智能科学与技术专业实践教学体系改革

　　摘要：针对智能科学与技术专业存在综合性和创新性实践教学环节相对薄弱的问题，在分析智能科学与技术专业特点的基础上，提出以“智能康复装置与检测技术”教育部工程研究中心为平台，以各种竞赛为契机，建立以培养人才工程能力和创新能力为主线的实践教学体系的观点。
　　关键词：智能科学与技术专业；实践教学体系；创新能力
　　
　　智能学科技术是现代科学技术的核心、前沿和制高点，加快该专业的建设是增强自主创新能力、建设创新型国家的时代需求。然而智能科学与技术本科专业是一个新专业，目前全国仅北京大学、北京邮电大学、南开大学、河北工业大学等13所院校包含该专业，如何建设该专业，国内各个学校都在摸索过程中[1]。
　　目前该专业普遍存在综合性和创新性实践教学环节相对薄弱的问题，缺乏理论联系实际的训练，在培养学生应用智能科学与技术专业知识解决实际问题的意识和能力方面明显不足。
　　对此，河北工业大学“智能科学与技术”专业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”、“创新精神和实践能力”[2-3]。
　　实践教育是大学工科教育培养计划中与理论教育相联系又独立于理论教育的一个重要组成部分，实践能力的培养不应附属于理论教学，而应列为培养学生工程能力和解决问题的一种方法和途径。竞赛以解决实际问题为主线，是培养学生创新能力的一个极好的载体[4]，为学生提供了提高综合素质的平台。
　　我专业以面向21世纪高等教育改革计划的指导思想为出发点，建立以培养人才工程能力和创新能力为主线的实践教学体系，在教学内容与课程等方面进行改革，探索课程实施的有效方法。
　　1实践教学体系改革
　　1.1教学内容与课程改革
　　实践教学要围绕培养学生的全面素质和创新能力这个重要目标，打破传统的教学模式，建立起“理论、实践、科技创新”三位一体的新教学模式，创建新的实践教学体系。根据智能科学与技术专业的特点，建立有利于培养学生独立分析问题、解决问题的能力、创新思维、创新能力和专业技术应用能力的教学内容和课程体系。深化教学内容改革，及时更新教学内容，将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容。要坚持知识、能力和素质协调发展，继续深化人才培养模式、课程体系、教学内容和教学方法等方面的改革，实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的转变，形成理论与实践结合、专业技能与专业素质有机结合的实践型教学内容体系。推动高等教育人才培养模式和实践教学的改革，不断提高人才培养的质量。
　　1.2探索课程实施的有效方法
　　教师积极参与课程改革，自觉探索课程实施的有效方法，结合课程标准中所给定的教学目标，积极探索符合智能科学与技术专业特色和创新能力培养的新型教学方法。选择与学生学习和生活密切相关的应用问题作为教学案例，理论联系实际，采用多样化的教学方法，结合案例教学、任务驱动与问题解决教学、专题讲座、小组协作学习等方式[5]，既要注意抓住学生的兴趣，充分激发学生学习新事物的渴望，也要时刻监控教学过程，维持良好的学习进程。多种途径开拓教学资源，丰富教学活动，提升课堂理论教学质量，根据学生情况适当安排大的“课程设计”任务，要求学生通过合作和探究完成学习任务。
　　2通过竞赛活动增强实践能力
　　长久以来，我们一直在探索如何培养大学生的实践能力、创新能力和创新思维。以竞赛活动为契机，培养新时期创新人才是我们教学改革的重要手段和措施。针对我国高等教育中存在的理论与实际联系不够紧密、实践教学环节比较薄弱等问题，以“智能康复装置与检测技术”教育部工程研究中心为平台，以各种竞赛为契机，组织学生积极开展各种社会实践活动，提高学生的工程实践能力和创新意识；激发大学生进行科学研究与探索的兴趣，挖掘大学生的创新潜能与智慧，为优秀人才脱颖而出创造良好的条件，以小组参赛锻炼学生的团队意识和合作精神。
　　将课程体系和课程教学内容改革与竞赛密切结合，充分发挥学生自学能力和创新能力，与培养学生全面素质紧密结合，与理论联系实际学风建设紧密结合。选择既有理论设计，又有实际制作的竞赛，可以全面检验和促进参赛学生的理论素养和工作能力，着重考核学生综合运用基础知识进行理论设计的能力、创新精神和独立工作能力。
　　树立“以学生为本”的实践教学观念，摆脱简单的知识传授、验证理论课程内容的传统模式，以引导学生自主学习、培养学生综合运用知识、系统设计和实践创新能力为目标，开展实践课程体系、教学模式、教学内容、教学方法及教学条件改革。以科技竞赛为契机，不断总结、改进和推广经验，深化高校创新实践教育的发展，从而使我们的创新实践教育更上一个台阶，为社会培养更多的创新型专业人才。
　　3建立科技创新平台
　　3.1积极参加科技竞赛
　　竞赛是培养创新能力的一个极好的载体，而且能充分考验学生的创新能力、综合应用分析能力、联想能力、使用当代科技最新成果的能力。例如我国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛，是在同一汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的微控制器作为核心控制模块，自主构思控制方案进行系统设计的比赛。很多参加过竞赛的学生的自主学习和科研能力显著提高，在毕业设计和研究生阶段的学习中表现出明显的优势，得到用人单位和研究生导师的普遍认可。在竞赛的推动下，开设机器人、单片机应用以及与此密切相关的实验课程，将竞赛的思想和方法融入主干课程的研究和试验，是对实践教学体系和内容改革的一个有益的尝试。
　　3.2开展特色科技拓展活动
　　学院建立健全的科技创新机制，设立创新教育基地，为学生参加科技活动创造条件，提供和保障培训与竞赛期间的场地、设备与仪器、辅助人员配备、部分经费以及其他必要条件。做好竞赛的发动组织宣传工作，积极营造氛围，做好参赛队员的遴选工作，让更多学生参与和受益，使优秀的学生和作品脱颖而出并对表现优秀的学生进行一定的奖励。除了组织参加全国性质的大学生竞赛，学院还积极开展各项特色科技拓展活动，进行本科生与研究生之间的科技交流，形成培养实践能力和创新能力良好的氛围。以“智能康复装置与检测技术”教育部工程研究中心为平台，确立适合本科生的研究课题，注重学生梯队的培养。
　　培养指导教师，组建指导教师队伍，指导教师应从培养学生创新能力、提高学生分析解决实际问题能力的角度出发，认真研究竞赛培训方案，制定并实施培训内容，检查培训与竞赛过程的各个环节，及时总结经验修正培训方案等。在指导过程中，既要注意对学生智力因素的培养，又要注意对学生非智力因素的培养。
　　4基于肌电信号的护理床控制系统
　　以“基于肌电信号识别的护理床控制系统”为例，由于该系统是利用面部和颈部的表面肌电信号而非声音信号进行识别，因此可应用于高噪声环境和帮助失去发音能力的人实现无声交流，有着良好的应用前景。通过检测面部肌电信号来达到对词汇的无声语音识别，使严重失能患者可以自主控制电动护理床的运动。具体任务及与主干课程的联系如图1所示。
　　设计基于单片机430的肌电信号采集系统，采集人体在发声过程中面部主要肌肉的表面肌电信号；进行信号处理与分析，研究信号的特点与变化趋势，寻找表征不同语音信号的有效特征向量，识别电动护理床的主要功能“起来”，“躺下”，“弯腿”，“翻身”；建立嵌入式智能系统对肌电信号进行实时检测、显示、分析和存储，使用CAN总线实时传递生理参数信号及控制信号；利用Visual C++ 环境中的基础类库 MFC 设计操作界面；利用识别结果控制电动护理床实现使用者期望的动作。
　　
　　该课题涵盖了电路、智能信息处理、单片机原理及应用、嵌入式系统、自动控制原理等多门智能科学与技术专业主干课程，通过基于肌电信号识别的电动护理床控制实例，将理论课、实验课、课程设计和科技拓展相结合，使学生更好地掌握所学的理论课程，提高学生动手能力和分析问题、解决问题的能力。作品制作中涵盖了元器件的选用、印刷电路板设计与制作、调试与故障排查、设计报告写作和作品展示等多项内容，训练学生全面、系统掌握在竞赛作品制作过程中必需的一些基本技能。以理论课培养学生的专业知识基础，以课内实验课培养学生的专业技能和动手能力，以课程设计来构建学生的系统分析和工程应用能力[6]。通过竞赛的形式将多门主干课程结合起来，引导学生进行综合性系统研究，从整体上提高学生的实践能力和创新能力。
　　5结语
　　我们针对智能科学与技术专业存在综合性和创新性实践教学环节相对薄弱的问题，提出以“智能康复装置与检测技术”教育部工程研究中心为平台，以各种竞赛为契机，推动智能科学与技术专业教学任务、教学手段及教学环节等方面进行改革，建立以培养人才工程能力和创新能力为主线的实践教学体系的观点，在教学模式和方法、实验方面取得一系列的教学改革成果和实践成果。
　　
　　参考文献：
　　[1]