地方工科院校“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)控制類(lèi)課程教學(xué)的探討

張　磊　劉作軍　楊　鵬　孫鶴旭

摘要：地方工科院校建設(shè)“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)時(shí)需要堅(jiān)持“工學(xué)并舉”的思路，將專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)和社會(huì)工程需求有機(jī)地結(jié)合，為畢業(yè)生就業(yè)提供更廣闊的空間，本文結(jié)合河北工業(yè)大學(xué)的實(shí)際情況，探討了“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)控制類(lèi)課程的教學(xué)。首先介紹河北工業(yè)大學(xué)該專(zhuān)業(yè)的成立背景，其次介紹該專(zhuān)業(yè)的主要課程，最后探討該專(zhuān)業(yè)控制類(lèi)課程教學(xué)的思路。

關(guān)鍵詞：智能科學(xué)與技術(shù)；地方工科院校；控制類(lèi)課程

中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

智能科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)成為信息技術(shù)創(chuàng)新的重要增長(zhǎng)點(diǎn)，其廣泛的應(yīng)用前景日趨明顯，如智能機(jī)器人、智能化機(jī)器、智能化電器、智能化樓宇、智能化社區(qū)、智能化物流等等，所培養(yǎng)的學(xué)生正是目前高新技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需的人才，同時(shí)這類(lèi)人才也會(huì)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的提升起到積極的作用，就業(yè)前景廣闊。

河北工業(yè)大學(xué)是一所以工科為主，工、理、管、經(jīng)、文、法多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的河北省屬骨干大學(xué)，是國(guó)家“211工程”重點(diǎn)建設(shè)的高等學(xué)校。學(xué)校具有百余年的辦學(xué)歷史，其前身是始建于1903年的“北洋工藝學(xué)堂”，于1995年更名為河北工業(yè)大學(xué)。

為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展要求，我校設(shè)立了“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)。該專(zhuān)業(yè)建設(shè)主要以“控制科學(xué)與工程”學(xué)科、自動(dòng)化系和電工電子教學(xué)中心為基礎(chǔ)。目前從事智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)方向研究的學(xué)術(shù)隊(duì)伍有教授6名，副教授8名，講師5名，助教4名。近年來(lái)，承擔(dān)智能科學(xué)與技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域國(guó)家自然科學(xué)基金等國(guó)家級(jí)課題11項(xiàng)、省部級(jí)基金和科研課題18項(xiàng)。

2課程設(shè)置

河北工業(yè)大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)自2008年9月開(kāi)始招生(30人)，現(xiàn)執(zhí)行培養(yǎng)計(jì)劃的培養(yǎng)目標(biāo)中明確指出：“培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，基礎(chǔ)厚、口徑寬、能力強(qiáng)、具備智能科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用能力，綜合掌握智能控制與智能決策的方法和技術(shù)，具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才”，其中特別強(qiáng)調(diào)了“智能控制與智能決策”和“創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”。

對(duì)于地方工科院校，特別是該專(zhuān)業(yè)源于自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的地方工科院校，上述兩點(diǎn)應(yīng)該是比較務(wù)實(shí)的。目標(biāo)過(guò)高或者過(guò)于偏重方法，可能造成學(xué)生學(xué)習(xí)效果不好、就業(yè)形式嚴(yán)峻，從而影響該專(zhuān)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展，甚至關(guān)系到生存問(wèn)題。

基于上述培養(yǎng)目標(biāo)，提出畢業(yè)生的就業(yè)方向?yàn)椋骸爱厴I(yè)生能夠在工業(yè)生產(chǎn)第一線(xiàn)、科研院所、大專(zhuān)院校等單位從事智能化系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與科學(xué)研究，并且在計(jì)算機(jī)應(yīng)用與行業(yè)管理等方面有較強(qiáng)的工作能力?！?。

同時(shí)，相應(yīng)的培養(yǎng)要求為“本專(zhuān)業(yè)的特色在于智能理論與智能技術(shù)。通過(guò)各個(gè)教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)，使學(xué)生熟練掌握智能技術(shù)與方法、控制理論、電路與電子技術(shù)等基本知識(shí)，掌握有關(guān)工業(yè)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試方法，以及企業(yè)智能決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、運(yùn)行管理等相關(guān)技術(shù)?！?。

為了滿(mǎn)足上述培養(yǎng)要求，我們?cè)O(shè)置了如下主干課程和特色課程。

(1)主干課程

電路、電子技術(shù)、微機(jī)原理、微機(jī)控制技術(shù)、自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論、人工智能概論、智能控制。

(2)特色課程

微機(jī)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真(雙語(yǔ))、工程學(xué)概論、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)、最優(yōu)化理論與計(jì)算、復(fù)雜系統(tǒng)建模、智能信息處理。

在主干的課程里，涉及控制類(lèi)的課程包括自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論、微機(jī)控制技術(shù)、智能控制四門(mén)課程。

控制類(lèi)課程非常強(qiáng)調(diào)循序漸進(jìn)，由經(jīng)典控制理論到現(xiàn)代控制理論或計(jì)算機(jī)控制理論，再到智能控制理論。三個(gè)學(xué)期的專(zhuān)業(yè)課教學(xué)，如何能夠很好的完成這個(gè)過(guò)程是值得探討的問(wèn)題。

對(duì)于“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)，其主干課中控制類(lèi)課程并沒(méi)有智能控制，因此壓力相對(duì)減輕。而對(duì)于“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，智能控制課程應(yīng)該講是重中之重，一是不能忽視，否則失去專(zhuān)業(yè)特色；二是前修課的教學(xué)如何配合。

3控制類(lèi)課程教學(xué)探討

在自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論、微機(jī)控制技術(shù)、智能控制四門(mén)課程的教學(xué)中，地方工科院校應(yīng)該始終堅(jiān)持“工學(xué)并舉”的思路。

3.1自動(dòng)控制理論

自動(dòng)控制理論課程是現(xiàn)代控制理論、微機(jī)控制技術(shù)、智能控制等的先修課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生系統(tǒng)掌握自動(dòng)控制的理論基礎(chǔ)，具備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域和頻域定性和定量分析及模擬仿真和數(shù)字仿真的能力，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

自動(dòng)控制理論課程是一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，講授內(nèi)容、講授次序以及實(shí)驗(yàn)編排已經(jīng)比較固定，教材也比較成熟，所以應(yīng)該從教學(xué)方式和教學(xué)方法進(jìn)行改革，以期獲得更好的教學(xué)效果。

結(jié)合河北工業(yè)大學(xué)具體情況，在“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)的教學(xué)大綱中提出如下教學(xué)基本要求：在本課程的教學(xué)中，要注意結(jié)合課程本身的性質(zhì)和特點(diǎn)進(jìn)行，把握基本概念，重視本課程各種關(guān)系的內(nèi)在聯(lián)系，重視實(shí)驗(yàn)課程，注意各種理論、方法和工具的使用范圍，理論聯(lián)系實(shí)際，在應(yīng)用實(shí)踐中提高。

針對(duì)“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，為了后續(xù)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的順利執(zhí)行，擬增加“具備利用數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)嚴(yán)格分析和推理能力”、“了解控制理論發(fā)展的趨勢(shì)和新概念”等內(nèi)容。

3.2現(xiàn)代控制理論

現(xiàn)代控制理論課程與自動(dòng)控制理論課程類(lèi)似，也是相對(duì)穩(wěn)定和成熟的課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生掌握線(xiàn)性系統(tǒng)的基本理論知識(shí)、系統(tǒng)建模、分析和設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

結(jié)合河北工業(yè)大學(xué)具體情況，在“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)的教學(xué)大綱中提出如下教學(xué)基本要求：“在本課程的教學(xué)中，要注意結(jié)合課程本身的性質(zhì)和特點(diǎn)進(jìn)行，把握基本概念，重視本課程各種關(guān)系內(nèi)在聯(lián)系，注意各種理論、方法和工具的使用范圍，理論聯(lián)系實(shí)際，在應(yīng)用實(shí)踐中提高。”。

針對(duì)“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，為了后續(xù)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的順利執(zhí)行，擬增加“具備利用數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)嚴(yán)格分析和推理能力”、“掌握最先進(jìn)的系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法”等內(nèi)容。

3.3微機(jī)控制技術(shù)

微機(jī)控制技術(shù)課程是工科大學(xué)信息類(lèi)學(xué)生的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。它的先修課程包括自動(dòng)控制理論、數(shù)電、模電等課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生掌握離散控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)中的基本方法。

微機(jī)控制技術(shù)課程的講授內(nèi)容相對(duì)廣泛，有必要針對(duì)社會(huì)的需要以及學(xué)生的畢業(yè)去向進(jìn)行內(nèi)容篩選，加強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)和對(duì)實(shí)際問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，提高他們處理工程問(wèn)題的能力和經(jīng)驗(yàn)。

結(jié)合河北工業(yè)大學(xué)具體情況，在“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)的教學(xué)大綱中提出如下教學(xué)基本要求。

(1)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要組成掌握接口電路的原理與應(yīng)用

(2)掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本應(yīng)用軟件

(3)學(xué)習(xí)PID調(diào)節(jié)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)

(4)學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的軟、硬件組成

(5)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)

(6)串行通訊

(7)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)

(8)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的高級(jí)語(yǔ)言編程

針對(duì)“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，為了后續(xù)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的順利執(zhí)行，擬增加“狀態(tài)反饋的數(shù)字實(shí)現(xiàn)”、“復(fù)雜控制算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)”等內(nèi)容。

3.4智能控制

智能控制課程是“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)的最重要及最有特色的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)中的基本方法。

智能控制課程的講授內(nèi)容相對(duì)廣泛，有必要針對(duì)社會(huì)的需要以及學(xué)生的畢業(yè)去向進(jìn)行內(nèi)容篩選，加強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)和對(duì)實(shí)際問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，提高他們處理工程問(wèn)題的能力和經(jīng)驗(yàn)。

結(jié)合河北工業(yè)大學(xué)具體情況，在“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)的教學(xué)大綱中提出如下教學(xué)基本要求。

(1)掌握模糊系統(tǒng)的基本概念及設(shè)計(jì)方法

(2)掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、主要分類(lèi)及主要用途

(3)掌握遺傳算法的基本概念和初步應(yīng)用

針對(duì)“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，擬增加“具各利用數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)嚴(yán)格分析和推理能力”、“智能控制算法的數(shù)字仿真和硬件實(shí)現(xiàn)”等內(nèi)容。

3.5與其他課程的配合

學(xué)生畢業(yè)后的去向大致有攻讀(本校、外校、境外高校)研究生、參加工作、自主創(chuàng)業(yè)等情況。就河北工業(yè)大學(xué)具體情況而言，應(yīng)重點(diǎn)放于學(xué)生就業(yè)的需要，同時(shí)兼顧學(xué)生繼續(xù)深造的需要。在培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)實(shí)的理論和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)的同時(shí)，著力培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

(1)與數(shù)理基礎(chǔ)課的配合

對(duì)于“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，應(yīng)提高學(xué)生對(duì)數(shù)理基礎(chǔ)課的重視程度，加大數(shù)理基礎(chǔ)課的比重，并在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中增加部分?jǐn)?shù)理基礎(chǔ)課。

同時(shí)在自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論、微機(jī)控制技術(shù)、智能控制四門(mén)課程的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該做到與數(shù)理基礎(chǔ)課密切聯(lián)系，盡量避免近似計(jì)算公式，而應(yīng)該著重于推理能力。使得學(xué)生在前7個(gè)學(xué)期數(shù)理基礎(chǔ)不斷增強(qiáng)，很好的達(dá)到考研要求。

(2)與應(yīng)用技術(shù)課的配合

控制類(lèi)課程與數(shù)理基礎(chǔ)課的配合，才能使控制類(lèi)課程的學(xué)習(xí)“上能看到天”，同時(shí)唯有與應(yīng)用技術(shù)課的配合，才能使控制類(lèi)課程的學(xué)習(xí)“下能觸到地”。對(duì)于地方工科院校的學(xué)生而言，與應(yīng)用技術(shù)課的配合更加重要。

“自動(dòng)控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”課程應(yīng)與基于MATLAB平臺(tái)的仿真技術(shù)密切聯(lián)系。

要求學(xué)生掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)字仿真的基本方法：掌握現(xiàn)代控制系統(tǒng)數(shù)字仿真的基本方法；掌握用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究實(shí)際控制系統(tǒng)的原則和方法，確定仿真模型、選擇算法和結(jié)果分析的一般方法：學(xué)習(xí)Matlab和軟件在控制系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用。

“微機(jī)控制技術(shù)”課程應(yīng)與單片機(jī)或可編程序控制器等實(shí)現(xiàn)技術(shù)密切聯(lián)系。

單片機(jī)課程結(jié)合Intel MCS-51系列單片機(jī)中的805l芯片進(jìn)行講授，要求學(xué)生掌握單片機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)；掌握單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、基本配置和總線(xiàn)時(shí)序、指令系統(tǒng)的尋址方式、程序設(shè)計(jì)方法等；掌握串行通訊的使用方法：掌握利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制算法。

“可編程序控制器”是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，要求學(xué)生在掌握可編程序控制器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的前提下，重點(diǎn)掌握PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接方法、編程的基本方法與應(yīng)用，對(duì)PLC的通訊方法與其網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)有初步的了解：掌握利用可編程序控制器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制算法。

“智能控制”課程應(yīng)與嵌入式系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)技術(shù)密切聯(lián)系。

“嵌入式系統(tǒng)”課程圍繞目前主流的32位ARM處理器和源碼開(kāi)放的Linux操作系統(tǒng)，要求學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的概念、軟硬件組成、開(kāi)發(fā)過(guò)程以及嵌入式Linux應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方法；掌握利用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制算法。

4結(jié)束語(yǔ)

“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)作為新興專(zhuān)業(yè)，由于各個(gè)學(xué)校建設(shè)的基礎(chǔ)不同帶來(lái)不同的待解決問(wèn)題。作為地方工科院校的，并來(lái)源于“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)的“智能科學(xué)與技術(shù)”，如何建設(shè)控制類(lèi)課程是本文的研究所在。

通過(guò)加強(qiáng)和緊密聯(lián)系數(shù)理基礎(chǔ)課程，并強(qiáng)化和緊密聯(lián)系應(yīng)用技術(shù)課程，使得學(xué)生學(xué)習(xí)控制理論不膚淺，應(yīng)用控制理論不困難，特別掌握智能控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，以區(qū)別于并優(yōu)于其他專(zhuān)業(yè)。

“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)的教學(xué)改革還需不斷深化，下一步的工作主要在于調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和學(xué)生就業(yè)主渠道的反饋意見(jiàn)。