些與時間序列相關(guān)的問題，即某一過程隨著時間的流逝而進(jìn)行，而且某個時刻發(fā)生的事件受到前一時刻發(fā)生事件的直接影響中得到了很好的應(yīng)用，隱馬爾可夫模型在語音識別領(lǐng)域的應(yīng)用是最成功的例子。

第5章 “統(tǒng)計(jì)語言模型”是用來計(jì)算句子概率的模型，在很多自然語言處理的任務(wù)，如機(jī)器翻譯、語音識別、印刷體或手寫體識別、拼寫糾錯、漢字輸入中都有廣泛的應(yīng)用。在獨(dú)立假設(shè)的前提下，句子的概率公式可被簡化，并被計(jì)算出來。

第6章 “支持向量機(jī)”的基本思想是尋找一個能夠?qū)維空間的樣本數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地分為兩個類別的超平面。但是，由于樣本數(shù)據(jù)經(jīng)常是不可以被線性分割的，所以通過引入核函數(shù)，將樣本數(shù)據(jù)映射到一個可以線性分割這些數(shù)據(jù)的高維特征空間。而將數(shù)據(jù)映射到這樣的一個空間，通常會引起計(jì)算和過度適應(yīng)問題，但是支持向量機(jī)在高維空間中不需要直接處理，這就消除了前面提到的顧慮。并且支持向量機(jī)不像神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等其他的學(xué)習(xí)算法，很難衡量其學(xué)習(xí)的性能，我們能夠清楚地計(jì)算出其在未知數(shù)據(jù)集上的VC維。

第7章 “最大熵模型”在對一個隨機(jī)事件的概率分布進(jìn)行預(yù)測時，滿足全部已知的條件，而對未知的情況不進(jìn)行任何主觀假設(shè)。因?yàn)樵谶@種情況下，概率分布最均勻，預(yù)測的風(fēng)險(xiǎn)最小，概率分布的信息熵最大，所以被稱為最大熵模型。

第8章 “人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”是在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究的基礎(chǔ)上提出的，它并沒有完全真正反映大腦的功能，只是對生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行某種抽象、簡化和模擬。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的信息處理是通過神經(jīng)元之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)的，知識與信息的存儲表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)元件互連分布式的物理聯(lián)系，各種神經(jīng)元連接權(quán)系數(shù)的動態(tài)演化過程決定了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和識別。

第9章 “決策樹”是一種廣泛應(yīng)用的歸納推理算法，它采用逼近離散值函數(shù)的方法，具有很好的健壯性，能根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)出析取表達(dá)式。決策樹學(xué)習(xí)方法通過搜索一個完整表示的假設(shè)空間，從而避免了受限假設(shè)空間的不足。

3.2授課方式

遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，結(jié)合作者從事的模式識別課程教學(xué)，我們對模式識別的授課方式給出了如下建議。

首先，教師將不再單純地講解，而是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和組織學(xué)生進(jìn)行課堂活動，使學(xué)生由原來的單純聽講、被動接受灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c課堂教學(xué)，親自去發(fā)現(xiàn)結(jié)論和規(guī)律，使學(xué)生學(xué)會思考和善于思考，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。通過教師和學(xué)生互相提問和共同討論，來發(fā)揮學(xué)生的主動性，使兩者在教學(xué)過程中相互聯(lián)系和作用，教學(xué)過程成為雙方主動介入的過程。由于模式識別具有一定的抽象性和難度，因此教師講解時要盡可能通過實(shí)例引出問題，讓學(xué)生親睹實(shí)例，增加感性認(rèn)識，通過圖像、動畫和視頻的生動畫面和聲音吸引學(xué)生的注意力，將抽象的理論形象化，使學(xué)生印象深刻而又便于理解。

其次，教師在傳授知識的同時也應(yīng)該力所能及地幫助學(xué)生解決在生活、學(xué)習(xí)過程中遇到的疑問，對他們提出的問題給予認(rèn)真、耐心的解答，幫助他們克服困難。教師在教學(xué)過程中留出一定的時間，以朋友的身份和學(xué)生交流，了解他們的想法，從中獲得一些好的意見和建議。

再次，在講解理論部分時，教師應(yīng)該理論聯(lián)系實(shí)際，注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。適當(dāng)引入一些實(shí)際生活的例子，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識，如介紹最大熵模型，可使用“投資時不要把所有的雞蛋放在一個籃子里，這樣可以降低風(fēng)險(xiǎn)”的例子，使學(xué)生對模型的認(rèn)識不再抽象。簡要告訴學(xué)生下次課的內(nèi)容，鼓勵學(xué)生課后查閱相關(guān)資料，并對遇到的問題進(jìn)行分析和解決，帶著問題參與下一次的課堂教學(xué)。針對每一章的授課內(nèi)容，教師應(yīng)精心設(shè)計(jì)和安排相關(guān)實(shí)驗(yàn)，加深和鞏固學(xué)生所掌握的知識。

3.3評價(jià)方式

模式識別是智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)選修課，對學(xué)生將來的學(xué)習(xí)、工作都起著非常重要的作用。該課程不僅僅是讓學(xué)生掌握知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的能力。因此，教師應(yīng)該積極鼓勵學(xué)生多參加社會實(shí)踐，評價(jià)時應(yīng)從多渠道和多方面收集學(xué)生在校和參加社會活動的信息，通過綜合分析，對學(xué)生做出全方位的、細(xì)化和合理的評價(jià)，促進(jìn)學(xué)生全面素質(zhì)的培養(yǎng)，最終提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4結(jié)語

模式識別是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科，教與學(xué)的方式值得我們研究和探索。在今后的教學(xué)工作中，我們要多從模式識別理論涉及的學(xué)科廣泛，而本科生目前還沒有完全掌握這些知識等特點(diǎn)出發(fā)，不斷改革、實(shí)踐和創(chuàng)新。同時，教師也要不斷提高自身素質(zhì)和業(yè)務(wù)水平，不斷提高課堂教學(xué)質(zhì)量，為國家培養(yǎng)更多合格的應(yīng)用型本科人才。

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Pattern Recongnition Teaching Exploration

TAN Yongmei, WANG Xiaojie, ZHONG Yixin

篇8

基金項(xiàng)目：上海工程技術(shù)大學(xué)科研啟動項(xiàng)目（校啟：2015-68）

中圖分類號：F49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

原標(biāo)題：國際云制造關(guān)鍵技術(shù)專利分析及對上海的啟示

收錄日期：2016年11月10日

一、引言

當(dāng)前，在經(jīng)濟(jì)全球化背景下，為了進(jìn)一步強(qiáng)化競爭優(yōu)勢，諸多發(fā)達(dá)國家，尤其是跨國制造型企業(yè)采用了更加智能化、柔性生產(chǎn)模式。與此同時，圍繞著提升企業(yè)競爭能力，一場以“制造智能化、信息化”為特征的制造業(yè)變革一直在我國積極、持續(xù)的展開。從“工業(yè)4.0”到“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”，我國制造業(yè)急需一種新型制造模式與手段，進(jìn)而推動經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，加快建成全球科技創(chuàng)新中心。針對此，本次研究提出“云制造”――制造業(yè)信息化新模式，并對國內(nèi)外云制造核心技術(shù)研況與發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。

云制造是一種基于網(wǎng)絡(luò)（如互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)和無線寬帶網(wǎng)等），按照用戶需求組織網(wǎng)上制造資源（制造云），為用戶提供各類按需制造服務(wù)的一種網(wǎng)絡(luò)化制造新模式。該技術(shù)是將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化制造和服務(wù)技術(shù)同云計(jì)算、云安全、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)各類制造資源（制造硬設(shè)備、計(jì)算系統(tǒng)、軟件、模型、數(shù)據(jù)、知識等）統(tǒng)一的、集中的智能化管理和經(jīng)營，為制造全生命周期過程提供可隨時獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的各類制造活動服務(wù)。隨著技術(shù)的提升，云制造不僅可以促進(jìn)生產(chǎn)模式的扁平化，更能促進(jìn)企業(yè)創(chuàng)新，而且可以滿足市場個性化、靈敏的定制需求。

為實(shí)現(xiàn)云制造的資源共享和服務(wù)模式，云制造融合了云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算、服務(wù)計(jì)算、智能科學(xué)等信息技術(shù)與信息化制造（信息化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、試驗(yàn)、仿真、經(jīng)營管理、集成）等多種新興技術(shù)。各種技術(shù)在云制造中的功能或作用如下：（1）云計(jì)算技術(shù)為制造所需各類信息的智能處理和決策提供了使能服務(wù)與新制造模式；（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為制造領(lǐng)域中各類物與物之間的互聯(lián)和實(shí)現(xiàn)制造智慧化提供了使能技術(shù)；（3）高性能計(jì)算技術(shù)為求解復(fù)雜制造問題和開展大規(guī)模協(xié)同制造提供了使能技術(shù)；（4）面向服務(wù)的技術(shù)為快速構(gòu)造虛擬化制造服務(wù)環(huán)境提供了使能技術(shù)；（5）智能科學(xué)技術(shù)為制造資源/能力的智能化提供了使能技術(shù)；（6）信息化制造技術(shù)是云制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

二、云制造核心技術(shù)國際專利分析

通過上述對云制造的關(guān)鍵技術(shù)體系的分析，以及與相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜姨接?，課題組選擇了RFID、傳感器芯片、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、高精度定位、生物信號分析和視頻分析等云制造關(guān)鍵技術(shù)，從專利的申請趨勢、申請區(qū)域、技術(shù)構(gòu)成和主要競爭者等方面進(jìn)行分析。國際專利主要以德溫特專利數(shù)據(jù)庫為研究對象，國內(nèi)專利情況以中國知識產(chǎn)權(quán)局專利數(shù)據(jù)庫為研究分析對象。

（一）RFID國際專利情況。RFID，即無線射頻識別，又稱電子標(biāo)簽，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。該技術(shù)是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，也是應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。

?技術(shù)主題關(guān)鍵詞：RFID；Radio Frequency Identification；RF

?檢索整理得專利數(shù)：38，634件（截至檢索日期2015年4月，下同）

1、總體趨勢。每年申請的RFID專利數(shù)量始終沒有突破50件，技術(shù)發(fā)展緩慢。2005年超過了1，500件，從此申請的RFID專利數(shù)量快速上升。2010～2014年專利數(shù)量略有波動，但累計(jì)總數(shù)一直攀升。（圖1）

2、區(qū)域?qū)＠植记闆r。將近十年RFID領(lǐng)域申請專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)專利數(shù)最多的是美國專利，占了全球總數(shù)的近1/3；其次為日本專利，也占近兩成。中國專利申請數(shù)量排在第五位。（圖2）

（二）傳感器芯片國際專利情況。國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。由于傳感器專利數(shù)量十分龐大，在德溫特專利數(shù)據(jù)庫中用“sensor”（傳感器）作為關(guān)鍵詞出現(xiàn)專利達(dá)90余萬件，無法進(jìn)行分析。因此，選擇傳感器芯片作為檢索主題。

?技術(shù)主題關(guān)鍵詞：傳感器芯片（注：由于德溫特?cái)?shù)據(jù)庫中有關(guān)傳感器專利超過了30萬，分析處理工作量太大，因此課題組選擇了傳感器芯片作為了研究對象）

?檢索整理得專利數(shù)：36，931件

1、總體趨勢。傳感器芯片技術(shù)的專利早在1971年就已經(jīng)申請，在20世紀(jì)70年代都處于萌芽發(fā)展階段。但到了80年代后，傳感器芯片申請專利逐步增長，并且在2006年時出現(xiàn)快速向上的趨勢?？傮w來講，傳感器芯片技術(shù)比RFID專利更早，且年增長率更加平均。（圖3）

2、區(qū)域?qū)＠植记闆r。傳感器芯片申請專利數(shù)量最多的為中國專利，其次為日本專利，美國專利排第三。雖然中國申請的專利數(shù)量排名第一，但也不能認(rèn)為中國在傳感器芯片領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，因?yàn)槠渲械膶＠灿锌赡苁菄馄髽I(yè)在中國的申請，從另一方面說明中國傳感器市場具有巨大潛力。（圖4）

（三）無線通信技術(shù)國際專利情況。無線通信是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。在移動中實(shí)現(xiàn)的無線通信又統(tǒng)稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。在無線通信技術(shù)領(lǐng)域，主要關(guān)注與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的近場通信技術(shù)（NFC）、超寬帶技術(shù)（UWB）、IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的無線技術(shù)等。

?技術(shù)主題關(guān)鍵詞：近場通信（NFC）；超寬帶（UWB）；wifi；藍(lán)牙；zigbee；IEEE802.11

?檢索整理得專利數(shù)：64，471件

1、總體趨勢。2000年以前，無線通信技術(shù)的申請專利數(shù)量一直處于非常低的水平。但從2007年開始，增長速度較快，到2014年躍升至10，121件的年申請量，發(fā)展迅猛。（圖5）

2、區(qū)域?qū)＠植记闆r。從近十年來看，整體上美國專利在這一領(lǐng)域占據(jù)著主要地位，申請的數(shù)量份額超過30%。中國緊隨其后，占有兩成。（圖6）

（四）物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)國際專利情況。物聯(lián)網(wǎng)這一名詞是近幾年才提出的，國外相關(guān)的概念多為無線傳感網(wǎng)、邁適網(wǎng)和M2M。因此，選擇這些詞組合檢索物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面的專利。

?技術(shù)主題關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)wireless sensor networks；邁適網(wǎng)a suitable network；自組織網(wǎng)ad hoc network；物聯(lián)網(wǎng)Internet of things；M2M machine to machine

?檢索整理得專利數(shù)：863，396件

1、總體趨勢。該領(lǐng)域申請的專利數(shù)量也從2001年開始出現(xiàn)明顯增加，到2008年開始激增。（圖7）

2、區(qū)域?qū)＠植记闆r。在該領(lǐng)域，美國和中國的申請專利數(shù)量分列第一、第二位，分別達(dá)到總體的34%和25%。（圖8）

三、云制造國內(nèi)專利情況分析

?技術(shù)主題關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)；邁適網(wǎng)；自組織網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；M2M；RFID；Radio Frequency Identification；RF；傳感器芯片；近場通信（NFC）；超寬帶（UWB）；wifi；藍(lán)牙；zigbee；IEEE802.11；高精度定位；位置定向；距離測量；生物信號分析/處理；生物醫(yī)學(xué)信號分析/處理；視頻分析/處理；視覺分析/處理；圖像分析/處理等領(lǐng)域?qū)＠偤?/p>

?檢索整理得專利數(shù)：整理得有效專利3，760件（發(fā)明專利543）

（一）總體趨勢。2009年起，申請數(shù)據(jù)急劇上升，趨勢與全球走向相符合。受到全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，2013年申請數(shù)量有所下降。（圖9）

（二）區(qū)域?qū)＠植记闆r。2014年數(shù)據(jù)顯示，云制造中國專利中江蘇省申請的專利數(shù)量排名第一；廣東排名第二；上海排名第六，占總數(shù)的7.50%，略微落后于四川省和浙江市。（圖10）

（三）上海云制造發(fā)展現(xiàn)狀。上海是國內(nèi)云制造研發(fā)實(shí)力、產(chǎn)業(yè)化、應(yīng)用水平最高的地區(qū)之一。在產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面，中科院上海微系統(tǒng)所早在2005年就在上海科委領(lǐng)導(dǎo)下，牽頭組建了傳感網(wǎng)上海聯(lián)盟，當(dāng)時已有12家聯(lián)盟成員，初步形成產(chǎn)學(xué)研一體的組織，而目前上海中科院微系統(tǒng)所正牽頭推進(jìn)中國無線傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，并已代表中國參加了國際傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組。在產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)方面，上海是國內(nèi)電子信息產(chǎn)業(yè)的重要基地，擁有包括傳感器、芯片、通信設(shè)備、系統(tǒng)集成等完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)業(yè)群，同時也有物流、醫(yī)藥、電信服務(wù)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求比較強(qiáng)的行業(yè)客戶，產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需上中下游配套完善。上海云制造產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)上的主要企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)如表1所示。（表1）

上海已確定將“互聯(lián)網(wǎng)+”融入到制造業(yè)作為下一步智能制造發(fā)展的重點(diǎn)之一，究其根本，即是云制造。雖然，目前上海政府并沒有頒布關(guān)于云制造明確的政策。但“十二五”期間，上海出臺了一系列的政策大力發(fā)展云制造的核心技術(shù)――云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)與信息化制造等，都為“互聯(lián)網(wǎng)+”融入制造業(yè)，帶動傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

四、上海推動云制造的舉措建議

上海是國內(nèi)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)研發(fā)實(shí)力、產(chǎn)業(yè)化、應(yīng)用水平最高的地區(qū)之一。這為上海發(fā)展云制造奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。2015年，“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃的實(shí)施為上海發(fā)展云制造提供了政策保障。未來，上海如何將以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的融合創(chuàng)新，全面發(fā)展云制造。課題組提出以下幾點(diǎn)建議：

一是為中小制造型企業(yè)構(gòu)建中小企業(yè)云制造公共服務(wù)平臺。與當(dāng)前廣泛應(yīng)用的淘寶、當(dāng)當(dāng)?shù)菴2C、B2B平臺不同，中小企業(yè)云制造公共服務(wù)平臺為制造企業(yè)提供的不僅是產(chǎn)品買賣，更多的是基于制造能力的協(xié)同業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)外部資源與企業(yè)生產(chǎn)制造過程等核心業(yè)務(wù)緊密協(xié)作。上海政府可為中小企業(yè)打造云制造公共服務(wù)平臺，提供一系列支持服務(wù)，包括在制造資源注冊、資源需求、資源供需多向搜索、資源能力評估、交易信用評估、資源交易管理、協(xié)同制造管理和結(jié)算管理，為注冊企業(yè)提供制造過程全生命周期的服務(wù)工具。

二是為高端裝備制造業(yè)企業(yè)打造面向復(fù)雜產(chǎn)品的集團(tuán)企業(yè)云制造服務(wù)平臺。該云制造服務(wù)模式的重點(diǎn)在于支持制造資源動態(tài)共享與協(xié)同，強(qiáng)調(diào)企業(yè)內(nèi)或集團(tuán)內(nèi)制造資源和制造能力的整合與服務(wù)，優(yōu)化企業(yè)或集團(tuán)資源和能力使用率，減少重復(fù)資源和能力的重復(fù)建設(shè)，降低成本，提高競爭力。下一階段，上海發(fā)展高端裝備制造業(yè)或可借助面向復(fù)雜產(chǎn)品的集團(tuán)企業(yè)云制造服務(wù)平臺，進(jìn)而提高制造資源和能力相對分散的跨單位、跨部門、跨學(xué)科的協(xié)同效率。目前，國內(nèi)航天二院構(gòu)建了面向航天復(fù)雜產(chǎn)品的集團(tuán)企業(yè)云制造服務(wù)平臺，用以提高多部門在生產(chǎn)制造方面的協(xié)同，并在此方面積累了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。

三是把握技術(shù)發(fā)展的脈搏，定期云制造發(fā)展報(bào)告。云制造作為智能制造的新興領(lǐng)域，技術(shù)發(fā)展的迅猛程度是日新月異。為此，一方面政府應(yīng)鼓勵制造型企業(yè)定期跟蹤國際云制造技術(shù)的發(fā)展趨勢，結(jié)合企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，及時調(diào)整技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)；另一方面政府也應(yīng)鼓勵高校、研究機(jī)構(gòu)對云制造核心技術(shù)進(jìn)行跟蹤、預(yù)測，定期行業(yè)報(bào)告，為行業(yè)發(fā)展提供指導(dǎo)意見。

四是聯(lián)合信息技術(shù)企業(yè)與制造企業(yè)，做大做強(qiáng)云制造。云制造的發(fā)展應(yīng)避免多、小、散、亂的局面。一方面鼓勵技術(shù)領(lǐng)先的國際企業(yè)在滬設(shè)立研發(fā)中心和生產(chǎn)基地，擴(kuò)大知識資源和人才資源溢出；另一方面鼓勵具備云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)研發(fā)實(shí)力的本土企業(yè)與生產(chǎn)制造型企業(yè)聯(lián)手，扶持搭建云制造服務(wù)平臺。依托產(chǎn)業(yè)園區(qū)的環(huán)境優(yōu)勢，加強(qiáng)資源聚集效應(yīng)，加快培育一定支配地位、較大規(guī)模和先進(jìn)技術(shù)的云制造重點(diǎn)企業(yè)，提高產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的控制力。

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[4]Weiming Shen，F(xiàn)rancisco Maturana，Douglas H.Norrie.MetaMorph II：an agent-based architecture for distributed intelligent design and manufacturing[J].Journal of Intelligent Manufacturing，2000.11.

篇9

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為各個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生長點(diǎn)，并呈現(xiàn)規(guī)模化、協(xié)同化、智能化趨勢。但是，基于物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)內(nèi)部控制建設(shè)并沒有跟上物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。當(dāng)前，企業(yè)內(nèi)部控制經(jīng)常陷入管理與技術(shù)兩張皮的困境――從管理角度設(shè)計(jì)的企業(yè)內(nèi)部控制制度和從信息技術(shù)角度設(shè)計(jì)的企業(yè)內(nèi)部控制制度，它們都沒有考慮管理與技術(shù)融合來制定企業(yè)內(nèi)部控制制度。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用為背景下的企業(yè)是一個復(fù)雜的“大系統(tǒng)”。企業(yè)內(nèi)部控制不僅要融合管理與技術(shù)，更要考慮企業(yè)是個大系統(tǒng)性質(zhì)。因此，大系統(tǒng)智能控制是企業(yè)內(nèi)部控制發(fā)展的革命。科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)律為企業(yè)大系統(tǒng)智能控制提供物質(zhì)基礎(chǔ)；控制理論的發(fā)展規(guī)律為企業(yè)大系統(tǒng)智能控制提供理論基礎(chǔ)。大系統(tǒng)智能控制是智能控制與大系統(tǒng)控制的融合。智能控制論是控制理論向智能水平高度發(fā)展的新分支，大系統(tǒng)控制論是控制論向系統(tǒng)規(guī)模廣度發(fā)展的新分支。

一、技術(shù)控制與管理控制的兩張皮：企業(yè)內(nèi)部控制發(fā)展歷程回顧

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為各個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生長點(diǎn)，并呈現(xiàn)規(guī)?；f(xié)同化、智能化趨勢。但是，基于物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部控制建設(shè)并沒有跟上物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。當(dāng)前，企業(yè)內(nèi)部控制經(jīng)常陷入管理與技術(shù)兩張皮的困境：要么是側(cè)重于管理角度而忽視IT技術(shù)角度來研究企業(yè)內(nèi)部控制體系，其結(jié)果是經(jīng)濟(jì)學(xué)家與管理學(xué)家設(shè)計(jì)的企業(yè)內(nèi)部控制體系不能適應(yīng)現(xiàn)代IT技術(shù)環(huán)境；要么側(cè)重于IT技術(shù)角度而忽視管理角度來研究企業(yè)內(nèi)部控制體系，其結(jié)果是設(shè)計(jì)的企業(yè)內(nèi)部控制體系不能體現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)管理的目的。兩者都沒有從IT技術(shù)與企業(yè)管理融合的角度來研究企業(yè)內(nèi)部控制體系。

（一）基于管理角度的企業(yè)內(nèi)部控制

前者主要成果如下：美國國會頒布的《2002年公眾公司會計(jì)改革和投資者保護(hù)法案》、美國SEC陸續(xù)的多項(xiàng)相關(guān)最終規(guī)則（Final Rule）和草案（Proposed Rule）、反虛假財(cái)務(wù)報(bào)告委員會（Treadway委員會）在2004年制定的《企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管理框架》（Enterprise Risk Management，ERM）、加拿大特許會計(jì)師協(xié)會（CICA）的《控制指南》、內(nèi)部審計(jì)師協(xié)會（IIA）的內(nèi)部審計(jì)標(biāo)準(zhǔn)委員會（IASB）制定的“內(nèi)部控制指南”、我國財(cái)政部在2007年3月4日公布的《企業(yè)內(nèi)部控制規(guī)范（征求意見稿）》。這些內(nèi)部控制制度主要體現(xiàn)的是典型的法律文件。它們規(guī)定了企業(yè)在整體或業(yè)務(wù)層面上必須達(dá)到的要求，卻沒有指明企業(yè)如何通過IT控制平臺才能達(dá)到法案規(guī)定的水平。比如SOX要求企業(yè)內(nèi)控必須有效，并在財(cái)務(wù)公告前90天內(nèi)評估內(nèi)控效力等，但是企業(yè)需要控制什么，如何控制，內(nèi)控效力又如何評估全都不在SOX的范圍內(nèi)，特別是落實(shí)到IT控制方面，SOX完全沒有給出任何指導(dǎo)意見。同樣，對SOX法案起細(xì)化作用的PCAOB審計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的作用同樣僅限于原則層面，如在審計(jì)準(zhǔn)則的第35、40、50、75條款中都沒有具體規(guī)定在IT平臺上如何進(jìn)行審計(jì)。我國的《企業(yè)內(nèi)部控制規(guī)范（征求意見稿）》雖然獨(dú)立出來一個《企業(yè)內(nèi)部控制具體規(guī)范第xx號――計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)（征求意見稿）》，但是它也只是從信息技術(shù)的技術(shù)控制角度來進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部控制。財(cái)政部公布的其他企業(yè)內(nèi)部控制具體規(guī)范也沒有體現(xiàn)基于IT環(huán)境下的企業(yè)內(nèi)部控制制度。

（二）基于技術(shù)角度的企業(yè)內(nèi)部控制

研究現(xiàn)代信息技術(shù)的人（如，軟件開發(fā)人員）由于不懂現(xiàn)代公司運(yùn)行的公司治理及內(nèi)部控制，他們多是從企業(yè)信息系統(tǒng)的一般控制（如：組織控制、系統(tǒng)開發(fā)控制、信息系統(tǒng)的操作與維護(hù)控制、數(shù)據(jù)資源控制、硬件與軟件的控制、系統(tǒng)軟件控制與網(wǎng)絡(luò)控制）與應(yīng)用控制（如：輸入控制、通訊控制、處理控制、輸出控制）的角度來研究公司的治理與內(nèi)部控制。這些治理與內(nèi)部控制不能體現(xiàn)公司管理的目的。如，信息系統(tǒng)審計(jì)與控制協(xié)會在1996年公布的《信息及相關(guān)技術(shù)的控制目標(biāo)》（COBIT，Control Objectives for Information and related Technology）、原英國國家標(biāo)準(zhǔn)局制定的《信息安全管理實(shí)踐規(guī)范》BS7799―1與BS7799―2《住處安全管理體系規(guī)范》及在2000年12月被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)同的ISO17799（我國也將采用為CNS17799）等都是從信息技術(shù)角度而不是公司管理角度進(jìn)行內(nèi)部控制。

總之，當(dāng)前的企業(yè)內(nèi)部控制制度，不是單純從企業(yè)管理角度，就是單純從信息技術(shù)角度，都沒有從技術(shù)與管理共生協(xié)同的角度進(jìn)行考慮與設(shè)計(jì)，管理與技術(shù)兩張皮。而物聯(lián)網(wǎng)下，企業(yè)的生產(chǎn)要素中生產(chǎn)資料與勞動者一樣是主體與客體相融合的要素，不像以前，勞動者是勞動主體，生產(chǎn)資料是勞動客體。因此，必須改變原來的企業(yè)內(nèi)部控制體系與性質(zhì)。

二、企業(yè)是個復(fù)雜的“大系統(tǒng)”：物聯(lián)網(wǎng)下企業(yè)的特征

企業(yè)內(nèi)部控制性質(zhì)隨著企業(yè)的變化而變化，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用，企業(yè)越來越呈現(xiàn)“大系統(tǒng)”的性質(zhì)。

由于現(xiàn)代社會信息化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，特別是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在企業(yè)中的廣泛應(yīng)用，企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備等生產(chǎn)資料、各種原料的智能化（smart）以及網(wǎng)絡(luò)智慧化（intelligent），企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營與管理呈現(xiàn)出規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能綜合、因素眾多等復(fù)雜的“大系統(tǒng)”的特征。

（一）規(guī)模龐大

企業(yè)大系統(tǒng)包含相互嵌套的子系統(tǒng)（小系統(tǒng)，如：生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、管理系統(tǒng)）、部件（如：機(jī)器設(shè)備）、元件（如：傳感器、接收器等）甚多。通常，企業(yè)大系統(tǒng)占有的空間大，經(jīng)歷的時間長，設(shè)計(jì)的范圍廣，具有分散性（如：企業(yè)全球化經(jīng)營）。

（二）結(jié)構(gòu)復(fù)雜

企業(yè)大系統(tǒng)中各子系統(tǒng)、部件、元件之間大的相互關(guān)系復(fù)雜。通常，企業(yè)大系統(tǒng)中不僅包含有物，還包含有人，具有“人―物”、“人―人”、“物―物”之間的多種復(fù)雜關(guān)系，同時，由于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備等生產(chǎn)資料、各種原料的智能化（smart）以及網(wǎng)絡(luò)智慧化（intelligent），企業(yè)除了人之外，各種“物”也都相應(yīng)成為主動系統(tǒng)。哲學(xué)意義上的主體客體的關(guān)系真正成為相對的關(guān)系。

（三）功能綜合

通常，企業(yè)大系統(tǒng)的目標(biāo)是多樣的，企業(yè)不僅要實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的生產(chǎn)目標(biāo)，更要實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，同時要實(shí)現(xiàn)社會責(zé)任目標(biāo)和生態(tài)和諧的目標(biāo)。因而，企業(yè)大系統(tǒng)的功能必是多方面的，如企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制功能、企業(yè)經(jīng)濟(jì)管理功能、企業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)功能、企業(yè)社會就業(yè)功能等等，為此功能要系統(tǒng)綜合。

（四）因素眾多

企業(yè)大系統(tǒng)是多變量、多輸入、多輸出、多目標(biāo)、多參數(shù)、多干擾的系統(tǒng)。同時，企業(yè)不僅有“物”的因素，還有“人”的因素；不僅有技術(shù)因素，還有經(jīng)濟(jì)因素、社會因素等。這些因素具有不確定性、不確知性。

正因?yàn)槠髽I(yè)是一個復(fù)雜的“大系統(tǒng)”，如何分析、設(shè)計(jì)、控制、管理、高度指揮企業(yè)這個復(fù)雜大系統(tǒng)，這是當(dāng)前控制科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)面臨的重大課題。

三、大系統(tǒng)智能控制：企業(yè)內(nèi)部控制發(fā)展的革命

（一）科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)律：企業(yè)大系統(tǒng)智能控制的物質(zhì)基礎(chǔ)

從技術(shù)角度看，人類進(jìn)化發(fā)展史，就是科學(xué)技術(shù)發(fā)展史。一般說來，人類進(jìn)化發(fā)展經(jīng)過“生物學(xué)意義進(jìn)化”階段、“文明進(jìn)化”階段兩個階段。當(dāng)前，正在向“智能進(jìn)化”階段發(fā)展。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的“輔人”階段、“擬人”階段到“共生”階段的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)為企業(yè)智能控制提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

人類的“生物學(xué)意義進(jìn)化”階段的特征是僅靠生物體自身各種器官功能的調(diào)整來增強(qiáng)它的能力，是一種“著眼體內(nèi)”的進(jìn)化，如：人類的直立行走與手腳分工。

人類的“文明進(jìn)化”階段的特征是利用外部世界的資源來增強(qiáng)自身的能力，如：制造和使用工具。制造工具的原理升華為科學(xué)，制造工具的經(jīng)驗(yàn)和技巧則沉淀為技術(shù)?？茖W(xué)技術(shù)不斷發(fā)展完全是為“增強(qiáng)人類能力”服務(wù)的，因此，命名為科學(xué)技術(shù)的“輔人律”。如：農(nóng)業(yè)時代的發(fā)展主線是增強(qiáng)人類體質(zhì)功能的材料科學(xué)技術(shù)和相應(yīng)的基礎(chǔ)科學(xué)；工業(yè)時代的發(fā)展主線是增強(qiáng)人類體質(zhì)功能的能量科學(xué)技術(shù)和相應(yīng)的基礎(chǔ)科學(xué)。

人類的“智能進(jìn)化”階段特征是利用外部世界的信息及智能資源來增強(qiáng)自身的能力。如：物的智能化（smart）、網(wǎng)絡(luò)智慧化（intelligent），它們?yōu)槿祟惖闹悄芡饣峁┝宋镔|(zhì)基礎(chǔ)。信息時代的發(fā)展主線是增強(qiáng)人類智力功能的信息科學(xué)技術(shù)和相應(yīng)的基礎(chǔ)科學(xué)，這就是在科學(xué)技術(shù)的“輔人律”基礎(chǔ)上的科學(xué)技術(shù)的“擬人律”。既然科學(xué)技術(shù)的作用是“輔人”，它的發(fā)展是“擬人”的，那么，科學(xué)技術(shù)和利用科學(xué)技術(shù)所創(chuàng)造的工具就必然與它的主人（人類）形成以人為主、以機(jī)為輔的共生合作關(guān)系，這就是科學(xué)技術(shù)的“共生律”。

因此，按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的“輔人律”、“擬人律”、“共生律”，處于21世紀(jì)信息時代的大背景下，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的核心、前沿和制高點(diǎn)就應(yīng)當(dāng)是“增強(qiáng)人類智力能力”?！爸悄堋笔恰靶畔ⅰ钡木式Y(jié)晶，“智能科學(xué)技術(shù)”是“信息科學(xué)技術(shù)”的輝煌篇章，“智能化”是“信息化”發(fā)展的新動身、新階段。

所以，正如人類不僅要研究“腦的結(jié)構(gòu)”，更要研究“腦的工作機(jī)制”，我們不僅要研究企業(yè)的智能結(jié)構(gòu)，更要研究企業(yè)智能工作機(jī)制。

（二）控制理論的發(fā)展規(guī)律：企業(yè)大系統(tǒng)智能控制的理論基礎(chǔ)

根據(jù)控制理論研究成果，當(dāng)前控制理論發(fā)展經(jīng)過“經(jīng)典控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“大系統(tǒng)控制理論”、“大系統(tǒng)智能控制理論”等四個階段，具體如圖1?？刂评碚摰陌l(fā)展為企業(yè)智能控制提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

第一代控制理論即所謂“經(jīng)典控制理論”，它主要采用傳遞函數(shù)模型、頻域分析與綜合方法，研究單變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和單機(jī)自動化技術(shù)問題。

第二代控制理論即所謂“現(xiàn)代控制理論”，它主要采用狀態(tài)方程模型、時域分析與綜合方法，研究多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和機(jī)組自動化技術(shù)問題。

第三代控制理論分為兩個發(fā)展方向：大系統(tǒng)理論與智能控制理論。

大系統(tǒng)理論，代表控制理論向廣度方向發(fā)展。大系統(tǒng)理論是第二代控制理論與運(yùn)籌學(xué)相結(jié)合、控制系統(tǒng)與系統(tǒng)工程相結(jié)合的產(chǎn)物，主要采用狀態(tài)方程及代數(shù)方程的數(shù)學(xué)模型、分解―協(xié)調(diào)方法，研究大系統(tǒng)的最優(yōu)化、穩(wěn)定化和模型簡化等問題，以及大系統(tǒng)的綜合自動化技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題。

智能控制理論，代表控制理論向高度發(fā)展，提高控制系統(tǒng)的智能水平。如：自識別、自組織、自尋優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等方面的智能水平。智能控制理論是控制理論與人工智能相結(jié)合、控制工程與知識工程相結(jié)合的產(chǎn)物。

第四代控制理論就是“大系統(tǒng)智能控制”。

大系統(tǒng)智能控制理論是第四代控制理論，反映了控制理論向廣度和高度兩個方向的發(fā)展。大系統(tǒng)智能控制理論是智能控制向廣度的發(fā)展，研究各種大系統(tǒng)的智能控制問題，包括工程技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)、生物生態(tài)大系統(tǒng)的控制、管理、決策等問題；大系統(tǒng)智能控制理論是大系統(tǒng)控制向高度發(fā)展，提高大系統(tǒng)控制的智能水平，如大系統(tǒng)的智能控制、智能管理、智能決策的水平。

第四代控制理論即大系統(tǒng)智能控制符合學(xué)科“分化―結(jié)合”的規(guī)律。如果說，第二代控制理論分化為大系統(tǒng)理論與智能控制理論，那么，大系統(tǒng)智能控制理論將是大系統(tǒng)理論與智能控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物。

四、大系統(tǒng)智能控制：企業(yè)大系統(tǒng)智能控制的性質(zhì)

智能控制是人工智能（artificial intelligence）和自動控制（automation control）相結(jié)合的新技術(shù)，是工程界、企業(yè)界共同關(guān)注的熱門課題。大系統(tǒng)智能控制是智能控制與大系統(tǒng)控制的融合。智能控制論是控制理論向智能水平高度發(fā)展的新分支；大系統(tǒng)控制論是控制論向系統(tǒng)規(guī)模廣度發(fā)展的新分支。大系統(tǒng)智能控制按控制級別可分為高層控制和基層控制。高層控制包括指揮決策、計(jì)劃管理、生產(chǎn)調(diào)度；基層控制包括自動調(diào)節(jié)、過程控制、操作控制。大系統(tǒng)智能控制按智能類別可分為如下控制性質(zhì)：自穩(wěn)定控制、自識別控制、自協(xié)調(diào)控制、自優(yōu)化控制、自學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、自組織控制、自規(guī)劃控制、自修復(fù)控制等。

篇10

近年來，隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)不斷的應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，制造業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式發(fā)生了翻天覆地的變化，其專業(yè)技術(shù)體系已經(jīng)日趨形成。目前， 建模與仿真技術(shù)正向“數(shù)字化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化、協(xié)同化”為方向發(fā)展。我國建模技術(shù)尤其在復(fù)雜系統(tǒng)建模技術(shù)、智能系統(tǒng)建模技術(shù)和基于智能科學(xué)的建模技術(shù)、定性與定量組合的實(shí)體建模技術(shù)、復(fù)雜分布建模環(huán)境等方面取得了較大的進(jìn)展。在建模與仿真支撐系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)方面， 我國在實(shí)時仿真算法、各類系統(tǒng)的并行算法、視化算法與軟件、分布仿真運(yùn)行支撐平臺、虛擬樣機(jī)工程支撐平臺、仿真網(wǎng)格等方面取得了一批高水平研究成果。相繼研制和生產(chǎn)了多種型號的模擬計(jì)算機(jī)、混合模擬計(jì)算機(jī)及混合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、全數(shù)字并行仿真計(jì)算機(jī)，并正從局部、分散的研究向?qū)嵱没?、自動化、?guī)范化、集成化發(fā)展。工程力學(xué)建模在我國現(xiàn)階段的制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，可以有效的縮短產(chǎn)品生命周期，提高產(chǎn)品的性能、多樣化、高質(zhì)量、人性化，很大程度上滿足了現(xiàn)在多元化的競爭市場。加強(qiáng)對工程力學(xué)建模是我國制造業(yè)的一大重要任務(wù)，也是滿足多元化市場增加競爭力的必然要求。

1.建模技術(shù)的基本原則

傳統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)需要工程設(shè)計(jì)人員將設(shè)計(jì)問題用數(shù)學(xué)方程的形式全面準(zhǔn)確地描述，即確定設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)， 因此要求設(shè)計(jì)人員不但要熟悉產(chǎn)品的設(shè)計(jì)， 還要掌握一定的優(yōu)化理論和數(shù)值計(jì)算方法。對大多數(shù)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員來說，做到這一點(diǎn)是很困難的。這在一定程度上影響了優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用。對于復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品來說，數(shù)學(xué)模型建立的好壞對優(yōu)化設(shè)計(jì)成功與否起著決定性的作用。多學(xué)科產(chǎn)品建模的總體原則可分為：①支持產(chǎn)品的更新。無論是開發(fā)新產(chǎn)品，還是對老產(chǎn)品的改進(jìn)，建模技術(shù)必須考慮到產(chǎn)品的更新設(shè)計(jì)，這就要求建立基于參數(shù)驅(qū)動的產(chǎn)品模型。②支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)的進(jìn)程。一般的設(shè)計(jì)進(jìn)程包括功能設(shè)計(jì)、原理設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)等多個階段。在每個階段都包括概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、分析評價(jià)到重設(shè)計(jì)等一系列反復(fù)過程。建模就是要支持產(chǎn)品從整體設(shè)計(jì)到局部設(shè)計(jì)、從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的不斷反復(fù)、迭代的進(jìn)程。③支持產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)換的全過程。機(jī)械產(chǎn)品的多學(xué)科優(yōu)化建模的最終目標(biāo)是生成優(yōu)化任務(wù)數(shù)學(xué)模型。產(chǎn)品模型是對產(chǎn)品物理結(jié)構(gòu)的真實(shí)反映， 而計(jì)算機(jī)能對優(yōu)化任務(wù)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算。全性能優(yōu)化建模不僅要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全系統(tǒng)和全性能的描述，還要根據(jù)不同的要求轉(zhuǎn)換為不同的優(yōu)化任務(wù)數(shù)學(xué)模型， 實(shí)現(xiàn)物理模型和數(shù)學(xué)模型的自動轉(zhuǎn)變。

2.建模技術(shù)分析與處理間的相互關(guān)系

完美的設(shè)計(jì)已成為當(dāng)今制造行業(yè)追求的關(guān)鍵問題，為了達(dá)到這一境界人們提出了多學(xué)科建模技術(shù)。多學(xué)科優(yōu)化建模應(yīng)綜合考慮產(chǎn)品多方位的全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和社會性等各方面性能的統(tǒng)一，以及全面考察從設(shè)計(jì)、制造、使用到回收整個產(chǎn)品的全生命周期過程。工程力學(xué)建模是后期計(jì)算的基礎(chǔ)，所建立的模型既要保證后期的分析計(jì)算結(jié)果不失真，也要保證后期的分析計(jì)算能夠在實(shí)際中可以實(shí)施，就要同時把握兩個原則“可靠性”和“經(jīng)濟(jì)性”。建模技術(shù)研究的具體內(nèi)容包括：功能方案、產(chǎn)品建模、優(yōu)化規(guī)劃、優(yōu)化算法、尋優(yōu)搜索和結(jié)果處理等。計(jì)算精度能夠達(dá)到工程要求，它直接影響工程能否正常運(yùn)行。以工作規(guī)范以及國家標(biāo)準(zhǔn)系列等為依據(jù)，保障力學(xué)分析計(jì)算的可靠性?？梢园哑渲姓贾鲗?dǎo)作用的內(nèi)容歸納為：初步建模、尋優(yōu)搜索和耦合分析與處理三方面，它們構(gòu)成了建模設(shè)計(jì)優(yōu)化的主體，也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化不同于傳統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵所在，而其它方面的內(nèi)容則是該主體的延伸及支撐。這三方面的內(nèi)容是相互依存、相互統(tǒng)一不可分割的，不同的建模方式導(dǎo)致了相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域間不同耦合關(guān)系的產(chǎn)生，而不同的耦合關(guān)系又需要不同的搜索策略和方法，不同的搜索策略和方法又必須有合適的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型與之相匹配。

3.現(xiàn)代建模方法介紹

3.1元建模技術(shù)和產(chǎn)品建模技術(shù)

一直以來，人們對建模方法學(xué)進(jìn)行了大量的研究，具有代表性的是元建模技術(shù)和以功能為核心的產(chǎn)品建模技術(shù)。基于產(chǎn)品物理本質(zhì)的元建模技術(shù)，認(rèn)為各種應(yīng)用模型難以溝通的原因在于不同的領(lǐng)域所涉及的知識域不同，而現(xiàn)有的模型缺乏這些知識域之間的聯(lián)系，因此無法進(jìn)行信息的重用與共享。他們把產(chǎn)品中那些反映物理本質(zhì)的信息如質(zhì)量、力等屬性作為信息元，用符號來描述不同抽象程度、不同粒度、不同近似度以及不同對應(yīng)關(guān)系上各信息元之間的物理依賴關(guān)系，用由這些信息元及其依賴關(guān)系構(gòu)成的元模型來建立起知識域之間的聯(lián)系，最后通過定性推理從元模型中導(dǎo)出各應(yīng)用分析模型，而各應(yīng)用模型的變化也能通過元模型傳播到其它應(yīng)用模型。但建立基于物理本質(zhì)的元模型需要開發(fā)人員對產(chǎn)品的各種物理規(guī)律有清楚的了解， 這在產(chǎn)品開發(fā)過程的初始階段是十分困難的。用功能單元來描述產(chǎn)品既可以使設(shè)計(jì)人員避免從設(shè)計(jì)一開始就面臨著對設(shè)計(jì)對象物理規(guī)律的抽象，又可以滿足概念設(shè)計(jì)的需要。然而，多學(xué)科建模需要解決的任務(wù)是多方位的，隨著產(chǎn)品開發(fā)過程的推進(jìn)“功能單元”描述需要不斷深化。如何由基礎(chǔ)的功能單元衍生出各種應(yīng)用所需要的新的功能模型，保證多學(xué)科建模各階段模型一致性、可擴(kuò)充性、可集成性以及可重用性是各種建模方法所需解決的核心內(nèi)容。

3.2現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)協(xié)同建模技術(shù)