地方工科院校“智能科學與技術”專業控制類課程教學的探討

張　磊　劉作軍　楊　鵬　孫鶴旭

摘要：地方工科院校建設“智能科學與技術”專業時需要堅持“工學并舉”的思路，將專業優勢和社會工程需求有機地結合，為畢業生就業提供更廣闊的空間，本文結合河北工業大學的實際情況，探討了“智能科學與技術”專業控制類課程的教學。首先介紹河北工業大學該專業的成立背景，其次介紹該專業的主要課程，最后探討該專業控制類課程教學的思路。

關鍵詞：智能科學與技術；地方工科院校；控制類課程

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

1引言

智能科學與技術已經成為信息技術創新的重要增長點，其廣泛的應用前景日趨明顯，如智能機器人、智能化機器、智能化電器、智能化樓宇、智能化社區、智能化物流等等，所培養的學生正是目前高新技術研究及產業發展急需的人才，同時這類人才也會對傳統產業的提升起到積極的作用，就業前景廣闊。

河北工業大學是一所以工科為主，工、理、管、經、文、法多學科協調發展的河北省屬骨干大學，是國家“211工程”重點建設的高等學校。學校具有百余年的辦學歷史，其前身是始建于1903年的“北洋工藝學堂”，于1995年更名為河北工業大學。

為適應社會發展要求，我校設立了“智能科學與技術”專業。該專業建設主要以“控制科學與工程”學科、自動化系和電工電子教學中心為基礎。目前從事智能科學與技術專業方向研究的學術隊伍有教授6名，副教授8名，講師5名，助教4名。近年來，承擔智能科學與技術相關領域國家自然科學基金等國家級課題11項、省部級基金和科研課題18項。

2課程設置

河北工業大學“智能科學與技術”專業自2008年9月開始招生(30人)，現執行培養計劃的培養目標中明確指出：“培養德、智、體、美全面發展，基礎厚、口徑寬、能力強、具備智能科學與技術基礎知識與應用能力，綜合掌握智能控制與智能決策的方法和技術，具有創新精神和實踐能力的高素質智能科學與技術專業人才”，其中特別強調了“智能控制與智能決策”和“創新精神和實踐能力”。

對于地方工科院校，特別是該專業源于自動化專業的地方工科院校，上述兩點應該是比較務實的。目標過高或者過于偏重方法，可能造成學生學習效果不好、就業形式嚴峻，從而影響該專業的建設和發展，甚至關系到生存問題。

基于上述培養目標，提出畢業生的就業方向為：“畢業生能夠在工業生產第一線、科研院所、大專院校等單位從事智能化系統和產品設計、開發與科學研究，并且在計算機應用與行業管理等方面有較強的工作能力。”。

同時，相應的培養要求為“本專業的特色在于智能理論與智能技術。通過各個教學和實踐環節的培養，使學生熟練掌握智能技術與方法、控制理論、電路與電子技術等基本知識，掌握有關工業智能控制系統的設計、制造、調試方法，以及企業智能決策系統設計、開發、運行管理等相關技術。”。

為了滿足上述培養要求，我們設置了如下主干課程和特色課程。

(1)主干課程

電路、電子技術、微機原理、微機控制技術、自動控制理論、現代控制理論、人工智能概論、智能控制。

(2)特色課程

微機控制技術、計算機仿真(雙語)、工程學概論、系統工程、運籌學、最優化理論與計算、復雜系統建模、智能信息處理。

在主干的課程里，涉及控制類的課程包括自動控制理論、現代控制理論、微機控制技術、智能控制四門課程。

控制類課程非常強調循序漸進，由經典控制理論到現代控制理論或計算機控制理論，再到智能控制理論。三個學期的專業課教學，如何能夠很好的完成這個過程是值得探討的問題。

對于“自動化”專業，其主干課中控制類課程并沒有智能控制，因此壓力相對減輕。而對于“智能科學與技術”專業，智能控制課程應該講是重中之重，一是不能忽視，否則失去專業特色；二是前修課的教學如何配合。

3控制類課程教學探討

在自動控制理論、現代控制理論、微機控制技術、智能控制四門課程的教學中，地方工科院校應該始終堅持“工學并舉”的思路。

3.1自動控制理論

自動控制理論課程是現代控制理論、微機控制技術、智能控制等的先修課程。通過本課程的學習，使得學生系統掌握自動控制的理論基礎，具備對系統進行時域和頻域定性和定量分析及模擬仿真和數字仿真的能力，為后續專業課學習奠定堅實的基礎。

自動控制理論課程是一門專業基礎課程，講授內容、講授次序以及實驗編排已經比較固定，教材也比較成熟，所以應該從教學方式和教學方法進行改革，以期獲得更好的教學效果。

結合河北工業大學具體情況，在“自動化”專業的教學大綱中提出如下教學基本要求：在本課程的教學中，要注意結合課程本身的性質和特點進行，把握基本概念，重視本課程各種關系的內在聯系，重視實驗課程，注意各種理論、方法和工具的使用范圍，理論聯系實際，在應用實踐中提高。

針對“智能科學與技術”專業，為了后續專業課教學的順利執行，擬增加“具備利用數理基礎知識嚴格分析和推理能力”、“了解控制理論發展的趨勢和新概念”等內容。

3.2現代控制理論

現代控制理論課程與自動控制理論課程類似，也是相對穩定和成熟的課程。通過本課程的學習，使得學生掌握線性系統的基本理論知識、系統建模、分析和設計方法，為后續專業課學習奠定堅實的基礎。

結合河北工業大學具體情況，在“自動化”專業的教學大綱中提出如下教學基本要求：“在本課程的教學中，要注意結合課程本身的性質和特點進行，把握基本概念，重視本課程各種關系內在聯系，注意各種理論、方法和工具的使用范圍，理論聯系實際，在應用實踐中提高。”。

針對“智能科學與技術”專業，為了后續專業課教學的順利執行，擬增加“具備利用數理基礎知識嚴格分析和推理能力”、“掌握最先進的系統分析設計方法”等內容。

3.3微機控制技術

微機控制技術課程是工科大學信息類學生的重要專業基礎課。它的先修課程包括自動控制理論、數電、模電等課程。通過本課程的學習，使得學生掌握離散控制系統和計算機控制系統的設計與工程實現中的基本方法。

微機控制技術課程的講授內容相對廣泛，有必要針對社會的需要以及學生的畢業去向進行內容篩選，加強學生的工程意識和對實際問題的認識，提高他們處理工程問題的能力和經驗。

結合河北工業大學具體情況，在“自動化”專業的教學大綱中提出如下教學基本要求。

(1)了解計算機控制系統的主要組成掌握接口電路的原理與應用

(2)掌握計算機控制系統基本應用軟件

(3)學習PID調節的數字實現

(4)學習電動機微機控制系統的軟、硬件組成

(5)學習計算機控制系統的綜合設計

(6)串行通訊

(7)計算機控制系統中的抗干擾設計

(8)了解計算機控制系統的高級語言編程

針對“智能科學與技術”專業，為了后續專業課教學的順利執行，擬增加“狀態反饋的數字實現”、“復雜控制算法的數字實現”等內容。

3.4智能控制

智能控制課程是“智能科學與技術”專業的最重要及最有特色的專業基礎課之一。通過本課程的學習，學生應掌握智能控制系統的設計與工程實現中的基本方法。

智能控制課程的講授內容相對廣泛，有必要針對社會的需要以及學生的畢業去向進行內容篩選，加強學生的工程意識和對實際問題的認識，提高他們處理工程問題的能力和經驗。

結合河北工業大學具體情況，在“自動化”專業的教學大綱中提出如下教學基本要求。

(1)掌握模糊系統的基本概念及設計方法

(2)掌握神經網絡的基本概念、主要分類及主要用途

(3)掌握遺傳算法的基本概念和初步應用

針對“智能科學與技術”專業，擬增加“具各利用數理基礎知識嚴格分析和推理能力”、“智能控制算法的數字仿真和硬件實現”等內容。

3.5與其他課程的配合

學生畢業后的去向大致有攻讀(本校、外校、境外高校)研究生、參加工作、自主創業等情況。就河北工業大學具體情況而言，應重點放于學生就業的需要，同時兼顧學生繼續深造的需要。在培養學生堅實的理論和專業基礎的同時，著力培養學生的動手實踐能力。

(1)與數理基礎課的配合

對于“智能科學與技術”專業，應提高學生對數理基礎課的重視程度，加大數理基礎課的比重，并在專業課教學中增加部分數理基礎課。

同時在自動控制理論、現代控制理論、微機控制技術、智能控制四門課程的教學過程中，應該做到與數理基礎課密切聯系，盡量避免近似計算公式，而應該著重于推理能力。使得學生在前7個學期數理基礎不斷增強，很好的達到考研要求。

(2)與應用技術課的配合

控制類課程與數理基礎課的配合，才能使控制類課程的學習“上能看到天”，同時唯有與應用技術課的配合，才能使控制類課程的學習“下能觸到地”。對于地方工科院校的學生而言，與應用技術課的配合更加重要。

“自動控制理論”和“現代控制理論”課程應與基于MATLAB平臺的仿真技術密切聯系。

要求學生掌握自動控制系統數字仿真的基本方法：掌握現代控制系統數字仿真的基本方法；掌握用計算機仿真技術研究實際控制系統的原則和方法，確定仿真模型、選擇算法和結果分析的一般方法：學習Matlab和軟件在控制系統仿真中的應用。

“微機控制技術”課程應與單片機或可編程序控制器等實現技術密切聯系。

單片機課程結合Intel MCS-51系列單片機中的805l芯片進行講授，要求學生掌握單片機系統的基礎知識；掌握單片機的內部結構、基本配置和總線時序、指令系統的尋址方式、程序設計方法等；掌握串行通訊的使用方法：掌握利用單片機實現簡單控制算法。

“可編程序控制器”是一門實踐性很強的課程，要求學生在掌握可編程序控制器的結構特點的前提下，重點掌握PLC與現場設備的連接方法、編程的基本方法與應用，對PLC的通訊方法與其網絡控制技術有初步的了解：掌握利用可編程序控制器實現簡單控制算法。

“智能控制”課程應與嵌入式系統等實現技術密切聯系。

“嵌入式系統”課程圍繞目前主流的32位ARM處理器和源碼開放的Linux操作系統，要求學生掌握嵌入式系統的概念、軟硬件組成、開發過程以及嵌入式Linux應用程序和驅動程序的開發設計方法；掌握利用嵌入式系統實現智能控制算法。

4結束語

“智能科學與技術”專業作為新興專業，由于各個學校建設的基礎不同帶來不同的待解決問題。作為地方工科院校的，并來源于“自動化”專業的“智能科學與技術”，如何建設控制類課程是本文的研究所在。

通過加強和緊密聯系數理基礎課程，并強化和緊密聯系應用技術課程，使得學生學習控制理論不膚淺，應用控制理論不困難，特別掌握智能控制系統的分析和設計，以區別于并優于其他專業。

“智能科學與技術”專業的教學改革還需不斷深化，下一步的工作主要在于調查學生的學習現狀和學生就業主渠道的反饋意見。