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時間:2023-09-11 17:25:04
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[關鍵詞]本科畢業(yè)設計;新工科;貫穿式培養(yǎng);交互式指導
1傳統(tǒng)計算機本科畢業(yè)設計現(xiàn)狀分析
傳統(tǒng)計算機專業(yè)課程設置偏重于課堂授課,即理論教學,對實踐教學重視不足。首先體現(xiàn)在課時分配上,理論教學授課時間一般要多于實踐授課[3]。其次體現(xiàn)在實踐資源上,公共計算機實踐平臺有限,計算機課程同時也是很多計算相關專業(yè)的基本必修課或選修課,導致實踐資源緊張。實踐學習相對于理論學習需要更多的時間來慢慢體會和提升[4]。雖然大部分學生可以自行配置計算機設備,但是沒有公共實踐課程的強制約束,能自覺在課下進行實踐練習的學生很少。這一點也在傳統(tǒng)計算機專業(yè)本科畢業(yè)設計中得到體現(xiàn)。雖然經過了大學本科前三年半共計七個學期的理論學習和實踐學習,大部分學生的實踐能力依舊非常差。很多學生只是記得簡單的編程語言知識,缺乏實際的編程經驗,沒有真正經歷過全面的、系統(tǒng)的實踐訓練。此外,計算機專業(yè)是一個不斷快速發(fā)展的學科,新知識、新技術不斷涌現(xiàn)。而課堂教學內容往往比較固定、更新較慢,教師們也常常需要依照課程教綱授課,能介紹的新知識有限,致使很多學生只關注于書本知識,不了解學科領域最新的發(fā)展。在本科畢業(yè)設計環(huán)節(jié),指導老師選定的課題一般都是自己科研領域的較新或者較前沿的方向[5],大多數(shù)學生沒有接觸過,需要臨時學習,在有限的時間內很難有好的成果產出。總的來說,傳統(tǒng)計算機專業(yè)本科畢業(yè)設計過程暴露出本科培養(yǎng)的兩個問題:理論與實踐脫節(jié),沒有扎實的實踐,就不會有對知識的深刻理解;課程設置跟不上學科新進展,所學知識無法滿足實際新需求。
2新工科背景下計算機專業(yè)發(fā)展需求
新工科建設是國家在新一輪科技革命與產業(yè)變革的大形勢下提出的新時代工科專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。新工科主演涵蓋了與計算機緊密相關的若干專業(yè),如人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實等。新工科建設的目的是探索高等教育新模式、新理念,建設工程教育強國,培養(yǎng)“實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力”的新型高素質工科人才。傳統(tǒng)的計算機本科教學模式及本科畢業(yè)設計實踐模式顯然無法滿足新工科建設的需求。一方面,計算機本科教學對新工科涉及的人工智能、大數(shù)據(jù)等方向難以做出及時調整;另一方面,畢業(yè)設計學生難以在短時間內對新方向開展深入研究。此外,正如第2章節(jié)所述,教師們也難以在有限課堂時間內將額外新知識很好地傳授給學術[6]。鑒于此,很有必要探索適應于新工科建設需求的全新的計算機專業(yè)本科畢業(yè)設計培養(yǎng)方法。
3新工科背景下計算機專業(yè)本科畢設提升思路
我們旨在改變傳統(tǒng)計算機本科畢業(yè)設計培養(yǎng)方式的兩方面不足:短周期培養(yǎng)和單方向指導。相應地,我們需要開展兩方面工作:一方面將本科畢業(yè)設計培養(yǎng)貫穿于整個大學培養(yǎng)周期,進行全流程、可跟蹤式培養(yǎng);另一方面用交互式指導模式代替單方向填鴨式指導模式,激發(fā)學生興趣、挖掘學生潛能。
3.1貫穿式培養(yǎng)
計算機專業(yè)本科畢業(yè)設計貫穿式培養(yǎng)模式主要有兩個特點:全周期和可跟蹤。全周期是指從大學第一個學期開始就為本科生選配畢業(yè)設計指導老師,將畢業(yè)設計融入到大學全周期的教學與實踐環(huán)節(jié)中去。需要指出的是,全周期培養(yǎng)并不是一開始就給學生指定畢業(yè)設計題目,而是根據(jù)學生興趣及指導老師研究方向,在前期給學生一個相對自由的探索與實踐空間,后期再讓學生選定畢業(yè)設計題目。可跟蹤是指整個培養(yǎng)周期內,指導老師可以及時、全面地掌握學生的學習與實踐動態(tài),根據(jù)具體情況實時調整培養(yǎng)方案。全周期模式有三方面優(yōu)點:第一,充足的實踐。理論需要聯(lián)系實際,公共實踐資源極為有限,更多的私有實踐資源分散在指導老師那里。指導老師可以為本科生提供實踐的物理空間和設備資源,使學生有充足的實踐鍛煉,深刻領會課堂所學知識,達到融會貫通的目的;第二,更多的收獲。指導老師還可以讓研究生協(xié)助培養(yǎng)本科生,把研究生豐富的課題研究實踐經驗傳授于本科生;第三,更大的創(chuàng)新空間。本科生思維活躍,融合理論知識和實踐鍛煉,有利于產生創(chuàng)新性研究成果。可跟蹤模式的優(yōu)點在于指導老師對學生有全面的了解,可以根據(jù)學生前期的學習及科研情況選定最終的畢業(yè)設計題目,做到因人選題、有的放矢,實現(xiàn)提升畢業(yè)設計質量的目的。
3.2交互式培養(yǎng)
計算機專業(yè)本科畢業(yè)設計的交互式培養(yǎng)是指導老師與學生進行雙向的互動,而不是單向的灌輸式培養(yǎng)。交互式培養(yǎng)有利于提高學生的主動性、激發(fā)學生的活力,使學生有更大的獲得感,從而不斷激勵學生自發(fā)地搜集資料、學習知識、加強實踐,實現(xiàn)自我綜合素質的提升,最終到達畢業(yè)設計質量的提升。交互式培養(yǎng)貫徹于整個培養(yǎng)周期,包括前期的學習、實踐以及最終畢業(yè)設計論文的完成。交互式培養(yǎng)在老師指導、學生反饋、老師與學生討論以及再指導、再反饋、再討論的循環(huán)往復過程中實現(xiàn)學生潛能的不斷發(fā)掘與提高。本科畢業(yè)設計不是無源之水、無本之木,前期充足的積累才能寫出高質量的畢業(yè)論文。計算機專業(yè)畢業(yè)設計不是簡單地完成、調試成功了程序,而是針對所選定的題目,根據(jù)所學理論知識及調研資料,設計出解決問題的創(chuàng)新方案,并與指導老師不斷討論與優(yōu)化,在此基礎上利用掌握的程序語言和工具,實現(xiàn)畢業(yè)設計課題的研究目標。在畢業(yè)設計的實現(xiàn)階段,交互式培養(yǎng)會更加頻繁,這個階段是對整個培養(yǎng)方式的考核,需要在指定時間內實現(xiàn)一個具體的研究課題,并要求有創(chuàng)新性思路。
4結語
(湖南大學信息科學與工程學院,湖南長沙410082)
摘要:針對大學專業(yè)教育中普遍存在的高分低能狀況,以“用”為出發(fā)點,提出實驗課程·專業(yè)實訓·學科競賽金字塔式實踐教學體系,闡述如何打通課程理論之間的聯(lián)系,自底向上從實踐動手、分析綜合再到發(fā)明創(chuàng)新分層逐步培養(yǎng)和提升學生的專業(yè)能力。
關鍵詞 :實踐教學;實驗課程;專業(yè)實訓;學科競賽
第一作者簡介:李智勇,男,教授,研究方向為智能計算、智能系統(tǒng)、大數(shù)據(jù),zhiyong.li@hnu.edu.cn。
0 引 言
大學作為直接為社會輸送人才的機構,將人才“可塑性”和“可用性”作為大學教育的根本目的,因此培養(yǎng)學生的文化素養(yǎng)和專業(yè)能力成為大學教育最重要的任務,但由于中國傳統(tǒng)教育思想的影響,“高分低能”一直是中國教育面臨的一個嚴峻問題,而這一問題在高等院校更為突出。問題不解決,便達不到“可用性”的目的。
這一問題違背了大學教育尤其是工科類院校的初衷,越來越多的高校逐漸意識到該問題的嚴重性,開始進一步關注實踐教學,壓縮理論教學的時間,輔以更多的實踐教學課時。“小學期”是這一趨勢的典型代表。這一變化將實踐教學的質量問題提上日程,如何建立合理有效的實踐教學體系和安排實踐教學內容是當前高校不得不思考和亟待解決的問題。
1 教學現(xiàn)狀及問題
我們以湖南大學智能科學與技術專業(yè)為例分析目前實踐教學的現(xiàn)狀及存在的問題。
1.1 課程教學體系
湖南大學智能科學與技術專業(yè)近3年的教學計劃中,要求學生畢業(yè)最低總學分為170分,圖1給出各類環(huán)節(jié)所占的學分比例,可以看出,專業(yè)實訓(含畢業(yè)設計)只占總學分的16%,教學計劃側重理論教學,從學時分布來看,此偏重更為明顯。圖2分析了每個學期的課程教學學時情況,學生幾乎需要將所有時間放到課程理論學習上,被嚴重束縛,實踐教學形同虛設。
1.2 現(xiàn)有實踐教學體系
在智能科學與技術專業(yè)近3年的教學中,實驗課程有普通物理實驗和人工智能基礎實驗兩門。從學生完成該實驗課程的情況來看,大多數(shù)學生數(shù)據(jù)處理邏輯簡單,幾乎沒有運用模式識別、機器學習、智能控制等人工智能方法完成的作品。第6學期開設的實踐課程遠遠達不到培養(yǎng)學生熟練運用多門專業(yè)理論和方法的目的。
現(xiàn)在很多高校開始實施“小學期”教學日歷,設置為期1個月左右的集中實踐或者專業(yè)實訓環(huán)節(jié)。前兩年的“小學期”是面向全院所有專業(yè)學生的基礎能力培養(yǎng),而第3學年后的“小學期”安排專業(yè)綜合設計實訓,訓練學生的專業(yè)能力,如五子棋人機對弈項目可以大大提高學生對專業(yè)的興趣,但項目過于單一,僅涉及人工智能、模式識別、機器學習等課程,與人工智能實驗課程有重合的傾向,而諸如機器人學、智能控制等智能科學與技術專業(yè)的特色課程就沒有訓練的機會,此外對比上一個硬件技術實訓缺少能力培養(yǎng)的延續(xù)性。具備創(chuàng)新發(fā)明的能力是目前實踐教學甚少考慮的培養(yǎng)目標。
1.3 存在的問題
這種培養(yǎng)方案主要存在以下問題:①實踐教學學時過少,學生實踐能力培養(yǎng)機會太少;②理論學習任務過重,學生的雙手無法得到解放;③實驗課程內容設置不合理,課程理論與實際沒有有效結合;④面向專業(yè)的實訓內容單一,專業(yè)理論覆蓋面不夠;⑤能力培養(yǎng)斷層,發(fā)明創(chuàng)新能力未涉及。
2 金字塔式實踐教學體系
針對以上存在的問題,我們制定了新的培養(yǎng)計劃,圖3所示是2015年湖南大學智能科學與技術專業(yè)教學計劃課程時序圖。可以看出,不計實驗課程,每學期的理論教學課程減少到平均5門課程;實驗課程大大增加,從原來的2門增加到7門。新的教學計劃中實踐教學得到重視和加強。
另外,教學計劃的另一個特色是高年級的教學/學術方向分組,根據(jù)信息科學與工程學院的科研優(yōu)勢設置了4個方向,將教學與科研有機結合。課程按組選修,增加了選修課之間的關聯(lián)性,使培養(yǎng)目標更突出,令學生有的放矢。教學計劃也反映了實踐教學的體系結構:針對重要的學門、學類和專業(yè)課程,通過專門開設實驗課程鞏固這些重要課程;接下來,通過專業(yè)實訓將多門課程理論串聯(lián)起來;最后,擬提供豐富的學科競賽機會,對于學有余力的學生進一步培養(yǎng)發(fā)明創(chuàng)新的能力。這3個層面形成了一個金字塔式的實踐教學體系,如圖4所示。越往上,能力水平越高;往下是必須具有的基礎能力。金字塔式的實踐體系體現(xiàn)了遞進式的能力培養(yǎng)過程。通過該培養(yǎng)模式將能直接給社會輸送“可用”人才。
圖4給出了整個實踐能力培養(yǎng)的空間結構。筆者將分別從時間角度詳細介紹3個層面的培養(yǎng)目標和實踐內容安排。
2.1 實驗課程
實驗課程處于金字塔的最底層,目的是培養(yǎng)學生運用專門知識進行動手實踐的能力,熟悉和鞏固專業(yè)基礎課程理論,為上層的能力培養(yǎng)打好基礎。這一能力是所有智能科學與技術專業(yè)合格大學生必須具有的根本能力。
程序設計和計算機系統(tǒng)設計是實現(xiàn)智能的手段和載體,因而第1學年和第2學年圍繞這兩個能力開展理論和實踐教學活動,開設了高等程序設計、數(shù)據(jù)結構與算法、數(shù)字邏輯、計算機系統(tǒng)等課程,其中程序設計、數(shù)字邏輯和計算機系統(tǒng)3門課程實踐性較強,因此還配套設置了對應的實驗課程。實驗課程與理論課程盡量同步開設,利用實驗箱對理論進行驗證,加深學生對課程的理解。第3學年和第4學年面向計算機上層系統(tǒng)和應用,操作系統(tǒng)和計算機網絡是典型代表,因而針對這兩門課程開設對應實驗課程,這幾門實驗課程是學類核心課程。此外,教師還可圍繞智能科學與技術專業(yè)的重點核心課程“人工智能”開設機器人實驗課程,讓學生基于NAO人形機器人、智能小車、RoboCode等設備軟件理解、熟悉和練習各種智能的算法和模型。從程序設計、計算機系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、計算機網絡和人工智能5個方面依次開展基礎實踐到專業(yè)實踐的培訓,為上層專業(yè)實訓作好準備。
2.2 專業(yè)實訓
專業(yè)實訓是隨著小學期的推廣而逐漸引入的培養(yǎng)環(huán)節(jié),未有成功的經驗可以借鑒。5年中我們不斷地探索,在剛開始的2年采用“集中實踐+生產實習”的方式。集中實踐指在學校里進行一些簡單的綜合設計,如軟件實訓開發(fā)類似圖書管理系統(tǒng)的軟件。由于題目較為簡單和老套,學生興趣不高。生產實習是指和企業(yè)合作,將學生派往生產一線,這一想法初衷好但操作性低。因此,頭兩年的“小學期”成效不佳,于是取消生產實習,將集中實踐從2周延長為4周,增加項目難度,如2014年在第2學年實行的“STC單片機開發(fā)”和第3學年實施的“五子棋智能對弈設計”,難度適中,學生普遍反映較好。
這兩年取得的進步給我們很大的啟發(fā)。第2學年的軟件實訓結合最新的APP應用引入Android開發(fā),讓學生可以在自己的手機上展示作品,實現(xiàn)即所得,極大地激發(fā)學生的積極性;在已有的單片機開發(fā)上,提升設計的高度和難度,引入FPGA設計,讓學生全面學習嵌入式系統(tǒng);最后,在智能專業(yè)綜合設計方面,將五子棋智能下棋程序打造成全院的一個競賽,結合專業(yè)最前沿的發(fā)展方向,進而增加機器人開發(fā)、物聯(lián)網系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)設計,涵蓋智能終端、智能軟件、智能系統(tǒng),提供較寬的選擇,充分發(fā)揮學生的一技之長。
2.3 學科競賽
前兩個層次基本上完成了工程能力的培養(yǎng),但創(chuàng)新才是核心競爭力。如何激發(fā)學生發(fā)明創(chuàng)造的潛能也是實踐教學的任務之一。這一能力在以前的教學中甚少專門涉及,發(fā)明創(chuàng)新的能力是一道坎。
學科競賽是培養(yǎng)發(fā)明創(chuàng)新能力比較好的一個突破口,因此我們在實驗室建設過程中適當考慮了對學科競賽的支撐,基于RoboCup足球機器人在協(xié)同對抗上創(chuàng)新,基于模塊化機器人在創(chuàng)意上立新,基于NAO機器人在自然語言處理上求新。目前,學生長期參加的學科競賽有RoboCup足球機器人中型組比賽、物聯(lián)網設計大賽以及全國電子設計大賽。教師應為有志向和能力的學生提供創(chuàng)新平臺和條件,鼓勵學生參加高水平的學科競賽。
學科競賽組成了實踐教學的最后一環(huán),面向科研,與研究生教育接軌;面向創(chuàng)業(yè),為IT產業(yè)增添生命力。
3 建設措施及成果
3.1 實驗室配套建設
根據(jù)實踐教學的分層體系,目前已有的支撐該體系的儀器設備見表1,可滿足不同層次的用途需求。課程實驗的設備主要以驗證為主;實驗課程的設備需要學生動手實現(xiàn)算法和設計;專業(yè)實訓的設備主要以提供平臺為主,讓學生自主搭建系統(tǒng);學科競賽的設備一方面要滿足競賽需求,一方面可以應用于學術研究,具有一定的開放性。
針對學科競賽,我們已經建立400 m2的場地專門用作智能科學與技術專業(yè)的創(chuàng)新和學科競賽實驗室。圖5所示為學生正在專心調試足球機器人。
3.2 實踐教學代表性項目
1)電子產品的制作、測試及使用( STC-A實驗學習板)。
通過完成一個電子產品(STC-A實驗學習板)的制作、測試及使用,學生能夠全面了解電子產品的開發(fā)與生產全過程以及質量管理;實踐簡單的焊接技術,認識基于處理器的電子系統(tǒng)的組成;學習電路調試及檢測能力,了解“STC-A學習板”的功能以及嵌入式系統(tǒng)的入門知識;擁有一個便攜式學習與創(chuàng)新的實驗平臺,為今后的學習提供方向與幫助。
2)“智能杯”五子棋程序設計邀請賽。
該競賽在已給出五子棋平臺的基礎上(已有界面,無需自己編程界面),要求參賽者寫出五子棋算法。換句話說,就是設計五子棋COM的智商。五子棋看似簡單,實則包含各種變化,計算種種變化同樣需要強大的知識儲備。程序設計與五子棋結合既樸素簡單,又包羅萬象,同時通過對弈方式可以綜合多種人工智能理論和方法,反映出技能的高低。
3)足球機器人。
中國機器人大賽暨RoBoCup公開賽是中國最具影響力、最權威的機器人技術大賽。信息科學與工程學院從2013年開始連續(xù)參加了兩屆比賽,積累了一定的經驗,已基本形成老帶新的格局。通過展現(xiàn)一個真實的機器人產品,可以讓學生感受本專業(yè)的特色和前景,提高專業(yè)的認同感;通過動手改進一個實際產品,激發(fā)學生的創(chuàng)新意識;通過這個比賽,期望學生能夠逐步達到自主研制復雜精密機器人的水平。
4 結語
能力培養(yǎng)是大學教育的重中之重,而實踐教學是達成這一目標的重要手段。實驗課程·專業(yè)實訓·學科競賽金字塔式實踐教學體系符合能力培養(yǎng)的階梯性,涵蓋了動手實踐、綜合分析和發(fā)明創(chuàng)新3種能力。部分實踐教學項目得到較好的反響,為這一體系進一步成熟化和規(guī)范化提供了動力。
下一步,我們擬主要從兩個方面進一步推進智能科學與技術專業(yè)的實踐教學建設。一方面不斷提升從事實踐教學的教師水平,注重與行業(yè)接軌,跟進行業(yè)的最新發(fā)展動態(tài)和專業(yè)技術并將其反映到實踐項目中,形成一個持續(xù)發(fā)展的良性生態(tài);另一方面積極融人工程認證的理念,為工程類學生今后走向世界提供具有國際互認質量標準的“通行證”。實踐教學作為能力培養(yǎng)的重要手段,為了使其更加科學和規(guī)范,我們將參照工程認證的標準,對各項能力的培養(yǎng)在實踐教學過程中有更明確的對應,對能力的考核能更細致化。
參考文獻:
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[2]張莎,當代大學生“高分低能”現(xiàn)狀的原因及對策分析[J].科教導刊,2012(8): 98-99.
[3]李智勇,肖正,趙歡,等,智能科學與技術本科專業(yè)“小學期”制教學思考[J].計算機教育,2011(15): 29-34.
[4]昊麗娟,李柳.以小學期為平臺的實踐教學改革與探索[J]沈陽師范大學學報:自然科學版,2013(3): 421-424.
關鍵詞:智能科學與技術專業(yè);學科建設;實驗室建設
中國錯過了“體力勞動機械化”的歷史時機,而在當前“腦力勞動機械化”的浪潮中,能否走在世界前端是中國面臨的一個新挑戰(zhàn)。早在6年前,許多專家學者就意識到這個問題,適時地推動并促成了“智能科學與技術”本科專業(yè)的建立。通過以鐘義信、王萬森、劉宏等為代表的一批學者們6年的不懈努力,該專業(yè)的建設取得了較大進展[1]。在核心課程體系、特色專業(yè)課程、實驗實踐教學、專業(yè)師資水平方面取得豐碩成果,促使“智能科學與技術”這門新興的學科正逐步走向成熟。
教育部于2006年6月首次成立全國高校實驗室建設指導委員會,表明國家把高校實驗室建設擺到非常重要的位置,各高校也紛紛加大了實驗室建設的力度。作為新設置的學科,“智能科學與技術”專業(yè)實驗室建設和專業(yè)教材建設的發(fā)展相對滯后,是近期需要大力度發(fā)展的事情[1]。湖南大學“智能科學與技術”本科專業(yè)于2007年通過了教育部審批,2008年迎來了第一批本科生,當前他們處在全面進入高年級專業(yè)學習階段,因此實踐教學和實驗室建設顯得尤為重要和緊迫。
北京大學、北京郵電大學、南開大學、西安電子科技大學等早期成立該專業(yè)的學校在專業(yè)實驗室建設方面積累了豐富的經驗。湖南大學“智能科學與技術”本科專業(yè)實驗室的建設正是借鑒了這些院校的建設思路[2-4],同時充分結合我校本科教育和人才培養(yǎng)的理念及學校優(yōu)勢學科,形成了具有湖南大學特色的實驗室建設指導思想及實驗體系。
1實驗室建設思路
從建立之初,我校“智能科學與技術”專業(yè)就將人才培養(yǎng)模式定位在“設計與創(chuàng)新型”。首先,本科4年的培養(yǎng)要使一個合格的本科生具備工程設計的基本知識、基本理論和基本技能,在此基礎上將開發(fā)學生的創(chuàng)新意識貫穿其中。“設計與創(chuàng)新型”的培養(yǎng)模式為滿足當前高端應用型人才和科研人才的社會需求提供了保障,而實驗室是這些人才的重要孵化基地。針對這一目標,我們提出了符合我院實際的實驗室建設指導思想,并構建了相應的實驗體系[5]。
1.1實驗室建設指導思想
實驗室建設的指導思想是:
1)1個目標:培養(yǎng)具有創(chuàng)新與設計基本能力的高素質人才,創(chuàng)建科學創(chuàng)新與技術創(chuàng)新的基本環(huán)境。
2)2類體系:面向基本教學的技術與專業(yè)的基礎性實驗體系;面向創(chuàng)新與設計能力培養(yǎng)的研究型實驗體系。
3)3個層次:驗證型;技能型;創(chuàng)新與設計型。
1.2實驗體系
從“設計與創(chuàng)新型”人才培養(yǎng)目標出發(fā),以課程學習為體,實驗實踐為用,我院提出了“課程實驗――實驗課程――工程設計訓練――畢業(yè)設計”的新型特色實驗體系。對學科和專業(yè)核心課程,通過課程實驗使學生鞏固加深對理論知識的理解;對專業(yè)的主流工業(yè)應用,增加相應的實驗課程,使學生掌握主流應用中的關鍵技術;對已有較為系統(tǒng)的專業(yè)知識的高年級本科生,通過完成一個綜合設計任務,訓練和增強學生綜合運用專業(yè)知識的能力;在工程設計訓練的基礎上,在最后的畢業(yè)設計中增加創(chuàng)新性要求,激發(fā)學生的創(chuàng)造能力。圖1給出了本科實驗教學的運行圖。
2實驗室建設方案
本專業(yè)實驗室建設突破傳統(tǒng)理念,拋棄以往過分注重實驗儀器種類和數(shù)目的“大而全”式建設思路,采用以目標驅動、物盡其用的科學經濟的建設理念,使實驗設備得到充分合理的利用。其次,作為新專業(yè)實驗室,走分期建設的路子,從基礎實驗體系入手,結合我院智能感知、智能控制等優(yōu)勢方向,逐步打造以設計和創(chuàng)新為主的研究型實驗體系。
2.1以教學實踐為基礎的建設
本專業(yè)培養(yǎng)計劃確立了人工智能基礎、控制理論基礎、腦與認知科學、計算機圖形圖像處理四門課程作為本科的專業(yè)核心課。此外,依據(jù)我院大批教師及研究生長期從事的智能科學技術相關研究,我們凝練了幾個基礎較厚實、成果較豐碩的子方向,并由此制訂了本科選修課程及群組。為了使實驗室建設重點明確、特色突出,我們將“智能科學與技術”專業(yè)實驗室劃分為5個子方向實驗室,相對獨立建設,其中智能網絡實驗室利用我院通信專業(yè)實驗室,避免重復建設,如圖2所示。
在全國智能科學技術教育學術研討會多次研討的基礎上,我們確立了“智能機器人”、“智能網絡”和“智能游戲”為“智能科學與技術”本科專業(yè)教學實驗活動的3個重要平臺。結合我院的優(yōu)勢學科――嵌入式系統(tǒng)、傳感器網絡,我們選擇綜合性強的智能機器人設計作為第一批實驗課程,在實驗室后期建設中將增開2~3門實驗課程,比如智能電梯控制等。這些實驗課程以實物為對象,講授工業(yè)應用中常見技術,增強學生的設計能力。此外,選擇Robocode坦克機器人戰(zhàn)斗仿真作為智能游戲實驗平臺開設課程設計,達到寓教于樂的目的,提高學生對本專業(yè)的積極性。
2.2以創(chuàng)新性培養(yǎng)為導向的建設
創(chuàng)新型人才是當今社會急需但又相對缺乏的人才,這也指明了創(chuàng)新性培養(yǎng)對實驗室建設的導向作用。在廣泛調研的基礎上,我們通過兩條路提高學生的創(chuàng)新能力。其一,在實驗室規(guī)模有限、師資相對短缺的條件下,讓學生參加學科競賽,以培養(yǎng)少數(shù)精英為目的;其二,將工程設計訓練與畢業(yè)設計掛鉤,鼓勵學生在具有一定工程設計能力的基礎上充分發(fā)揮創(chuàng)意,在畢業(yè)設計中完成新穎的工程設計,或者從事具有一定科研意義的研究工作。
就學科競賽而言,我院去年組織青年教師和研究生參加了首屆中國“智能車未來挑戰(zhàn)”比賽,并榮獲第1名。我院在智能車方面積累了豐富的制作設計經驗,具有較為突出的優(yōu)勢;另外,嵌入式設計開發(fā)一直是我院的強勢專業(yè),我校學生在“挑戰(zhàn)杯”上多次取得佳績。綜合這些因素,我院將“飛思卡爾”杯全國大學生智能車競賽作為學科競賽項目之一。隨著實驗室建設的進一步完善,我們將通過參加難度更高的“機器人足球賽”凸顯實驗室的專業(yè)特色。
2.3教師隊伍建設及實驗教學方式
教師隊伍是實驗室建設成敗的關鍵。傳統(tǒng)觀念往往把實驗教學作為理論教學的補充和對課堂理論知識的驗證,實驗教學內容多為驗證性實驗,導致實驗技術人員業(yè)務素質和整體水平偏低。因此,在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力之前,首先要建立起優(yōu)良的實驗教師團隊。我校的做法如下:
吸收一批來自科研一線的青年教師,充分發(fā)揮他們對專業(yè)前沿的把握和理解優(yōu)勢,適時引進新的內容,擴充實驗教學的知識面。
吸收來自企業(yè)的一線工程人員,將當前主流的專業(yè)技術納入到實驗范疇。
評選優(yōu)秀教師,以攻讀研究生或者訪問學者的方式增強教師的業(yè)務能力。
同經驗豐富的老師一起組成有活力但又不乏專業(yè)素養(yǎng)的梯隊,改革實驗教師工作量的計算方法,激勵其開設有特色、有新意的實驗課程等措施,可以防止實驗教師知識老化,培養(yǎng)一支業(yè)務素質過硬、把握專業(yè)前沿的優(yōu)秀教師隊伍。
在改革實驗課程的教學方式方面,一方面,我們借鑒國外大學在實踐教學方面的經驗,改變目前實驗學時偏少、實驗數(shù)量偏多的現(xiàn)象;另一方面,我們減少教師設計實驗內容,增加學生自主設計實驗的比重,將重能力培養(yǎng)落實到實處。
關鍵詞:戰(zhàn)略性新興產業(yè);專業(yè)鏈群;建設路徑
目前我國正處在改革發(fā)展的關鍵階段,經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設以及生態(tài)文明建設全面推進,工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場化、國際化深入發(fā)展,人口、資源、環(huán)境壓力日益加大。在此背景下,我國提出了戰(zhàn)略性新興產業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略并明確了其目標為:到2020年,力爭使戰(zhàn)略性新興產業(yè)成為國民經濟和社會發(fā)展的重要推動力量,增加值占國內生產總值比重達到15%,部分產業(yè)和關鍵技術躋身國際先進水平,節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造產業(yè)成為國民經濟支柱產業(yè),新能源、新材料、新能源汽車產業(yè)成為國民經濟先導產業(yè) [1]。新的科技發(fā)展機遇和戰(zhàn)略新興產業(yè)的出現(xiàn)與發(fā)展,凸顯了提高國民素質、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要性和緊迫性,必然給高等教育帶來前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。
一、戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關的專業(yè)鏈群提出的背景及內涵
專業(yè)建設必須緊密跟蹤社會經濟和產業(yè)發(fā)展趨勢,根據(jù)產業(yè)發(fā)展的需要培育專業(yè)方向,優(yōu)化專業(yè)結構,提供必要的人才支撐,為產業(yè)發(fā)展輸送大量的專門人才。為了滿足國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展對高素質人才的迫切需求,高等學校應從本科教育入手,加速教學內容、課程體系、教學方法和管理體制與運行機制的改革和創(chuàng)新,積極培養(yǎng)戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)的人才。目前,我國高等學校在戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關的專業(yè)建設中存在需要改進的如下問題:
一是高校各專業(yè)辦學過于封閉,相對孤立,未能從產業(yè)鏈發(fā)展的高度,進行專業(yè)建設定位、課程設置和知識體系的優(yōu)化。同時,企業(yè)、行業(yè)在人才培養(yǎng)過程中的參與度不高,未形成高校與企業(yè)、行業(yè)、科研院所聯(lián)合進行專業(yè)建設的體制和機制。
二是高校各專業(yè)未能從產業(yè)集群發(fā)展的高度進行專業(yè)鏈群建設,相關課程資源和知識體系的交叉、融合不夠,造成教師和畢業(yè)生的產業(yè)視野不夠開闊。
三是在專業(yè)設置過程中,高等學校缺乏對產業(yè)發(fā)展狀況的跟蹤與分析,缺乏社會對人才需求調查分析,缺乏對畢業(yè)生和用人單位的調查研究,缺乏對畢業(yè)生就業(yè)狀況的調查分析,片面追求學科門類齊全,專業(yè)設置求全求多,造成專業(yè)結構松散,教育資源分散,專業(yè)設置趨于雷同,專業(yè)改革和人才培養(yǎng)模式改革動力不足,學校辦學特色和專業(yè)特色淡化。
通過對以上問題的分析,我們厘清了戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關的專業(yè)鏈群的概念,即在新型工業(yè)化、生態(tài)化、信息化、市場化和國際化背景下,根據(jù)產業(yè)鏈和產業(yè)集群發(fā)展的要求,依托本校學科專業(yè)優(yōu)勢所構建的,以品牌專業(yè)(包括特色專業(yè)、名牌專業(yè)、重點專業(yè))為核心,以相關專業(yè)為延伸,以一定的內在聯(lián)系為紐帶,形成的若干專業(yè)的集合體。
二、高等學校設置的戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)主要特點
根據(jù)教育部辦公廳《關于進一步加強和改進高等學校本科專業(yè)備案和審批管理工作的通知》等有關文件精神,各高等學校結合自己的辦學特色和學科專業(yè)優(yōu)勢,共設置了戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關本科專業(yè)25種,專業(yè)點數(shù)為295個。高等學校設置的戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關的專業(yè)主要特點如下:
一是地域覆蓋較為廣泛。設有戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)的高等學校覆蓋了除、寧夏、青海以外的所有省、市、自治區(qū),各高等學校根據(jù)地域優(yōu)勢,設置滿足地方戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展人才需求的相關專業(yè)。
二是學科類別比較集中。設置的戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)大多是從國家經濟社會發(fā)展對人才的實際需求出發(fā),認真調研產業(yè)發(fā)展趨勢,結合各校的辦學優(yōu)勢和特色,經過大量的調研和充分論證由各校主動申報的。從截至目前批準的295個新專業(yè)點來看,工學占絕大多數(shù),有270個專業(yè)點;理學有10個專業(yè)點,文學有10個專業(yè)點,另有5個專業(yè)點是經濟學類專業(yè)。這和戰(zhàn)略性新興產業(yè)的發(fā)展實際相符合。
三是與產業(yè)發(fā)展緊密對接。戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關本科專業(yè)的設置基本圍繞互聯(lián)網、綠色經濟、低碳經濟、環(huán)保技術、生物醫(yī)藥等關系到未來經濟發(fā)展、環(huán)境和人類生活的一些重要戰(zhàn)略性新興產業(yè)。
三、戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)鏈群形成與發(fā)展的路徑分析
1. 立足新興產業(yè)發(fā)展,從戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展中孵化專業(yè)鏈群
戰(zhàn)略性新興產業(yè)的產業(yè)特征是專業(yè)鏈群建設的天然資源。高等學校應立足新興產業(yè)發(fā)展,從戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展中孵化專業(yè)鏈群。如西安建筑科技大學以發(fā)展源頭減量、資源化、零排放和產業(yè)鏈接等新技術,提高資源產出率為特征的戰(zhàn)略性新興資源循環(huán)利用產業(yè),建設了資源循環(huán)科學與工程專業(yè)鏈群。該專業(yè)鏈群包含的專業(yè)有:材料科學與工程、化學工程、資源與礦業(yè)工程、冶金工程、經濟學,其中材料科學與工程專業(yè)注重于材料性能與制備研究;資源與礦業(yè)工程主要研究礦床開采的理論和方法,發(fā)展礦業(yè)新技術;冶金工程主要研究鋼鐵與有色金屬(比如銅、鉛、汞等)的冶金工藝過程控制、產品設計開發(fā)等;化學工程專業(yè)通過物理化學分離和化學反應改變原料的狀態(tài)、微觀結構和化學組成,探究化學加工技術中的物質和能量轉化與傳遞過程的規(guī)律;經濟學研究資源循環(huán)利用領域的人類行為及如何將有限或者稀缺資源進行合理配置。
2. 發(fā)揮學科專業(yè)優(yōu)勢,建設服務戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的專業(yè)鏈群
高等學校應從國家經濟社會發(fā)展對人才的實際需求出發(fā),認真調研戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展發(fā)展趨勢,結合各校的辦學優(yōu)勢和特色進行專業(yè)鏈群的設置,并通過學科與專業(yè)的一體化建設,加強戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的專業(yè)鏈群的實踐教學體系的建設。廣大教師通過科學研究和工程實踐,提高了學術水平,增強了工程實踐能力,推動了實驗室建設,為實驗室開放創(chuàng)造了條件,豐富了課堂教學與實踐教學內容,促進了教材建設,并為學生的畢業(yè)設計(論文)提供了實踐性課題。如西安建筑科技大學以“解決危害人民群眾身體健康的突出環(huán)境問題為重點,推動水污染防治、大氣污染防治、垃圾和危險廢物處理處置、減震降噪設備、環(huán)境監(jiān)測儀器設備的開發(fā)和產業(yè)化”為特征建設了環(huán)境類專業(yè)鏈群。該專業(yè)鏈群包含的專業(yè):環(huán)境科學、環(huán)境工程和給水排水工程,其中環(huán)境科學以科學的方式來研究環(huán)境、解決三廢(水、氣、渣)和噪聲等環(huán)境污染需要的基礎理論知識;環(huán)境工程以工程的方式來研究和治理環(huán)境、解決三廢(水、氣、渣)和噪聲等環(huán)境污染問題;給水排水工程運用水工程學科的基礎理論、水工程施工、給水排水工程設計、水工程運營管理領域的專門知識與關鍵技術,關注市政的給水和排水、解決城市給排水及污水利用的最優(yōu)化問題。
3.關注戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展,從創(chuàng)新培養(yǎng)模式中形成專業(yè)鏈群
“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”是高等學校建設與戰(zhàn)略性新興產業(yè)專業(yè)鏈群的后發(fā)優(yōu)勢。高等學校要以此為突破口,以“全新”的人才培養(yǎng)方向和人才培養(yǎng)模式賦予專業(yè)鏈群的內涵,更好地融入戰(zhàn)略性新興產業(yè)的發(fā)展,達到一種戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展環(huán)境與教育生態(tài)系統(tǒng)相輔相成良性互動的狀態(tài)。隨著國家加快推進新型工業(yè)化、生態(tài)化、信息化、市場化、國際化,建造業(yè)必然加快知識更新速度,促進傳統(tǒng)工程設計、建筑材料及設備生產、工程施工及工程管理理論與方法的升級。在這一新情況下,西安建筑科技大學以培養(yǎng)適應戰(zhàn)略性新興產業(yè)良性發(fā)展需求為目標,以學校已形成的現(xiàn)有土建類專業(yè)鏈群為研究對象,通過對新興建造業(yè)發(fā)展趨勢和產業(yè)特征的研究,重新構建了適應新型建造業(yè)發(fā)展的專業(yè)鏈群,優(yōu)化了專業(yè)鏈群的課程體系和教學內容,建設了基于新型建造業(yè)發(fā)展的高校專業(yè)鏈群。
四、戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)鏈群發(fā)展的良性機制
1. 共同努力做好本科培養(yǎng)方案的修訂
高等學校應根據(jù)戰(zhàn)略性新興產業(yè)對人才的需求,制訂各專業(yè)人才培養(yǎng)的質量標準,以培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神與實踐能力為出發(fā)點,以學校的可持續(xù)發(fā)展為基本要求,進一步明確人才培養(yǎng)目標,改革人才培養(yǎng)模式,構建與學校總體目標相適應的人才培養(yǎng)方案。在我校2008級專業(yè)人才培養(yǎng)方案修訂中,提出了“德業(yè)并重,以德為先;強化能力,全面發(fā)展”的教育理念,將文化知識學習與思想道德修養(yǎng)、創(chuàng)新思維與社會實踐、全面發(fā)展與個性培養(yǎng)緊密結合,促進專業(yè)教育與素質教育,第一課堂、第二課堂、第三課堂的相互滲透、相輔相成柔性的課程組織和富有個性的人才培養(yǎng)模式,以培養(yǎng)各具特色的人才,辦出學校的特色,形成品牌并獲得了陜西省高等學校教學成果特等獎。
2.加強教學團隊建設,促進課程群建設
以學科為依托,以本科生基礎課和專業(yè)主干課為主線組成教學團隊。為適應各高等學校學科特點,可以跨學院、跨專業(yè)組建教學團隊。根據(jù)本學科的發(fā)展趨勢積極開展相關課程的改革與建設,努力構建科學合理的課程體系,及時更新課程教學大綱;重視隊伍建設,形成合理的隊伍結構。及時提出隊伍培養(yǎng)、調整、補充的意見和建議,有計劃地開展骨干教師、教學名師的遴選與培養(yǎng);制定青年教師的培養(yǎng)、 進修規(guī)劃, 對青年教師進行教學素養(yǎng)的指導,關心青年教師成長;積極開展教學研究,加強教學經驗的交流,更新教學內容,改革教學方法與手段,不斷提升教學團隊的整體教學水平與教學質量;積極編寫、更新相關教材,形成在本專業(yè)領域內有較大影響的優(yōu)秀教材;或積極使用國外高水平優(yōu)質原版教材與國內其他優(yōu)秀教材。
3.完善實踐教學資源的共享機制
在實踐教學體系上,高等學校應圍繞突出戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關的專業(yè)特色,進一步加大本科教學的投入,改善本科教學條件。著重加強專業(yè)鏈群實驗室建設,為本科教學、大學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供有力的保障。在實驗環(huán)節(jié)上,建立與課程教學緊密聯(lián)系的各類實驗和實習環(huán)節(jié),建設若干具有專業(yè)鏈群特色的實驗室教學平臺。如西安建筑科技大學通過不斷更新硬件設備,整合和優(yōu)化實驗教學資源和內容,轉化科研項目為本科實驗教學項目,強化經典教學實驗、開拓綜合性、設計性實驗等方式,以服務土木工程、交通工程、工程力學、工程管理等專業(yè)鏈群的發(fā)展,建設了土建類專業(yè)實驗教學中心;以服務我校環(huán)境科學、環(huán)境工程、給水排水工程和建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)鏈群的人才培養(yǎng),建設了環(huán)境類專業(yè)實驗教學中心。這兩個中心在2012年度以優(yōu)異成績通過了國家級實驗教學示范中心的驗收。
[資助項目:2010年度教育部人文社會科學研究“工程科技人才培養(yǎng)研究專項”項目“與戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關的專業(yè)鏈群建設研究(項目編號:10JDGC003)”和陜西省教育廳“2011年陜西普通高等學校教學改革研究項目”重點攻關研究項目“省屬高校服務區(qū)域戰(zhàn)略支柱產業(yè)發(fā)展的特色專業(yè)鏈群建設研究(項目編號:11BG12)”]
(上接第44頁)
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【關鍵詞】售后服務管理系統(tǒng) SQL Server 2005
1 緒論
目前,隨著IT產品的普通消費群體不斷擴大,越來越多的企業(yè)更加重視售后服務,這對IT產品廠商的售后服務提出了新的更高的要求。售后服務質量的好與壞已直接影響到企業(yè)的運行效率。本課題的研究和開發(fā)基于B/S 結構,能滿足客戶在線申請售后服務的需求,使得該類系統(tǒng)對在售后服務行業(yè)中具有更廣泛的實用性。智能化的管理能提供實時、安全、科學到售后維修服務,能合理控制售后維修服務中的各個環(huán)節(jié),提高人員、資金的利用率和結算速度,從而提高了企業(yè)的效率、服務質量和信譽,進而有利于IT廠家提高其經濟效益。
售后服務管理系統(tǒng)對售后服務所涉及的客戶各種信息進行收集、存儲和處理,同時進行歸納和分析,縮減了上門尋求服務客戶等待服務時間,方便了客戶。同時,它提供了實時性、安全性、科學化以及智能化的售后維修服務,并合理控制售后維修中的各個環(huán)節(jié),提高了人員和資金的利用率和結算速度,這為各大IT產品廠家提供了一個科學、高效的售后維修服務管理工具,提高了廠家的效益。因此,該管理系統(tǒng)對廠家提高管理水平和經濟效益,節(jié)省時間和人力資源等方面有著重要的意義。
2 總體設計目標
售后服務管理系統(tǒng)是一個的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng),由登陸模塊、主界面、基本信息模塊、售后服務前臺接待和檢測模塊、收銀模塊、后臺庫存管理模塊、統(tǒng)計分析模塊、工資管理模塊、以及系統(tǒng)維護模塊等組成,實現(xiàn)的功能包括用戶管理、基礎信息管理、售后服務、收費、零部件管理等功能,支持售后服務管理類公司中的信息的增加、刪除、修改、查詢、統(tǒng)計報表等基本的操作。根據(jù)這些功能,特規(guī)劃功能模塊如下:
由以上項目規(guī)劃的功能模塊,得IT產品售后服務管理系統(tǒng)的功能框圖如圖2-1所示,系統(tǒng)的流程圖如圖2-2所示。
根據(jù)企業(yè)的需求和售后服務管理的特點,該系統(tǒng)實施后,應達到以下目標:
(1)界面美觀友好、信息查詢靈活、方便、快捷、準確。
(2)庫存預警功能,在意外中將損失降到最低。
(3)往來賬目詳細瀏覽,要求支持多條件查詢,方便用戶查詢。
(4)支持圖形化數(shù)據(jù)分和報表打印功能析。
(5)數(shù)據(jù)報密性強,用戶應對不同的操作級別,有較強的權限分配功能。
(6)系統(tǒng)最大限度地實現(xiàn)穩(wěn)定、安全可靠,具有易維護和易操作性。
3 系統(tǒng)詳細設計
3.1 系統(tǒng)編碼和命名規(guī)則
編碼是一種商品或單據(jù)的唯一標識,編碼設計的目的是為了便于數(shù)據(jù)庫的存儲和檢索,提高處理的效率和精度,該管理系統(tǒng)中的設計如下:
3.1.1 維修單據(jù)編號
維修單據(jù)編號由日期生成:格式為“w+八位日期+四位數(shù)字編號”。例如:第一條記錄編號為:W200806090001。
3.1.2 入庫單據(jù)編號
入庫單據(jù)編號由日前生成:格式為“H+八位日期+四位數(shù)字編號”。例如:第一條記錄編號為:H200806090001。
3.1.3 零部件編號
零部件編號格式為“H+四位數(shù)字組成”。例如:第一條記錄編號為:H0001。
3.1.4 職員編號
職員共分三類:編碼方式為“該類職工全拼的首字母大寫+四位數(shù)字”。例如:收銀員第一條記錄編號為:S0001;例如,維修工第一條記錄編號為:W0001;例如,營業(yè)員第一條記錄編號為:Y0001。
3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫邏輯結構設計
本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫包含職工信息表、維修收銀記錄表、工資設置表、零件信息表等15個表。系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)庫所涉及的實體E-R圖如圖3-1所示。
4 結論
由于篇幅限制,文章僅給出系統(tǒng)的設計思路,編程實現(xiàn)部分省略。IT產品售后服務管理系統(tǒng)實現(xiàn)了分角色登陸、前臺接待、維修檢測、收銀、庫存管理、工資管理、統(tǒng)計分析等各個功能模塊,基本達到界面美觀友好、效率高、易維護性及易操作等系統(tǒng)性能要求。由于時間不足和水平有限,在實現(xiàn)預定系統(tǒng)功能和性能要求的同時,該系統(tǒng)還存在一些缺陷。在以后的工作中,我們會逐漸改進本系統(tǒng)的缺陷和不足。
備注:本文章為本人畢業(yè)設計內容,在道客巴巴、百度文庫等網站所查到與本文相似極高的論文,均為作者本人撰寫和上傳,但并未正式發(fā)表,敬請諒解!
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作者簡介
韓雪平(1985-),女,河南省鄭州市新密市人。碩士學位。現(xiàn)為河南職業(yè)技術學院計算機助教。研究方向為軟件工程、人工智能等。
智能汽車作為當今科技時代下的新興產物,集中運用了計算機、現(xiàn)代傳感、信息融合、自動控制、人工智能及通訊等現(xiàn)代科學技術,是未來汽車發(fā)展的重要方向。本文詳細介紹了基于攝像頭傳感器的智能競速汽車控制器的設計方案,分別介紹了智能車的硬件組成、路徑的檢測識別方法和智能車的控制策略。利用攝像頭傳感器采集、識別道路信息,規(guī)劃最優(yōu)路徑,采用PID控制算法控制電機和舵機實現(xiàn)自動控制。
關鍵詞:
攝像頭;智能汽車;設計方案
本設計是基于MK60DN512ZVLL10單片機開發(fā)實現(xiàn)的,該系統(tǒng)采用攝像頭采集、識別道路兩旁或者中央的引導線,在此基礎上利用合理閉環(huán)的算法控制智能車運動,從而實現(xiàn)智能車快速穩(wěn)定的尋跡行駛。
1智能車整體結構的選型與設計
1.1圖像傳感器的選擇
圖像傳感器,即數(shù)字攝像頭。目前市場主流的兩種攝像頭傳感器:以金屬氧化物半導體元件為感光材料的CMOS攝像頭和以電荷耦合元件為感光材料的CCD攝像頭。綜合兩種攝像頭解析度、靈敏度、成本、功耗比、模塊電路、體積、重量,CMOS攝像頭可以滿足于4米/秒速度以下智能車行駛,并且CMOS攝像頭功耗低,工作電壓只需3.3V-7V,完全可以由智能車穩(wěn)壓后得到,穩(wěn)定經濟,所以選擇CMOS攝像頭中的OV7725攝像頭。
1.2起跑線檢測傳感器選擇
起跑用的是發(fā)車燈塔控制方式,發(fā)車燈塔不僅發(fā)出起跑信號,而且發(fā)出終點信號。我們使用基于使用HS0038B傳感器的基礎電路作為接收燈塔光信號一個基礎電路,OUT口接MK60的C5。
1.3速度檢測傳感器選擇
一個完整的控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制的,所以需要測速裝置,用以精準反映智能車實時速度。我們采用了由歐姆龍公司研制的一款200線的小型編碼器。
1.4車模選型
本次設計采用由飛思卡爾半導體公司贊助的G768型車模,即為競賽中的C車模。
2智能車硬件電路設計
2.1硬件設計方案
本設計方案采用模塊化方式完成總設計,模塊化設計使思路清晰,在使用出現(xiàn)錯誤時容易修理。
2.2電路設計方案
本次設計將智能車系統(tǒng)電路分成兩個主要部分,以MK60N512ZVLQ10為核心的控制電路和以電源為核心的驅動電路。考慮到MK60最小系統(tǒng)電路板比較大,所以將整個系統(tǒng)電路分為兩塊規(guī)則PCB板(主控板和驅動板)。
2.3控制電路
以MK60為核心的單片機系統(tǒng)的硬件電路設計主要包括以下幾個部分:電源電路、時鐘電路、JTAG接口、復位電路。
2.4驅動電路
因為本次比賽攝像頭組使用的電機是RS-380SH直流電機,小車驅動芯片決定選用集成的高電流半橋電機驅動應用BTN7971B,它的輸出電流足以帶動電機轉動并且較穩(wěn)定。
2.5電源模塊
比賽使用飛思卡爾專用電池,2000mAh的鎳鎘電池1塊,標準電壓7.2V。
3智能車軟件算法設計
3.1軟件控制整體設計
本次設計所用的軟件調試工具支持C語言和匯編語言混合編程的IAREmbeddedWorkbench軟件,由于C語言操作簡單,可修改和移植性強,所以本次軟件設計大部分程序都使用C語言編寫,只有在某些地方加入了匯編語句。
3.2主程序結構
在系統(tǒng)初始化方面,我們所用到的底層硬件資源進行初始化和上層模塊初始化。在方案選擇及參數(shù)設定上,我們在主板上設置了一組四位的撥碼開關和三個按鍵結合OLED顯示屏實現(xiàn)的方案和參數(shù)的可調,以在比賽時對車作適當?shù)卣{整。在圖像獲取上,對于Ov7725數(shù)字攝像頭,使用場中斷加高速DMA傳輸?shù)姆绞絹慝@取圖像。圖像處理則采用黑線提取和中心線提取。
3.3控制算法
控制算法是智能車的靈魂,為了使小車能以穩(wěn)定的速度通過跑道,精確的速度控制是關鍵,采用速度閉環(huán)控制方案。
4智能車開發(fā)與調試
4.1軟件開發(fā)環(huán)境
系統(tǒng)編譯下載是在IARIDE開發(fā)環(huán)境下完成的,EmbeddedWorkbenchforARM是IARSystems公司為ARM單片機開發(fā)的一個集成開發(fā)環(huán)境,這一開發(fā)環(huán)境使用方便、入門容易和代碼簡明緊湊。此外,由于在IAR軟件中進行編寫,調用,修正函數(shù)比較復雜繁瑣,所以使用了Sourceinsight3軟件進行輔助編寫小車程序。
4.2硬件開發(fā)環(huán)境
本次畢業(yè)設計所用的硬件開發(fā)平臺為著名硬件開發(fā)公司Altium公司的AltiumDesigner10,這已開發(fā)環(huán)境在板級設計特性、軟設計特性、數(shù)據(jù)管理特性、通用特性都較有優(yōu)勢。
4.3軟件調試
軟件調試主要包括:程序在線仿真調試,上位機調試。在線調試主要使用的是IAR中的調試器IARC-SPY。上位機調試主要是通過藍牙模塊將智能車運行過程中的狀態(tài)和SD卡采集的圖像及時地反饋到PC機上。
4.4現(xiàn)場調試
現(xiàn)場的調試包括攝像頭調焦以及固定、PID參數(shù)整定、速度控制算法的參數(shù)整定、智能車運行狀態(tài)等方面的調試。
5結語
關鍵詞:高職物聯(lián)網應用專業(yè) 課程體系構建
中圖分類號:G642 文獻標識碼:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.13.023
1 引言
隨著中國“互聯(lián)網時代”向“物聯(lián)網時代”過渡,國家更加重視對物聯(lián)網的建設,各個城市都相繼出臺了物聯(lián)網產業(yè)鏈的建設策略,可以預見,在未來的10年里將形成巨大的物聯(lián)網產業(yè),作為物聯(lián)網發(fā)展根本要素的人才培養(yǎng)尤顯重要。中國教育部在2010年3月了《關于戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)申報和審批工作的通知》,數(shù)百所本科和高職院校申報和試辦物聯(lián)網相關專業(yè)。2010年6月教育部批準南京交通職業(yè)技術學院開設計算機網絡技術(物聯(lián)網應用方向)專業(yè)。因此,如何借鑒已有的成功經驗,完善人才培養(yǎng)體系、創(chuàng)新養(yǎng)模式、培養(yǎng)適應社會需求的合格人才,成為我院迫切需要解決的問題。
2 研究背景
物聯(lián)網(Internet of Things,IoT)最早于1998年提出,即在物體上增加一些射頻識別( RFID) 和其它傳感器,使物體彼此連接形成網絡。物聯(lián)網是以計算機科學為基礎,包括網絡、電子、射頻、感應、無線、人工智能、條碼、云計算、自動化、嵌入式等技術為一體的綜合性技術及應用,它要讓孤立的物品接入網絡世界,讓它們之間能相互交流、讓我們可以通過軟件系統(tǒng)操縱它們、讓它們鮮活起來。
物聯(lián)網被業(yè)內專家稱為“下一個萬億級規(guī)模產業(yè)”。2012年2月,國家工業(yè)和信息化部了《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,指出到2015年,中國要在核心技術研發(fā)與產業(yè)化、關鍵標準研究與制定、產業(yè)鏈條建立與完善、重大應用示范與推廣等方面取得顯著成效,初步形成創(chuàng)新驅動、應用牽引、協(xié)同發(fā)展、安全可控的物聯(lián)網發(fā)展格局。技術創(chuàng)新能力要顯著增強,要初步完成產業(yè)體系的構建,應用規(guī)模與水平要得到顯著提升。并且指出要加大力度培養(yǎng)各類物聯(lián)網人才,建立健全激勵機制,造就一批領軍人才和技術帶頭人。目前,物聯(lián)網產業(yè)正處在發(fā)展及完善階段,需要大量的相關專業(yè)及知識結構的人才,作為國家級重點高新開發(fā)區(qū)腹地的高職院校,理應先于社會培養(yǎng)相關專業(yè)的技術性人才。
3 人才培養(yǎng)目標的確定
高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)的基本特點是以社會需求為目標、以學生為主體,以培養(yǎng)技術應用能力為主線以崗位工作過程為依據(jù),實現(xiàn)知識傳授與職業(yè)能力訓練相結合,使學生成為面向生產、建設、服務和管理第一線的高端技能型人才。
結合我院依托交通行業(yè)的辦學特點,通過進行企業(yè)調研和行業(yè)交流,根據(jù)對三年制高職網絡技術專業(yè)(物聯(lián)網應用方向)面向的崗位群與專業(yè)職業(yè)能力分析,確定了該專業(yè)的培養(yǎng)目標。計算機網絡技術專業(yè)(物聯(lián)網應用方向)主要面向網絡集成與工程監(jiān)理、物聯(lián)網應用開發(fā)、信息安全與網絡管理、網絡應用開發(fā)、網絡產品銷售等相關行業(yè),具備智能交通運輸管理、物聯(lián)網應用開發(fā)、智能家居綜合布線和計算機網絡建設、管理與維護的基本理論知識和專業(yè)實踐技能,從事城市交通(含地鐵和輕軌)物聯(lián)網應用、智能建筑與綜合布線工程、無線傳感器網絡維護與使用、智能交通和設備中信息化應用體系的相關軟硬件維護、測試、應用開發(fā)等崗位的高端技能型人才。參見圖1的物聯(lián)網專業(yè)職業(yè)范圍和崗位表。
圖1計算機網絡技術(物聯(lián)網應用方向)專業(yè)職業(yè)范圍和崗位表]
4 課程體系的創(chuàng)建
課程體系的創(chuàng)建就是為了完成人才培養(yǎng)目標的達成。課程體系的構建一般有三大模塊,即基本素質模塊、專業(yè)基礎模塊和專業(yè)崗位模塊,它們是一個不可分割的有機整體,我們還適當開設選修課程,作為能力拓展的必要補充。
我院的教學安排是實行的“2.25+0.75”,也就是大三只有前兩個半月在校學習專業(yè)知識,后面的20周時間為畢業(yè)設計和參加實習的階段,因此專業(yè)的所有課程必須在大三前半個學期全部結束。課程體系的設計必須圍繞學生基本道德品質、職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)核心能力的培養(yǎng),以物聯(lián)網應用的技術框架,即感知層、網絡層和應用層為主線,以服務南京及江蘇地區(qū)的社會經濟發(fā)展為目標,結合我院在交通運輸業(yè)方面的辦學優(yōu)勢,構建服務于交通行業(yè)的計算機網絡技術(物聯(lián)網應用方向)專業(yè)的課程體系。具體見圖2(見下頁)。
物聯(lián)網本身是應用性很強,并且知識交叉的學科,需要動手能力強的人才,所以在課程設置上一定要從實驗和實訓入手,光傳授基礎知識是遠遠不夠的,這樣才能培養(yǎng)出符合企業(yè)和社會需求的物聯(lián)網實用人才。因此計算機網絡技術(物聯(lián)網應用方向)專業(yè)每一學期都開設相應的綜合實訓課程,專業(yè)課程都安排將近一半課時的實驗項目。開設實驗和實訓可以讓學生學習的專業(yè)知識融合到實際的項目中,提高學生的動手能力;有些重點實訓課程必須讓學生參加國家或企業(yè)的考證,并獲得相應證書,方能畢業(yè),這樣就能使得學生在考證過程中進一步鞏固專業(yè)知識,掌握物聯(lián)網專業(yè)的工作技能。
5 人才培養(yǎng)規(guī)格
5.1 基本素質
* 具備良好的思想品德修養(yǎng),運用辯證的思維方式指導工作和生活的能力;
* 熱愛本職崗位,樂于奉獻,尊重同事,具有團隊合作精神;
* 具有良好的就業(yè)觀念、職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德;
* 具有不斷學習,獲取信息和應用信息的能力;
* 具有英語的聽、說、讀、寫、譯的綜合能力;
* 具有較強的人際交往能力、協(xié)調能力和業(yè)務開展能力。
* 具有專業(yè)的IT職業(yè)行為素質并可以從事相關IT類網絡基礎服務的能力,具有不斷學習,創(chuàng)新實踐,自我提高的能力。
5.2 專業(yè)技能和知識
* 具有網絡工程設計、組建與維護能力;
* 具有網絡管理與維護能力;
* 具有物聯(lián)網應用設計開發(fā)能力;
* 具有IT類網絡基礎服務、個人創(chuàng)業(yè)與發(fā)展綜合能力;
* 具有不斷學習,創(chuàng)新實踐,自我提高的能力。
* 具有網絡管理相關知識;
* 具有網絡工程設計、組織與實施相關知識;
* 具有網絡安全、網絡系統(tǒng)維護相關知識;
* 具有IT類基礎服務、智能交通、物聯(lián)網應用開發(fā)等相關知識。
5.3 職業(yè)資格證書要求
學生畢業(yè)時可獲得物聯(lián)網應用工程師、高級局域網管理員、CCNA、CCTT、CNCIW網絡安全認證等職業(yè)技能證書。(其中高級局域網管理員為必考,其他幾項中必選1項,在考證學期初統(tǒng)一報名根據(jù)人數(shù)決定科目)。
6 課程體系的評價
有效的課程體系評價應該結合國家教育方針政策、教育部門或學院制定的課程標準等指導文件,根據(jù)社會、企業(yè)對該專業(yè)的需求和學校的實際情況而確定。課程體系經過學習者、學校和企業(yè)的評價者評價,制定可行性課程體系評價標準,再來實施評價,最后通過提交報告和答辯的方式進行完整評價。評價流程如圖3。實踐證明這種評價效果較好。
7 結語
物聯(lián)網未來科技發(fā)展的方向,它能使社會的經濟、生產、管理更加高效,生活方式更加智能。物聯(lián)網專業(yè)是一個全新的專業(yè),且跨多種專業(yè)門類、具有很強的實踐性,所以在高職院校物聯(lián)網應用專業(yè)的建設上,要通過廣泛的社會調研、物聯(lián)網專項課題的研究、緊跟國際和國內物聯(lián)網的發(fā)展趨勢和前沿技術,通過到物聯(lián)網企業(yè)定崗實習等形式,促進高職院校物聯(lián)網專業(yè)的改革和發(fā)展,提高高職院校在物聯(lián)網專業(yè)上的辦學能力,為社會、企業(yè)輸送合格的物聯(lián)網專業(yè)人才。
參考文獻:
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