湖南大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

湖南大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)摘要:根據(jù)湖南大學(xué)本科教育和人才培養(yǎng)的特點(diǎn),在分析其他院校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,介紹了湖南大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐的思路和方案,描述了教師隊(duì)伍培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改進(jìn)辦法,分別就數(shù)字化管理和虛擬化運(yùn)行提出了具體實(shí)施方法,以期通過(guò)總結(jié)和探討使湖南大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)更上一個(gè)臺(tái)階,為本專業(yè)的人才培養(yǎng)作出積極貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞:智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè);學(xué)科建設(shè);實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中國(guó)錯(cuò)過(guò)了“體力勞動(dòng)機(jī)械化”的歷史時(shí)機(jī),而在當(dāng)前“腦力勞動(dòng)機(jī)械化”的浪潮中,能否走在世界前端是中國(guó)面臨的一個(gè)新挑戰(zhàn)。早在6年前,許多專家學(xué)者就意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題,適時(shí)地推動(dòng)并促成了“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)的建立。通過(guò)以鐘義信、王萬(wàn)森、劉宏等為代表的一批學(xué)者們6年的不懈努力,該專業(yè)的建設(shè)取得了較大進(jìn)展[1]。在核心課程體系、特色專業(yè)課程、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)、專業(yè)師資水平方面取得豐碩成果,促使“智能科學(xué)與技術(shù)”這門(mén)新興的學(xué)科正逐步走向成熟。教育部于2006年6月首次成立全國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)指導(dǎo)委員會(huì),表明國(guó)家把高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)擺到非常重要的位置,各高校也紛紛加大了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的力度。作為新設(shè)置的學(xué)科,“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和專業(yè)教材建設(shè)的發(fā)展相對(duì)滯后,是近期需要大力度發(fā)展的事情[1]。湖南大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)于2007年通過(guò)了教育部審批,2008年迎來(lái)了第一批本科生,當(dāng)前他們處在全面進(jìn)入高年級(jí)專業(yè)學(xué)習(xí)階段,因此實(shí)踐教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)顯得尤為重要和緊迫。北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等早期成立該專業(yè)的學(xué)校在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。湖南大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)正是借鑒了這些院校的建設(shè)思路[2-4],同時(shí)充分結(jié)合我校本科教育和人才培養(yǎng)的理念及學(xué)校優(yōu)勢(shì)學(xué)科,形成了具有湖南大學(xué)特色的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)指導(dǎo)思想及實(shí)驗(yàn)體系。1實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路從建立之初,我?！爸悄芸茖W(xué)與技術(shù)”專業(yè)就將人才培養(yǎng)模式定位在“設(shè)計(jì)與創(chuàng)新型”。首先,本科4年的培養(yǎng)要使一個(gè)合格的本科生具備工程設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、基本理論和基本技能,在此基礎(chǔ)上將開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)貫穿其中?！霸O(shè)計(jì)與創(chuàng)新型”的培養(yǎng)模式為滿足當(dāng)前高端應(yīng)用型人才和科研人才的社會(huì)需求提供了保障,而實(shí)驗(yàn)室是這些人才的重要孵化基地。針對(duì)這一目標(biāo),我們提出了符合我院實(shí)際的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)指導(dǎo)思想,并構(gòu)建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)體系[5]。1.1實(shí)驗(yàn)室建設(shè)指導(dǎo)思想實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的指導(dǎo)思想是:1)1個(gè)目標(biāo):培養(yǎng)具有創(chuàng)新與設(shè)計(jì)基本能力的高素質(zhì)人才,創(chuàng)建科學(xué)創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新的基本環(huán)境。2)2類體系:面向基本教學(xué)的技術(shù)與專業(yè)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)體系;面向創(chuàng)新與設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的研究型實(shí)驗(yàn)體系。3)3個(gè)層次:驗(yàn)證型;技能型;創(chuàng)新與設(shè)計(jì)型。1.2實(shí)驗(yàn)體系從“設(shè)計(jì)與創(chuàng)新型”人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā),以課程學(xué)習(xí)為體,實(shí)驗(yàn)實(shí)踐為用,我院提出了“課程實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)課程——工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練——畢業(yè)設(shè)計(jì)”的新型特色實(shí)驗(yàn)體系。對(duì)學(xué)科和專業(yè)核心課程,通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)使學(xué)生鞏固加深對(duì)理論知識(shí)的理解;對(duì)專業(yè)的主流工業(yè)應(yīng)用,增加相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程,使學(xué)生掌握主流應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù);對(duì)已有較為系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)的高年級(jí)本科生,通過(guò)完成一個(gè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù),訓(xùn)練和增強(qiáng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力;在工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上,在最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)中增加創(chuàng)新性要求,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力。圖1給出了本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的運(yùn)行圖。2實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案本專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)突破傳統(tǒng)理念,拋棄以往過(guò)分注重實(shí)驗(yàn)儀器種類和數(shù)目的“大而全”式建設(shè)思路,采用以目標(biāo)驅(qū)動(dòng)、物盡其用的科學(xué)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)理念,使實(shí)驗(yàn)設(shè)備得到充分合理的利用。其次,作為新專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,走分期建設(shè)的路子,從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)體系入手,結(jié)合我院智能感知、智能控制等優(yōu)勢(shì)方向,逐步打造以設(shè)計(jì)和創(chuàng)新為主的研究型實(shí)驗(yàn)體系。2.1以教學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)的建設(shè)本專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃確立了人工智能基礎(chǔ)、控制理論基礎(chǔ)、腦與認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形圖像處理四門(mén)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(zhǎng)期從事的智能科學(xué)技術(shù)相關(guān)研究,我們凝練了幾個(gè)基礎(chǔ)較厚實(shí)、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(shí)驗(yàn)室建設(shè)重點(diǎn)明確、特色突出,我們將“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)實(shí)驗(yàn)室劃分為5個(gè)子方向?qū)嶒?yàn)室,相對(duì)獨(dú)立建設(shè),其中智能網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室利用我院通信專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,避免重復(fù)建設(shè),如圖2所示。在全國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育學(xué)術(shù)研討會(huì)多次研討的基礎(chǔ)上,我們確立了“智能機(jī)器人”、“智能網(wǎng)絡(luò)”和“智能游戲”為“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的3個(gè)重要平臺(tái)。結(jié)合我院的優(yōu)勢(shì)學(xué)科——嵌入式系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò),我們選擇綜合性強(qiáng)的智能機(jī)器人設(shè)計(jì)作為第一批實(shí)驗(yàn)課程,在實(shí)驗(yàn)室后期建設(shè)中將增開(kāi)2～3門(mén)實(shí)驗(yàn)課程,比如智能電梯控制等。這些實(shí)驗(yàn)課程以實(shí)物為對(duì)象,講授工業(yè)應(yīng)用中常見(jiàn)技術(shù),增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。此外,選擇Robocode坦克機(jī)器人戰(zhàn)斗仿真作為智能游戲?qū)嶒?yàn)平臺(tái)開(kāi)設(shè)課程設(shè)計(jì),達(dá)到寓教于樂(lè)的目的,提高學(xué)生對(duì)本專業(yè)的積極性。2.2以創(chuàng)新性培養(yǎng)為導(dǎo)向的建設(shè)創(chuàng)新型人才是當(dāng)今社會(huì)急需但又相對(duì)缺乏的人才,這也指明了創(chuàng)新性培養(yǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的導(dǎo)向作用。在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,我們通過(guò)兩條路提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。其一,在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模有限、師資相對(duì)短缺的條件下,讓學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽,以培養(yǎng)少數(shù)精英為目的;其二,將工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練與畢業(yè)設(shè)計(jì)掛鉤,鼓勵(lì)學(xué)生在具有一定工程設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮創(chuàng)意,在畢業(yè)設(shè)計(jì)中完成新穎的工程設(shè)計(jì),或者從事具有一定科研意義的研究工作。就學(xué)科競(jìng)賽而言,我院去年組織青年教師和研究生參加了首屆中國(guó)“智能車(chē)未來(lái)挑戰(zhàn)”比賽,并榮獲第1名。我院在智能車(chē)方面積累了豐富的制作設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),具有較為突出的優(yōu)勢(shì);另外,嵌入式設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一直是我院的強(qiáng)勢(shì)專業(yè),我校學(xué)生在“挑戰(zhàn)杯”上多次取得佳績(jī)。綜合這些因素,我院將“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽作為學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目之一。隨著實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的進(jìn)一步完善,我們將通過(guò)參加難度更高的“機(jī)器人足球賽”凸顯實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)特色。2.3教師隊(duì)伍建設(shè)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式教師隊(duì)伍是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成敗的關(guān)鍵。傳統(tǒng)觀念往往把實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論教學(xué)的補(bǔ)充和對(duì)課堂理論知識(shí)的驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)和整體水平偏低。因此,在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力之前,首先要建立起優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)教師團(tuán)隊(duì)。我校的做法如下:吸收一批來(lái)自科研一線的青年教師,充分發(fā)揮他們對(duì)專業(yè)前沿的把握和理解優(yōu)勢(shì),適時(shí)引進(jìn)新的內(nèi)容,擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)的知識(shí)面。吸收來(lái)自企業(yè)的一線工程人員,將當(dāng)前主流的專業(yè)技術(shù)納入到實(shí)驗(yàn)范疇。評(píng)選優(yōu)秀教師,以攻讀研究生或者訪問(wèn)學(xué)者的方式增強(qiáng)教師的業(yè)務(wù)能力。同經(jīng)驗(yàn)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(duì),改革實(shí)驗(yàn)教師工作量的計(jì)算方法,激勵(lì)其開(kāi)設(shè)有特色、有新意的實(shí)驗(yàn)課程等措施,可以防止實(shí)驗(yàn)教師知識(shí)老化,培養(yǎng)一支業(yè)務(wù)素質(zhì)過(guò)硬、把握專業(yè)前沿的優(yōu)秀教師隊(duì)伍。在改革實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方式方面,一方面,我們借鑒國(guó)外大學(xué)在實(shí)踐教學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn),改變目前實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)偏少、實(shí)驗(yàn)數(shù)量偏多的現(xiàn)象;另一方面,我們減少教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的比重,將重能力培養(yǎng)落實(shí)到實(shí)處。3實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理機(jī)制的目標(biāo)是使實(shí)驗(yàn)室的“硬”和“軟”資源得到充分合理的配置。圖3是實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理圖,采用了以下兩個(gè)新的管理運(yùn)行方式。3.1基于Web的數(shù)字化管理根據(jù)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間安排固定實(shí)驗(yàn)時(shí)間的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式,操作性和靈活性大打折扣。此外,由于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解消化能力不同,理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)之間的固定周期往往使學(xué)生實(shí)際學(xué)到的和實(shí)驗(yàn)期望值存在差異。因此,我們采用基于Web的數(shù)字化管理方式。它提供實(shí)驗(yàn)預(yù)約服務(wù),將實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間圖3實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理圖分成若干時(shí)間片,學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度申請(qǐng)若干時(shí)間片,這不僅提高管理效率,而且讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安排盡可能人性化,能夠因人而異制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。其次,它將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全部在Web上發(fā)布,使教師的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠及時(shí)地推送給學(xué)生。3.2基于B/S的虛擬化運(yùn)行實(shí)驗(yàn)室不等同于機(jī)房,本實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)弱化計(jì)算機(jī)的投入。對(duì)IT業(yè)而言,很多設(shè)備的真正有效使用時(shí)間很短,學(xué)生大部分時(shí)間是在計(jì)算機(jī)上開(kāi)發(fā)程序,很多研究所和企業(yè)均開(kāi)始啟用按需使用模式。因此,我們采取了兩個(gè)途徑優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行:1)對(duì)于數(shù)量少、較昂貴的設(shè)備,比如機(jī)器人,采用共享的方式,學(xué)生有實(shí)物驗(yàn)證需求時(shí)使用。設(shè)備有效使用時(shí)間短的特性保障了該方式的可行性,在滿足實(shí)驗(yàn)需求的前提下節(jié)約了建設(shè)成本。2)實(shí)驗(yàn)盡可能建立B/S架構(gòu),在服務(wù)器端提供實(shí)驗(yàn)運(yùn)行平臺(tái)和測(cè)試樣例,而學(xué)生在自己的計(jì)算機(jī)上輸入程序和查看結(jié)果,虛擬化的運(yùn)行使得實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行真正趨向開(kāi)放。4實(shí)驗(yàn)室預(yù)期效益通過(guò)實(shí)驗(yàn)室配套建設(shè)和運(yùn)行管理機(jī)制的改造,院系將在以下3個(gè)方面有所獲益:1)通過(guò)構(gòu)建“課程實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)課程——工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練——畢業(yè)設(shè)計(jì)”鏈?zhǔn)綄?shí)驗(yàn)體系,將學(xué)生課程學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐落腳在設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力上;同時(shí),對(duì)教師隊(duì)伍和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式創(chuàng)新性的重視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)大有裨益。2)本專業(yè)實(shí)驗(yàn)室處在建設(shè)初期,規(guī)模有限,實(shí)驗(yàn)開(kāi)出率是一個(gè)重要的建設(shè)指標(biāo)。數(shù)字化管理和虛擬化運(yùn)行方式將很大程度上緩解實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和人數(shù)制約,部分實(shí)驗(yàn)不再局限于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成,學(xué)生可以更為靈活地安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)。3)在低投入的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路上,物盡其用變得尤為重要。通過(guò)數(shù)字化管理提供的預(yù)約服務(wù)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的虛擬化,用少量設(shè)備就可以支撐更多人數(shù)和課程的實(shí)驗(yàn)。這樣實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率得到提高,符合現(xiàn)代科學(xué)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)觀。參考文獻(xiàn):[1]王萬(wàn)森,鐘義信,韓力群,等.我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育的現(xiàn)狀與思考[J].計(jì)算機(jī)教育,2009(11):10-14.[2]彭巖,王萬(wàn)森,關(guān)永.智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐與探討[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用(增刊),2004(40):83.[3]付成華.關(guān)于高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].管理觀察,2009,26(3):47-49.[4]李擎,陳雯伯,李鄧化,等.“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)建設(shè)的實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育,2009(11):34-37.[5]趙歡,廖波,朱雯.湖南大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)建設(shè)探討[J].計(jì)算機(jī)教育,2009(11):49-52.LaboratoryConstructionfortheSpecialtyofIntelligenceScienceandTechnologyinHunanUniversityLIZhi-yong,XIAOZheng,LUOJia-wei,ZHAOHuan,LIRen-faAbstract:AccordingtothefeaturesofundergraduateeducationandprofessionalcultivationinHunanUniversity,andafteranalysisoflaboratoryconstructionofotheruniversities,weintroduceourideasandschemesinthepracticeofbuildingprofessionallaboratory,describeimprovementonexcellentteachingteamcultivationandexperimentteachingmanner,andalsoproposeconcretemethodsofdigitalizedmanagementandvirtualrunningrespectively,withthehopeofincurringfurtherprogressinthe