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智能科学与技术范文1
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
被认为是信息科学技术前沿和核心的“智能科学与技术”,自2004年由北京大学自主设立该本科专业以来,不但得到人们的普遍认同,而且得到了较大的发展,全国至今已有15所大学开办该本科专业,其中包含教育部直属高校7所和地方性高校7所,“211”高校就有10所。尽管“智能科学与技术”本科专业在全国已初具规模,但作为本科教育,乃处于起步和探索阶段,一级学科和二级学科还没有完全建立,培养方案的理论体系和实验体系还有待进一步探索和完善。本文主要结合我校在专业实验建设过程中的一些实际和体会,就“智能科学与技术”专业实验平台建设谈一些做法和设想。
2明确实验平台建设的目标和思路
专业的实验平台建设是为专业的培养目标服务的。我校“智能科学与技术”专业的培养目标是:学生要具备坚实的数学、电子技术、计算机和智能信息处理、机器学习和控制、计算机集成、智能理论与技术等较宽领域的工程技术基础知识和专业基础知识,能在科研、教育、企事业等部门从事智能理论研究、智能信息处理、智能技术应用等方面的教学、科研和开发应用等工作,成为能掌握智能理论与技术及专业技能的研究与应用的高级工程技术人才。培养要求是:了解信息系统及智能科学与技术领域的学科前沿、最新进展和发展动态;系统地掌握本专业领域宽广的技术基础理论知识,以适应智能信息处理与技术应
用等方面需求;掌握信息获取、处理的基本理论和智能处理的一般方法,具有设计、集成、应用智能系统的基本能力;具有较强的自学能力、文献检索、资料查询动手能力、创新意识和较高的综合素质等。
实验课不但是对相关理论知识的深入理解和综合运用,而且更是对动手动脑能力的综合培养和锻炼。因此,实验平台建设目标和思路是将基础实验、设计性与综合性实验与课程设计、毕业设计等相结合,理论课程的实验教学与智能科学技术相结合,增加学生创新性的实验与实践,培养学生扎实的理论基础和实践与创新的基本技能。
根据最近中国人工智能学会教育工作委员会制定的“智能科学与技术”作为一级学科,“智能理论与方法”、“知识处理技术”、“智能系统与应用”为一级学科下设的三个二级学科的思路,如图1。因此,实验平台建设的思路应是:(1) 能具备研究和探讨自然智能系统的机理和机器智能的模拟方法的实验系统。它主要包括:脑科学基础、认知科学理论、智能的模拟理论与方法、面向智能的信息理论、知识理论、逻辑理论、复杂系统的自组织理论、决策理论、问题求解方法、机器学习、群体智能、人工情感、人工意识等。(2)能进行知识处理技术多的实验设施或软件系统、智能工具。通过这些设施或软件,执行由信息到知识和知识到策略的思维性加工技术、智能检索、以及多媒体信息处理与机器感知、机器学习等。(3)具备智能系统与应用的各种对象,如智能机器人、智能装置、智能信息网络等。总之,实验的设备和环境既可使学生完成某门课程的验证性实验、综合性实验和设计性实验,也可完成多门课的交叉性实验或课程设计。
图1学科结构图
作者简介:陈以(1963-),男,广西玉林人,研究生,副教授,学院副院长,主要研究方向为智能控制、计算机应用技术。
3实验平台建设的主要内容
大学的实验教学不仅涵盖了理论课的内容,而且比理论课更为复杂。通过实验,既能丰富活跃学生的科学思维,又能使学生加深对课堂上学到的理论知识的理解、巩固和提高,并最终达到培养学生对客观世界的观察能力、分析能力和解决能力。为达到这样一个实验培养目的,实验平台建设的内容应从以下几方面入手。
3.1实验体系建设
“智能科学与技术”作为一个新办的专业,其实验教学体系尚处于探索和完善阶段。基于学校和学院现有的实验室基础,特别是学校创新实践教育特色和我院现有学科的实验室基础,我们在“智能科学与技术”专业的实验教学体系上重点考虑以下几方面的建设:
(1) 建立层次化的实验教学体系
层次化的实验就是让学生从验证性的实验开始,逐步到设计性、综合性和带创新性实验或工程项目开发实践等的实验环节,学生最后阶段的毕业设计环节属于综合性或创新性实践实验。实验层次安排主要体现实验教学的层次由简单到复杂、由单一到综合、由学习到创新的科学过程,形成由“验证性实验设计性实验综合性实验课程设计创新实践”的实验层次设置方法。
(2) 实验教学要与生产实际相结合
为增强学生学习的兴趣,培养学生的工程素质、动手能力和综合创新能力,也为提升就业率,我们注重依托CSIP(国家软件与集成电路公共服务平台)广西分中心(该中心设在我校)、学院申报的广西省级自动化实验教学示范中心等,促进服务市场应用与交流,采取请进来、走出去等多种途径实验教学方法将某些专业课实验和生产实习相结合。根据实验教学规划需要,进行仪器设备购置,使实验教学满足社会需求,形成以验证性实验为先导,综合性实验为巩固,设计性或工程性项目实践为提高,以社会需求为导向的实践教学培养体系。
(3) 实验教学与科研有机结合
实验是科研的基础,实验可以带动科研;科研反过来促进教学,并通过成果带动实践教学的改革和发展。参与老师的科研,学生不但能了解学科发展的规律和技术前沿,加深对课程内容的理解,提高学生的实践能力和创新能力,而且能升华学生对实验的内涵的解读,增强对实验学习的兴趣,明确做人、做事的道理,为未来走向社会打下坚实的基础。
(4) 特色建设与创新
特色是一所学校、甚至一个学科或专业赖以生存和发展的基础。我校是以工为主,电子信息类学科优势突出、创新实践教育特色鲜明的多科性大学。学校的前身是1960年成立的桂林机械专科学校,1980年,学校更名为桂林电子工业学院,全面开始本科教育。在原学校计算站的基础上,正式成立计算机系,成为广西最早开办计算机专业本科教育的高校,1995年开始进行研究生教育。2006年,桂林电子工业学院更名为桂林电子科技大学,原计算机系经重新组合,更名为计算机与控制学院。计算机与控制学院目前拥有计算机科学与技术、控制科学与工程两大学科,主要开设有计算机科学与技术、软件工程、信息安全、网络工程和自动化等本科专业,以及两大学科基本有的二级学科硕士点。我校的“智能科学与技术”专业就设在计算机与控制学院,这正是中国人工智能学会当初设立专业的初衷和建设发展的基础条件。
我校经过近50年的发展,目前已具有2个国家级实验教学建设示范中心,2个国家级特色专业建设点,1个国家级教学团队,3个广西省级实验教学示范中心或建设中心,1个国家级的大学生创新型实施单位及1个团中央大学生创新实践基地,以及具备创新型的机器人中心、飞思卡尔智能车中心、电子设计训练基地等多个省级或校级中心和基地。我院还有1个信息产业部部级重点实验室,1个ASEA培训中心,6个与华晟、研华、华为3COM、金蝶等知名企业共建的实验室或研究中心。对大学生电子设计大赛,我校自1997年派队参赛以来,每次在广西区和全国都有出色的表现,2001年还获得最高奖“索尼杯”;对飞思卡尔智能车比赛,我院代表队(代表学校)近年还连续获得华南赛区和全国赛一等奖等。学校还特设有创新学分,学生课外创新活动取得成果可以给予适当的学分来代替选修课学分。
我校的“电子信息类学科优势突出、创新实践教育鲜明”的特色在广西和华南地区具有较大的影响力,甚至在全国也有一定知名度。因此,我们在“智能科学与技术”专业实验体系建设中,紧紧结合现有的资源和条件,在智能机器人(车)、智能信息处理和智能技术与应用等方向,立足和发挥这一传统的优势和特色。在“夯实基础,独立实践,创新提高”的实验教学理念下,培养基础扎实、知识面宽、具有创新精神和工程实践能力的高素质的综合型人才。
3.2实验管理平台建设
实验管理平台建设主要是针对实验老师与学生建立一个集网络化、开放式于一体的实验教学与管理体系。
网络化、开放式的实验教学体系是实验教学平台建设成熟的重要标志。学生通过这样一个完善和规范的实验教学与管理体系,可以自主预约想做的实验,自主选择实验内容、实验时间,并通过网络与实验教师的互动与交流。这种全开放的网络化实验教学体系,不但能充分调动学生的积极性、主动性,而且还能充分利用有效的资源,提高利用率,如图2所示。
我校实验选课系统充分考虑了“以学生为主”的实验教学模式和开放式教学的特点,学生可以根据各自的学习计划灵活选择实验项目以及开设的时间。实验教师、实验管理员可以方便地通过留言与学生交流,学生的问题也可以通过“一对一”的形式即时解决。教师则通过实验选课系统查阅学生选课情况、登录学生实验成绩、回答学生提问。通过近年的建设,我院的网络化的开放式实验教学体系已初具规模,再铺之于学校完善的网络实验选课系统,从而为学生提供了个性化学习的实验环境,提高他们独立自主的实践与创新能力。
3.3实验师资队伍建设
实验教学队伍的稳定和提高是实验教学发展、提高与创新的保证。我校有一系列相关的政策和措施稳定实验教
师队伍,鼓励青年实验人员在职攻读学位、外出进修、培训等,激励实验人员在搞好实验教学的同时,积极参加科研实践。总之,稳定和提高现有教师实验教学技能,积极引进高素质人才,是推动、加强和提高实验教学质量的需要。
我院目前实验队伍(含研究人员)共20人,其中正高职称人员6名,副高职称人员9名,中级职称人员5名,具有博士学位人员5名,取得硕士学位的有16人,拥有一支以中青年为主体,以博士为骨干的较高层次的教学科研队伍。实验队伍具有较优良的素质,年龄、知识及职称结构比较合理,他们相对稳定、富有活力,是我们具备高质量、高水平实验教学体系的保证。
4结束语
实验不仅是理论的基础和源泉,而且实验环节作为整个教学体系的主要环节之一,在培养学生的实际动手能力和创新能力中起着无法替代的重要作用。因此,实验平台建设除了要帮助学生巩固和加深理解所学的理论知识,树立严谨科学的研究方法,掌握基本的科学实验技能外,还要充分调动他们的主观能动性,进行动手动脑与创新的实践,形成特色。
本文只是结合我校与我院自身的实际,就已有的专业实验体系和“智能科学与技术”新专业实验建设情况进行了探讨,还有待实践中继续完善与提高。
参考文献:
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智能科学与技术范文2
关键词：智能科学与技术；专业；发展战略；思考；大联合；大发展
1现状分析
我国的智能科学与技术(Intelligence Science and Technology，IST)专业创办至今已有8年历史了。它从无到有，逐步壮大，现在全国已有近20所大学试办这个新专业[1-2]。应该说，智能科学与技术专业的8年征途并不平坦，开拓者们也为之付出了艰辛和心血。现在，我们至少可以说，智能科学与技术专业已再不是“婴儿”，而是“小学生”了。然而，我们需要继续努力，上好中学、大学以及研究生课程，迈上专业建设的新征途，攀登学科建设的新高峰。
在IST专业建设上，北京大学信息科学技术学院等起了重要的带头作用，中国人工智能学会及其教育工作委员会等工作委员会和专业委员会发挥了很好的组织作用[3-4]。他们齐心协力，默默奉献，做了大量有目共睹的开创性工作，值得充分肯定。现已有北京大学、首都师范大学、北京邮电大学、南开大学、西安电子科技大学等高校培养出IST专业的毕业生。也就是说，我们有了IST专业的第一代“产品”了。然而，我们的IST专业还是有些不尽人意之处，特别是发展速度比预料的要慢，发展规模不如预期的大，发展目标还有待进一步明确。笔者试图概括我国IST专业发展的喜与忧，探讨发展战略，为IST的专业建设和学科发展出谋献策，供同行讨论与参考。
2喜忧参半
如上所说，我国IST专业的发展既取得可喜成果，又存在某些忧虑，即喜忧参半。下面拟就IST专业的办学成绩和存在问题进行探讨。
2.1主要成绩
归纳起来，8年来，我国IST专业建设取得的主要成绩包括下列各点。
1) 申报并获准试办IST专业，促进信息科学和智能科学的发展，为国内外信息科学学科建设开辟了一个新的增长点。
2) 在调查研究和科学分析的基础上，制定了IST专业教学大纲和教学计划，为专业建设建立了基本框架[5-6]。
3) 结合IST的专业特点和教育发展要求，初步规范了IST专业课程设置，开展专业建设和课程教学等方面的改革，取得一大批成果[7-8]。
4) 编写了一批具有明显特色的相关教材，为新专业教学和学科建设提供必要的资源，起到较好的示范和辐射作用[7，9]。许多学校在实验教学上进行了一些探讨，并积累了不少经验，值得推广与借鉴[10-12]。
5) 聚集了一群有志于智能科学技术教育的教师，形成了一支热爱教育、乐于奉献、熟悉业务的师资队伍，为IST专业的人才培养和学科发展打下重要基础。
6) 经常组织本专业的教育与教学研讨会和座谈会，进行全国性或校际间的交流，总结心得体会，共同提高，使IST专业沿着正确的方向发展。
7) 培养出一批基本掌握智能科学技术基础理论和专门知识，具有从事本专业工作能力的本科毕业生，为国家输送有特色的急需的建设人才。
8) 为争取我国智能科学与技术一级学科博士学位授予权做了大量工作，并取得重要进展，为IST学科的进一步发展创造重要条件[13]。
2.2瓶颈问题
概括地说，IST专业建设和发展面临的问题主要涉及如下几点。
1) 专业规模和发展速度没有达到预期结果，仍停留在“试办”状态。
到目前为止，全国试办IST专业的学校已近20所，已初具规模，“闪亮登场”[2]。然而，本专业的规模和发展速度不尽人意，离“大发展”的预期结果尚有较大差距。
2) 办学主体存在一定的局限性，缺乏跨学科大联合的氛围。
如前所述，北京大学和中国人工智能学会等对IST专业建设发挥了重要的带头和组织作用。由于IST专业具有高度跨学科等重要特点，单纯依靠某一两个现有专业来“派生”和由一两个学会来“催生”IST新专业，是难以快速发展和如愿以偿的。现有专业或学会都有一定的局限性，与其他学会间的交流合作也需要有改进之处。
3) 教学大纲与《国家中长期教育改革和发展纲要》要求存在差距，有待更新。
《国家中长期教育改革和发展纲要》[14](以下简称《纲要》)是我国“优先发展教育，建设人力资源强国”的重要战略部署。《纲要》中许多新思路是我们以前没有想过的。IST的教学大纲需要按《纲要》的要求进行大刀阔斧的修订，力求符合《纲要》精神。
4) 实验教学和网络教学亟待加强。
在新专业建设初期，实验室建设投入经费有限，这对开展实验教学有些不利影响。一些学校的实验未能满足IST专业各课程教学的基本要求。
5)IST专业的产学研结合模式急需探讨与建立。
产学研结合是高等教育的一项经验。《纲要》也强调“创立高校与科研院所、行业、企业联合培养人才的新机制”对本科生教育的重要性。虽然有许多企事业行业适合IST专业就业，但该专业不像机电、化工、通信、冶金等专业那样有比较对口的实习和就业企业。因此，探讨与建立IST专业的产学研结合模式，也是一项比较艰难的急需解决的问题。
3发展策略
针对上述存在问题，以下特就智能科学与技术专业的发展战略提出若干思考。
1) 树立“大智能科学技术”思想，突破单个学会的局限性，通过大联合、大合作，实现大团结、大发展。
一个专业要在全国产生较大影响，发挥该专业的特有作用，没有足够大的规模是不行的。例如，自动化、计算机、通信、电子信息等专业，全国有数以千计的大学开设。我们是否可以设定IST专业发展规模的第一个目标，即争取在5～10年内，有50～100所大学开设该专业？如果能够实现这个目标，IST专业就走上了“可持续发展”的大道。到那时或者更早一些时日，“试办”也就必然被“正办”所取代。
值得指出的是，目前大多数大学强调“办学资源有限”，不大愿意支持申报新的专业，这对IST专业的发展也产生一定的负面影响。我校的IST专业就是经过3年努力，才向国家教育部呈交《高等学校增设专业申请表》的。
我们需要把圈子搞大些，进行跨学科的大联合，集思广益，合作共赢，谋求IST专业的发展大计。基于中国人工智能学会(CAAI)的学科特色，由CAAI牵头组织申报IST专业及其一级学科博士学位授予权，是顺理成章的。同时，单个学会也有局限性，虽不能说是“势单力薄”，但力量不如合作的强大。提倡和实现多学会联合举办智能科学技术教育教学研讨会，以及多学科联合申报与建设IST专业，将克服原有局限性，并以大联合促进大发展，应视为一种可行策略。在今后的IST办学过程中，我们需要主动加强与相关学会(含一级学会和二级学会)和高等学校(含重点学校和一般学校)的联系与合作，力争办好已有的IST专业，创造经验，扩大辐射作用和积极影响，争取有更多的高校申报与加入IST专业行列。
2) 再接再厉申报一级学科博士学位授予权，力争获得批准。
在全国同行及多个学会有代表性的专家建议和支持下，中国人工智能学会及其教育工作委员会积极组织一批有识之士，从事“智能科学与技术”博士学位一级学科授予权的论证和申报工作，并取得重大进展。由于一些原因，申报工作在最后阶段未获通过与批准，需要大家继续努力。“智能科学与技术”博士学位一级学科授予权的获得，必将为IST专业提供更为宽阔的发展空间，使IST专业攀登新的高峰。 3) 申报成立“高等学校智能科学与技术教学指导委员会”，并争取改“试办”为“正办”。
目前，国家教育部的专业设置分为“一般”专业和“试办”专业两种。绝大多数专业属于“一般”专业，只有少数专业为“试办”专业。顾名思义，“试办”者为“试验办学”，经过一定时间的试验后，成功者就可“转正”为一般专业；不成功者就可能被取消“试办”资格。当务之急，是要把“试办”的IST专业办好，办出水平，办出特色，力争早日去掉“试办”帽子。同时，作好必要和充分的准备，尽早向国家教育部申报成立“高等学校智能科学与技术教学指导委员会”，以便得到教育部相关部门的更多指导，并通过“教指委”与兄弟专业交流，更好地学习兄弟专业的办学经验。
4) 高标准严要求，全面修订IST专业的教学大纲和教学计划，以适应国家对智能科学和智能自动化高层人才的需要。
《纲要》中提出的“优化学科专业、类型、层次结构，促进多学科交叉和融合”；“重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模”；“促进高校、科研院所、企业科技教育资源共享，推动高校创新组织模式，培育跨学科、跨领域的科研与教学相结合的团队”以及“促进科研与教学互动、与创新人才培养相结合”等思想和教改措施，对于我们转变办学观念和进行教学改革都具有很强的针对性。我们需要以高屋建瓴的姿态认真深入学习，联系IST的专业实际，注重创新，进一步修订教学大纲和课程体系，以期更好地满足国家对专业人才培养的要求。各校在修订专业教学大纲和教学计划时，要注意保持不同学校的共性与本校的个性特色。
5) 树立精品意识，创建更多的精品课程，编写富有特色和体现创新的IST各类教材。
由于办学历史较短，办学规模较小，IST专业的教材建设远未达到精品境界。随着时间的推进和办学规模的不断扩大，加上在教材使用中积累的经验和吸取其他相关专业精品课程教材的编写经验，这个问题可望逐步获得解决。我们一定要对IST专业的精品课程建设及其教材建设，包括基础教材、专业基础教材、专业教材和实验教材等给予高度重视。
6) 下大力气加强实验教学和网络教学。
IST专业是一门前沿交叉学科，也是一门理论密切联系实际的学科。无论是学习和深入理解课程的基本理论知识，还是培养学生的实际动手能力，都离不开实验教学和网络教学。我们可以把网络教学看做是一种更加先进的实验教学，它对学生提出了更高要求，能够让学生获取更多的知识，获取更强的能力。
在新专业建设初期，实验室建设的投入经费有限对开展实验教学有些不利影响。为了解决这个问题，我们一方面要因地制宜地设计好实验项目，充分发挥有限的实验室建设经费的作用，尽可能开设出本专业教学急需的实验内容；另一方面要积极利用其他“传统”专业实验室或公共实验室，以弥补现有IST专业实验室的不足。
建设与发展智能科学与技术专业，还有许多需要考虑的问题，如建设一流教师队伍、转变教学观念、改进教学方法、改善教学管理、探索产学研结合模式、加强校际交流与合作等。这些问题也是十分重要的，都是IST专业发展值得思考的内容。
4结语
我国智能科学与技术学科建设和专业建设已取得可喜成绩，但与整个学科和专业的长远发展目标相比，仍存在较大差距和不少问题。如果能够突破现有中国人工智能学会和智能科学与技术专业的局限性，树立智能科学技术大学科思想，实现更广泛的大联合，并采取切实措施扩展智能科学与技术专业，我们的学科和专业就有望获得更快的发展。
一级学科博士点对于学科的发展至关重要。我们要群策群力，集思广益，继续申报智能科学与技术一级学科博士点授予权，并在申报过程中最广泛地团结相关学科和学会的专家学者，争取理解与支持。
上述两方面是相辅相成的关键问题，需要我们转变观念，树立本专业的科学发展观。如果在这两方面
能够取得突破性进展，那么专业发展的其他问题，如改变专业“试办”为“正办”、申报成立智能科学与技术专业教学指导委员会、贯彻执行《国家中长期教育改革和发展纲要》以及课程与教材改革等，就可能迎刃而解。
只要我们再接再厉，团结一心，求真务实，科学发展，我们的IST专业就一定能够越办越强，越办越好，办成有特色、有影响的专业，办成一流的专业。
注：本研究得到国家教育部精品课程“人工智能”(2003年)和“智能控制”(2006年)、全国双语教学示范课程“人工智能”(2007年)、国家级“智能科学基础系列课程教学团队”(2008年)、国家级精品视频公开课“人工智能”(2011)以及湖南省和中南大学精品课程和其他教改项目的支持，谨表感谢。
参考文献
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智能科学与技术范文3
关键词：教学实践；二维码；彩色三维码；智能科学与技术
0 引言
智能科学与技术是信息科学技术的核心和现代科学技术的前沿和制高点，是面向前沿高新技术的基础性本科专业，是现代科学技术的多学科交叉焦点核心。该专业融合了机械、电子、传感器、计算机软硬件、人工智能、智能系统集成等众多先进技术，是现代检测技术、电子技术、计算机技术、自动化技术、光学工程和机械工程等学科相互交叉和融合的综合学科；它涉及检测技术、控制技术、计算机技术、网络技术及有关工艺技术，充分地体现了当代信息技术多个领域的先进技术，正影响着国民经济的很多领域，且已成为一个国家科技发展水平和国民经济现代化、信息化的重要标志。
二维码作为一种信息载体，可以通过手机扫描获取相关信息。作为解决二维码技术和应用瓶颈而发展起来的新型条码技术，手机彩码对手机摄像头的技术要求不高，具有普通摄像功能的中低端手机都能主动识别。并且彩码是通过形状和颜色承载信息量，包含相当大的信息量。为了更好地利用有限的实验资源、教学资源和课时约束，我们实行将现有的技术与教学实验相结合的原则，利用现在应用较为广泛的彩码技术与教学实验相结合。
1 彩色三维码的概述
1.1 条码的发展
条码的发展总共经历了3个阶段：条形码、二维码、彩码，如图1所示。
彩色三维码属于第3代条码，它继承了条形码和二维码的优势，并不断进行改进，是在传统黑白二维码基础上发展起来的一种全新图像信息矩阵产品，由R、G、B、K4色矩阵构成的独特彩色图像三维矩阵产品。
1.2 彩色三维码技术
彩色三维码又称彩码，是以4种相关性最大的单一颜色：红、绿、蓝和黑来表述信息的。彩码的架构是一个6×6的矩阵图，36个矩阵单位由上述4色中的单一颜色来填充，矩阵的外框通过黑色线条封闭。
彩码和二维码的识别原则不同，通过对单元的灰度及面积来识别所载信息，采用的是模糊识别机制，仅仅对单元中的颜色进行识别，来确定所载信息，并且具有较强的抗形变能力，从而使其对光学设备的要求大大地降低，同时不需要微距和静摄的功能。因此，在一定的原则下，彩码矩阵的每个单元都可以进行变形、调整颜色取值和插入其他非识别颜色等动作，使彩码的整体是可以被识别的。彩码采用了新的信息携带方式和新的识读手段，具有承载信息量大、安全性高，信息变更快捷、适用范围广阔等优势。
1.3 彩码和二维码的对比
彩码是在传统黑白二维码基础上发展而来的一种全新图像信息矩阵产品，包含了二维码的许多优点，同时也在一定程度上对其进行了改进。对比当前常见的二维码技术，彩码具有安全性强，识别率高、识读成本低、信息容量大、抗畸变性强等特点。表1列出了彩码与二维码之间的区别。
2 彩码技术在智能科学与技术实验教学中的应用
智能科学与技术专业是国内新增开设的面向前沿高新技术的基础性本科专业。与其他专业相比，该专业更要求教学内容的基础性、实用性和前沿性。彩码作为新发展起来的技术，将其应用在智能科学与技术教学实验中，反映当前的科学技术发展的现状和研究方向，这是课堂教学质量的关键所在。结合图像处理方面的关于图像信息隐藏和提取的知识，突出了智能科学与技术的学科性特点，与模式识别与智能系统、机器视觉及应用等相关专业具有较高的相关性，机器视觉及应用课程是专业的核心课程。智能科学与技术专业利用彩色信息隐藏技术作为专业能力的提升环节。
信息隐藏利用人体感觉器官的不敏感（感觉冗余），以及多媒体数字信号本身存在的冗余（数据特性冗余），将需要隐藏的信息隐藏在另一个文件中，使其不被察觉到或不易注意到，而且不会影响到载体信号的感觉效果和使用价值。它可以保护数字产品的版权、证明产品的真实可靠性、跟踪盗版行为或者提品的附加信息，具有广泛的应用。图像信息隐藏和提取示意图如图2所示。
图像信息隐藏的方法有多种，如LSB嵌入法、DCT域图像水印、DWT域图像水印等。数字水印技术将一些标识信息（即数字水印）直接嵌入数字载体（包括多媒体、文档、软件等）当中，这种被嵌入的水印可以是任何形式数据，如一段文字、标识、序列号等，它不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统（如视觉或听觉系统）觉察或注意到。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。
彩码本身不携带任何信息，本文通过利用图像信息隐藏和提取技术，将信息嵌入彩码中，含有隐藏信息的彩码与原彩码本身视觉效果相差不大。由于彩码采用的是模糊识别机制，仅对单元中的颜色进行识别，来确定所载信息，加上彩码识别抗畸变能力比较强，将信息隐藏在彩码中并不影响彩码本身的颜色信息，因此在用设备扫描彩码时基本不影响彩码的识读。彩码信息隐藏的过程如图3所示。
需要考虑的一点是：大部分情况下彩码的整体颜色信息是不变的，但不排除特殊情况，这时候可以结合图像处理的相关内容，利用一种基于奇异值分解的三维彩码零水印算法，该算法通过对比高斯低通滤波、中值滤波、均值滤波等方式，有效地去除高斯噪声、椒盐噪声等噪声，解决了三维彩码中数字水印的不可感知性和鲁棒性之间的矛盾。
3 智能科学与技术实验教学与彩码技术结合的好处
通过图像处理的相关知识，对图像进行各种图像增强、编码、复原、检测，实现图像信息的隐藏和提取，结合对彩码的研究，构造一个统一的实验架构，成功地将彩码应用到智能科学与技术教学中，实现对专业知识的掌握和对前沿技术的了解。这样的结合符合本科生的研究方向要求和面向当前社会发展、经济建设的需要，有利于提高学生对相关课程等诸多方面的学习和实践，提高学生对未知领域的求知热情。在具体教学过程中，再结合比较教学法、举例法等方法使学生能够把握事物的本质；从应用角度上，创造性地理解彩码信息隐藏的实现形式，使学生摆脱被动的模仿学习方式。教师讲解教材上所没有但与教材密切相关的知识，这样吸引学生的注意力，使学生有兴趣去思索和理解问题，有利于提升学生对先进技术的学习和理解能力。
智能科学与技术范文4
关键词：智能科学与技术；知识结构；应用型人才；人才培养；知识型能力本位教育
中图分类号：G64文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）25-0153-03
1引言
智能科学与技术主要包含智能科学和智能技术两部分内容[1]：智能科学是以人如何认知和学习为研究对象，探索智能机器的实现机理和方法；智能技术则是将这种方法应用于人造系统，使之具有一定的智能或学习能力，让机器系统为人类工作。目前，在本科专业目录中，智能科学与技术专业是计算机类之下的特设专业，在现有的人工智能专业群中，除了新设的人工智能专业外（2019年全国共有35所高校获首批人工智能新专业建设资格），智能科学与技术专业与全球范围大力推进与快速发展的人工智能关系最密切，契合度最高。一方面，智能科学与技术的专业发展和人才培养将为人工智能技术提供理论支撑、技术推进和人才支持，另一方面，人工智能产业现状和未来发展趋势直接影响着智能科学与技术的专业发展和人才需求。
2人工智能时代对人才的需求
站在国家战略的高度来看，人工智能将成为新一轮产业变革的核心驱动力，可以实现社会生产力的整体跃升，因此人工智能将成为引领未来的战略性技术，世界主要发达国家都把发展人工智能作为提升国家竞争力、维护国家安全的重大战略。
随着人工智能时代的到来，许多企业对具有智能科学与技术专业背景的人才有着巨大的需求。首先，IT企业纷纷涉足智能科学领域，提高产品智能水平；其次，许多传统制造业也在转型，从劳动密集型到知识密集型，进一步提升到智能制造型，并逐渐具备高精尖装备制造能力；此外，医疗、通讯、交通等行业也对智能科技人才有着迫切的需要。人工智能对各行各业的影响，充分体现了智能科技的高速发展，对人才数量和素质要求也越来越高。
从人才的金字塔型分布来看，智能科学与技术领域不仅需要高端学术型人才，更需要接地气、重实践的应用型人才。随着“中国智造”的不断推进，智能科学与技术领域已由顶层设计和关键技术突破向生产、应用、装配、服务等环节延伸，迫切需求大批专业技术精、实践能力强、操作流程熟的应用型人才。2019年，人力资源和社会保障部、国家市场监管总局、国家统计局向社会了13个新职业信息，包括人工智能工程技术人员、物联网工程技术人员、大数据工程技术人员等，这也从另外一个侧面说明人工智能等技术推动了产业结构的升级，催生了相关专业技术类新职业，可形成相对稳定的从业人群。
3应用型人才培养模式分析
《中国制造2025》以推进智能制造为主攻方向，强调健全多层次人才培养体系，提到强化职业教育和技能培训，引导一批普通本科高等学校向应用技术类高等学校转型，建立一批实训基地，开展现代学徒制试点示范，形成一支门类齐全、技艺精湛的技术技能人才队伍。
通常而言，人才类型分为三类[2]：学术型人才、应用型人才、技能型人才。实际上从现代职业教育的发展和社会需求来看，应用型人才和技能型人才的界限相对模糊，可统称为应用型人才，即把成熟的技术和理论应用到实际的生产、生活中的技术技能型人才。从国家的层面来看，为了适应人工智能时展，人才需求数量基数最多、缺口最大的就是应用型人才，这也对众多高校培养人才的导向产生重大影响。这里我们重点讨论智能科学与技术应用型本科人才的培养，可从职能、知识结构、能力结构、行业（产业）导向四个方面来分析。
3.1职能
智能科学与技术应用型人才是培养面向各类智能科学与技术的工程设计、开发及应用，掌握各类现代智能系统设计、研发、集成应用、检测与维修、运行与管理等技术，具有扎实理论基础、较强工程实践和创新能力的高素质应用型工程技术人才。
3.2知识结构
智能科学与技术专业充分体现了跨学科的特点，其知识结构包含了三个并行的基础领域：电子信息、控制工程、计算机，也蕴含了电子信息工程、控制科学与工程、计算机科学与技术等学科的交叉和融合，体现了智能感知与模式识别、智能系统设计与制造、智能信息处理三个方面的专业内涵。
（1）智能感知与模式识别
属于电子信息与计算机交叉领域，主要定位在机器视觉与模式识别。包括三维建模与仿真、图像处理与分析、图像理解与识别、机器视觉、模式识别、神经网络、深度学习等。主要课程包括：电子技术基础、信号系统与数字信号处理、数字图像处理、模式识别等。
（2）智能系统设计与制造
属于控制工程领域，包括自动控制、无人系统与工程、精密传感器设计与应用等。主要课程包括：机械基础、工程力学、自动控制原理、传感器与测试技术、计算机控制技术、机电系统分析与设计等。
（3）智能信息处理
属于计算机领域，包括交通大数据、汽车与道路安全大数据等的分析与处理、信息处理与知识挖掘、信息可视化等。主要课程包括：智能科学技术导论、计算机程序设计、微机原理与接口技术、数据结构与算法、嵌入式系统设计等。
3.3能力结构
智能科学与技术应用型人才培养着眼于人工智能工程应用，要求学生具有运用计算机及相关软硬件工具进行大数据的采集、存储、处理、分析、应用的能力；具备智能系统的设计、开发、集成、运行与管理的能力；注重培养学生综合运用所学的智能科学与技术专业的基础理论和知识，分析并解决工程实际问题的能力，其能力结构可以借鉴能力本位教育（CompetencyBasedEducation，简称CBE）模式[3]。
CBE是国际上较流行的一种应用型人才培养模式，主要代表国家为加拿大和美国。该模式以能力为人才培养的目标和评价标准，一切教学活动均围绕综合职业能力的培养展开，CBE人才培养模式主要有以下三方面的特色：能力导向的教学目标；模块化的课程结构；能力为基准的目标评价体系。该模式所培养的本科应用型人才具有较强的专业综合能力和职业能力[4]，在一定时期得到社会的广泛认可，但是单纯的CBE模式并不能完全适应人工智能时代对人才培养的需求，这是由于目前许多职业岗位在人工智能的冲击下，其形式和内容均会产生动态变化，要求现阶段的人才培养具有延伸性和前瞻性，既要兼顾眼前，也要考虑应对智能化浪潮，打好基础，提高自学习能力。因此，智能科学与技术应用型人才培养有一定岗位针对性，但并不是完全固化岗位内容及层次、固化知识属性，必须强化自我学习能力，才能实现能力可持续增长，岗位的向上流动性以及知识和经验的进化，才能真正适应人工智能时展的需求。
自我学习能力的形成与提高往往源于知识结构的构建[5]。为了塑造更合适的能力结构，需要CBE模式与知识结构的相辅相成，有鉴于此，将这种新型人才培养模式称之为知识型能力本位教育（Knowledge&CompetencyBasedEducation，简称KCBE）模式，这也意味着在人才培养过程中，将知识结构与能力结构放在并重的地位，既着眼于预期能力的培养，也必须让学生筑牢学科专业基础，在走向社会以后，在知识引擎的作用下，通过自我学习，具备并提升适应未来的、新的智能化岗位需求的能力。
3.4行业（产业）导向
从智能科学与技术专业的角度，培养的应用型人才以“智能化应用”为就业大方向，具体而言，包括：
（1）智能感知与模式识别领域
主要从事电子信息的获取、传输、处理、分析、应用等领域的研究、设计及应用，包括图像处理、机器视觉、工业视频检测与识别、视频监控、传感器设计及应用等。
（2）智能系统设计与制造领域
主要从事智能装备、智能制造、智能管理、智能服务等领域的设计、制造及应用，包括智能工厂、智能车间、智能生产线、智能物流、以及智能运营与服务等。
（3）智能信息处理领域
主要从事计算机数据处理、分析、理解、管理、以及服务等领域的研究、设计及应用，包括数据存储与管理、数据分析与预测、交通大数据分析应用、道路与汽车安全大数据分析、智能交通、智能电力、智能家居、智慧城市等。
涉及的产业领域主要包括智能制造，如工业互联网系统集成应用，研发智能产品及智能互联产品等。其他的领域还包括智能农业、智能物流、智能金融、智能商务等。
产业需求带动人才培养，人才培养在满足产业需求的同时推动技术进步，而技术进步又引燃了新的产业需求。产业需求与人才培养的相互作用，呈现出螺旋式上升的发展态势，这在人工智能相关产业与智能科学与技术应用型本科人才培养之间表现的得尤为突出。
4KCBE模式人才培养的主要措施和途径
智能科学与技术专业应用型本科人才的培养模式一定是和人才需求、学校定位相適应的。培养应用型人才，应注重学生实践能力，从教学体系建设体现“应用”二字，其核心环节是实践教学。结合上述的KCBE培养模式，知识结构在能力培养过程中也占有非常重要的地位，因此在能力培养方面，知识和实践作为两大要素，不能偏废任何一方，必须齐头并进，既要固基础，也要重实践。
（1）筑牢智能科学与技术专业知识基础，构建与智能化应用相关的知识体系
在本科的低年级阶段，应注重公共基础课，特别是数学和力学课程，还应充分了解智能科学与技术专业的内涵，让学生对所学专业有一个比较全面的认识。在本科中高年级阶段，重点强化专业基础，包括电子技术基础、自动控制原理、传感器与测试技术、微机原理与接口技术、数据结构与算法等。归纳地说，应该筑牢数理基础、计算机基础、机电基础和控制基础，因此对原理课程需要强化，这样对很多工作机理、来龙去脉的理解才能深刻。
（2）增强智能科学与技术专业的实践环节，构建以能力培养为重心的教学体系
按照KCBE模式，校企合作是强化实践的一种重要形式[6]。学校根据人工智能企业实际情况灵活设置实践课程内容，根据企业发展趋势及时调整课程体系以避免教学内容与企业需求相脱离。人工智能企业还可以参与学校教学目标和教学计划的制定，并为学校实践教学提供各方面支持，从而提高人才培养的针对性。
智能科学与技术范文5
关键词：智能科学与技术；科研项目；实践教学；教学模式
0 引言
智能科学与技术专业是新兴的跨学科专业，融合了人工智能、计算机软硬件、电子等众多先进技术。智能科学与技术专业始于2003年的北京大学，到目前为止已有20多所大学开设了该专业。然而该专业的建设仍不成熟，有待从事该专业的高校教师继续努力探索和实践，特别是专业课程体系和实践体系的建设有待进一步完善。笔者根据智能科学与技术专业的特点，结合多年的专业办学经验，提出针对每学年的主要专业课程设置专门的实践学期，其内容为一个完整的能够涵盖该学年主要专业技能的实际项目，在项目实施过程中采用课内外一体化设计，项目的评价除了过程考核、项目报告和答辩等环节外，还可借助专业大赛检验学生技能的提升。
1 设置专门的实践学期
智能科学与技术专业本科学生的培养仍注重提高工程实践能力，因此实践教学尤为重要，每学年都应该设置专门的为期4周的实践学期。实践学期的课程针对每学年安排的主要专业课程安排相应的实践项目，通过完成该项目，强化和巩固理论学期所学的课程内容，更好地理解和掌握书本上的知识。同时在理解知识的基础上，通过实践学期对所学知识的应用有更具体的了解，明确所学知识的应用领域。除此之外，还要求学生掌握相应知识的实际应用能力，能够在教师的指导下独立完成所安排的项目，将书本上的知识转化成实际应用，培养动手能力和专业操作能力。实践学期的学习会提及下学期的相应课程，使学生在完成项目的过程中将已学内容和将要学到的内容相联系，使知识融会贯通。因此实践学期课程的主要培养目标是培养学生的实际动手能力和应用知识解决问题的能力，在整个课程体系中起到承上启下的重要作用。
在实践学期课程的项目设计方面，首先需要仔细分析行业对智能科学与技术专业人才的岗位责任要求，根据岗位责任要求分解出对应的知识目标和技能目标，进而将知识目标和技能目标分解到各门课程。反过来再整合每学年专业课程的技能培养目标，完成实践学期的项目规划设计，通过各个实践学期项目的层层递进，从单一技能到综合性设计，逐步实现专业的培养目标。
另外，在实验和实践学期的教学方式上，应注重因果式引导、成果型训练，刺激学生的成就感，从而激发学生的专业学习兴趣与钻研的好奇心，形成良好的自主学习习惯与研究氛围。这种全方位、系统规范的实践教学模式，可实现课程培养目标和专业培养目标的有效统一，使所培养人才符合行业和社会对应用型智能科学与技术专业人才的需要。
因此，如何设计实践学期课程的项目才能使其起到承上启下的作用，并且刺激学生的成就感，激发学生的专业学习兴趣，是我们面临的巨大挑战。
2 科研项目的教学模式设计
实践学期课程的培养目标是使学生熟悉完整的智能系统设计流程，培养学生独立完成算法分析、系统设计、系统仿真和系统验证的能力，使学生获得实际的智能系统设计经验。为了实现该培养目标，需要学生在实际项目设计平台上从头至尾、由浅入深地设计和实现完整的项目，只有这样才能培养出企业立即可用的应用型人才。而该类项目应源于实际的科研项目，只有这样才能使实践学期的项目具有工程背景和可行性。但是工程项目必须进行教学模式的设计才能用于课程中，我们将按照CDIO的教学模式对实际的科研项目进行提炼和设计。CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）4个英文单词的缩写。CDIO模式以产品、生产流程和系统从研发到运行的生命周期为载体，通过系统的产品设计培养学生专业技术知识、个人能力、职业能力和态度、团队工作和交流能力，培养在企业和社会环境下对产品系统进行构思、设计、实施、运行的能力等综合素质。
按照CDIO教学模式，把项目划分成项目需求分析、项目设计、项目实现和项目验证4个阶段，最后通过提交技术报告和进行答辩的方式对学生进行评价。
（1）项目需求分析阶段：首先由教师介绍实践学期课程所作的项目，以及如何实施一个具体的工程项目，然后介绍项目相关知识的重要性和应用领域。其次，要求学生学会收集、检索、阅读和分析科技资料，提高相应的能力。在阅读中英文参考文献后，讨论项目应具备的功能及涉及的算法，同时需要理解所涉及的算法，并分析项目设计和实施的可行性。
（2）项目设计阶段：采用由顶至底的方法，对项目逐层分解。首先根据项目需求确定硬件开发平台及所需组件，然后对系统采用的算法进行分析，‘设计系统流程图，接下来将系统流程图逐步细化为系统设计的最小模块，要求学生阐述系统流程以及构成系统的模块功能。
（3）项目实现阶段：根据项目设计阶段划分的最小模块设计，利用相应的辅助工具或者软件编程环境，采用由底至顶的方法进行实现。
（4）项目验证阶段：根据系统的功能要求，先对每个模块进行验证，在实现整个系统后，再进行系统验证，然后按照系统要求对系统进行性能优化。
3 课内外一体化设计
由于仅通过课堂的讲授和实践无法完成培养学生智能系统设计能力的目标，因此要求学生课外必须花费一定的时间完成课内没有完成的任务。然而学生课外学习的主动性参差不齐，为了使学生充分利用课外的时间，有的放矢，需要对实践学期课程进行课内外教学和学习的一体化设计，对项目实施过程进行有效分解，确定适合课内外完成的具体内容和所花费的时间，并对课内外需要学生完成的任务进行考核。为了实现实践学期课程的培养目标并使学生有计划地实施实践项目，制订了详细的课内外项目实施的具体时间安排，如表1所示。
在项目实施过程中，采用丰富的教学方法和教学手段，其具体教学方法和组织方式如下：
（1）理论与实际相结合，教师讲授示范，学生动手操作，并分组讨论，以分组研发的形式开展模拟实际工作场景的实践教学，完成智能系统的设计、验证与测试，最后完成项目总结报告，并进行分组答辩。
（2）教学实施过程中，提供丰富的教学资源，如课件、参考资料、网络资源等。
（3）将学生分组，2～3人一组，以组为单位完成不同的岗位职责，以课堂讲解及项目组研发相结合的形式开展教学。
4 实践学期项目的评价
为了评价项目实施的效果，持续提升专业人才培养质量，结合实践学期课程的特点，设计了项目的评价方式和具体标准，如表2所示。
除了上述的项目评价外，还通过举办专业大赛和鼓励大部分学生参加全国智能科学与技术专业相关大学生竞赛的形式，展示学生对于专业知识的掌握以及运用专业知识进行实际项目设计和实现的能力，从而更直接地对实践项目的成果进行检验。通过参加专业大赛，充分地展现学生通过实践学期课程的学习，提高实际动手能力和解决项目实施过程中遇到问题的能力，为后续课程的学习和将来的就业积累宝贵的实际项目开发经验。
智能科学与技术范文6
关键词：智能科学与技术；综合性大学；机器人
中图分类号：G642 文献标识码：B
1 引言
经过近几十年的发展，智能科学技术已经成为信息领域的重要生长点，其广泛的应用前景日趋明显。为了适应社会经济发展的需求，南开大学于2005年开始建立“智能科学与技术”本科专业，经过一年时间的缜密准备，2006年正式开始招生。该专业以信息学院机器人与信息自动化研究所、自动化系、计算机科学与技术系等单位为学科依托，覆盖了这些学科上的多个博士点和硕士点。该专业面向前沿高技术，注重系统集成和相应的工程实施能力，以机器人技术等作为载体，强调学生一定的工程实践能力，并授予工学学士学位。
作为一个成立不久的新兴交叉专业，“智能科学与技术”专业没有成熟的教学计划可以遵循。特别是对智能科学这种前沿叉学科而言，如何完善人才的培养机制，以满足国民经济对于智能技术专业人才的需求，是该专业建设成败的关键性因素。另一方面，21世纪科学技术的交叉与综合，社会经济的迅速发展，国际竞争的加剧，对人才的培养机制以及人才的素质、能力、知识结构等方面都提出了新的要求。基于以上原因，为了建设好“智能科学与技术”专业，实现该专业的培养目标，我们必须针对该专业学科交叉的特点，总结传统教学方法、教学手段的优点与不足，优化课程设置和教学计划，充分体现该专业面向前沿高技术的优势，根据应用型、开发型的专门工程技术人才的需要，注重理论联系实际应用，强调课堂讲授与动手实验相结合。在制定教学体系和有关实验环节时，我们根据南开大学的办学特色，研究出一套既能够充分发挥南开大学的教学优势，又符合智能专业学科特点的教学模式。
2 兼顾专业特色与南开大学特点的教学计划设置
对于南开大学“智能科学与技术”专业而言，能否扬长避短，制订出结构合理且便于实施的教学计划，是决定该专业建设成败的至关重要的环节。
2.1 教学计划安排
南开大学信息学院设有计算机科学与技术、自动化等多个本科专业，学科交叉优势非常明显，这正是建设“智能科学与技术”专业所必需的学科基础。此外，南开大学机器人研究所在智能系统设计等方面具有多年的研究经验，可以将研究成果转化为教学内容，以进一步提高人才培养的水平。但是，从另一个方面来看，南开大学在脑科学与认知科学等方面开展的研究不多，要在认知理论等领域培养高水平的人才具有一定的难度。基于这种情形，在设计“智能科学与技术”专业的教学计划时，必须充分发挥我们在机器人研究方面的优势，重点培养学生在智能系统设计与分析方面的能力，使其针对各种具体要求，能够选择合适的传感与执行器件，集成多种智能技术与策略，完成工程系统的设计。
不可忽视的是，作为一所综合性大学，南开大学的工科基础相对薄弱，缺乏与智能学科有关的其他学科，如机械工程等。在这种大环境下，必须根据“智能科学与技术”本身的专业特点以及南开大学自身的具体情况来设置相应的课程以及教学计划，探索出一种能够充分发挥南开大学本身的理科优势和在机器人等智能系统上的研究经验，并且带有显著工程科学特色的学科建设方法和本科培养模式。为此，该专业所开设的课程和教学计划应该充分体现面向前沿高技术的特点，强调应用型、开发型的专门工程技术人才的需要，从培养目标、课程设置、实验及实习安排等方面都必须具有科学而合理的实施方案，使将来的毕业生可以成为在相关领域的研发中迫切需要的智能科学与技术方面的专业人才；这些人才应该也可以面向产业需求，在信息技术、智能家居、控制工程等领域从事智能信息采集与处理、智能系统设计与集成等方面的教育、开发与研究工作；还可以在与智能科学与技术相关的诸多方向继续深造。
需要强调的是，“智能科学与技术”专业并不是自动化、计算机等现有专业的简单组合，而是面向前沿高技术，具有自己独特定位和完备教学计划的新兴交叉专业。在设计“智能科学与技术”专业的教学计划时，我们根据南开大学综合性大学的具体情况，充分考虑到智能专业的多学科交叉特点，重点培养学生在智能系统设计与分析方面的能力，在课程体系中偏重工程技术素养方面的锻炼，最终将为该专业的毕业生授予工学学位。因此，在选择教学内容时，我们主要针对智能系统中常见的传感与执行器件，以及与之相关的各种智能技术进行介绍与分析。通过开设传感器、运动控制等课程，使学生熟悉各种光、机、电器件特性，使他们能够针对不同场合下的各种具体应用对象合理选择各种传感与执行器件，如压电陶瓷、激光、声纳、液压等元件，将其进行集成后完成预定的单元任务，并进而分析、设计和实现机器人等各种综合性的智能系统。
实现上述目标的重点在于使学生理解与掌握各种常见的智能技术，并且能够将其用于解决工程实际问题。因此，除了让学生学习认知科学基础、电子技术、计算机、自动控制原理等课程之外，本专业还特别开设了“智能技术”与“智能工程”等数门核心专业课程。此外，由于本专业侧重点在于工程实际应用，而各种智能技术必须具备一个起码的工程载体，因此，在课程计划中，除了讲授各种智能技术之外，还必须包含机械工程基础、工程光学基础等课程，使学生通过这些课程的学习，了解常见的光学和机械传感与执行元件。其中，“工程光学基础”将主要介绍智能系统中主要的光学传感与执行器件，该课程配有相应的实验。通过该课程的学习，学生可以掌握工程光学的基本概念和计算方法，了解常用的光学检测和执行技术，在此基础上，能够根据实际智能系统的需要，选择合适的光学器件和计算主要的光学参数。
根据上述设计思路，我们为“智能科学与技术”专业制订了合理的教学计划。该专业学生共需取得150个学分，方可获得工学本科学位。这些学分的具体分配如下：校公共必修课4分(926个学时)，主要学习数学、物理、英语等公共基础课程；院系公共必修课30.5个学分(659个学时)，主要包括电子技术、电路基础、计算机程序语言等课程；专业必修课29个学分(498个学时)，主要包括自动控制原理、智能技术、智能工程等专业核心课程：专业选修课为26，5个学分，学生可以从机器人学导论、数据结构、运动控制等课程中选择适合自己实际情况的课程来学习，为自己将来从事智能系统方面的研究打下基础：任选课为 15个学分，这部分课程可以拓宽学生的知识面。大部分专业必修课程都安排了实验或者上机，以通过实际应用增进学生对基本理论的理解。
2.2 核心专业课程
对于南开“智能科学与技术”专业而言，“智能技术”和“智能工程”等课程是体现专业特色的核心课程，它们在一定程度上决定了是否能实现预期的专业人才培养目标。以下将对这些专业课程进行具体介绍。
“智能技术”是智能科学与技术专业最重要的核心专业课程之一，包括6个学分。教学中既有理论讲授，还包括大量仿真训练与实验操作。该课程包括以下三部分：人工智能、计算智能与机器视觉。其中，人工智能以符号主义为主线讲授人工智能的基本概念、原理与方法；计算智能以联接主义为主线讲授计算智能的基本思想、方法；而机器视觉是基于模式识别的智能方法，重点讲授机器视觉的基本流程与方法。通过智能技术的学习，力争使学生能够掌握智能技术的基本原理和方法。通过课堂讲解，并配合一定的作业练习、上机实验等环节，使学生初步具备运用智能技术和方法分析问题和解决问题的能力。
“智能工程”是一门解剖实际智能系统设计与分析过程的核心专业课程，它与“智能技术”之间是前后承接的关系。该课程将通过分析典型的智能系统讲授各种智能技术在工程实际系统中的应用。总体而言，该课程面向智能系统的实际应用，着眼于使学生理解如何解决工程应用中的技术问题。为此，将通过具体分析移动机器人、无线传感网络等实际智能系统，使学生了解智能系统的基本结构和各个组成单元，并更好地理解之前所学的信息检测与传感、信号处理、运动控制等技术以及各种智能信息处理方法，使学生初步具备综合运用多种智能技术分析、设计和实现智能系统的能力。
2.3 教学计划实施
作为一个多学科交叉的本科专业，“智能科学与技术”的教学内容相对较多。该专业的很多课程都是现有研究生课程的下移，但不能完全沿用研究生的教学内容和授课方式，否则，在知识储备和学习能力方面的差距将使本科生很难理解、消化、吸收授课内容。因此，在组织教学时，强调授课内容突出重点，以点代面，着重讲授基本方法及其实际应用，尽量避免讲授枯燥的理论或过于抽象的内容。此外，为了适应学时方面的要求，智能技术和智能工程等课程重点讲授清楚一至两种智能信息处理技术，透彻剖析一至两个智能系统，并通过随后的专业实践等课程，进一步加深学生对各种智能技术和智能系统的理解。
在我国现行的教育体制中，中学阶段和大学阶段的学习差异性非常大，很多大学生在入学之初表现出非常明显的新生综合症。此外，很多大学生在专业课程选择、职业规划等方面疑虑很多，迫切需要经验丰富的教师进行引导。基于上述原因，并考虑到“智能科学与技术”专业课程难度较大，我们在该专业中引入了教授学业导师制度。即为该专业的各个班级分配一名学业导师，他们都是本专业年富力强、教学经验丰富、研究成果突出的中青年知名教授。其中，前两届学生的班导师曾分别留学美国康奈尔大学和加州大学伯克利分校。这些班导师可以为学生在专业课程选择、职业规划等方面提供非常具体的意见，也可以引导高年级学生积极参加专业实践，加速学生成才。
迄今为止，南开大学“智能科学与技术”专业的教学体系已经基本建设完成。现在，该专业已经有三届学生，教学情况良好，教授学业导师制度也得到了学生的广泛认可。初步的实践经验表明：我们所制订的教学计划合理性好，实现了预期的教学效果，可以达到“智能科学与技术”专业人才培养的要求。
3 实验和实践环境建设
3.1整体建设思路
作为一个面向应用的学科，“智能科学与技术”专业必须非常重视工程训练。因此，我们除了精心设置有关课程讲授基本理论，组织教学实习之外，还必须着眼于实验室的建设。通过创建高水平的实验环境，为学生提供一个实践、测试、研究基本理论的场所，切实增强学生的动手能力和工程创新意识。能否获得一个高水平的实验环境，是“智能科学与技术”这个新专业人才培养成功与否的关键因素之一。
南开大学信息学院具备良好的实验条件，机器人研究所现有的科研设备也可以为“智能技术科学”的本科生提供较好的实践平台。尽管如此，原有的实验室只能满足“智能科学与技术”专业起步期的教学工作需要，而对于体现专业特色的课程，如智能技术、智能工程等，需要有相关配套实验，因此必须创建一个高水平的实验环境，以满足专业课程教学的需要。考虑到经费和实验面积两方面的限制，要想在短期内获得一个完全满意的实验环境，难度很大，因此需要采用分批次、循序渐进的方式建设智能专业的整体实验环境。一方面，通过一年半左右的时间规划并建设好“智能科学与技术”实验室，以满足“智能技术”、“智能工程”等主要专业课程的教学要求；另一方面，可以借助于机器人研究所等单位的实验条件，暂时缓解部分课程的实验压力。
3.2 “智能科学与技术”实验室建设
“智能科学与技术”实验室的主要作用是开设与智能系统有关的实验，以体现本专业的特色。所以，建设该实验室将重点考虑如何为本专业的核心课程提供必不可少的实验条件，使学生通过大量实验操作掌握智能系统中测量、感知与执行的基本技术手段与方法，并能对整个系统进行综合分析与评价，增强学生对所学习基本理论的感性认识，深化其对专业知识的理解。在此基础上，可以引导学生在实际操作中发现问题，综合运用所学知识解决问题，训练学生逐步养成系统整体设计的技能，以培养“智能科学与技术”领域的工程创新性人才。
自南开大学建立“智能科学与技术”专业以来，我们对于该专业实验室的建设进行了长期调研，在此基础上，根据南开大学的学科特点及现有的实验室基础，我们规划了“智能科学与技术”专业实验室的建设方案，对各个实验计划进行了详细论证。在南开大学新专业建设经费的资助下，南开大学信息学院和教务处、设备处密切合作，筹集资金购置了相应的实验设备，初步建设完成了“智能科学与技术”专业实验室。实验室的主要设备如表1所示，包括机器视觉、移动机器人、磁悬浮系统、三自由度直升机、电梯群控系统等多套实验系统，这些设备可以基本满足智能技术、智能系统、专业实践等课程的教学需要。特别需要指出的是，一些实验环节，如电梯群智能控制调度及远程维护系列实验，是首次引入本科教学体系的实验课程。
3.3 以科研环境促进实验教学
不可否认的是，“智能科学与技术”实验环境建设是一项任重而道远的工作，要想在短期内完善实验环境，使之能够完全满足“智能科学与技术”教学的需要，难度很大。在这种情况下，必须开阔思路，采用多种方式进一步拓展实验渠道，如借助外单位设备组织实验教学等。
我校“智能科学与技术”专业的主要依托单位为信息学院机器人与信息自动化研究所。该所在机器人及相关技 术的研究方面处于国内领先行列，配置有移动机器人、医疗机器人、无线传感网络等多套实验设备，承担了大量国家与省部级的研究项目，具备了良好的实验条件。因此，我们充分利用该所良好的科研环境来促进实验教学。一方面，我们经常性地组织“智能科学与技术”专业的低年级本科生前来机器人所参观实习，通过教师的详细讲解，使学生初步认识机器人等智能系统的基本结构和主要组成单元，为将来学习智能技术和智能工程等课程建立感性认识，同时也使他们更好地理解本专业特色，激发学习兴趣。另一方面，在专业课程的教授过程中，教师根据具体的教学内容组织学生到机器人所进行各类演示性实验，使学生更好地理解各类智能技术。除此之外，为了切实提高“智能科学与技术”专业高年级学生的工程创新能力，学生进入大三，初步完成电子技术、计算机、智能技术等专业课程的学习后，我们逐步引导学有余力的学生提前进入实验室，参与各类研究项目，鼓励他们应用掌握的知识设计实际工程系统，激励他们的创新意识。
3.4 专业实践环节设计
为了实现“智能科学与技术”交叉工科专业的人才培养目标，必须为学生安排充分合理的教学实践环节，使学生通过解决实际问题掌握有关理论知识，提高设计与分析智能系统的能力，提高他们对于本专业的信心。在教学计划中，我们对学生的实习环节进行了精心规划，在教学的后期，积极引导学生参加各个层次的实践教学活动。
在教学计划中，“智能科学与技术”专业开设“专业实践”课程，主要目的是让智能专业的本科生进一步熟悉各类智能系统，针对磁悬浮、直升机等实验系统设计出合适的智能控制方法，并最终完成算法实现、系统性能测试、研究报告撰写、期末答辩等工作，力争使学生能够应用模糊控制、专家规则等智能控制方法解决工程实际问题。
