地方工科院校“智能科学与技术”专业控制类课程教学的探讨

1、地方工科院校“智能科学与技术”专业控制类课程 教学的探讨1 引言智能科学与技术已经成为信息技术创新的重要增长点， 其广 泛的应用前景日趋明显，如智能机器人、智能化机器、智能化电 器、智能化楼宇、智能化社区、智能化物流等等，所培养的学生 正是目前高新技术研究及产业发展急需的人才， 同时这类人才也 会对传统产业的提升起到积极的作用，就业前景广阔。河北工业大学是一所以工科为主，工、理、管、经、文、法 多学科协调发展的河北省属骨干大学，是国家“ 211 工程”重点 建设的高等学校。 学校具有百余年的办学历史， 其前身是始建于 1903年的“北洋工艺学堂”，于 1995 年更名为河北工业大学。为适应社会

2、发展要求，我校设立了“智能科学与技术”专 业。该专业建设主要以“控制科学与工程”学科、 自动化系和电 工电子教学中心为基础。 目前从事智能科学与技术专业方向研究 的学术队伍有教授 6名，副教授 8 名，讲师 5名，助教 4名。近 年来，承担智能科学与技术相关领域国家自然科学基金等国家级 课题 11 项、省部级基金和科研课题 18 项。2 课程设置河北工业大学“智能科学与技术”专业自 2008年 9月开始 招生（30 人） ，现执行培养计划的培养目标中明确指出：“培养 德、智、体、美全面发展，基础厚、口径宽、能力强、具备智能 科学与技术基础知识与应用能力， 综合掌握智能控制与智能决策 的方法和技

3、术， 具有创新精神和实践能力的高素质智能科学与技 术专业人才”， 其中特别强调了“智能控制与智能决策”和“创 新精神和实践能力”。对于地方工科院校， 特别是该专业源于自动化专业的地方工 科院校， 上述两点应该是比较务实的。 目标过高或者过于偏重方 法，可能造成学生学习效果不好、就业形式严峻，从而影响该专 业的建设和发展，甚至关系到生存问题。基于上述培养目标， 提出毕业生的就业方向为： “毕业生能 够在工业生产第一线、 科研院所、 大专院校等单位从事智能化系 统和产品设计、 开发与科学研究， 并且在计算机应用与行业管理 等方面有较强的工作能力。”。同时，相应的培养要求为“本专业的特色在于智能理论

4、与智 能技术。 通过各个教学和实践环节的培养， 使学生熟练掌握智能 技术与方法、控制理论、电路与电子技术等基本知识，掌握有关 工业智能控制系统的设计、制造、调试方法，以及企业智能决策 系统设计、开发、运行管理等相关技术。”。为了满足上述培养要求， 我们设置了如下主干课程和特色课 程。(1) 主干课程 电路、电子技术、微机原理、微机控制技术、 自动控制理论、 现代控制理论、人工智能概论、智能控制。(2) 特色课程微机控制技术、 计算机仿真 ( 双语 ) 、工程学概论、 系统工程、 运筹学、最优化理论与计算、复杂系统建模、智能信息处理。在主干的课程里， 涉及控制类的课程包括自动控制理论、 现 代控

5、制理论、微机控制技术、智能控制四门课程。控制类课程非常强调循序渐进， 由经典控制理论到现代控制 理论或计算机控制理论， 再到智能控制理论。 三个学期的专业课 教学，如何能够很好的完成这个过程是值得探讨的问题。对于“自动化”专业， 其主干课中控制类课程并没有智能控 制，因此压力相对减轻。而对于“智能科学与技术”专业，智能 控制课程应该讲是重中之重， 一是不能忽视， 否则失去专业特色； 二是前修课的教学如何配合。3 控制类课程教学探讨 在自动控制理论、现代控制理论、微机控制技术、智能控制 四门课程的教学中， 地方工科院校应该始终坚持“工学并举”的 思路。3.1 自动控制理论 自动控制理论课程是现代

6、控制理论、 微机控制技术、 智能控 制等的先修课程。 通过本课程的学习， 使得学生系统掌握自动控 制的理论基础， 具备对系统进行时域和频域定性和定量分析及模 拟仿真和数字仿真的能力，为后续专业课学习奠定坚实的基础。自动控制理论课程是一门专业基础课程， 讲授内容、 讲授次 序以及实验编排已经比较固定， 教材也比较成熟， 所以应该从教 学方式和教学方法进行改革，以期获得更好的教学效果。结合河北工业大学具体情况， 在“自动化”专业的教学大纲 中提出如下教学基本要求： 在本课程的教学中， 要注意结合课程 本身的性质和特点进行， 把握基本概念， 重视本课程各种关系的 内在联系，重视实验课程，注意各种理论

7、、方法和工具的使用范 围，理论联系实际，在应用实践中提高。针对“智能科学与技术”专业， 为了后续专业课教学的顺利 执行，拟增加“具备利用数理基础知识严格分析和推理能力”、 “了解控制理论发展的趋势和新概念”等内容。3.2 现代控制理论现代控制理论课程与自动控制理论课程类似， 也是相对稳定 和成熟的课程。 通过本课程的学习， 使得学生掌握线性系统的基 本理论知识、系统建模、分析和设计方法，为后续专业课学习奠 定坚实的基础。结合河北工业大学具体情况， 在“自动化”专业的教学大纲 中提出如下教学基本要求： “在本课程的教学中， 要注意结合课 程本身的性质和特点进行， 把握基本概念， 重视本课程各种关

8、系 内在联系，注意各种理论、方法和工具的使用范围，理论联系实 际，在应用实践中提高。”。针对“智能科学与技术”专业， 为了后续专业课教学的顺利 执行，拟增加“具备利用数理基础知识严格分析和推理能力”、 “掌握最先进的系统分析设计方法”等内容。3.3 微机控制技术 微机控制技术课程是工科大学信息类学生的重要专业基础 课。它的先修课程包括自动控制理论、数电、模电等课程。通过 本课程的学习， 使得学生掌握离散控制系统和计算机控制系统的 设计与工程实现中的基本方法。微机控制技术课程的讲授内容相对广泛， 有必要针对社会的 需要以及学生的毕业去向进行内容筛选， 加强学生的工程意识和 对实际问题的认识，提高

9、他们处理工程问题的能力和经验。结合河北工业大学具体情况， 在“自动化”专业的教学大纲 中提出如下教学基本要求。(1) 了解计算机控制系统的主要组成掌握接口电路的原理与 应用(2) 掌握计算机控制系统基本应用软件(3) 学习 PID 调节的数字实现(4) 学习电动机微机控制系统的软、硬件组成(5) 学习计算机控制系统的综合设计 (6) 串行通讯(7) 计算机控制系统中的抗干扰设计(8) 了解计算机控制系统的高级语言编程 针对“智能科学与技术”专业， 为了后续专业课教学的顺利 执行，拟增加“状态反馈的数字实现”、 “复杂控制算法的数字 实现”等内容。3.4 智能控制 智能控制课程是“智能科学与技术

10、”专业的最重要及最有 特色的专业基础课之一。 通过本课程的学习， 学生应掌握智能控 制系统的设计与工程实现中的基本方法。智能控制课程的讲授内容相对广泛， 有必要针对社会的需要 以及学生的毕业去向进行内容筛选， 加强学生的工程意识和对实 际问题的认识，提高他们处理工程问题的能力和经验。结合河北工业大学具体情况， 在“自动化”专业的教学大纲 中提出如下教学基本要求。(1) 掌握模糊系统的基本概念及设计方法(2) 掌握神经网络的基本概念、主要分类及主要用途(3) 掌握遗传算法的基本概念和初步应用针对“智能科学与技术”专业， 拟增加“具各利用数理基础 知识严格分析和推理能力”、 “智能控制算法的数字仿

11、真和硬件 实现”等内容。3.5 与其他课程的配合学生毕业后的去向大致有攻读 ( 本校、外校、境外高校 ) 研究 生、参加工作、 自主创业等情况。 就河北工业大学具体情况而言， 应重点放于学生就业的需要， 同时兼顾学生继续深造的需要。 在 培养学生坚实的理论和专业基础的同时， 着力培养学生的动手实 践能力。(1) 与数理基础课的配合对于“智能科学与技术”专业， 应提高学生对数理基础课的 重视程度， 加大数理基础课的比重， 并在专业课教学中增加部分 数理基础课。同时在自动控制理论、现代控制理论、微机控制技术、智能 控制四门课程的教学过程中，应该做到与数理基础课密切联系， 尽量避免近似计算公式， 而

12、应该着重于推理能力。 使得学生在前 7 个学期数理基础不断增强，很好的达到考研要求。(2) 与应用技术课的配合控制类课程与数理基础课的配合， 才能使控制类课程的学习 “上能看到天”， 同时唯有与应用技术课的配合， 才能使控制类 课程的学习“下能触到地”。 对于地方工科院校的学生而言， 与 应用技术课的配合更加重要。“自动控制理论”和“现代控制理论”课程应与基于MATLABF台的仿真技术密切联系。要求学生掌握自动控制系统数字仿真的基本方法： 掌握现代 控制系统数字仿真的基本方法； 掌握用计算机仿真技术研究实际 控制系统的原则和方法， 确定仿真模型、 选择算法和结果分析的 一般方法：学习 Matl

13、ab 和软件在控制系统仿真中的应用。“微机控制技术”课程应与单片机或可编程序控制器等实 现技术密切联系。单片机课程结合In tel MCS-51系列单片机中的8051芯片进 行讲授， 要求学生掌握单片机系统的基础知识； 掌握单片机的内 部结构、基本配置和总线时序、指令系统的寻址方式、程序设计 方法等； 掌握串行通讯的使用方法： 掌握利用单片机实现简单控 制算法。“可编程序控制器”是一门实践性很强的课程， 要求学生在 掌握可编程序控制器的结构特点的前提下，重点掌握PLC与现场设备的连接方法、编程的基本方法与应用， 对PLC的通讯方法与 其网络控制技术有初步的了解： 掌握利用可编程序控制器实现简 单控制算法。“智能控制”课程应与嵌入式系统等实现技术密切联系。“嵌入式系统”课程围绕目前主流的 32位ARM处理器和源 码开放的 Linux 操作系统， 要求学生掌握嵌入式系统的概念、 软 硬件组成、 开发过程以及嵌入式 Linux 应用程序和驱动程序的开 发设计方法；掌握利用嵌入式系统实现智能控制算法。4 结束语“智能科学与技术”专业作为新兴专业， 由于各个学校建设 的