电子科学技术导论精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇电子科学技术导论，期待它们能激发您的灵感。

篇1

 

电子技术基础》是电子专业的一门核心的课程之一，它具有抽象性强、逻辑性强等特点。由于大多数中职生的学习基础不好，学习兴起不高，学习起来可谓是苦不堪言。显然，过去以教师为核心、注重单项练习的“满堂灌”的教学方法，并不能适应当前的教学环境，不能发挥学生的主观能动性。为了改变当前的局面，在教学的过程中使用行动导向教学法，既能以学生为中心，以人为本，又能积极培养学生的兴起爱好，发挥学生的思维能力，提高学生的主观能动性。

 

一、行动导向教学法的介绍

 

1.什么是行动导向教学法

 

“行动导向教学法”最先起源于现代职业教育的发达国家——德国，是以“行动导向驱动”为主要形式。在教学过程中，以学生为主体，充分发挥学生的主观能动性，注重对学生引导，积极培养学生分析问题、解决问题的能力，具体形式是从完成一项“任务”入手，通过引导学生完成“任务”，使学生主动地学习知识、锻炼技能，从而实现教学目标。行动导向教学法是以培养学生综合职业能力的教学法，本质是让学生处在教师预先设定的教学环境中进行自主学习，在学校环境环中不断熟悉、提高自身的职业能力。

 

2.行动导向教学法的特点

 

1)以学生为核心，注重行动导向、强调学习方法。从课前准备、明确任务、目标实施、反馈评价到展示总结教学过程中，学生处于主体地位，改变过去教师为核心的方式。

 

2)强调兴趣培养，培养自主能力。积极培养学校的主观能动性，改变学生被动学习的局面，从内在和外在改变学生的学习行为习惯。在教学过程中，要求学生学会独立制定、实施、完成学习目标，学会自我管理尤其是情绪管理。

 

3)提高沟通能力，注重合作学习。以项目为形式，以小组为单位进行学习，有利于学生之间相互交流，探讨解决问题的方法，发表个人解题思路，到达共同完成学习任务的目的。

 

二、行动导向教学法的案例分析

 

下面以行动导向教学法在“直流稳压电源”中的应用作为案例，来对比传统教学方法的教学效果。

 

在传统电子教学中，该内容的教学流程大体为“讲解基础理论知识—分发元件，并讲解检测方法—装配—调试”。可以发现在传统教学方法中，教师是教学的主体，学生处于被动学习的位置，产生学生兴趣不强、参与度不够、自主思考不足等问题。传统教学方法缺乏对学生个性的关怀，已经不适应当前的教育环境，导致不少学生没有按照要求进行实验，各行其是，合格率不高，效率较低，更得不到良好的知识巩固。

 

在行动导向教学法中，教师首先要做的是通过生动的实例，来充分调动学生的学习兴趣，确定学习项目，并将整个项目按照目标管理SMART原则分解成若干个子项目，然后引导学生完成每个子项目，达到最终完成学习任务的目的。可见，行动导向教学法注重学生的个人发展，积极调动学生的主观能动性，使学生的综合素质得到发展。以项目带动教学，教学效果比较好。

 

1)项目确定

 

教师向学生展示手工制作“直流稳压电源”电路实物，实物要求可按照模块进行拆卸。通过调试直流稳压电源带动负载发生变化，进一步吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣。对实物进行简单的介绍后，给学生下达项目任务书，即自主制作“直流稳压电源”，其中此任务被分解成4个子项目：确定电路元件种类和数量、理解电路工作原理、检测元件、按照电路原理图进行装配、检查与调试电路。

 

2)项目分析

 

在教师的指导下，组成若干个项目小组(选出组长)，讨论电路的构成、原理，了解每个元件参数对电路性能的影响(可通过现场调试来进行展示、理解)，师生共同分析，使学生对项目有了充分的知识准备。

 

3)制定计划

 

每个项目小组分别就项目进行讨论、交流，然后阐述本组的项目实施计划，再由师生共同分析每个计划的优缺点，最终讨论通过一套最佳实施计划，并进行详细的记录，形成规范的书面材料。实施计划应该包含：元件种类和数量、电路原理图、调试办法、人员分工等几个方面。

 

4)项目实施

 

在教师的引导和帮组下，各项目小组在计划规定的时间内完成各子项目。在整个实施过程中，要进行详细的记录，包括责任人、元件选择与检查、电路的装配、检查与调试。在项目实施的过程中，教师不能漫无目标看学生实施计划，而是要发挥积极的作用，应重点关注学生的操作是否规范，组间交流是否顺畅，学生情绪等，并做好详细记录，以便在后面的项目总结使用。

 

5)总结与评价

 

总结和评价是对学生学习的肯定，能给予学生充分的鼓励，提高学生的荣誉感，更能使学生对整个电子课程产生兴趣。因此在项目实施结束后，教师要做好总结和评价的工作。一是要求每个项目组长对本次项目的完成情况进行总结，指出本小组的有缺点;二是要对每个项目组和个人的实施情况进行点评、打分，表扬较好的部分，指出不足的部分，并提供解决办法。

 

三、小结

 

行动导向教学法已经得到发达国家的验证、肯定，广泛应用在教学领域，并得到了飞速的发展。行动教学法引入我国已经有很长的时间，但是由于很多原因并没有得到大量的推广，主要是思想观念没有得到及时的转变，还沉迷于传统的教学方法。中职教育的特点给实施行动导向教学法提供一个很好的前提条件，因此作为中职教育的工作者，我们应该改变旧有思想，不断探索适应现代化职业教育的教学方法，充分调动学生的主观能动性，培养学生的自学能力，提高学生的综合素质，为学生日后的就业保驾护航。

篇2

此次2012电子电路系列本科人才培养方案的制定经过了我校多级领导和专家学者的严谨指导，广大教员的积极参与，可谓集思广益，精心研讨，最终提出了此初步方案，形成了以下特点:

(一)基础理论为根本，思维培养为目标

电子电路系列课程是电子科学与技术学科中电路与系统等多个学科方向的核心基础课程，其最大的特点即为“基础性”。但基础并不意味着“一成不变”，当前，半导体集成工艺的发展迅猛，但已趋极限，各种新工艺、新器件亟待研究，各类新的思维方式亟需提倡。鉴于这样一种背景，此次2012方案中，我们在参照清华大学电子工程系在09本科培养方案［3］和MIT电气工程与计算机科学系［4］等多所国内外著名高校课程设置方案的基础上，结合目前电子技术发展的新技术、新工艺，对09方案中原有“微电子导论”课程内容进行整合更新，新增了“电子器件导论”这门限选课程，以使学生了解半导体及各种新型器件的基本工作原理、技术参数、主要应用领域和发展趋势，为将来从事科学装备的研制、应用和管理提供理论指导和技术支撑。课程前四章引入了对半导体器件物理、PN结和晶体二极管、双极型晶体管、MOS场效应管等内容的讲解，这些知识模块在原电路系列核心课程“电路分析基础”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“高频电子线路”等课程中均有讲解，但内容分散，部分内容多门课程重复讲述。由于缺乏系统性，学生总无法很好地理解，建立正确的概念，现将这四章内容组成核心章节进行连续讲解，不但可以形成系统概念，而且通过统一对比可以让学生充分理解知识点，为后续电路课程的学习奠定坚实的基础;课程后四章从集成角度和MEMS(微电子机械系统)、生物芯片、量子器件、纳米电子器件等新型电子器件技术角度对课程进行了较深的拓展，具有很强的前沿性和启发性。总之，课程从“分立元件”到“集成器件”，从半导体工艺到新型工艺，形成了一张完整的底层器件MAP图，具有很好的系统性，从而可以更好的完善电子科学与技术学科的知识体系。

(二)着眼系统讲技术，围绕功能讲原理

2012培养方案制定过程中，我们提出了“着眼系统讲技术、围绕功能讲原理、注重创新强实践”的总体指导思想，其中“着眼系统讲技术”在“射频电子线路”课程中得到了重要体现。该课程将结合典型的雷达系统或通信系统，按系统模块来组织教学，分章节讲解各模块中包含的技术，如:收发前端技术、频率变换技术、频率合成技术、高速AD/DA技术、数字调制解调技术、宽带高功率放大器;与这些技术相对应的模块或器件讲解包括:射频前端匹配电路、低噪放、混频器、锁相环、高速AD(DA)器件;与这些技术相对应的算法讲解包括:数字变频、数字滤波;与实际应用紧密相关的一些重要概念讲解包括:如噪声抑制、高稳定度时钟产生和分配、同步、频率基准等。从内容安排不难看出，“射频电子线路”课程经过这样的改革，不仅融合了原高频、微波、通信、信号等多方面的知识，有利于学生建立系统工程的概念，同时也可做到“学以致用”，知道这些知识模块可以用在哪些实际系统中，有利于培养学生的工程素养，提高学生的学习兴趣，真正掌握课程知识。

(三)教学实践相融合，能力培养为牵引

此次12方案制定过程中，特别突出了能力培养和实践教学的重要性，具体体现在:首先，对“电子线路基础”和“数字逻辑设计”等核心课程的实验进行单独设课，由原来与理论课程捆绑分离成两门课程，且实验内容由先期的“基础型”、“验证型”转变到“课程设计”、“综合实验”及大型设计与制作，以期加强学生综合实践能力的培养。其次，增设了“电子设计与制作”课程，鼓励全校学有余力、对电子技术很感兴趣的同学选修该门课程，以提升学生的实际应用和工程创新能力。此次实验教学改革，我们在强调学生参与的同时，也摒弃了教师在实验教学中仅仅充当“管理员”的陈旧印象，加大了教师在实验环节的指导作用，具体体现在“现代电子器件与应用电路”选修课程的增设上。该课程结合现代传感器、功率输出、强电输出等器件，分专题重点讲解多种实用性非常强的电子电路和接口电路的工作原理与具体电路，内容涉及信号处理、通信和电子等多学科，与电子科学与技术学科科研背景和实际装备研制结合非常紧密，为学生架构了理论学习与实际工程实践的有力桥梁，突显了教师在实验教学中的指导地位。

二、方案实施建议

此次2012方案的改革思路好，力度大，但如果不能有效实施，无非是“纸上谈兵”而已。下面提出以下几点实施建议:

(一)积极合理安排课程，确保系列课程的体系性

此次2012电子电路系列培养方案最大特点是体系性相当强，体现在理论由基础到核心，实验由基本到综合，层层深入，环环相扣，因而课程安排方面不能有一丝疏漏，而且部分课程的并行性被加强，如大一选修“电子器件导论”课程后，“电子线路基础”和“数字逻辑电路”课程可在大二同一学期进行开设，这不但可使同学们尽早掌握基础知识体系，而且两门课程同时学习，对比增强，有助于对课程内容的深入理解，因而在课程编排时可充分考虑课程的总体体系性，并行实施。

(二)理论课程与实践课程分离，确保实践课程的独立

有效2012电子电路系列培养方案中部分核心基础课程的实验教学由09方案的嵌入理论课程中实施变为单独设课，不但实验课时大幅增加，相对集中，而且实验的综合性大大增强，实验内容设置取材于平时的科研任务和历届大学生电子设计竞赛试题，实验平台也由MSI芯片集成向EDA、单片机、嵌入式系统等前沿专业设计平台过渡，这就要求实践教学管理严谨有序，保障有力，能切实为学生提供丰富的设计资源和强大的设计工具，真正为学生实践能力和创新能力的培养提供有利条件。

(三)大胆改革课程评价机制，注重学生综合素质的培养

在09方案中，系列课程中各主干课程的考核仍以理论考试为主，部分课程虽加强了实验考核的比例，并规定实验课程不合格整门考试即不合格［5］，但在具体操作时基本流于形式。12方案中，我们拟对各门课程的考核进行更为深入的改革，加大研讨和平时表现的分值比，尤其对独立设课的实验课程，我们将按照“项目式管理”的方式，依据项目选题、方案制定、项目实施、项目验收和项目总结等环节依次计分，强调学生综合素质的培养，以切实培养学生严谨踏实的科研作风和高超扎实的科研技能。

三、结束语

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关键词：职业教育 电子电工 技术

职业教育是社会发展的产物，是人类文明发展的产物，也可以说是人自身发展的产物，而且是发展到某个特殊时期的产物。职业教育受益于社会，社会也可受益于职业教育，促进社会发展是职业教育的应有之义和神圣职责。《电工电子技术基础》是中职学校工科类专业必修的一门专业基础课，通过这门课程的学习，学生具有一定的电子技术知识和能力，为以后学习专业课打下坚实的基础。

一、培养目标

以终身教育、素质教育、个性教育为基点，培养德、智、体全面发展，知识、能力、素质协调发展，能独立地分析和解决问题，适应“电气工程及自动化”领域的各项工作，并在计算机应用技术方面有专长的宽厚型、复合型具有创新能力的中级技术工人。毕业实习使学生了解工厂供配电、生产组织和管理、电气控制设备的安装、调试、维修等工作的过程。也可使学生直接参与无线电厂、研究所等企业的生产、科研实践活动，使学生了解电子装置设备的安装、调试及开发、研制过程。在实习中注意运用所学知识观察、分析有关的工程实际问题。

二、电子发展

今天，以电子和计算机技术为特征的新技术又在延伸人类的智力功能。正是电磁规律在能源、信息、控制等领域的技术应用，描绘出现代化社会的蓝图，形成新技术革命的主流。它冲激着社会生产和生活的每一个角落，不仅大幅度地提高了社会生产力，创造出丰富的物质财富，而且改变着人们的生活方式、社会行为、教育训练、思维方法，促进了社会的精神文明。电工正在与现代科学技术相汇合，继续发挥社会支柱的作用。

（1）电子设备现状与发展： 2010年全球半导体制造设备销售总额达到395.4亿美元，恢复到历史最高水平。各个地区的设备支出都呈现了两位数甚至三位数百分比的增长，增长最快的是中国大陆和韩国。2010年中国内地半导体设备市场为22.4亿美元，预计2011年为26.4亿美元。按此增长率推算，到2015年，我国半导体设备市场规模将达到300亿元人民币。

（2）电工新技术：我们已在准备进入21世纪。21世纪，人类期望着进入一个持续协调发展的新时代，我国将以无愧于我们这个伟大民族的新姿态屹立于世界之林。整个进程中，科技的进步与发展有着特别重要的意义。

（3）电工技术基础理论包括了交流电路理论，磁路理论，电机与变压器理论，电能传输理论，电工材料理论，电介质理论，气体放电理论等都发展成为系统的科学知识。20世纪50年代以来，计算机技术、电子技术以及工程控制论等一系列新兴的科学技术理论蓬勃发展，基础科学、应用科学和技术开发之间的知识结构更加紧密，各门学科与专业之间互相渗透，互相交叉，使科学技术和社会生产形成一个既深入分化又高度综合的庞大复杂的整体，同时也促进了电工理论的发展。

三、重要意义

（1）教育的重要性在于学会思考，而不是题目、学科的累加。

由于现在高职高专进行教学改革，《电工电子技术》课程学时数在减少，而基础内容又很多，学时有限，我们只能精选基础内容，大大删减细节问题的定量分析计算，使学生够用，但是也要达到教学的要求。在学习过程中“渔”比“鱼”对我们更难也更重要。

（2）在教学方法上，摒弃灌输式，实行目标讨论式和启发式。通过这样的目标讨论和启发，引发了学生的兴趣，有比较的对象让学生能够有话可说、有问题可提。电工电子技术是20世纪最有影响的科学技术之一，教师如果适时、合理地从中摘取几片花絮，无疑会为寂静的课堂带来几分生动，为学生跃跃欲试的求知欲望增添几分兴致。

（3）经历、观察，并强迫自己分析不同的问题，帮助我们学会思考。搜索积累的知识，联系需要解决的问题，思考其中的关键因素，寻找新的方法。

四、总结

电工电子技术不管是对生活还是对科技都有非常重要的作用，生活上离不开它，数字电视、手机、自动导航、自动倒车，这些在以前都是没有的，现在都变成寻常百姓的日用品了，在其他的领域也有非常重要的作用。他很大程度上的改变了我们的生活和科技，影响着我们日常身边的一切，在我们身边每天无处不在无处不见。新课导入就是一节课的开头，一个新知识的起点。在课堂教学中起着从旧知识到新知识的过渡作用，是教师充分发挥其教学艺术水平的最佳时机。教师要努力提高自身素质和教学基本功，通过精心设计、别具一格、引人入胜的新课导入方法，最大限度地调动学生学习的积极性，引发强烈的求知欲，把提高课堂教学效率落到实处。新课导入的方法很多，不管用哪种方法，只要能够紧紧抓住学生的思维，引发学生的共鸣，就是成功的开始。同时还应注意多种导入方法交错使用，使每节课都有新意，都有亮点。

参考文献

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    电子信息科学与技术专业基本设置在理科或与物理相关的院系,这与各院校授予理、工学士学位基本是相匹配的。但大多数院校,尤其是原重点综合性和重点理工院校的这个专业是从专业目录调整前的相关专业演变而来,从课程设置来看,相当大部分院校此专业与电子技术或电子信息工程或电子科学技术,甚至与计算机应用与通信等专业差别不大。电子信息产业是一项新兴的高科技产业。该产业的长足发展,直接推动了电子信息类毕业生的就业工作。电子信息科学与技术专业通常是一所大学中比较热门的专业,是不少优秀考生的首选。同时,电子信息科学与技术专业毕业生在理论基础方面比较扎实,按理说也应当是用人单位的首选。但是不少用人单位反映,该专业毕业生虽然了解的知识很多,但是许多毕业生存在动手能力差、对工具和方法的应用不熟、经验不足、缺乏独立解决问题的能力、缺乏实现抽象模型和软件系统方面的能力等问题。而且由于电子信息科学与技术专业的专业特征不明显,因而缺乏竞争力。我院是有近50年历史的地方理科院系,在教学、科研方面都有着良好的基础,基础设施也有一定的规模。如何结合我院良好的理科教育基础,建设特色鲜明的电子信息科学与技术专业,是同类型理科院校面临的共同问题。在专业建设中,主要存在的问题为:一是,专业范围不容易界定,电子信息涵盖的范围极其广泛,并且处于不断发展和扩充之中,使得该专业的建设方面表现出了一定的不适应性或盲目性[3]。尤其,我校还有相近的电子信息工程专业。本专业的课程体系、发展方向、专业特色等是影响学科建设和学生就业的严重问题。二是,缺乏有着本专业系统教育背景的教师。三是,实践实习的校外基地建设与社会支持力度难以满足教学要求。四是,教学方法及思路的更新要求。因此,从目前本专业的现状来看,有很多方面与现阶段的培养目标是不相应的,特别是在专业课程设置与实验室建设两个方面,这就无法为人才培养体系创造和谐的环境条件,也就无法培养合格的人才。

    磁电子方向课程群的构建

    针对上述问题,通过这几年广泛深入地调查、分析和研究,我们明确了电子信息科学与技术的发展方向;明确了地方经济发展规划方向,特别是电子行业的主流方向;明确了湖北省对电子技术人才的需求;了解了湖北省各高校特点和专业设置现状。结合我校特点与我院师资优势,我们逐渐探索出一条适合我院电子信息科学与技术特色专业建设的路子,逐步形成了以磁电子器件应用和磁电子信号处理为专业发展方向,以数理类、磁电子技术类和信息处理类为主要课程体系,以磁电子器件应用实验室、磁电子信息处理实验室、EDA与嵌入式系统实验室的建设为支撑,以校外实习和创新基地为补充的一个本专业人才培养体系。

    1磁电子技术微电子材料与器件是二十世纪人类最伟大的创造之一,但是没有利用电子自旋特性。随着科学技术的发展,半导体组件的尺寸缩小到纳米级后,许多原有宏观特性将丧失,必须采用电子的自旋特性来解决半导体的尺寸效应问题。自旋电子学正是在这样的背景产生的。自旋电子学是一门以研究纳米尺度范围内电子的自旋特性为主要内容的一门交叉学科。自旋电子学,亦称磁电子学,它是磁学与微电子学相结合的产物。采用磁电子材料制造全新的或者高性能的器件,与传统半导体器件相比,具有大幅度降低能量消耗、增加集成密度和提高数据处理速度等优点。磁电子器件广泛应用于磁场感应、高速信号耦合和数据存贮等领域。磁电子材料及器件是目前国际学术界的一个热门研究领域。根据巨磁阻(GMR)效应[4-5]和自旋隧道(MTJ)效应[6]制成的各类先进磁敏器件迅速走向商品化。磁电子器件包括磁性传感器、磁性隔离耦合器和磁性存储器的市场前景巨大,未来年销售额估计将高达1000亿美元[7]。在2008年11月湖北召开的第十三届全国磁学和磁性材料会议上,磁电子材料和器件的研究被认为是事关中国能否赶上世界第四次科技发展浪潮的一个关键。目前,由东方微磁公司在湖北宜昌投资兴建的磁电产业园第一条磁电子芯片生产线已经建成,预计在未来几年,对具有磁电子技术背景的毕业生的需求呈上升趋势。

    2磁电子方向课程设置磁电子方向课程群由微电子电路基础、固体物理导论、磁电子学与传感器与检测技术等四门课程组成。该方向培养的总目标是夯实专业基础,加强实验技能,强化工程意识,拓宽专业口径,突出磁电子应用特色。

    (一)理论教学环节

    微电子技术课程:包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术,其教学内容非常丰富,并要求学生有良好的数学、物理、材料等学科基础。教学目的是给学生打好基础,为后续课程提供基本知识。本课程课堂教学主要做法为:(1)突出基本概念、注重器件原理和模型。简化复杂的数学推导和理论分析,强调对基本原理和规律的理解和掌握。(2)以应用能力培养为导向,强调实用性和简明性。在讲清模型的简化条件和物理意义的基础上,重点介绍模型的应用方法和技巧。固体物理导论主要教学内容是从晶体结构、晶格振动和电子运动的理论出发,通过引入各种元激发的模型、概念,为学生系统介绍了固体的热学性质、光学性质、电学性质、磁学性质及力学性质。是磁电子学的先修课程。磁电子学课程:根据我校本专业的发展方向和培养目标,所确定的主要教学内容包括磁电子学的基本概念、巨磁电阻(GMR)效应、自旋隧道(MTJ)效应、和磁电子学的应用等。由于学生相关物理基础相对薄弱,讲授本课程的主要做法是:(1)加强巨磁电阻(GMR)效应与隧道巨磁电阻内容的讲述,简要介绍典型的巨磁电阻传感器的工作原理。(2)磁电子学的应用是本课程的讲授重点,讲授内容包括磁电传感的应用、磁记录读出磁头、磁电阻随机存取存储器、自旋晶体管和量子计算机等,以培养应用能力为主要目标。传感器与检测技术课程:该课程在教学内容的选取上,以“必需、够用”为度,舍弃繁杂的理论分析,突出基础理论知识和实际操作技能。同时,注重吸收传感器与检测技术领域的新知识、新技术,并将磁电传感器单独设置为项目,便于教师根据科研项目的实际情况选择教授。

    (二)实验教学环节

    表1中给出了该专业方向所开设的实验情况,这些实验项目有许多来源于教师的科研课题,主要以设计性、综合性和研究性实验为主,鼓励学生自己设计、自己动手制作和开发研究,同时还鼓励学生积极参与导师的科研工作和科技创新大赛,指导学生撰写和发表研究论文。该实验教学环节体现了教学与科研的有机结合,不仅有利于师资水平的提高、教学内容的更新、传统专业的改造以及新专业的增建,更有利于新学科、交叉学科的形成与发展。

    课程建设效果

    1优化了课程体系,提高了教学质量在规定专业方向磁电子课程群后,学院组成了课程建设小组,加强了对专业方向课程群的建设与改革,提高了课程群的教学质量。同时学生对培养目标、就业方向更明确,有效的提高了学习的积极性和主动性,教学质量得到明显提高。

    2加强了学生的专业基础,优化了学生的知识结构构建专业方向课程群后,学生对所学专业课程之间的关系比较清楚,学习时目标明确,能很好的处理各门课程学习的关系,能注重基础、抓住重点,学深学透。同时对其它相关基础课程如电路分析、电子技术基础能下功夫学好。在专业课程的学习中,学生能有的放矢地加强自己专业基础的学习和工程技术能力的训练,学生的知识结构得到了优化,工程应用能力得到了提高。

    3培养了学生的创新意识和创新能力根据其反映的学科前沿研究和最新进展的研究信息等优势,有效的培养了学生对知识的理解能力和应用能力,大大提高了学生的创新意识和创新能力,同时也使学生成为教学过程的主动参与者,将研究与实践结合起来,提高了解决问题的能力。

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【关键词】人工智能；人脑智能

1.引言

随着科学技术近年来突飞猛进的发展，计算机及相关智能化应用在各个领域中占据了越来越重要的地位。无论是日常生活、工业领域还是军事领域，使用计算机的场合越来越多，而且不仅仅局限于最初的科学计算。在这种前提下，人工智能的概念应运而生。人工智能是20世纪中叶科学技术所取得的重大成果之一。它的诞生与发展对人类文明产生了巨大的影响和效益，同时，人类是否最终成为机器人的奴隶，人类社会会被计算机取代等等问题也被人提出并广泛讨论，这也就引起了哲学意识与人工智能的理论探讨。

2.人工智能的诞生

人工智能是20世纪中叶科学技术所取得的重大成果之一。人工智能是相对于人类智能而言的。它是指用机械和电子装置来模拟和代替人类的某些智能。人工智能也称“机器智能”或“智能模拟”。当今人工智能主要是利用电子技术成果和仿生学方法，从大脑的结构方面模拟人脑的活动，即结构模拟。

人脑是智能活动的物质基础，是由上百亿个神经元组成的复杂系统。结构模拟是从单个神经元入手的，先用电子元件制成神经元模型，然后把神经元模型连接成神经网络(脑模型)，以完成某种功能，模拟人的某些智能。如1957年美国康乃尔大学罗森布莱特等人设计的“感知机”，1975年日本的福岛设计的“认知机”（自组织多层神经网络)等。

电子计算机是智能模拟的物质技术工具。它是一种自动、高速处理信息的电子机器。它采用五个与大脑功能相似的部件组成了电脑，来模拟人脑的相应功能。这五个部件是：(1)输入设备，模拟人的感受器(眼、耳、鼻等)，用以接受外来的信息。人通过输入设备将需要计算机完成的任务、课题、运算步骤和原始数据采用机器所能接受的形式告诉计算机，并经输入设备把这些存放到存贮器中。(2)存贮器，模拟人脑的记忆功能，将输入的信息存储起来，供随时提取使用，是电子计算机的记忆装置。(3)运算器，模拟人脑的计算、判断和选择功能，能进行加减乘除等算术运算和逻辑运算。(4)控制器，人脑的分析综合活动以及通过思维活动对各个协调工作的控制功能，根据存贮器内的程序，控制计算机的各个部分协调工作。它是电脑的神经中枢。(5)输出设备，模拟人脑的思维结果和对外界刺激的反映，把计算的结果报告给操作人员或与外部设备联系，指挥别的机器动作。

以上五部分组成的电脑是电子模拟计算机的基本部分，称为硬件。只有硬件还不能有效地模拟和代替人脑的某些功能，还必须有相应的软件或软设备。所谓软件就是一套又一套事先编好的程序系统。

人工智能的产生是人类科学技术进步的结果，是机器进化的结果。人类的发展史是人们利用各种生产工具有目的地改造第一自然(自然造成的环境，如江河湖海、山脉森林等)，创造第二自然(即人化自然，如人造房屋、车辆机器等)的历史。人类为了解决生理机能与劳动对象之间的矛盾，生产更多的财富，就要使其生产工具不断向前发展。人工智能，是随着科学技术的发展，在人们创造了各种复杂的机器设备，大大延伸了自己的手脚功能之后，为了解决迫切要延伸思维器官和放大智力功能的要求而产生和发展起来的。

从哲学上看，物质世界不仅在本原上是统一的，而且在规律上也是相通的。不论是机器、动物和人，都存在着共同的信息与控制规律，都是信息转换系统，其活动都表现为一定信息输入与信息输出。人们认识世界与在实践中获取和处理信息的过程相联系，改造世界与依据已有的信息对外界对象进行控制的过程相联系。总之，一切系统都能通过信息交换与反馈进行自我调节，以抵抗干扰和保持自身的稳定。因此，可以由电子计算机运用信息与控制原理来模拟人的某些智能活动。

从其它科学上来说，控制论与信息论就是运用系统方法，从功能上揭示了机器、动物、人等不同系统所具有的共同规律。以此把实际的描述形式化，即为现象和行为建立一个数学模型；把求解问题的方式机械化，即根据数学模型，制定某种算法和规则，以便机械地执行；把解决问题的过程自动化，即用符号语言把算法和规则编成程序，交给知识智能机器执行某种任务，使电子计算机模拟人的某些思维活动。所以，控制论、信息论是“智能模拟”的科学依据，“智能模拟”是控制论、信息论在实践中的最重要的实践结果。

3.人工智能与人类智能的区别

人工智能是人类智能的必要补充，但是人工智能与人类智能仍存在着本质的区别：

（1）人工智能是机械的物理过程，不是生物过程。它不具备世界观、人生观、情感、意志、兴趣、爱好等心理活动所构成的主观世界。而人类智能则是在人脑生理活动基础上产生的心理活动，使人形成一个主观世界。因此，电脑与人脑虽然在信息的输入和输出的行为和功能上有共同之处，但在这方面两者的差别是十分明显的。从信息的输入看，同一件事，对于两个智能机具有相同的信息量，而对于两个不同的人从中获取的信息量却大不相同。“行家看门道，外行看热闹”就是这个道理。从信息的输出方面看，两台机器输出的同一信息，其信息量相等。而同一句话，对于饱经风霜的老人和天真幼稚的儿童，所说的意义却大不相同。

（2）人工智能在解决问题时，不会意识到这是什么问题，它有什么意义，会带来什么后果。电脑没有自觉性，是靠人的操作完成其机械的运行机能；而人脑智能，人的意识都有目的性，可控性，人脑的思维活动是自觉的，能动的。

（3）电脑必须接受人脑的指令，按预定的程序进行工作。它不能输出未经输入的任何东西。所谓结论，只不过是输入程序和输入数据的逻辑结果。它不能自主地提出问题，创造性地解决问题，在遇到没有列入程序的“意外”情况时，就束手无策或中断工作。人工智能没有创造性。而人脑功能则能在反映规律的基础上，提出新概念，做出新判断，创造新表象，具有丰富的想象力和创造性。

（4）人工机器没有社会性。作为社会存在物的人，其脑功能是适应社会生活的需要而产生和发展的。人们的社会需要远远超出了直接生理需要的有限目的，是由社会的物质文明与精神文明的发展程序所决定的。因此，作为人脑功能的思维能力，是通过社会的教育和训练，通过对历史上积累下来的文化的吸收逐渐形成的。人的内心世界之所以丰富多彩，是由于人的社会联系是丰富的和多方面的，人类智能具有社会性。所以要把人脑功能全面模拟下来，就需要再现人的思想发展的整个历史逻辑。这是无论多么“聪明”的电脑都做不到的。随着科学技术的发展，思维模拟范围的不断扩大，电脑在功能上会不断向人脑接近。但从本质上看，它们之间只能是一条渐近线，它们之间的界限是不会清除的。模拟是近似而不能是等同。

4.总结

从以上分析不难看出，人工智能与人脑在功能上是局部超过，而整体上不及。由于人工智能是由人造机器而产生的，因此，人工智能永远也不会赶上和超过人类智能。所谓“机器人将超过人奴役人”、“人将成为计算机思想家的或害虫，……保存在将来的动物园”的“预言”是不能成立的。因为，它抹煞了人与机器的本质差别与根本界限。然而，在现代科学认识活动中，没有人工智能，就不会有人类认识能力的突破性发展和认识范围的不断扩大。不仅电脑依赖于人，人也依赖于电脑。这就使得对人工智能的探讨以及对人机互补的关系的探讨成为一个新的课题。

参考文献

[1]王万森.人工智能原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2002.

[2]王文杰,叶世伟.人工智能原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[3]韦涛.未来与发展[N].2006(2).

[4]史忠植.高级人工智能[M].北京:科学出版社,1998.

[5]李陶深.人工智能[M].重庆:重庆大学出版社,2002.

[6]廉师友.人工智能技术导论[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

篇6

关键词：量子力学；教学探讨；能力提高

1 引言

生产力的发展客观需要，推动人们探索微观世界的奥妙，掐指算来，量子概念的诞生已经超过整整100年。但随着科技日新月异的发展，可以毫不夸张地说，没有量子物理，就没有人们今天的生活方式。量子物理的应用已经渗透到现代化生产的许多方面，如半导体材料与器件，磁性材料与器件，原子能技术、激光技术等等。《量子力学》课程的学习已成为国内高等理工科院校“应用物理”“电子科学与技术”“光信息科学与技术”等专业的必修学科基础课。通过该课程的学习，培养学生辩证唯物主义世界观，独立分析问题和解决问题的科学素养，并为“固体电子导论”“光电子学”等后续课程的学习打下良好的基础。

2 对《量子力学》课程的探讨

《量子力学》涵盖了基础物理、数学物理方法、概率论、线性代数、矩阵等多个学科领域的内容，特别是基本概念、规律与方法与经典物理截然不同，不能凭借我们所熟悉的经典概念去证明。这些现状导致学生在该课程学习中感觉到难度更大。传统的课堂教学容易陷入纯粹的数学推导而忽略物理情景的建立。

种种现象表明，现存的“单纯授课式”教学方式不符合本课程的教学规律，无法实现其预定的教学目标，必须在各方面加以充分改进。目前，国内外对《量子力学》课程的教学方法已经作了大量的尝试和研究，提出了多种教学方法，如开发生动的多媒体课件、课堂分组讨论、模块化教学等。如何让学生在偏微分方程为主线的教学体系中，理解抽象的量子物理基本框架，并激发和保持学生的学习兴趣，是任课教师需要探索和实践的重要课题，值得花力气去研究。此外，随着时代的发展，量子物理所带来的新技术又层出不穷，大量前言研究成果脱颖而出，如量子通信，量子纠缠，量子密码等。如何将这些最近量子应用技术融入到日常课堂教学中，无疑对教师的教学能力、教学方法和综合素质以及学生的课程学习方式等都提出了更高要求。

问题既是学习的起源，也是选择知识的依据，又是掌握知识的手段，因此在教学实践的基础上，可以尝试以“问题导向”作为切入口，将案例教学、视频教学、科研成果等融入《量子力学》的教学过程，克服抽象的物理图景给学生带来的困扰，增强学生利用所学知识解释现实、分析问题、解决问题的能力，培养学生主动思考和实践创新能力，进而提高教学效果。鼓励学生根据自己的兴趣与基础，在教师的指导下进行专题研究，用现有的专业实验室条件，针对课程理论知识带着问题和专业的实践应用问题，在科研实践中加深知识的理解和运用，逐步提高其创新能力。

3 《量子力学》课程问题导向型教学实施建议

3.1 学习状态的调查与分析

量子力学可谓无处不数学，因此需要以无记名答卷调查和课间交谈方式，对学生的之前数学物理知识基础，学习兴趣等进行统计和分析，从而为制定合适的教学计划、选取恰当的教学内容和教学方式打下基础。如果没有对具体问题进行严格的数学推导，就无法真正深刻理解基本原理，量子物理的实际应用也就更无从谈起。课程系统学习之前，教师应该把知识点中可能运用到的数学知识梳理后作为参考资料发给学生，便于学生在平时练习中使用。

3.2 建立“问题为导向的交互式教学模式”

篇7

关键词：遥感专业；研究型教学；课堂教学；毕业设计

作者简介：唐涛（1980-），男，陕西西安人，国防科学技术大学电子科学与工程学院，讲师；陆珉（1976-），男，江西南昌人，国防科学技术大学电子科学与工程学院，副教授。（湖南 长沙 410073）

中图分类号：G642.477 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0203-02

所谓研究型教学，就是将课内讲授与课外实践、教师引导与学生自学、教材与阅读有机结合并达到完整、和谐、统一的教学。[1]研究型教学既能发挥教师的主导作用，又能发挥学生的主体作用；既能培养学生的学习兴趣，激发学生思维，又能培养学生分析解决问题的能力；既能使学生掌握系统扎实的基础知识，又能培养学生的实际操作能力，克服了接受性教学的缺陷。

本科生在校学习的过程包括课堂学习、实践学习、本科毕业设计等环节。作为国防科学技术大学（以下简称“我校”）信息工程专业本科生培养方案中重要的组成部分，遥感系列课程教学和专题毕业设计在信息工程专业本科学习过程中占据了重要的角色和相当的课时。遥感系列课程包括本科生公共选修课“军事遥感技术”、专业选修课“地理信息系统与遥感技术”、专业必修课“遥感原理”等。面向我校信息专业本科生，笔者所在的遥感信息处理教学科研团队每年设计遥感信息处理专题，包含若干具有科研任务性质的子课题。指导教师既是遥感系列课程教学主体，也是本科毕业设计指导主体，有充足的时间和经验在课堂教学和毕业设计指导中开展研究型教学探索。

课堂教学和本科毕业设计作为大学生本科学习生涯中重要的两个环节，开展研究型教学不仅是有益的探索，也是不断将遥感领域最新技术成果传授给学生，扩大学生知识层面和应用能力的重要途径。课堂教学可以将遥感领域研究趋势、研究成果、理论基础和处理方法传授给学生，奠定理论知识基础和初步的研究思维培养。毕业设计中，每一个课题作为科研任务布置给学生，使学生得到实践锻炼，将学习的知识转化为解决现实问题的工具，同时能够参与科研团队科研攻关的过程，互动探讨，体会研究过程的乐趣，最终培养科研兴趣，提高科研能力，推动学生素质全面发展。

一、课堂研究型教学探索

课堂教学在本科四年教育中承担着传授知识的重要作用，作为信息工程专业课程的重要组成部分，遥感系列课程需要在有限的课时内给学生传授足够的遥感学科的基础理论知识和初步应用技能。为了改变以往讲述式、填鸭式的课堂灌输教学，笔者所在教学科研团队一直在不懈努力地探索改革教育教学方法。研究型教学作为近年来比较成功的新型教学模式，成为教学研究的热点之一。[2-4]我们在如下方面开展了研究型教学的有益实践：首先，将最新的科研成果带入课堂教学，[5]拓展学生的视野和知识面，启发学生独立思考和实践；其次，在课堂教学中专门设计课时，由教师提出适合学生知识层次的研究型讨论课题，再将学生按照兴趣自愿组合成若干小组，在小组内开展资料查阅，课题探讨和交流；最后，经过一段时间的学习探讨，教师组织各小组分别就研究型课题的研究心得进行课堂交流或者书面交流，由教师对各小组的研究心得进行讲评和给分。

在上述实践中，有若干原则需要教师把握好：

1.题目难易适度

考虑到本科生学习专业知识的时间不多，专门知识和理论基础有待加强，过于“精”和“深”的题目会使学生觉得难度大和无从着手，从而产生畏难情绪，不利于研究型教学的开展。选择研究型教学内容时，我们考虑密切结合教材知识点，特别是需要学生掌握的重点内容，结合遥感领域最新成果，选择适当难度的题目引导学生开展。另一方面，学生尚不具备从事科研工作的经验，解决研究型题目的手段主要依托大学公共资源和互联网资源，查阅资料，分析现状，提出想法，有条件的可以进行简单的计算机仿真。例如介绍雷达图像军事目标判读解译时，我们引入美国的长曲棍球卫星及其拍摄的坦克目标的雷达影像，结合教材介绍的三种强散射结构，引导学生思考从雷达目标散射特性出发，探讨分析如何提高判读效率和准确性。

2.兴趣吸引

在授课过程中将科研成果引入课堂，将教员从事科研活动中获得的新方法、新技术、新成果、新灵感及时引入到教学中。例如，将SAR图像车辆目标自动识别、小型化复眼成像装备等科研成果结合教材内容，进行实例讲解，拉近学生与最新成果的距离，开拓学生思维，吸引学生注意力，提高从事科研工作的兴趣。

3.激励措施得当

研究型教学的开展，不仅要求教师开动思维，灵活牵引，也需要学生热情参与，适当发挥分数（学分）的指挥棒效应是有益的尝试。在学生本门课程最终成绩中，目前是研究型学习成绩占30%，考试成绩占70%，以后根据研究型教学探索的阶段性成果，考虑适当提高前者的比重。

二、本科毕业设计环节的研究型教学探索

随着高等教育改革的深入，毕业设计过程中的研究型教学探索也有不少创新，[6-8]主要是转换本科生的主体角色，由学生转化为科研人员，毕业设计课题转换为科研小任务，使本科毕业生能够主动参与团队科研活动，互动探讨，提高科研能力。“导师+研究生+本科生”的研究型本科毕业设计模式，已经成为共识。

1.课题设计与知识储备

信息工程专业本科生经过三年多的本科教育，基础知识和专业知识具有了一定的的基础。因而相对于课堂教学的研究型题目，毕业设计题目应当让学生在基础理论、基本技能、创新精神、科研方法、实践能力和团队协作等方面得到比较全面的综合训练，能够具备初步从事科研工作的能力。笔者所在的教学科研团队根据长期的科研工作经验和目前所从事的科研任务，每年设计一个遥感信息处理专题，每个教师设计2-4个子课题，这些题目处理该专题下的具体小的技术问题，涵盖遥感图像校正、去噪、配准、目标检测、目标识别等具体技术问题。题目及其主要工作内容下发给学生，学生可根据兴趣和自由选择题目和导师。导师提前与学生见面，了解学生的基本情况和学习特点，提供课题需要的部分资料，做好启动毕业设计工作的知识储备。

2.科研交流

在本科生进入课题后，导师应将其纳入所在科研团队，参与学术讨论、程序设计、文档撰写、阶段汇报等工作，使之成为科研攻关的一员。研究过程中，本科生可就毕业设计过程中的理论和技术问题，及时和导师、其他研究人员交流解决。

3.研究生的辅助作用

高校科研的主体是教师和研究生，因而研究生在本科毕业设计中的辅助指导作用不可或缺。高年级硕士研究生或者博士研究生已经受过较长时间的科研训练，比较熟悉课题，研究思路较为清晰，研究工作有进展，具备辅助指导的条件。毕业设计题目若与研究生本身研究课题和团队攻关课题相关，则更为有利。研究生也是从本科生成长起来，对于整个毕业设计和课题研究的过程更为熟悉，可以向本科生在更多细节问题上答疑解惑。

4.过程控制

良好的本科毕业设计离不开学校和导师对过程质量的监控。笔者所在院校从命题设计、学生选题、下达任务书、撰写开题报告、中期检查、论文撰写、毕业答辩等各流程环节进行了时间和质量上的规范。这就要求导师在毕业设计全过程密切跟踪学生的研究进度，及时交流，适时提供帮助克服困难。

三、结束语

研究型教学是系统性的工作，我们在遥感专业课程和本科毕业设计两个环节开展了研究型教学的探索。其中课堂研究型教学是引导学生接触科研活动，启发创新思维的起始，毕业设计则是研究型教学活动的重要实践环节。经过最近几年的探索，目前取得了一定的成效，未来将总结经验，开拓创新，更好地为遥感学科系列课程的建设和信息工程专业技术人才培养服务。

参考文献：

[1]朱桂琴.研究型教学及其基本范式[J].教育探索，2003，（7）.

[2]闫晓强，研究型课堂教学模式的探索与实践[J].教育教学论坛，2013，（16）.

[3]张安定，衣华鹏，崔青春.《遥感原理》研究型教学的探索与实践[J].测绘通报，2005，（12）：59-61.

[4]阿拉腾图雅，乌敦.《遥感导论》课程研究型教学的设计与实现[J].教育教学论坛，2012，（36）.

[5]唐涛，李禹，赵凌君.“遥感技术”课堂教学方法改革初探[J].中国电力教育，2012，（Z2）.

[6]薛光辉，吴淼，余镇危.研究型大学本科毕业设计教学模式的探索与实践[J].河北工程大学学报（社会科学版），2009，26（3）.

篇8

1创新教育体系的内容

简单地说，创新教育体系是指以创新教育为目的的各教学要素的总和［3］。包括三个方面的内容。

1.1创新教育观

创新教育观是落实创新教育的前提和指导思想［4］。与传统教育仅仅注重知识的传承不同，创新教育要求参与教育的主导者(教师、学校管理者以及学校领导)改变单纯以继承为中心的教育思想，在传授已有知识的基础上，开发受动者(学生或教师本身)的创造潜能，将传授知识、培养能力、提高素质融为一体。在教育教学中随时有“以人为本”的意识，处处以教育双方为根本，通过与教育的受动者的互动来做到创新的基本要求。因此，在教育的过程中应该时时处处注意受动者的个性，做到因材施教，实事求是。

1.2创新教育平台

如何落实创新教育的问题，是创新教育体系的实质部分。它包括课堂理论教育、实践教学以及课外创新教育平台三大部分。(1)课堂理论教育部分包含教学思想、教学方法、教学手段和教学内容，主要以课堂形式存在的教育内容。它需要完成:确定教学主体和中心;建立新型教学模式;大量运用现代化手段;重新组合各种相关学科知识，创立跨学科、边缘学科课程，增加前沿新知识和现代科学技术内容的任务［5］。(2)实践教学部分包含:课程设计、实验、实习等，主要指以实际操作将理论用于实践的教学形式。组成这几部分的软硬件环境即为实践教学部分。(3)课外创新教育平台是指国家和学校为学生提供的所有活动。包含参加教师的科研项目、大学生创新训练计划、工程实践、国内各种专业竞赛、专业技能培训和认证、研究型课程等内容。

1.3创新教育的保障

创新教育的保障是指如何推动创新教育的问题。主要包括:稳定而富有活力的创新型教师队伍;灵活而符合实际的培养方案和多样化的课程体系。

2目前存在的问题

随着国家教育氛围由传统教育向现代化教育、素质教育以及创新教育的转变速度加快，力度加大，现行的创新教育体系从无到有基本已经全面铺开。据调查，现今我国所有“985工程”“211工程”系列高校已经全部在教学实践活动中建立创新教育体系。学校教学与科研部门充分联合，针对在校学生推出了一系列用于激励学生创新的科研和实践项目。学生受益人数占学生全体人数的40以上［5］。但目前也存在如下三个方面的问题。

2.1创新教育观的问题

(1)创新教育中的主导者和受动者角色转变不科学。中国传统的教育观念老师是主体、学生为客体。课堂教学方式始终以“讲授式”为主［6］。虽然学分制已经是高校教育环节中，主要的教学体制，但作为主导者因为可以决定受动者“是否获得学分”“是否顺利毕业”等关键性教育结果的原因，导致这样的角色难以转变。特别是在理工科学校，其检验受动者学习成果的考试，较文科类高校更客观、灵活性更小，这就导致这样的角色转变起来更难。而创新教育观要求教育主导者与受动者在教育过程中做到互动，要求主导者准确了解受动者的个性，在教育中充分沟通、自由讨论和相互启发，在一定的时间段内主导者和受动者的角色应该发生转变，这样的教育才是有传授、有反馈、有改进的可能产生创新思维的教育形式。

(2)创新教育中，“以人为本”［7］的观念难以普及。近年高校扩招之后，学生数量急剧增加，教师数量无法与学生数量相匹配。加之高校教师既肩负教学任务，还肩负科研任务。高校关于教师基本教学科研任务量的设置，会让教师在进行相关活动时有所权衡，有所犹豫。特别是理工科高校，其科研任务与生产结合度更高，所以要求其成果更具有可实施性，也就需要教师更多的投入精力到科研活动中去。再者高校教师年龄整体有所降低，其面临的生活压力增高，所以其用于教学的精力会有所分散。故要求其在教育活动中更贴近学生，认真了解学生，发掘其个性化，这对教师来说确实是一个很大的难题。因而，“以人为本”的理念较难得到广泛的实施。

(3)创新教育中，“国际化”视野不够广泛。随着我国国力的进一步增强，高等教育的国际化需求越来越大，创新教育在“国际化”视野下，也愈发体现其重要性。创新教育观中，既要传承，也要创新的教育观念，让国际化的方向更加明确。而我国理工类学校在逐渐摆脱单一化的进程中所推行的创新教育往往是以其单一化的专业为背景的，这就导致了学科交叉不足、国际交流方向单一、国际竞赛参与面窄等特点。虽然有些高校可以在某些方面取得较好成绩和国际交流成果，但是随着国际科学界对学科交叉的要求的强烈，也渐渐先出疲态，难以维持以前的水平。

2.2创新教育平台方面的问题

(1)现今的课堂教学已不再单纯依赖粉笔、黑板，而拓展到了更多涉及现代化教学手段的层面，投影、音响甚至网络手段的大量应用，让课堂更加生动，使教师与学生的互动大幅增加。但是，现有的教学模式仍显出其单一性。对我国东部一所理工类高校研究生的调查中有一项学生对高校教学改革的要求中，“教学模式改革”和“创新教育观念”的选择比例超过了64，接近三分之二［8－9］。

(2)部分理工类高校开始努力改变学科方向单一化的局面，逐渐走出了一条学科多样化、专业交叉强的多学科发展之路，实践平台因此也丰富起来，除了参与国内几个著名的理工类竞赛外，在国际上的竞赛也屡获殊荣。但是这样的交叉和融合范围很小，所实行的高校数量尚不多，取得良好效果的高校更是少之又少。

2.3创新教育保障的现状

随着高校的发展，师资队伍和课程体系或多或少会得到改善。但是其培养方案的改变则是难上加难。创新教育对培养方案的要求是灵活而符合实际。也就是说，某个学院的培养方案，既能适合各种学习能力的学生，使其在统一的培养标准上都能最大限度地获取知识和技能，又要应付随时在变化的社会、市场环境对学生提出的各种要求。拿本科生来说，一般某个专业一届学生的培养方案在其入校时基本确定，四年的本科学习中，只对其培养方案做小范围改动。但国家发展一日千里，当学生读到大四时，其大一时候制定的方案很可能已经不适合当前的社会需求。而学校的师资队伍和硬件条件，也同样不允许大幅修改培养方案。

3创新教育的体系和平台建设

根据以上的调查和分析，结合电子科技大学生命科学与技术学院对创新教育所做的一系列改革和取得的成效，现对创新教育的体系和平台建设做如下陈述。

3.1创新教育的体系建设

3.1.1建立并整合机制

由“分段分层培育机制”“拔尖创新人才选拔机制”“专业导师指导机制”三个相辅相成的机制组成的创新教育体系。使所有学生都能找到适合自己的成长道路，推进和保障了学生创新能力的培养与提升。

(1)“分段分层培育机制”，让不同阶段的学生进行不同难易内容的训练，使得学生的学习由浅入深、由理论到实践，循序渐进，达到最佳效果。(2)“拔尖创新人才选拔机制”，根据标杆效应理论:立好标杆，让优秀的人才脱颖而出，带动后进学生的发展。通过各类平台、训练计划、培养模式等发掘优秀人才，给予激励措施，协助学生规划发展，有力地保障了拔尖创新人才的脱颖而出。

(3)教师是教育教学的主体，为增强教师教书育人效果，引导学生健康成长，充分发挥专业教师的专业优势，系统地指导学生做好专业学习继而达到良好的师生互动效果，我们构建了专业导师指导机制。通过培养方案、教学计划的重大改变，使该机制成为本科生在大三到大四期间必须完成的一门学分。该机制将本科生根据自己的专业兴趣，分配到学院现有教师的实验室内，提前接触科学研究环境，培养学生的科研意识和习惯。经过几年的积累，实验室中导师严谨的治学态度与科研精神使学生受益匪浅，推进和夯实了创新人才的培育。

3.1.2开拓并整合资源

(1)整合院内教师资源，促进学生创新能力提高。2009年起，学院整合院内教师资源，实施让大三年级所有学生全面进入课题组的“专业导师指导制”，充分发挥专业教师的专业优势，系统地指导学生做好专业学习规划，提前对学生进行毕业设计、科研训练及论文指导，增强学生的专业科研能力，有效促进学生个性发展和创新能力的提高。2011年依托企业资助创新平台，让学生带着项目走进专业导师制，导师制全覆盖，项目全覆盖，使导师制更具有实质内容。经过近4年的实践，专业导师制锻炼了学生的创新能力，学生在导师制中也得到了分类指导。从出口情况来看，就业质量较以往有所提高;从创新人才培养来看，涌现了多名在SCI期刊上发表文章的学生。

(2)整合校外企业资源，推进学生创新实践。学院利用成都高新区的科学布局特点，积极联系各企业。通过与企业联合建立俱乐部、签订实习协议、创建孵化基地等方式，深化与企业的合作，为学生创新实践提供更多的选择和平台。同时，开创性地与企业建立了面向全校的新的竞赛。通过竞赛平台吸引更多学生对专业的关注，为创新教育提供了更丰富的学生资源和人才资源。

(3)结合国际化进程，为创新拓宽道路。依托学院人才和学科国际化平台，通过低年级开展be-yondborder、高年级依托seminar研讨会，采取“引进来，走出去”的策略，鼓励学生参与国际交流，打开学生国际化视野，从而在面上梯级推进国际化培养进程。同时，学院教师的海外背景、每年神经信息暑期学校及生命论坛，使得学生在国内名校中享受着全球视野的文化、学术气息。同时，学院积极承办国际处来华留学生交流项目，将留学生“引进来”手拉手加强国际化氛围营造，目前已形成中国台湾义守大学交流营、海峡两岸大学生交流营、美国卡尔顿大学交流营、中国香港地区大学交流营等固定的学生交流营。通过教师出国出境学术交流契机，“走出去”与境外大学建立合作姊妹学院，目前已与中国香港大学建立合作关系，每年会选派学生赴港交流。每年学院有近10的学生参与出国交流项目，毕业生中有8左右的学生出国深造。

3.2创新教育的平台建设

依托学院学科优势，开展生命科学导论、生命科学前沿讲座、创新创业讲坛等讲座或课程，普及生命科学知识的同时激发学生对生命科学的兴趣。针对生命学科在我校背景下的特点，在学生进校时就开展生命科学导论学习，安排具有丰富教学经验的教师对学生进行生命科学知识普及讲座，激发学生对专业的兴趣;在大二时开展生命科学前沿讲座，让学生了解学科前沿动态，立志做高层次人才。在低年级中贯穿创新创业讲坛，邀请知名科学家、优秀企业家来校讲座，培育学生创新创业意识;在大三时，100学生进入学院课题组开展专业导师制学习或进入企业联合培养，在面上形成梯级化创新能力培育模式。

4结束语

篇9

关键词：电气自动化发展现状前景展望

Abstract: with the development of science and technology, the progress of the society, electrical automation system in real life are getting more and more widely used. Understand the system function, understand the current use, analysis of electrical automation system of the future trend, to further make it become social development, science and technology progress and the improvement of people's living standard has certain significance.

Keywords: electrical automation development present situation prospect

中图分类号： TU855文献标识码：A 文章编号：

一 电气工程及其自动化发展历史的阐述

电气工程是研究电磁现象、规律及其应用的科学技术，是以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术。包括电力系统及其自动化、电器与电机及其控制技术、高电压与绝缘技术、电工新技术、电力电子技术等多个领域。

电气工程的定义本已经十分宽泛，但是随着科学技术的飞速发展，21世纪的电气工程概念已经远远超出上述定义的范畴，斯坦福大学（Stanford University）的一位教授曾指出：“今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。”目前电气工程技术在航天、化工、汽车、制造、用电设备及计算机控制等领域的应用是很普遍的。

由此可见，它已成为是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。当年正是电力电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并改变人类的生活工作模式。 可以说，电气工程学科是一个国家最重要的命门学科，电力技术水平在很大程度上决定了这个国家的工业发展与经济发展。

二、电气自动化的发展现状

1 平台开放式发展。

(1)IEC61131 国际标准使得编程接口标准化。

现阶段,世界上众多PLC厂商生产的近四百种PLC 产品,在编程语言和表达方式上迥异。 为了使 IEC61131 标准 适用于不同的 PLC 产品,又能为 PLC 制造厂商所接受和支持,IEC61131-3 规定了二大类编 程语言即文本化编程语言和图形化编程语言。

前者包括指令清单语言(IL)和结构化文本语言 (ST);后者则有梯形图语言(LD)和功能块图语言(FBD)。在标准的文本中没有把顺序功能图 (SFC)单独列入编程语言,而是将它在公用元素中予以规范。不论在文本化语言中,或者在图 形化语言中,都可以运用 SFC 的概念、句法和语法。结构化的编程方式使得程序更易管理, 也提高了代码的使用效率,缩短了程序编程的周期。

(2)Windows 正成为事实上的工控标准平台。

微软的技术如 Windows NT、Windows CE 和 Internet Explore 已经正在成为工业控制 的标准平台、语言和规范。PC 和网络技术已经在商业和企业管理中得到普及。在工业自动 化领域,基于 PC 的人机界面已经成为主流,基于 PC 的控制系统以其灵活性和易于集成的特 点正在被更多的用户所采纳。

2 现场总线和分布式控制系统的应用。

随着 DCS 在企业实践中的应用,其缺点日益突出。主要表现在:(1)DCS 是一种数字-模拟混合系统,DCS 现场仪表仍为传统模拟仪表,可靠性差, 安装维护成本高;(2)互换性差,各大厂商之间没有统一的协议标准,使用与维修困难;(3)价格昂贵。信息技术的飞速发展推动了自动化系统结构的变革,逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的信息系统,于是,现场总线技术应运而生。现场总线控制系统在设计更具目的性, 它是工厂底层设备之间的通信网络,为底层设备信息及生产过程信息集成提供了通信平台。对于不同的间隔可以有不同的功能,这样可以根据间隔的不同情况进行设计。工厂底层应用 现场总线技术实现从管理层到自动化底层的数据存取,现场总线的介质访问控制方式可满足 工业控制网络的要求。和 DCS 相比,除了具有节省安装费用、节约材料、可靠性高、组态灵 活等优点外,还可以节省大量控制电缆,节约投资和安装维护工作量,从而降低成本。

3IT技术与电气自动化。

PC、客户机/服务器体系结构、以网和 Internet 技术引发了电 气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和IT平台的融合,电子商务的普及将加速着这一过程。信息技术对工业世界的渗透来自于两个独立的方向:一是从管理层纵向的渗透。企业的业务数据处理系统要对当前生产过程的数据进行实时的存取;另一方面信息技术横向扩展到自动化的设备、机器和系统中。信息技术已渗透到产品所有的层面,不仅包括传感器和执行器,而且包括控制器和仪表。Internet/Intranet 技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据,也可以对当前生产过程的动态画面进行监控,在第一时间了解最全面和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用,将对未来的自动化产品,如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。信息技术革命的原动力是微电子和微处理器的发展,随着微电子和微处理器技术应用的增加,原本定义明确的设备界线,如PLC、控制设备和控制系统变的模糊了。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。

三、电气自动化的发展策略

1.采用统一的系统开发平台。

统一的系统开发平台应当可以支持一个逢动化项目周期中 的设计、实施和测试、调试和开机、运行及维护等各个阶段和环节,这样可以大大降低从设 计到完成的时间和费用。 统一的系统开发平台还应满足用户另一个重要需求即开发平立于最终的运行平台。根据项目的特点和最终用户的需求决定将统一的运行代码不载到硬件 PLC、基于 WindowsNT 的软件 PLC、嵌入式 NT 系统还是基于WindowsCE 的控制系统中。在这方面,基于 PC 的自动化产品满足了以上需求。

2.通用的网络结构。

一个成功的自动化系统离不开通用的网络结构。任何企业的网络结 构对于设备控制、监督系统、企业管理系统之间的数据通讯畅通无阻必须予以保证。数据添 加和整理工作结束后,要对中心管理机和其他通讯管理机进行网络通讯配置,以便系统能够 协调工作,传送正确数据。虚拟现实技术和视频处理技术的应用,将对未来的自动化产品产生 直接的影响。

3.标准化的程序接口。

成功的自动化系统的另一个重要因素在于标准化的程序接口。基 于 Microsoft 的标准和技术,如 Windows2000、OPC、ActiveX 和 WindowsCE,减少了工程 时间和费用,方便了自动化系统和办公系统的数据交换与共享。 在与企业的 MES 系统、ERP 系统连接时,基于PC平台的自动化解决方案意义非同寻常。使用 WindowsNT/Windows2000 作为操作系统,使用 TCP/IP 作为办公环境的通讯标准,PC 可以在自动控制和管理平台之间建 立一种最好的接口。标准化的程序接口还保证了不同厂家的软硬件产品的交换,不需担心它们之间的通讯问题。

四 结语

电气自动化系统的发展趋势应该是分散、开放并具备信息化特征的。真正做到电气自动化系统的不断提升，未来的发展趋势中，我国还需要保证稳定的健康发展，认识不足并不断的通过高新科技的学习，巩固基础能力，发挥创新精神，才能开创出和谐的发展局面，为电气自动化的发展提供更多的贡献。

参考文献

[1] 谭涛.现场总线及其所组成的控制系统[J].能源研究与管理.2010(2)

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关键词：材料科学;概论;教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）07-0091-02

“材料科学概论”是杭州电子科技大学工业管理专业的一门学科基础课，主要讲授材料的基本知识[1，2]。工业管理专业学生一般只上过大学物理课，对材料学的认识十分有限，如何充分调动学生的学习兴趣和积极性就显得尤为重要，这需要对课程的讲述内容、讲授方法及考核体系等进行改革与优化。经过两年来的教学实践发现，存在的主要问题如下。

1.由于专业之间的不同，学生在学习该门课程时有一些难度，这也影响了学生的学习兴趣。因此，需要进一步精简课程的教学内容，对于部分是教学难点而非教学重点的知识点进行简单介绍，不再进行着重讲解，减轻学生的思想负担。同时，进一步完善理论联系实际的教学方法，提高教学效果。在今后的教学过程中，对重要的知识点还需要多次讲解。此外，进一步提高课程的通识性，能够对问题进行深入浅出的阐述。

2.学生学习的主动性和积极性有待于进一步调动，学生自主学习的能力有待进一步提高。总体来说，本门课程整个教学过程比较顺利，按规定计划执行，但是也存在个别同学不能按时出勤、作业完成情况不够理想等问题。这就需要进一步提炼教学内容、改变完善教学方法及课程的评估方法，增强学生的学习兴趣，变被动学习为主动学习，这样效果会好很多。

3.单纯的理论教学很难满足学生的实际需求，也难以调动学生学习的积极性，要结合实验教学和实践实习活动才能达到好的教学效果。

“材料科学概论”对于学习后续课程有非常重要的影响，国内外也非常重视同类课程的教改工作。青岛科技大学将“材料科学导论”作为校级精品课程进行建设，教学方法是学生参与的互动式教学方法，以多媒体教学、课堂讨论等形式，鼓励学生进行研究型学习，启发学生在学习知识的同时，深入思考，培养创新意识。中国矿业大学2011年将面向非工科类学生的“材料科学概论”进行了教学改革，并取得了较好的教学效果。南昌大学材料科学与工程学院积极开展“材料科学概论”的教改工作，课程的CAI课件获2004年江西省高等学校优秀多媒体教学课件二等奖（第一）。“材料科学概论”的教学改革研究与实践，对于以培养能力、提高素质为中心的新型教学模式的探索与研究和全方位学生能力与素质的提高具有重要的意义[3]。

一、课程改革的理念及思路

本课程以多媒体授课为主，以实验实践及研讨型教学为辅，授课内容丰富、涉及面广，注重学科交叉。本课程旨在于培养学生对物理、数学等基础理论知识的掌握，同时，通过相关的实验实践过程，加强学生对实用性技术能力的培养，提高他们的动手能力。通过增加课外学习训练任务，提供学生更多自主思考和探索的空间。本课程拟以“有色金属材料”和“非金属材料”为主要研讨对象，在授课过程中为学生设定专题研讨，即通过选择具体类型的材料并以其为载体，丰富课程内容，通过教师与学生之间的交流与探讨，让他们体验科学研究的过程，启发学生研究与探索的兴趣，学习科学的思维方式与研究方法，培养创新意识与创新能力。这种专题研讨课的设置，调动了学生学习的主动性，有利于学生创新能力的培养。同时，可以引导学生跟踪材料学科前沿技术的发展状况和对知识的更新了解，提高学生的综合素质。在上述基础上，改变一卷定成绩的考核方式，采用记录、报告、自评、互评等多种方式进行评估，通过考核方式的改革，降低学生的考试压力，提高教学成果评价的有效性和完善性[4，5]。

二、课程改革具体内容

1.教学内容调整与优化：优化教学内容安排，注重学生创造性和发散性思维方式的培养。

2.教学方法改革：改革传统的以传授知识为中心的教学模式，以培养能力为中心。开展案例教学、重点讲授、课堂讨论等多种形式的教学，提高学生学习的主动性和积极性，推动学生自主学习，提高学生学习新知识、新经验的能力。

3.增加实验教学环节和课外学习训练任务，提供学生更多自主思考和探索的空间。

4.专题研讨活动：布置2～3个专题，推动学生主动实践，发现问题，并进行研究，提出解决问题的方法，组织PPT，进行讨论与交流，并撰写小论文。通过专题研究活动，培养学生发现问题、解决问题、分析归纳、沟通与交流等多方面的能力，提升学生的综合素质。

三、课程改革实施方法

本项目采用理论研究和教学实践相结合的形式，探索了一套以培养能力和提高素质为中心的课程教学模式。项目主要分为教学内容调整与优化、教学方法改革、专题研讨活动及考核方式等几部分内容。

1.教学内容调整与优化。为了适应科学技术快速发展的需要，增加材料科学及实验等方面的前沿知识的介绍，增加一些工程案例，并适当精简传统教材中的一些难点而非重点的教学内容。

2.教学方法改革。教学方法上，改革过去以传授知识为中心的教学模式，建立以培养学生学习新知识、新经验的能力为中心的教学模式。课程教学设计了案例教学、自主学习、课堂讨论、重点讲授等环节。对一些基本概念、基本方法等一看就能理解的内容让学生自主学习，不理解的问题记录下来，带到讨论课上来讨论。每次课安排适当时间，针对学生在学习中发现的问题进行课堂讨论，相互启发。针对课程中的重点和学生提出的一些疑难问题进行讲授，并对教学内容进行归纳和总结。

3.增设实践实习环节。结合材料专业的本科生教学科研平台及各个实验室的实验设备，重点开展一些材料力学性能方面的实践教学活动。同时，结合我们的校外实习基地，给学生增加高分子材料方面的课外学习训练任务，提供给学生更多自主思考和探索的空间，通过理论教学与实验实践操作相结合的教学模式，提高学生的综合能力，培养学生运用课程知识分析和解决实际问题的能力。

4.专题研讨活动。专题研讨活动主要以培养学生发现问题、调研问题、分析及解决问题的能力为中心。专题研究活动设计了主动实践（含提出问题、分析问题、解决问题）、组织PPT、讨论交流等环节。学生分组针对专题进行调研、分析研究，提出自己对相关专题的看法，并要求学生做10分钟PPT，进行交流和讨论。在此过程中提高学生学习的主动性和积极性，培养学生调研、组织及解决问题的能力。通过学生主动实践，发现问题，提出解决问题的方法，进行讨论与交流，培养学生分析归纳、沟通与交流等方面的能力。比如：如何快捷准确地找到相关文献资料，如何准确地表达学术见解，如何流畅地进行学术交流等。在这里，教师不再是传统教学的“传道授业解惑”角色，而是在引导、帮助学生了解解决问题的基本思路，鼓励学生自己探究解决问题。

5.考核方式改革。改革以往一卷定成绩的方式，在考核方式上采用记录、报告、自评、互评等方式评估，并建立完整可靠的评价系统，从评估的角度提高学生学习的导向作用。通过考核方式的改革，降低学生的考试压力，提高教学成果评价的有效性和完善性。

四、结论

通过分析课程目前的教学状况、存在的主要问题及国内外同类课程的情况，我们提出了适合于该课程改革的理念、思路及目标。以提高学生学习新知识、新经验的能力为中心，开展案例教学、课堂讨论等多种形式的教学，提高学生学习的主动性和积极性，推动学生自主学习。以培养学生发现问题、分析问题及解决问题的能力为中心，通过实验实践过程及一系列专题研讨活动，培养学生发现问题、解决问题、分析归纳、沟通与交流等多方面的能力。本课程教学改革的特色在于以下几个方面。

1.以提高学生学习新知识、新经验的能力为中心，开展案例教学、课堂讨论等多种形式的教学，提高学生学习的主动性和积极性，推动学生自主学习，提高学生学习能力。

2.以培养学生的综合能力为中心，通过实验实践和课外实习过程，培养学生主动实践、发现问题、研究并解决问题;通过制作PPT、讨论与交流及撰写小论文等一系列专题研讨活动，培养学生分析归纳、沟通与交流等多方面的能力。

综上所述，本课程改革通过提炼教学内容、改革课程教学方法、开展课程专题研究、开展实验教学和实践实习等活动，充分调动学生学习的积极性和主动性，在传授知识的同时，全方位地提高学生的能力和素质，并总结、探索出一套以培养能力、提高素质为中心的新型教学模式。

参考文献：

[1]师昌绪.材料科学导论[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2]李强.美国和欧洲的材料科学与工程教育[J].高等理科教育，2002（6）：33-40.

[3]李云，吴玉程.《材料科学导论》课程内容及教学的改革与实践[J].合肥工业大学学报：社会科学版，2006，（20）：12-14.

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一、以Max为技术平台

电子音乐在半个多世纪的发展中，经历了“具体音乐”、“磁带音乐”、“电子声学音乐”之后，随着电子科技的飞速发展而进入“计算机音乐”时代。计算机为电子音乐提供了强大的发展动力，使得传统电子音乐走向互动性、实时性和多元化与程序化，从而加强了电子音乐生动的感染力，极大地拓展了电子音乐的表现手段和在音乐思想内容方面的表现空间。Max/MSP/Jitter作为一个强大的图形化音乐程序编辑系统，集MIDI软硬件实时控制、音频和视频一体化现场分层处理、预制程序提供实时效果处理和实时声音变形等功能于一身，通过一个个相关组件（patch）对效果器、合成器等不同设备的调控，结合现场原声乐器的互动式实时演奏而完成音乐作品的演绎过程。运用Max/MSP/Jitter系统进行现代电子音乐的创作，在欧美等国已经成为一个主流趋势，其强大的交互式技术被广大电子音乐作曲家所青睐。作为全方位应用Max编程技术创作和表演的2007“北京国际电子音乐节”Max专场音乐会，标志着我国电子音乐创作进入一个新的技术阶段。

从音乐的创作技术上分析，本场音乐会包括三种类型的作品。第一类是纯互动性作品，指在没有预制任何格式的声音材料的前提下，通过Max程序实时响应现场原声乐器声音的同时，利用不同功能的组件（patch）来调控和加载不同的处理效果，变换延时、混响、相位和频段等参数，从而达到人和计算机的互动，极大地丰富了音响效果，让听众耳目一新。如张晨为古筝和Max/MSP/Jitter而作的《禅》、高韵翔为琵琶和计算机而作的《夜静思》都是民族乐器的演奏和Max程序的互动，而张睿博为计算机和人声而作的《一人合唱团》则是人声和Max程序的互动。第二类是纯电子音乐作品，指在没有任何现场演奏员的前提下，通过Max程序对Max加减法和粒子合成等技术获得的声音、MIDI系统的声音以及采样处理的声音等各类预制声音材料的实时控制，利用复杂的程序协作而完成的音乐作品，以强大的技术性特征感染听众。如米文博为Max/MSP而作的《无主之城》和冯金硕为Max/MSP而作的《衍生》。第三类是原声乐器与电子音乐结合的作品，指在现场原声乐器演奏的同时，通过Max程序对各类预制声音材料的实时控制，达到多个层面声音效果的对话和多重的互动关系，从而增强音乐的表现力。其中原声乐器可以分为常规乐器和非常规乐器，如李秋筱为笛子与Max/MSP而作的《笛声》和赵晓雨为手风琴、小提琴与计算机而作的《绽放》，应用了常规乐器和Max程序的互动，而周佼佼为水、石头和计算机而作的《变阵》则使用了非常规乐器和Max程序的互动。

从音乐会作品的表演系统方面分析，Max/MSP/Jitter内部复杂的对象件(object)通过出口和入口进行数学计算、传送和管理信息，组成了庞大而相互关联的组件（patch）和其不同数量和功能的扩展，同时，还用一些软插件和其他功能的软件做辅助，构成了音乐作品的软件程序控制系统。另外，由于每部作品在音乐的整体构思上有很大差异，对各类话筒、效果器、音频接口、调音台和MIDI控制器等硬件系统、视频系统的连接和运用也各不相同，因而对硬件工程的构建和系统的总体调控要求非常高。如果某一个不起眼的数据线出问题，或某个对象件的参数有一点误差，都会影响整个音乐作品的正常演出，甚至前功尽弃。由此可以看出，这台Max专场音乐会的作品在创作方法上有着丰富多样的技术类型，同时在软件技术和硬件技术的应用方面也有着高、深、尖的技术特征。

二、以音乐的可听性为原则

电子音乐一开始就作为音乐音响实验的产物而成为先锋音乐的代表之一，和其他二十世纪中叶兴起的音乐流派不同，这种不同之处在于电子音乐作曲家对传统音乐的旋律、和声、节奏、调性等要求进行了比较彻底的解构，并脱离了传统意义上音乐的概念。电子音乐追求用一切可以想象得到的声音作为音乐的音响材料，把对噪音的运用提升到一个绝对重要的地位，打破了乐音与噪音之间的界限，极大地拓展了现代电子音乐的表现空间。一代又一代作曲家创作了不少优秀作品的同时，也不乏一些只重视技术而失去音乐的可听性的作品。有的音乐作品内容过于抽象而缺乏感情，甚至不知所云，因此与广大群众产生了巨大的隔阂。尤其是以新的技术平台进行电子音乐创作，更容易形成重技术性而轻音乐可听性的现象，也更容易形成“曲高和寡”的现象。这台《变阵2007》音乐会的所有作品在创作理念上，既遵循先进的计算机科学技术与音乐艺术完美结合的艺术规律，又追求在继承传统音乐的基础上与现代电子音乐的融合，因此，是一台可听性很强的现代电子音乐会。

这台Max专场音乐会作品在音乐的可听性上主要表现在三个方面。其一，有以单纯的乐音作为音乐素材的作品。使用比较集中的乐音素材创作，可以在突出Max系统强大的程序控制能力、声音生成和实时处理能力的同时，强调了音乐的感染力。如冯金硕的《衍生》和赵晓雨的《绽放》，作品以五声性的音调为发展动机层层递进，通过音响效果的不断变化使音乐富有感彩，从音乐的表现方式到意境的刻画都能够引人入胜。其二，有做到乐音与噪音相平衡的作品。虽说电子音乐将所有声音作为音乐表现的素材，然而，当涉及到同时使用乐音和噪音两种声音素材创作时，如何处理调性、和声等传统音乐表现要素与电子音乐特殊的和声、节奏等织体问题，成为创作出具有雅俗共赏特征的电子音乐作品的屏障。它既是一个重要的作曲技术问题，也是一个处理音乐的内涵和外延部分至可听性的过程。如周佼佼的《变阵》和米文博的《无主之城》将噪音素材和乐音素材分别分配在音乐的背景和前景之中，并通过乐音材料和噪音材料的分层、过渡等处理，配合前景与背景的交换处理，使音响既悦耳动听，又富有专业实验电子音乐的神秘感，给人以新媒体音乐艺术独有的感动。其三，有体现传统音乐思维和乐器演奏技法回归的作品。现代音乐在解构传统音乐语言的同时，在传统乐器上不断寻求新的、非常规的演奏方法，来挖掘独特的音色特征。一方面，在音乐艺术的创新上确实取得了巨大成果，产生了不少优秀的音乐作品。另一方面，一些极端的做法使音乐失去可听性的同时，失去了广大听众。于是，不少作曲家又回过头来冷静地重新思考传统音乐思维的回归问题，并付诸创作实践。这台Max专场音乐会的作品在传统音乐思维的回归上不同程度地有所表现，有一半以上的作品使用了传统乐器的常规演奏技法表现音乐，与电子音乐手法相结合，既有强烈的现代音乐气息，又有鲜明的传统音乐特征。

另外，这台Max专场音乐会作品在音乐的可听性方面，还表现在现场演奏员与电子音乐音响、计算机操作员与Max软硬件系统的互动性上。当然，Jitter程序视频的加入也是加强作品表现力的重要因素，以视觉刺激加深了音乐作品的可听性，如周佼佼的《变阵》和张晨的《禅》都是有视频影像表现的作品。

三、突出作品的个性特征

一部成功的音乐作品应当有独立的性格特征和具有个性化语言特征的创意，如果没有独立的性格特征和个性化的创意，音乐作品则成为技术的堆砌而失去生命力。作为基于同一技术平台的《变阵2007》音乐会作品，虽然运用了相同的技术手段，使用了相同的软硬件设备，但由于每部作品有着个性化很强的创意，因而，每部作品也具有相对独立的性格特征。

这台Max专场音乐会的每部作品都有个性突出的特征。张睿博《一人合唱团》，作品利用Max程序设计出的声音分配与键盘响应功能再现了传统混声合唱的音乐效果，作品创意新颖、轻松幽默，伴随着爵士风格的即兴演奏，有一点达达主义的倾向。周佼佼的《变阵》则将现场演奏的水声与人声歌唱音调引发的粒子合成声音相呼应，配合预制的长线条合成音响与点状打击乐音响背景，展现了一幅色彩斑斓的音画长卷，揭示了人与自然和谐共生的关系。张晨的《禅》将现场演奏古筝的声音与Max处理后的效果声相重叠，产生了更丰富、更有立体空间感的音响效果，借助Jitter程序视频刻画了幽静而深邃的音乐意境。米文博的《无主之城》比较成功地将电子音乐通过紧张度变化表现的特殊节奏与流行音乐鲜明的节奏融为一体，创造了多个声道、多重空间的音响效果，这种做法或许是专业化电子音乐走向大众化的一个途径。赵晓雨的《绽放》是一部现代电子音乐与传统作曲技法相结合的作品，通过多种调性的对置和叠置等手法，创造了既新颖而现代，又熟悉而典雅的音响世界。冯金硕采用音级集合理论与计算机自动作曲相配合的《衍生》，在开发Max内在潜力的基础上，利用Max编程、运算和音程函量算法生成、处理与合成声音功能，突出作品的技术性特征，同时又赋予丰富的音乐表现意义。李秋筱的《笛声》通过现场原声乐器与电子音乐预制声音的对比、原声乐器不同演奏法与电子音乐不同声音变形的对比，较为有效地实现了借助音色变化表现音乐的目的。高韵翔的《夜静思》，由于作品单纯使用了琵琶独奏和Max的实时处理功能，从而更加强调了音乐的互动性，配合五声性音调发展的音响线条，给人以古朴、典雅的感觉。

虽说Max在中国现代电子音乐发展中起步比较晚，但用于电子音乐教学和创作实践的起点比较高。2007“北京国际现代音乐节”隆重推出的《变阵2007》Max专场音乐会，尽管还有一些不尽如人意的因素，譬如有个别作品的混响调制不够到位、有个别作品结构不够完整等遗憾，但总体效果是好的，让人们感受到了采用Max/MSP/Jitter计算机编程创作音乐的互动性特征和强烈的时代性特征。在此，希望中央音乐学院中国现代电子音乐中心充分发挥中国电子音乐的龙头地位，不断引进国外电子音乐的先进技术，引领中国电子音乐的发展潮流。

参考文献

[1]许鹏、张小夫等.新媒体艺术论[M].高等教育出版社，2006.7.

[2]金平.Max 音乐编程讲义.中央音乐学院，2006.9.

[3]北京国际电子音乐节组委会.2007北京国际电子音乐节材料集.中央音乐学院，2007.10.

[4]韩宝强.音的历程――现代音乐声学导论[M].北京.中国文联出版社，2003.

[5]黄忱宇.电子音乐与计算机音乐基础理论[M].华文出版社，2005.9

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我校于2016年首次参加 iGEM，也是重庆市第一所、全军唯一一所参赛的医科大学。我校临床医学专业 21 名本科生组成参赛队伍，在微生物学教研室教师指导下，历时一年，完成了参赛项目“外源基因敲入乳酸乳球菌快速筛选系统”，一举斩获金奖，受到参赛各队及评委的好评。本文结合我校 iGEM参赛过程，就如何开展备赛工作、大赛对医学院校本科生创新能力培养的启示进行了思考。

1 iGEM 简介

1.1 iGEM 的起源和发展

iGEM是合成生物学领域的顶级国际性大学生学术竞赛，而合成生物学是 21 世纪初兴起的一门新兴学科，强调“设计”和“重设计”，试图设计、构建、完善人工生物模块及系统，实现对复杂生物系统的操纵和测量，在疫苗生产、新药研发、生物制造、生物能源、环境修复、生物传感器等多个领域具有极好的应用前景。

iGEM起源于 2003 年麻省理工学院的合成生物学课程，2004 年发展成为一个有 5 支队伍参加的暑期竞赛，2005 年发展为国际竞赛并更名为 iGEM，之后参赛队伍逐年增加。2006年亚洲队伍开始参赛，2007 年北京大学、清华大学、中国科学技术大学等高校参赛。到 2016 年，iGEM已成为世界上最前沿和最具影响力的生物学竞赛，共有来自五大洲三十多个国家、地区的 283 支队伍参加比赛，包括哈佛、耶鲁、剑桥、牛津、帝国理工等世界一流大学，以及我国的北京大学、清华大学、中国科学技术大学、复旦大学、浙江大学等高校代表队。iGEM汇集了来自世界各地的精彩纷呈、创意迭出的参赛项目，既充满了奇思妙想又展现出巨大的应用前景。作为合成生物学领域的顶级赛事，iGEM受到学术界和工业界的广泛关注与积极宣传，《Na-ture》《Science》《Economists》等国际顶级杂志以及 BBC 等媒体都对其做过专题报道。不仅如此，竞赛中展示的众多研究成果都会提交到麻省理工学院的 iGEM组委会，供全球科学家共享。

1.2 iGEM 竞赛形式

iGEM涉及生物学、化学、物理学、信息学等学科，是以合成生物学为核心多学科交叉的国际级科技竞赛，其理念在于鼓励大学生积极创新，用创新去改变世界。通过竞赛搭建学科间交流的平台，回答合成生物学的核心问题。大赛每年举行一次，各参赛院校在每年年初组建队伍，自行选定课题并进行验证，于第四季度赴美国波士顿参加总决赛。参赛队伍根据课题类型分为 Energy、Environment、Foundational Advance、Food and Nutri-tion、New Application 等 8 组。备赛过程中学生为主导自由选题，指导教师给予相关建议，大赛组委会对参赛项目没有明确限定，各队利用课余时间合作完成相应的实验，同时，组委会每年都会提供详尽的时间进度表。

iGEM是一项综合比赛，充分锻炼了参赛队员的创新能力、团队协作能力。大赛包括实验项目、实践推广、数学建模、合作交流、网页制作、部件递交、现场答辩、海报展示 8 个模块，需要参赛队伍具备实验设计、数学建模、网页设计等综合技能。参赛队伍在前期必须完成实验室验证、数学建模、部件递交、实践推广、利用网络展示研究结果等规定任务。赴美比赛期间还必须完成海报展示、现场答辩工作，在组委会指定大厅展示项目海报，并对前来提问的裁判进行讲解汇报。在此基础上，进行现场答辩，先用英语汇报 20 分钟，包括研究背景、实验项目、数学建模、实践推广、研究展望等内容，汇报结束后全体队员上台进行答辩，回答评委提问。大赛奖项分为金奖、银奖、铜奖、小组奖、最佳单项奖以及全球最佳大奖，其中金奖、银奖、铜奖评定侧重于参赛项目的完成度，由组委会按具体评判标准评定。

1.3 iGEM 参赛意义

iGEM是对传统教育的有益补充，采取学生自主选题、导师提供实验室和指导意见的“学生主导、导师把关”模式，为本科生提供了一个在课外进行自主探索的平台，使其不但可以将学到的知识运用到实际科研工作中，而且对科学思维、自主学习、人际交往、团队协作、跨学科交流等能力进行了全面锻炼。

2 iGEM 参赛过程

2.1 队伍组建高素质的队员和领队是参加竞赛活动的关键。我校第一次参加 iGEM竞赛，由基础部微生物学教研室负责备赛工作，并联合外语教研室共同实施，确立了以饶贤才教授、胡晓梅教授、胡启文副教授、王竞讲师等为主的指导教师团队。鉴于很多学生对 iGEM不熟悉，微生物学教研室胡启文副教授先后组织 3次演讲，让学员知道 iGEM是什么、做什么、怎么做。在此基础上，通过校园网、海报等方式进行队员招募宣传，全校学生都可以通过网络报名，根据个人简历进行第一轮筛选，随后进行面试选拔。面试环节指导教师采取谈话交流形式，通过学生自我介绍和回答问题，综合考察其参赛动机、学习态度、时间安排、个人能力等情况，在寒假前确定了 21 名本科生为参赛队员，并组建了我校第一支 iGEM参赛队伍，命名为“TMMU- China”。

2.2 队伍培训我校是国内参赛队伍中唯一一所独立医科大学，队员均来自临床医学专业，合成生物学专业知识比较欠缺。如何让一支新的队伍变得团结且具有战斗力、如何为队员补充专业知识，成为培训的首要问题。一是学习专业基础知识。指导教师提供合成生物学和 iGEM相关资料，要求队员在寒假期间进行大量阅读，并且通读《合成生物学导论》；指导教师建立 QQ 群，每周布置特定任务，队员完成后在群内交流并上传自己的读书笔记等。二是举办专题讲座。由指导教师和校内相关领域教师组织合成生物学讲座，介绍国内外合成生物学最新进展。三是学习相关操作技术。2016 年 3—4 月队员开始接受 PCR、WB等专业技术培训，同时加强文献阅读，每周开会讨论课题思路并进行调研实践。此外，根据每位队员的特长进行分工分组，分为实验组、建模组、网页组和社会活动组等 5 个小组，邀请相关人员开展针对性培训。

2.3 竞赛项目在前期调研、头脑风暴基础上，参赛团队先后对二十多个项目进行评估讨论，最终确定了一个既有创新性和科学性又能在几个月时间内完成的项目。我校参赛项目定位为底盘生物。在合成生物学中，一个活的生命体或者细胞就是底盘生物，比如大肠杆菌、酵母菌、小球藻等，以此为基础，将其他的一些“元素”加到这种底盘生物上，使之呈现出多种性能。我校参赛项目是改造乳酸乳球菌，通过系统设计将其变为一个更优秀的底盘生物，为以后人们对乳酸乳球菌进行改造提供便利。一是加工出一株通用工程菌及基因工程工具包，将携带有目的基因的质粒通过第一次单交换同源重组整合到基因组中，并通过第二次同源重组诱导质粒切粒的方式，将目的基因敲入基因组中。二是为解决抗生素问题，引入食品安全级的筛选标记“nisin”，并引入可以完整编码半乳糖苷酶的 LacZ 基因，结合基因同源重组，建立了可以直接通过视觉进行筛选的“蓝白斑筛选系统”。三是为使乳酸乳球菌系统更加完善，进行了系列优化，实现了表面展示降钙素和沙门伤寒菌多糖抗原 Vi，进一步验证了设计系统。这种工程菌在适当培养基上是蓝色，当其他元素成功导入后，就会变成白色，这种差别肉眼可见，一目了然，且无任何抗生素耐药基因残留，为研究者提供了一种有用而高效的基因组快速整合筛选系统。

2.4 交流活动iGEM参赛需要的不仅仅是课题，还需要将自己的成果推广出去、与别的队伍合作交流。我校举办了到重庆市图书馆演讲、校运动会宣传活动，设计了合成生物学涂色本等。同时，我们与国防科技大学、四川大学、电子科技大学、南京大学等高校代表队进行了深入交流，在队伍建设、课题进展、数学建模等方面进行了合作，并先后参加了西南联盟 iGEM团队交流会（四川大学、电子科技大学等 5 支队伍参加）和第三届中国地区 iGEM交流会（北京大学、中山大学等 28 支队伍参加），各参赛队伍分享参赛项目，与会专家重点对项目设计、研究方法、项目进展、科学问题等提出针对性意见和建议。我们也主动邀请国防科技大学、南京大学等高校的 4 支队伍来我校交流，相互介绍课题进展，完善参赛课题。

3 iGEM 对本科生创新能力培养的启示

创新能力是指人们在创新活动中表现出来的潜能，包括创新意识、创新精神、创新性人格等要素。iGEM作为一项国际性大学生学术竞赛，对提升本科生创新能力、培养创新性人才发挥了重要作用。因此，可以以 iGEM为载体，进一步完善本科生创新教育体系。

3.1 创新本科生科研竞赛形式坚持“科教融合、协同育人”理念，将 iGEM培训纳入本科生第二课堂，使之成为一项系统化、长期的科研训练活动；借鉴其竞赛形式，构建科研项目、实践推广、海报展示、现场答辩等多环节一体化科研训练模式，并以此为基础，组织本科生参加国内外学术竞赛。

3.2 搭建本科生学术交流平台开设合成生物学、专业文献阅读等选修课程，加强本科生专业理论知识和操作技能学习；举办科研学术讲座，定期邀请校内外专家讲学；建立信息交流网站，定期组织本科生学术报告会，培养学生科研兴趣；建设 iGEM创新实验室，为学生深入开展合成生物学领域的科研训练提供平台，为竞赛成果转化应用提供资源支持。

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关键词：物联网；人才培养；教学资源；专业建设

1 背景

随着计算机技术、互联网技术、无线通信技术、传感器技术、嵌入式技术等飞速发展，物联网的研究和应用也得到快速发展，并越来越引起各国的高度重视。物联网甚至被称为继计算机和互联网之后的又一次信息产业革命。美国于2008年末由IBM提出“智慧地球”概念后，“智慧地球”框架下多个典型智能解决方案已经在全球推广；欧盟于2009年6月了全球首个国家级物联网发展战略规划；韩国和日本等发达国家也都分别提出了“U-Japan”和“U-Korea”信息化战略，其核心内容都是利用无所不在的泛在网络技术实现人与人、物与物、人与物之间连接，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。我国政府于2009年8月提出“感知中国”的战略构想，并由政府、科研院所和企业建立相关研究基地和成立物联网产业联盟。可见物联网技术以及相关产业已经成为各国下一个必争的战略制高点。而任何一个新兴产业和行业的发展，都需要大量的专门技术人才，物联网的发展同样也不例外。目前，我国物联网专业人才还非常紧缺，人才的培养还处于起步阶段，而大批专门人才培养主要依靠高等学校来承担。在这样一个大的环境和背景下，国家教育部于2010年批准在35所高校设立物联网工程和传感网技术本科专业，并于2011年开始招生。另外，全国有将近20所高职高专院校以及独立学院开设了物联网工程专业。物联网工程专业是一个多学科高度交叉的新兴专业，如何培养出合格的、符合市场需求的物联网专业人才是高校面临的一个主要问题。南于物联网本身技术复杂、牵涉面广，涉及多学科的交叉，这就必然对人才的培养和专业建设都需要进行全新的考虑。笔者结合安徽理工大学物联网工程专业建设和实践，对物联网丁程专业人才培养和教学资源建设进行了一些初步的探索，为高校物联网工程专业人才培养和专业建设提供指导和参考

2 物联网工程专业的研究内容

2.1 物联网的体系结构

物联网的概念是1999年美国Auto-ID中心首先提出的，最初的定义是通过射频识别等信息传感设备把所有物品与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。现在普遍认为物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通对象实现互联互通，具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化特征的网络。从物联网的定义可以看出要实现物联网需要具有感知、通信与计算能力的智能信息传感设备等实现全面感知，借助现有的互联网和电信网来进行数据的可靠传输，以及数据的智能处理，进而实现人与人、物与物、人与物之间的互联互通和智能信息服务。物联网的体系结构可以根据信息生成、传输、处理和应用划分为4个层次：感知识别层、网络层、管理服务层和综合应用层。其中感知层是物联网信息的来源，包括各种类型的传感器、RFID标签和读写器、智能手机、智能家电以及智能测控设备等；网络层实现数据的传输，包括有线和无线网络的接人层、会聚层和核心交换层；管理服务层实现数据存储、处理的和智能决策服务等，包括中间件、数据存储与处理、数据挖掘与智能决策等；综合应用层实现不同行业的综合应用，包括智能物流、智能电网、智能交通、智能环保、智能医疗等。物联网4层体系结构如图1所示。

2.2 物联网关键技术和研究内容

由物联网的4层体系结构图可以看出：感知层是物联网应用的基础，位于物联网应用的最底层，也是物联网区别于传统互联网的重要方面之一。感知层主要涉及RFID技术、无线传感器网络和控制技术、短距离无线通讯技术等主要关键技术。物联网的应用层与具体的应用领域不同存在很大的差异，需要根据具体的应用来设计。物联网网络层的数据传输技术、无线通信技术以及管理服务层涉及的数据存储、云计算、数据挖掘等各种支撑技术都是物联网应用和研究过程中涉及的主要技术和内容。

由于物联网的研究内容比较宽泛而且涉及多学科的交叉，开设物联网相关专业的高校现有学科基础、专业设置以及研究内容的侧重点都会有所不同，因此在物联网工程专业的课程设置以及培养方案方面会存在的一定的差异。由物联网的4层体系结构，可以根据实际情况对物联网工程专业设置不同的研究方向，如电子技术和嵌入式技术基础较好的高校可以侧重于感知层设计和应用，计算机技术基础较好的高校可以侧重于物联网应用层和信息服务层，网络技术和通信技术基础较好的高校可以侧重于网络层和管理服务层，还有各相关交叉专业设置较为全面、研究基础较好的高校则可以在物联网的各层都平衡发展。具体设置什么样研究方向和培养方案，各高校需要根据自身的学科专业基础和特点以及高校的行业背景，设置具有自己特色和优势的培养方案和侧重研究方向。安徽理工大学是一所具有煤炭行业背景和医学特色的理工类高校，目前设有相关的专业有：计算机科学与技术、电子技术与仪器、网络信息安全、自动化、电子信息工程、通信工程、电气工程及其自动化等，具有较好的相关专业建设基础，尤其是面向煤矿自动化和信息化应用领域有着较强的优势。因此，基于学校的行业背景和专业基础现状，物联网工程专业的侧重点是物联网的感知层设计和应用，兼顾管理服务层的相关技术研究，如中间件等。重点应用领域是矿山物联网以及智能移动医疗，结合现有的网络信息安全和计算机科学与技术等相关专业，制定符合学校实际和充分利用现有教学资源的物联网工程专业的培养方案。

3 物联网工程专业培养目标和课程设置

3.1 物联网工程专业培养目标

在高等学校本科人才培养目标的前提下，根据物联网专业的研究内容和市场需求定位，物联网工程专业培养目标是：具有宽厚扎实的基础知识，系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备网络技术、传感技术、射频识别技术、嵌入式技术、通信技术以及计算机技术等信息领域宽广的专业知识，具有综合运用所学知识解决物联网中信息获取、传输、处理问题的能力，能够从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、电子标签射频识别、信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等工作。

通过相关课程的学习，掌握必需的传感器、电子、通信、单片机、RFID技术等知识和专业技能；掌握基本物联网节点、网关、网络协议栈，有线和无线网络技术原理，无线自组织组网、有线和无线网络拓扑以及网络安全技术等基础理论和关键技术；熟练并系统地掌握物联网应用系统集成、物联网硬件与软件设计、互联网应用等，具有综合应用所学知识解决物联网工程中实际问题的能力，包括：工程设计、设备制造、网络运营和技术管理中的实际问题等能力；掌握基于无线传感器网络的物联网业务的开发、测试、推广等知识，具有较强的综合应用信息网络相关知识解决问题的能力、综合试验能力与工程实践能力；熟悉矿山物联网的架构、应用环境和关键技术，并能够进行系统设计和开发；熟悉物联网在智能医疗领域的应用技术，并在现有医院信息系统的基础上，进行移动医疗的智能终端、医疗传感设备、中间件、数据存储、应用系统的设计和开发等。此外，还应具有较强的创新意识、创造性思维能力，能综合运用多学科知识、技术和现代工程工具，将所学内容应用到其他行业和应用领域。

3.2 物联网工程专业课程设置

由于物联网工程专业是综合多学科的新兴专业，在课程的设置和教学内容的安排上还不够成熟和稳定，还处于探索阶段。需要根据专业培养目标和实际教学情况，不断地调整和优化课程的设置。目前，物联网专业课程设置基本上在现有较成熟的计算机科学技术和电子信息类专业的基础上，增加与物联网相关的核心课程，但侧重点是物联网技术及应用。结合学校相关专业课程设置现状，物联网专业课程分为以下几个主要模块：（1）公共基础模块；（2）专业必修课程模块：（3）专业核心课程模块；（4）专业任选课程模块；（5）跨学科课程模块；（6）实践课程模块；（7）素质拓展模块。各模块包含的主要课程如表1所示。

在课程的设置上既考虑了物联网专业的核心研究内容和专业特色，同时考虑到物联网专业是一门新兴的专业，还没有专门的硕士和博士学位点，目前基本上都是作为计算机或相关学科的一个研究方向，而计算机专业研究生入学考试的专业课实现国家统一命题，因此，在课程的设置上要能够和计算机科学与技术专业核心课程实现无缝对接，使得物联网工程专业培养的学生能够轻松实现进一步深造的愿望。基于这样的一种现状，学校物联网工程专业在必修课程模块和核心课程模块中分别开设了数据结构、计算机组成原理、计算机网络、操作系统等相关的课程，同时开设了物联网导论、无线传感器网络、RFID原理与应用，能够满足学生专业学习和考研深造的需要。为了突出物联网专业知识，在专业任选课程模块中开设了大量与物联网和计算机相关和当前最为热门的课程，充分体现了该专业方向的知识面宽、技术先进等特点。跨学科课程模块的设置为进一步拓宽学生的知识面，了解煤矿行业的生产背景和主要技术装备，为以后从事煤矿物联网和数字矿山建设打下基础。实践课程模块的设置是培养学生动手能力和学习兴趣的重要教学环节，是达到学以致用的主要途径，是整个教学过程不可缺少的内容。素质拓展模块通过组织多种形式和内容的第二课堂教学活动，以培养学生创新精神和实践能力，促进个性发展，提高综合素质。

4 人才培养和教学资源建设

4.1 物联网工程专业人才培养

高等学校的使命是培养人才，高校需要根据市场的需求和自身优势以及综合其他因素来确定人才的培养模式。因此，对人才培养目标的定位能够全面反映高校对合格人才的理解和时代需求。安徽理工大学是行业特色鲜明、理工类为主的综合型大学，学校人才培养目标是：结合煤炭行业特色，培养“厚基础、高素质、强能力、善创新”的创新型人才和高级专门人才。在人才培养过程中要构建多元化、多目标的培养模式，同时充分考虑学生就业、创业和继续深造等不同要求，努力形成特色鲜明、层次清晰、模式多元、制度配套、保障有力的本科人才培养体系。在学校人才培养目标的指导下，借助现有相关专业的培养模式和经验，并结合物联网工程专业的特点，对物联网工程专业的人才培养采用校企联合培养的模式。

安徽理工大学是第二批“卓越工程师教育培养计划”高校，目前在计算机科学与技术专业以及其他电子信息类专业的卓越工程师培养计划和方案制定过程中积累了一定的经验，其核心培养方式是采取的3+X培养模式，主要措施是其中3年时间在学校进行相关基础课和理论课的学习，至少1年时间采取校企联合培养模式，通过将企业纳入到人才培养主体地位，可以进行订单式培养，大大增强学生对企业需求的了解和实践动手能力。真正体现“卓越计划”的3个特点，即行业企业深度参与培养过程；学校按通用标准和行业标准培养工程人才；强化培养学生的工程能力和创新能力。物联网工程专业主要是培养工程类的专门型应用人才，可以按照“卓越工程师”的培养模式进行培养。一方面是在现有教学资源的基础上，加强物联网专业基础理论和专业核心课程内容的教学，另一方面加强实践教学环节，尤其是引入相关企业的参与。目前，我校已与安徽徽斯顿电子科技有限公司以及安徽科艾网络技术有限公司签订了战略合作协议，联合培养物联网专业人才，由参与的公司提供相关课程的教学和实践环节的平台，并且公司有优先挑选优秀毕业生的权利。另外，安徽理工大学与附属医院安徽淮南东方医院集团也签订了合作协议，共同研究和制订数字移动医疗系统方案。移动数字医疗系统的实施可为学校物联网专业教师和学生提供了参与设计和开发的机会，同时也会为学生的培养提供很好的实习场所和平台。另外，安徽理工大学与两淮煤矿企业都建立了很好的合作关系，有着很好的合作基础，双方都在积极准备联合培养矿山物联网建设人才，进行校企深度合作，为拓展学校物联网专业人才培养提供了很好的实践和就业机会。此外，学校还与一些经济发达地区的相关企业建立实习基地，如上海、深圳、无锡、芜湖等，为学生进入工作岗位前提供深入企业实习机会，为进一步就业打下了坚实的基础。校企合作模式的效果已经在学校的一些专业取得了很好的效果，校企合作是物联网专业人才培养较为理想的模式。

4.2 物联网工程专业教学资源建设

物联网专业人才的培养，除了有定位准确的培养目标和合适的培养模式之外，还需要有配套的软硬件教学资源的支撑，教学资源是培养合格人才的重要保证。一个专业办学水平的高低往往与该专业的师资、实验室、教材、实习场所等建设水平有关。对于物联网专业这样一门新兴专业，面临的专业教学问题更为严重和急迫。学校在物联网专业建设过程中，相应地采取了一些有效措施来保证高水平的教学资源。

（1）物联网专业师资队伍的建设。这是所有教学资源中最为重要的部分，没有好的师资很难想象能够培养出优秀的人才。因此，学校和学院都非常重视教师的培养，培养的方式主要是从学院中挑选出一部分对物联网感兴趣而且嵌入式技术以及软件开发能力过硬的教师组建成物联网科研团队和教学团队，通过申请物联网相关课题展开物联网理论和应用研究，目前已有2项物联网相关的国家自然科学基金项目，5项省部级物联网应用课题，多项企业物联网应用横向课题，通过科研课题工作的深入展开和研究，大大提高了教师对物联网理论的理解和实践应用水平，对推动物联网专业的教学水平起到明显的促进作用。除此之外，学院利用寒暑假时间组织部分教师到北京、无锡、长沙等地参加“全国高校物联网专业教学和研讨”“高级物联网开发工程师物”等教学和专业技术的培训，通过培训进一步提高教师的物联网教学水平和专业技能，然后再通过校内的研讨和讲座带动更多教师物联网专业水平的提高。

（2）教材建设也是办好专业必不可少的环节。由于物联网专业是新建专业，虽然已经出版了一些不错的物联网方面的图书，但适合作为本科教学的好教材还是凤毛麟角，而且大多是技术类或普及类。因此，在教材的建设方面还有很多的工作需要做。我们根据开设的课程和目前已有教材的现状，挑选出相对较好的基本教材和参考书，通过大家阅读讨论，然后根据制定的教学计划，来确定讲授的内容和学生需要自学的内容，并整理教学讲义和课件，为后续教材建设做好准备。通过这一环节，充分提高了对教学内容细节的掌握和理解，也对物联网技术掌握得更为全面。

（3）实验室建设是实践教学环节的有力保障。为了能够满足物联网实验教学的需求，学院对物联网实验室建设投入了大量的建设经费，实验室采购了北京西普阳光教育科技有限公司的SimpleRFID射频识别实验教学系统，并向安徽福讯信息技术有限公司订制了无线传感网络教学系实验系统。在物联网实验建设过程中，物联网专业教学团队全程参与整个实验室建设过程，对系统的安装、调试、运行都进行全面掌握；并邀请物联网实验系统开发的T程技术人员给教师做专门的技术培训和讲座，进一步提高了教师的理论水平和实践水平。通过师资、教材和实验窜3个环节的建设，目前学校已经具有较高水平的物联网专业教学团队和完善的教学配套资源，完全能够按照既定的教学目标和计划来进行物联网专业人才的培养。当然，任何一个新的专业的开设，都需要一定时间的建设和完善，在建设的过程中要不断探索和完善，并借鉴其他高校的成功经验，及时修正不合理的方面。

5 结语

物联网工程专业的人才培养和教学资源建设，是所有高校物联网工程专业在办学过程中需要考虑和解决的问题，而特色人才培养模式和高水平教学资源建设是办好物联网专业的前提，因此，各个高校应根据各自不同的办学基础和行业特点，着眼于市场需求和自身的办学优势，在体现物联网工程专业共同特点的基础上，要突出物联网工程专业的行业特色，这样培养出的人才更能满足市场需求和具有更宽的就业面。

参考文献：

[1]吴功宜，吴英.物联网工程导论[M].北京：机械工业出版社，2012：1-5.

[2]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2011：3-6.

[3]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010（21）：26-29.

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【关键词】视频监控系统；自适应跟踪算法；跟踪伺服系统

随着科学技术的不断发展与进步，视频监控跟踪系统方面的研究也取得了一定的进步。成像跟踪指的就是利用景物图像的特点对运动中的目标展开跟踪的技术，跟踪装置一般是由伺服机构与操作系统共同构成的，可以在图像信号中对跟踪目标进行实时自动识别，进而提取位置信息的一种复合技术系统。

一视频监控跟踪系统实现自动跟踪所面临的问题

㈠运动目标的检测

在图像序列中，对于运动目标的检测是一项非常关键并且困难的研究课题，在完成运动补偿、视频理解以及视频压缩编码的过程中，均需要利用相应的运动目标检测技术，在视频理解中，开展运动目标的检测是为后续的识别、跟踪以及活动分析奠定了坚实的基础。运动目标的检测指的就是对图像序列展开相关的检测，指出与运动物体三维有关的一些点，滤除一些与运动目标无关的信息。正确检测运动目标可以极大的提高后续识别、活动分析以及跟踪的正确率。通常情况下，均需要视频监控系统展开长时间的运行，也就需要系统达到以下几点要求：一是，可以与背景的变化相适应，比如可以适应一天时间内所有时间的光照变化；二是，能够与背景物体的变化相适应，比如场景物体的移入与移出等场景的变化；三是，可以有效的对背景中一些比较大的变化进行分辨，比如显示器屏幕的闪烁等情况；四是，可以检测出光照的变化情况，并且可以在尽可能短的时间里适应这样的变化；五是，可以尽可能消除运动目标阴影的干扰；六是，可以很好的处理多运动目标的遮挡现象。

㈡运动目标的选择

在实际应用的过程中，视场中出现的通常都是多个比较随机的运动目标，并且在检测得到相关运动目标的信息之后，需要对我们感兴趣的目标进行选定，进而开展相应的放大跟踪。感兴趣目标的选取是一个十分困难的问题，也是一个会涉及到分析与识别人们活动的问题，是现阶段比较热点的研究课题。并且针对不同的场合在选取感兴趣目标的要求也是不同的，没有相对统一固定的标准，只能结合实际情况展开具体分析。

㈢运动目标的跟踪

在选定感兴趣的目标之后，要对其实现自动跟踪是非常困难的事情，其主要体现在以下几个方面：一是，在视频跟踪中被跟踪目标的本身就是导致跟踪非常困难的首要因素。在平面内或者是平面外，目标都有发生旋转或者平移运动的可能。除此之外，目标的刚体也会影响跟踪的效果。在跟踪的过程中，目标可能不会一直维持相同的几何图形。二是，给跟踪任务带来困难的还有目标运动的不确定性，也就是随机性。在安防生产过程中，需要监视的目标是非常复杂的，并且时刻发生变化的，其运动的速度、方向等具有很大的随机性，对其运动状态的预报也是一个比较复杂的问题。三是，目标所在环境的复杂程度也是影响视频跟踪的主要因素。一方面是光照环境因素的影响，假如进光量发生变化或者出现阴影，就会对图像处理的算法产生一定的影响。另外一个方面就是遮挡环境因素的影响，当被跟踪的目标运动到一个物体之后的时候，就会产生相应的遮挡情况。四是，摄像机也是影响视频跟踪的主要因素。就如同目标一样，摄像机也是能够运动的，在改变摄像机位置的同时也改变了图像以及目标的位置。并且摄像机本身具有的光学参数也是会发生一定改变的。

㈣系统实时监控

对整个系统而言，从采集图像数据到处理再到相关的机电控制，是一个非常消耗时间的过程，要想很好的完成系统实时监控是十分困难的，其主要体现在以下两个方面：一是，图像的数据比较复杂并且庞大，运动目标的检测、选择以及跟踪需要针对多个图像展开扫描处理，进而获取相应的跟踪监控信息，同时需要非常大的计算量，因此，对系统软件与硬件的提升已经成为完善系统实时监控的主要研究课题。二是，对于随机目标的跟踪，需要摄像机可以准确、快速的到达指定位置，这就提高了对电动机操作的要求，其主要包括可以完成快速的启动、逆转、停止，并且可以对速度进行准确而快速的调整。

二设计的跟踪伺服机械系统

根据一般目标运动的特点设计了跟踪伺服机械系统，该系统的成像设备就是电荷耦合器件传感器摄像头，能够进行水平与俯仰的扫描操作；转台可以在1秒钟之内，对360度视场进行扫描；结合目标当前的位置，该系统可以在尽可能短的时间内完成目标的捕捉。因为该系统的运动特点主要就是为了确保被跟踪目标一直处在跟踪范围内，进而对点位控制的系统方案设计进行相关的确定。该系统的主体就是跟踪转台，包括两个回转主轴，垂直轴就是贯穿于转台的底座与上部，水平轴就是承载摄像机的俯仰转动，进而使转台达到全方位的转动。该系统一定要具备在速度变化的条件下具有相应的速度响应功能。作用在传动系统的总负载力矩通常是由动力矩、摩擦力矩以及静力矩共同构成的。根据传动的实际需求，两轴均是采取一级齿轮副传动，其传动比为5.2，结合电机矩频特点，分别采取70BF003与36BF003步进电机。

三系统电路软件与硬件的设计

该系统的电路硬件主要包括伺服控制处理器、跟踪处理器、各种反馈传感器接口、功率驱动器以及单元通讯接口，如图1所示。

该系统将微处理当成是系统电路的核心，并且将其在结构与功能上分成三个层次，具有一定的集中、分布特点，同时相关的软件设计也具有一定的集中、分布特点。

四自适应跟踪算法

跟踪处理器主要包括了跟踪状态、跟踪模式、滤波预测等方面计算，主要表现在算法与跟踪模型上，可以利用相关的微处理器以及逻辑电路予以实现。其实跟踪处理器输出的相关信号量与误差信号量是相对而言的。为了能够获取目标状态的参数值，一定要使用相关的滤波器开展滤波操作，也就是对单机动目标的跟踪，称之为自适应滤波。还要建立目标动态的模型，在设计系统的时候一般采用的就是一种完全解耦的滤波器，也就是加速度滤波器以及速度滤波器。对于目标机动性的相关检测主要就是通过对速度滤波器进行实时检测跟踪误差来完成的。跟踪算法与目标形心位置的测量能够精准的实现机动目标的跟踪操作，并且可以根据机动目标的实际情况自行切换选用的模型，同时各个模型之间也都是可以共同操作的。

结束语

总而言之，结合视频监控跟踪系统的实际需求，设计了跟踪伺服机械系统，并且对跟踪处理系统展开了一定分析，并且设计了微机测控系统与网络通信系统的软件与硬件，进而对自适应跟踪算法进行了一定的阐述，充分说明了该系统可以发挥的作用，以及可以应用的方面。所以，加强对视频监控跟踪系统展开进一步的分析与研究是一个非常值得相关人士深入探讨的问题。

参考文献

[1]李贺桥，黄战华，杨怀栋等.视频监控跟踪系统的研究[J].仪器仪表学报，2002（03）