智能科學(xué)與技術(shù)

開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇智能科學(xué)與技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

第1篇

關(guān)鍵詞：智慧；智能；人類智能；人工智能

0引言

不久前剛結(jié)束的圍棋人機大戰(zhàn)，使人工智能受到人們空前廣泛的關(guān)注。它一方面表明智能科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展極為迅速，同時也激起了社會對智能科學(xué)技術(shù)及其人才培養(yǎng)十分強烈的期待。人們對“中國大腦”計劃的熱議達(dá)到了前所未有的程度，“中國制造2025”計劃正在快速推進，我國自主研制的智能服務(wù)機器人正在走向服務(wù)領(lǐng)域的許多行業(yè)，國內(nèi)許多企業(yè)自發(fā)興起的“機器換人”浪潮正高歌猛進。國務(wù)院政府工作報告中提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”雖然被人們解釋為互聯(lián)網(wǎng)向各領(lǐng)域的強勢滲透，但是更多的有識之士卻把“+”理解為“升級”，即“計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”向“人工智能互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”的升級，而這正好與“中國大腦”計劃相呼應(yīng)！

為了適應(yīng)這種發(fā)展的需要，努力辦好“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)，北京郵電大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)研究中心曾經(jīng)對設(shè)置了本專業(yè)的全國各主要高校做了一次普遍性的專業(yè)調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各校對于“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的理解差異非常巨大。最狹義的理解，是把本專業(yè)看做是“計算機科學(xué)與技術(shù)的一個分支”；最廣義的理解，是把它看做是“從理工到人文和社會幾乎無所不包的綜合學(xué)科”。

從科學(xué)研究和長遠(yuǎn)發(fā)展的觀點來看，這樣發(fā)散的理解會有利于人們解放思想，激勵創(chuàng)新，把本學(xué)科的研究做深做透做到位。不過，從當(dāng)前的本學(xué)科教育教學(xué)來說，這樣分散的理解可能使“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科的人才培養(yǎng)工作迷失方向。

1基本模型

為了準(zhǔn)確理解“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科，首先需要建立“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科的基本模型，這樣才能從學(xué)科整體上厘清它的基本概念、基本原理和基本規(guī)律，規(guī)制過于寬泛和過于狹窄的偏差。圖1就是為此而設(shè)計的基本模型。

在圖1中，底部的橢圓代表外部環(huán)境的客體事物，也就是需要研究的“問題”；其上的整個部分代表主體及其與客體相互作用的過程：主體接受來自客體所產(chǎn)生的“本體論信息”，經(jīng)過主體思考之后產(chǎn)生與客體交互的“智能行為”反作用于客體，解決問題。就在這個主客相互作用的過程中，主體充分展現(xiàn)了自己的智慧能力。其中的主體可以是人類個體，也可以是人類群體。因此，這是研究“智能科學(xué)與技術(shù)”的基本模型。

不斷提升自己生存與發(fā)展的水平，這既是人類與生俱來的目標(biāo)，也是人類永不枯竭的動力。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，人類就要運用自己的智慧和知識不斷去發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)解決而且可能解決的問題，在此基礎(chǔ)上努力去解決所發(fā)現(xiàn)的問題，不斷前進。

人類的這種智慧能力包含兩個相互聯(lián)系相互作用相輔相成的部分：其一是根據(jù)人類所追求的目標(biāo)和現(xiàn)有的知識去發(fā)現(xiàn)問題、定義問題和預(yù)設(shè)問題求解目標(biāo)的能力，這是人類在長期實踐過程中積累起來的一種內(nèi)隱性的智慧能力，所以稱為隱性智慧；其二是在隱性智慧所確定的工作框架內(nèi)，在求解目標(biāo)的引導(dǎo)下，運用相關(guān)信息和知識去生成解決問題的策略，成功解決問題實現(xiàn)求解目標(biāo)的能力，這是一種外顯性和操作性的智慧能力，所以稱為顯性智慧。

在圖1的模型中，隱性智慧具體表現(xiàn)為“主體所定義的問題、主體的知識庫里已經(jīng)擁有的知識、主體為求解問題所預(yù)設(shè)的求解目標(biāo)（也存在知識庫內(nèi)）”，這三者就構(gòu)成了主體為求解問題所設(shè)置的初始工作框架。顯性智慧則具體表現(xiàn)為圖1中的“感知、認(rèn)知、基礎(chǔ)意識、情感生成、理智生成、綜合決策、策略執(zhí)行、效果檢驗以及反饋學(xué)習(xí)優(yōu)化”所代表的問題求解過程。

由于隱性智慧是人類內(nèi)隱性的智慧，需要明確的目標(biāo)、足夠的知識、很強的直覺能力、豐富的想象能力、甚至需要靈感和頓悟能力，才能創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)值得解決的問題，所以，隱性智慧難以用人造機器去模擬。然而，由于顯性智慧具有外顯性和操作性特征，主要具備獲取信息、生成知識、生成和執(zhí)行策略的能力，因此，顯性智慧有可能被人造機器所模擬。在約定俗成的學(xué)術(shù)語匯中，“智慧”比較抽象，帶有形而上的色彩；而“智能”則比較具體，帶有形而下的特點。于是，人類的顯性智慧也常常被稱為“人類智能”。

鑒于人類顯性智慧與隱性智慧之間存在不可分割的深刻內(nèi)在聯(lián)系，人們就把研究和探索“人類隱性智慧和顯性智慧奧秘”的科學(xué)技術(shù)稱為“智能科學(xué)技術(shù)”，而把其中著重研究和模擬“人類顯性智慧（人類智能）能力”的科學(xué)技術(shù)稱為“人工智能”科學(xué)技術(shù)，或者就簡稱為“人工智能”。換言之，人工智能是“智能科學(xué)與技術(shù)”的一部分。

圖1的基本模型及其相關(guān)解釋啟示我們：“智能科學(xué)與技術(shù)”的內(nèi)涵既具有極強的基礎(chǔ)性，涉及與物質(zhì)資源同樣基礎(chǔ)的信息資源；又具有極強的深刻性，涉及人類創(chuàng)造性智慧的深邃奧秘；還具有極強的應(yīng)用性，涉及極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

因此，為了研究與學(xué)習(xí)“智能科學(xué)與技術(shù)”，人們應(yīng)當(dāng)具備人文社會科學(xué)、基礎(chǔ)自然科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)科學(xué)的知識與能力，應(yīng)當(dāng)自覺遵循“文理交互，理工融通”的交叉科學(xué)理念。雖然我國高校仍有文科、理科、工科之分，但是，為了培養(yǎng)有發(fā)展能力和創(chuàng)新能力的人才，還是要在發(fā)揮各校特色的同時努力貫徹“文理交互，理工融通”的方針。這是智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的鮮明特點，需要引起教學(xué)與研究人員的高度關(guān)注。

2基本方法

概念是學(xué)科的基石。從圖1的基本模型可以看出，“智能科學(xué)與技術(shù)”包含了許多重要的新概念。除了上面已經(jīng)討論過的隱性智慧和顯性智慧的基礎(chǔ)概念之外，還有信息（包括本體論信息和認(rèn)識論信息，特別是其中的語法信息、語義信息和語用信息）、知識（包括本能性知識、經(jīng)驗性知識、規(guī)范性知識、常識性知識、知識的內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)和外部生態(tài)系統(tǒng)）、基礎(chǔ)意識、情感、理智、智能策略、智能行為等一系列基本概念。

考慮到本文篇幅的限制，同時也考慮到讀者可以很容易從現(xiàn)有文獻中詳細(xì)了解到這些概念，因此，這里只予以列舉，而不準(zhǔn)備展開具體的討論。有需要的讀者可以參閱相關(guān)文獻。

這里需要特別關(guān)注的，是研究和學(xué)習(xí)“智能科學(xué)與技術(shù)”所需要確立的新的科學(xué)觀和方法論問題。只有掌握了這些新的科學(xué)觀和方法論，才能準(zhǔn)確地理解“智能科學(xué)與技術(shù)”的基本概念、基本內(nèi)容和基本規(guī)律。

有比較才能有鑒別，事物總是相比較而存在。了解“智能科學(xué)與技術(shù)”所需要的科學(xué)觀和方法論的便捷方法之一，就是把它們同讀者已經(jīng)熟悉的“物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”的科學(xué)觀和方法論進行對比。眾所周知，智能系統(tǒng)是一類開放的復(fù)雜信息系統(tǒng)，因此，這里的比較對象也要選擇相對比較復(fù)雜的物質(zhì)系統(tǒng)。表1就是這種比較的一些結(jié)果。

由表1可知，“物質(zhì)科學(xué)技術(shù)”所采用的科學(xué)觀包括（1）物質(zhì)觀：認(rèn)為研究的對象是物質(zhì)的；（2）結(jié)構(gòu)觀：認(rèn)為研究的關(guān)注點應(yīng)當(dāng)是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)；（3）孤立觀：認(rèn)為所研究的物質(zhì)對象是與其它對象沒有關(guān)聯(lián)的；（4）靜止觀：認(rèn)為所研究的物質(zhì)對象是靜止的，至少在研究期內(nèi)是靜止的。

基于這樣的科學(xué)觀，在處理比較復(fù)雜的物質(zhì)對象的時候，物質(zhì)科學(xué)技術(shù)所采用的方法論就是“分解一分析”，更具體地說就是“分而治之，各個擊破，直接還原”。也就是人們所熟悉的“還原論”。

和“物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”的情形不同，“智能科學(xué)與技術(shù)”的科學(xué)觀包括（1）信息觀：認(rèn)為所研究的對象是信息；（2）系統(tǒng)觀：認(rèn)為研究的關(guān)注點應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)化的信息，即必須同時關(guān)注信息的形式、內(nèi)容和價值；（3）生態(tài)觀：認(rèn)為信息不是孤立的或靜止的，而是生長發(fā)展的；（4）機制觀：認(rèn)為信息的生長發(fā)展必然存在一定的機制。

基于這樣的科學(xué)觀，“智能科學(xué)與技術(shù)”所采用的方法論就是“轉(zhuǎn)換―創(chuàng)生”。更具體一些說，就是“智能科學(xué)與技術(shù)”基本模型（圖1）所展示的“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生定律”。其中，“信息轉(zhuǎn)換”是手段，“智能創(chuàng)生”是目的。

十分清楚，“物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”的“分而治之”方法論體現(xiàn)了它的“物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)觀、孤立觀和靜止觀”；“智能科學(xué)與技術(shù)”的“轉(zhuǎn)換創(chuàng)生”方法論體現(xiàn)了它的“信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀和機制觀”。

這個對比告訴我們，由于研究對象不同，導(dǎo)致學(xué)科的性質(zhì)也不相同，我們不能把自己所熟悉的“物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”的科學(xué)觀和方法論統(tǒng)統(tǒng)照搬到“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科領(lǐng)域。雖然在研究局部細(xì)節(jié)問題的時候，這兩種科學(xué)觀和方法論的差異表現(xiàn)的不是很明顯，但是在研究系統(tǒng)全局問題的時候，這種差別就會變得十分顯著。這也是值得“智能科學(xué)與技術(shù)”的研究者和學(xué)習(xí)者特別關(guān)注的特點。

事實上，“人工智能”的研究就經(jīng)歷了一場方法論的變革。按照“分解―分析”的方法論思想，人工智能被分解為結(jié)構(gòu)模擬（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、功能模擬（物理符號系統(tǒng)）和行為模擬（感知動作系統(tǒng)）三大學(xué)派，結(jié)果長期不能互相融通。20世紀(jì)末和21世紀(jì)初，一些研究人員提出“新的集成”和“現(xiàn)代方方法”試圖找到三者融通的具體方法，但是都沒有取得成功。2007年，本文作者按照“轉(zhuǎn)換―創(chuàng)生”方法論思想提出了機制模擬的智能生成方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)模擬（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、功能模擬（物理符號系統(tǒng)）和行為模擬（感知動作系統(tǒng)）分別是機制模擬的A、B、C型，從而實現(xiàn)了人工智能模擬方法的統(tǒng)一，見表2。

由此可見，以往人們把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程、物理符號系統(tǒng)課程（即普遍流行的人工智能和專家系統(tǒng)課程）、感知動作系統(tǒng)課程（即智能機器人或智能體課程）分開講授或者只講授其中一門或兩門課程的做法是不合理的。

同時，我們一直把圖1的模型稱為“智能科學(xué)與技術(shù)的基本模型”。不過，如果注意到“智能科學(xué)與技術(shù)”的科學(xué)觀一信息觀，系統(tǒng)觀，生態(tài)觀和機制觀，那么，我們也可以把圖1稱為“生態(tài)意義上的信息科學(xué)與技術(shù)基本模型”。這是因為，雖然在經(jīng)典意義上的信息科學(xué)與技術(shù)基本模型只能覆蓋到圖1模型中的信息層次，但在生態(tài)學(xué)意義上，知識和智能都是信息的生態(tài)學(xué)產(chǎn)物，因此生態(tài)學(xué)意義上的信息科學(xué)與技術(shù)基本模型就覆蓋了圖1模型的全體。在生態(tài)學(xué)的意義上，“智能科學(xué)與技術(shù)”基本模型與“信息科學(xué)與技術(shù)”基本模型就合二為一：自頂向下觀察，圖1就是“智能科學(xué)與技術(shù)”的基本模型；自底向上觀察，圖1就是“信息科學(xué)與技術(shù)”的基本模型。于是有：

智能科學(xué)與技術(shù)=生態(tài)學(xué)意義的信息科學(xué)與技術(shù)

如果把“智能科學(xué)與技術(shù)”模型中的“由信息轉(zhuǎn)換為知識”和“由信息、知識和目標(biāo)轉(zhuǎn)換為智能”這兩個核心部分命名為“核心智能科學(xué)與技術(shù)”，把非生態(tài)學(xué)意義上的信息科學(xué)與技術(shù)命名為“常規(guī)信息科學(xué)與技術(shù)”，那么，也可以有：

智能科學(xué)與技術(shù)=核心智能科學(xué)與技術(shù)+常規(guī)信息科學(xué)與技術(shù)

在我國教育部的學(xué)科目錄中，“智能科學(xué)與技術(shù)”其實就是“核心智能科學(xué)與技術(shù)”，目錄中的“信息科學(xué)與技術(shù)”其實就是“常規(guī)（非生態(tài)學(xué)意義的）信息科學(xué)與技術(shù)”，后者又被劃分成“通信”、“計算”、“自動化”、“物聯(lián)網(wǎng)”、“信息安全”這樣一些更加狹窄而且相互交疊的二級學(xué)科，顯然有待進一步合理化。

3基本課程

北京郵電大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)研究中心最近實施的全國高校智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)計劃調(diào)查表明，我國多數(shù)學(xué)校的教學(xué)計劃確實體現(xiàn)了“計算機科學(xué)與技術(shù)的一個分支學(xué)科”的特點，很少學(xué)校的教學(xué)計劃能夠表現(xiàn)“文理相交，理工融通”的交叉科學(xué)精神。這就提出了一個尖銳的問題，如果真的把“智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科”辦成“計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科”的一個分支學(xué)科，那么，這樣的“智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科”還有存在的理由嗎？

由以上分析的“智能科學(xué)與技術(shù)”的基本模型和基本方法可以知道，為了學(xué)習(xí)、理解和掌握“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科，人們的知識結(jié)構(gòu)必須包含社會科學(xué)、人文科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)知識與綜合能力。

為此，由中國人工智能學(xué)會教育工作委員會和清華大學(xué)出版社計算機分社共同組建的“全國高校智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)系列教材規(guī)劃與編審委員會”（以下簡稱編委會）提出了如下的本學(xué)科核心課程和相應(yīng)的核心教材。

（1）一年級第一學(xué)期的課程智能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論是一個引導(dǎo)型課程，旨在以準(zhǔn)確而通俗的概念、全面而淺近的思路、親切而富有感染力的語言，引導(dǎo)剛剛踏入校門的新生了解：什么是“智能科學(xué)與技術(shù)”？為什么要學(xué)習(xí)“智能科學(xué)與技術(shù)”？怎樣才能學(xué)好“智能科學(xué)與技術(shù)”？

（2）二年級第一學(xué)期的課程腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)是本學(xué)科特需的自然科學(xué)基礎(chǔ)（腦科學(xué)）和社會科學(xué)基礎(chǔ)（認(rèn)知科學(xué)），旨在為學(xué)生提供關(guān)于人類智能的腦科學(xué)基礎(chǔ)知識和人類認(rèn)知能力的科學(xué)知識，特別是關(guān)于“腦結(jié)構(gòu)如何產(chǎn)生認(rèn)知能力（物質(zhì)如何生成精神）”的科學(xué)機理。

（3）二年級第二學(xué)期的課程不確定性數(shù)學(xué)引論是本學(xué)科特需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識課程，旨在為學(xué)生提供關(guān)于“智能科學(xué)與技術(shù)”領(lǐng)域必然涉及到的各種不確定性（包括隨機不確定性、模糊不確定性、粗糙不確定性以及非線性引起的混沌不確定性）的描述與處理知識，特別要闡明這些不確定性的根源、相互關(guān)系、描述和處理方法。

（4）三年級第一學(xué)期的課程機器智能是本學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在用“智能科學(xué)與技術(shù)”的方法論闡述人類智能的各種模擬方法（包括結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬和機制模擬），以及這些不同模擬方法之間的相互關(guān)系和統(tǒng)一的途徑，為學(xué)生學(xué)習(xí)機器（人造系統(tǒng)）智能奠定理論和方法的基礎(chǔ)。

（5）四年級第一學(xué)期的課程《科技史與方法論》，由于智能科學(xué)技術(shù)本身富有科學(xué)觀和方法論的特色，因此這是一門具有本學(xué)科特色的總結(jié)性課程，旨在為學(xué)生提供關(guān)于科學(xué)技術(shù)發(fā)展史（特別是智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展史）所展現(xiàn)的科學(xué)觀和方法論知識，使學(xué)生能夠從“智能科學(xué)與技術(shù)”的學(xué)科知識基礎(chǔ)上站立起來，具有縱觀和把握智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)律的能力，使學(xué)生的學(xué)術(shù)眼界能夠“形成于課堂，而又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越課堂”。

編委會認(rèn)為，這些核心課程的綜合（加上各個學(xué)校的人文社會科學(xué)通識課程和各有特色的專業(yè)課程），將為學(xué)習(xí)者提供必要的“文理相交，理工融通”的交叉學(xué)科思維素質(zhì)和能力。無論是理科型學(xué)校還是工科型學(xué)校，都要在保證上述核心課程優(yōu)質(zhì)教學(xué)的基礎(chǔ)上努力發(fā)揮自己的特色，而不應(yīng)當(dāng)削弱這些核心課程的教學(xué)質(zhì)量。

5結(jié)語

第2篇

關(guān)鍵詞：智能科學(xué)與技術(shù)；專業(yè)；發(fā)展戰(zhàn)略；思考；大聯(lián)合；大發(fā)展

1現(xiàn)狀分析

我國的智能科學(xué)與技術(shù)(intelligence science and technology，ist)專業(yè)創(chuàng)辦至今已有8年歷史了。它從無到有，逐步壯大，現(xiàn)在全國已有近20所大學(xué)試辦這個新專業(yè)[1-2]。應(yīng)該說，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的8年征途并不平坦，開拓者們也為之付出了艱辛和心血。現(xiàn)在，我們至少可以說，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)已再不是“嬰兒”，而是“小學(xué)生”了。然而，我們需要繼續(xù)努力，上好中學(xué)、大學(xué)以及研究生課程，邁上專業(yè)建設(shè)的新征途，攀登學(xué)科建設(shè)的新高峰。

在ist專業(yè)建設(shè)上，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院等起了重要的帶頭作用，中國人工智能學(xué)會及其教育工作委員會等工作委員會和專業(yè)委員會發(fā)揮了很好的組織作用[3-4]。他們齊心協(xié)力，默默奉獻，做了大量有目共睹的開創(chuàng)性工作，值得充分肯定。現(xiàn)已有北京大學(xué)、首都師范大學(xué)、北京郵電大學(xué)、南開大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等高校培養(yǎng)出ist專業(yè)的畢業(yè)生。也就是說，我們有了ist專業(yè)的第一代“產(chǎn)品”了。然而，我們的ist專業(yè)還是有些不盡人意之處，特別是發(fā)展速度比預(yù)料的要慢，發(fā)展規(guī)模不如預(yù)期的大，發(fā)展目標(biāo)還有待進一步明確。筆者試圖概括我國ist專業(yè)發(fā)展的喜與憂，探討發(fā)展戰(zhàn)略，為ist的專業(yè)建設(shè)和學(xué)科發(fā)展出謀獻策，供同行討論與參考。

2喜憂參半

如上所說，我國ist專業(yè)的發(fā)展既取得可喜成果，又存在某些憂慮，即喜憂參半。下面擬就ist專業(yè)的辦學(xué)成績和存在問題進行探討。

2.1主要成績

歸納起來，8年來，我國ist專業(yè)建設(shè)取得的主要成績包括下列各點。

1) 申報并獲準(zhǔn)試辦ist專業(yè)，促進信息科學(xué)和智能科學(xué)的發(fā)展，為國內(nèi)外信息科學(xué)學(xué)科建設(shè)開辟了一個新的增長點。

2) 在調(diào)查研究和科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，制定了ist專業(yè)教學(xué)大綱和教學(xué)計劃，為專業(yè)建設(shè)建立了基本框架[5-6]。

3) 結(jié)合ist的專業(yè)特點和教育發(fā)展要求，初步規(guī)范了ist專業(yè)課程設(shè)置，開展專業(yè)建設(shè)和課程教學(xué)等方面的改革，取得一大批成果[7-8]。

4) 編寫了一批具有明顯特色的相關(guān)教材，為新專業(yè)教學(xué)和學(xué)科建設(shè)提供必要的資源，起到較好的示范和輻射作用[7,9]。許多學(xué)校在實驗教學(xué)上進行了一些探討，并積累了不少經(jīng)驗，值得推廣與借鑒[10-12]。

5) 聚集了一群有志于智能科學(xué)技術(shù)教育的教師，形成了一支熱愛教育、樂于奉獻、熟悉業(yè)務(wù)的師資隊伍，為ist專業(yè)的人才培養(yǎng)和學(xué)科發(fā)展打下重要基礎(chǔ)。

6) 經(jīng)常組織本專業(yè)的教育與教學(xué)研討會和座談會，進行全國性或校際間的交流，總結(jié)心得體會，共同提高，使ist專業(yè)沿著正確的方向發(fā)展。

7) 培養(yǎng)出一批基本掌握智能科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)理論和專門知識，具有從事本專業(yè)工作能力的本科畢業(yè)生，為國家輸送有特色的急需的建設(shè)人才。

8) 為爭取我國智能科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)做了大量工作，并取得重要進展，為ist學(xué)科的進一步發(fā)展創(chuàng)造重要條件[13]。

2.2瓶頸問題

概括地說，ist專業(yè)建設(shè)和發(fā)展面臨的問題主要涉及如下幾點。

1) 專業(yè)規(guī)模和發(fā)展速度沒有達(dá)到預(yù)期結(jié)果，仍停留在“試辦”狀態(tài)。

到目前為止，全國試辦ist專業(yè)的學(xué)校已近20所，已初具規(guī)模，“閃亮登場”[2]。然而，本專業(yè)的規(guī)模和發(fā)展速度不盡人意，離“大發(fā)展”的預(yù)期結(jié)果尚有較大差距。

2) 辦學(xué)主體存在一定的局限性，缺乏跨學(xué)科大聯(lián)合的氛圍。

如前所述，北京大學(xué)和中國人工智能學(xué)會等對ist專業(yè)建設(shè)發(fā)揮了重要的帶頭和組織作用。由于ist專業(yè)具有高度跨學(xué)科等重要特點，單純依靠某一兩個現(xiàn)有專業(yè)來“派生”和由一兩個學(xué)會來“催生”ist新專業(yè)，是難以快速發(fā)展和如愿以償?shù)摹，F(xiàn)有專業(yè)或?qū)W會都有一定的局限性，與其他學(xué)會間的交流合作也需要有改進之處。

3) 教學(xué)大綱與《國家中長期教育改革和發(fā)展綱要》要求存在差距，有待更新。

《國家中長期教育改革和發(fā)展綱要》[14](以下簡稱《綱要》)是我國“優(yōu)先發(fā)展教育，建設(shè)人力資源強國”的重要戰(zhàn)略部署。《綱要》中許多新思路是我們以前沒有想過的。ist的教學(xué)大綱需要按《綱要》的要求進行大刀闊斧的修訂，力求符合《綱要》精神。

4) 實驗教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)亟待加強。

在新專業(yè)建設(shè)初期，實驗室建設(shè)投入經(jīng)費有限，這對開展實驗教學(xué)有些不利影響。一些學(xué)校的實驗未能滿足ist專業(yè)各課程教學(xué)的基本要求。

5)ist專業(yè)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合模式急需探討與建立。

產(chǎn)學(xué)研結(jié)合是高等教育的一項經(jīng)驗。《綱要》也強調(diào)“創(chuàng)立高校與科研院所、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制”對本科生教育的重要性。雖然有許多企事業(yè)行業(yè)適合ist專業(yè)就業(yè)，但該專業(yè)不像機電、化工、通信、冶金等專業(yè)那樣有比較對口的實習(xí)和就業(yè)企業(yè)。因此，探討與建立ist專業(yè)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合模式，也是一項比較艱難的急需解決的問題。

3發(fā)展策略

針對上述存在問題，以下特就智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略提出若干思考。

1) 樹立“大智能科學(xué)技術(shù)”思想，突破單個學(xué)會的局限性，通過大聯(lián)合、大合作，實現(xiàn)大團結(jié)、大發(fā)展。

一個專業(yè)要在全國產(chǎn)生較大影響，發(fā)揮該專業(yè)的特有作用，沒有足夠大的規(guī)模是不行的。例如，自動化、計算機、通信、電子信息等專業(yè)，全國有數(shù)以千計的大學(xué)開設(shè)。我們是否可以設(shè)定ist專業(yè)發(fā)展規(guī)模的第一個目標(biāo)，即爭取在5～10年內(nèi)，有50～100所大學(xué)開設(shè)該專業(yè)？如果能夠?qū)崿F(xiàn)這個目標(biāo)，ist專業(yè)就走上了“可持續(xù)發(fā)展”的大道。到那時或者更早一些時日，“試辦”也就必然被“正辦”所取代。

值得指出的是，目前大多數(shù)大學(xué)強調(diào)“辦學(xué)資源有限”，不大愿意支持申報新的專業(yè)，這對ist專業(yè)的發(fā)展也產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。我校的ist專業(yè)就是經(jīng)過3年努力，才向國家教育部呈交《高等學(xué)校增設(shè)專業(yè)申請表》的。

我們需要把圈子搞大些，進行跨學(xué)科的大聯(lián)合，集思廣益，合作共贏，謀求ist專業(yè)的發(fā)展大計。基于中國人工智能學(xué)會(caai)的學(xué)科特色，由caai牽頭組織申報ist專業(yè)及其一級學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)，是順理成章的。同時，單個學(xué)會也有局限性，雖不能說是“勢單力薄”，但力量不如合作的強大。提倡和實現(xiàn)多學(xué)會聯(lián)合舉辦智能科學(xué)技術(shù)教育教學(xué)研討會，以及多學(xué)科聯(lián)合申報與建設(shè)ist專業(yè)，將克服原有局限性，并以大聯(lián)合促進大發(fā)展，應(yīng)視為一種可行策略。在今后的ist辦學(xué)過程中，我們需要主動加強與相關(guān)學(xué)會(含一級學(xué)會和二級學(xué)會)和高等學(xué)校(含重點學(xué)校和一般學(xué)校)的聯(lián)系與合作，力爭辦好已有的ist專業(yè)，創(chuàng)造經(jīng)驗，擴大輻射作用和積極影響，爭取有更多的高校申報與加入ist專業(yè)行列。

2) 再接再厲申報一級學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)，力爭獲得批準(zhǔn)。

在全國同行及多個學(xué)會有代表性的專家建議和支持下，中國人工智能學(xué)會及其教育工作委員會積極組織一批有識之士，從事“智能科學(xué)與技術(shù)”博士學(xué)位一級學(xué)科授予權(quán)的論證和申報工作，并取得重大進展。由于一些原因，申報工作在最后階段未獲通過與批準(zhǔn)，需要大家繼續(xù)努力。“智能科學(xué)與技術(shù)”博士學(xué)位一級學(xué)科授予權(quán)的獲得，必將為ist專業(yè)提供更為寬闊的發(fā)展空間，使ist專業(yè)攀登新的高峰。

3) 申報成立“高等學(xué)校智能科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會”，并爭取改“試辦”為“正辦”。

目前，國家教育部的專業(yè)設(shè)置分為“一般”專業(yè)和“試辦”專業(yè)兩種。絕大多數(shù)專業(yè)屬于“一般”專業(yè)，只有少數(shù)專業(yè)為“試辦”專業(yè)。顧名思義，“試辦”者為“試驗辦學(xué)”，經(jīng)過一定時間的試驗后，成功者就可“轉(zhuǎn)正”為一般專業(yè)；不成功者就可能被取消“試辦”資格。當(dāng)務(wù)之急，是要把“試辦”的ist專業(yè)辦好，辦出水平，辦出特色，力爭早日去掉“試辦”帽子。同時，作好必要和充分的準(zhǔn)備，盡早向國家教育部申報成立“高等學(xué)校智能科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會”，以便得到教育部相關(guān)部門的更多指導(dǎo)，并通過“教指委”與兄弟專業(yè)交流，更好地學(xué)習(xí)兄弟專業(yè)的辦學(xué)經(jīng)驗。

4) 高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，全面修訂ist專業(yè)的教學(xué)大綱和教學(xué)計劃，以適應(yīng)國家對智能科學(xué)和智能自動化高層人才的需要。

《綱要》中提出的“優(yōu)化學(xué)科專業(yè)、類型、層次結(jié)構(gòu)，促進多學(xué)科交叉和融合”；“重點擴大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模”；“促進高校、科研院所、企業(yè)科技教育資源共享，推動高校創(chuàng)新組織模式，培育跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的科研與教學(xué)相結(jié)合的團隊”以及“促進科研與教學(xué)互動、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合”等思想和教改措施，對于我們轉(zhuǎn)變辦學(xué)觀念和進行教學(xué)改革都具有很強的針對性。我們需要以高屋建瓴的姿態(tài)認(rèn)真深入學(xué)習(xí)，聯(lián)系ist的專業(yè)實際，注重創(chuàng)新，進一步修訂教學(xué)大綱和課程體系，以期更好地滿足國家對專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。各校在修訂專業(yè)教學(xué)大綱和教學(xué)計劃時，要注意保持不同學(xué)校的共性與本校的個性特色。

5) 樹立精品意識，創(chuàng)建更多的精品課程，編寫富有特色和體現(xiàn)創(chuàng)新的ist各類教材。

由于辦學(xué)歷史較短，辦學(xué)規(guī)模較小，ist專業(yè)的教材建設(shè)遠(yuǎn)未達(dá)到精品境界。隨著時間的推進和辦學(xué)規(guī)模的不斷擴大，加上在教材使用中積累的經(jīng)驗和吸取其他相關(guān)專業(yè)精品課程教材的編寫經(jīng)驗，這個問題可望逐步獲得解決。我們一定要對ist專業(yè)的精品課程建設(shè)及其教材建設(shè)，包括基礎(chǔ)教材、專業(yè)基礎(chǔ)教材、專業(yè)教材和實驗教材等給予高度重視。

6) 下大力氣加強實驗教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。

ist專業(yè)是一門前沿交叉學(xué)科，也是一門理論密切聯(lián)系實際的學(xué)科。無論是學(xué)習(xí)和深入理解課程的基本理論知識，還是培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，都離不開實驗教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。我們可以把網(wǎng)絡(luò)教學(xué)看做是一種更加先進的實驗教學(xué)，它對學(xué)生提出了更高要求，能夠讓學(xué)生獲取更多的知識，獲取更強的能力。

在新專業(yè)建設(shè)初期，實驗室建設(shè)的投入經(jīng)費有限對開展實驗教學(xué)有些不利影響。為了解決這個問題，我們一方面要因地制宜地設(shè)計好實驗項目，充分發(fā)揮有限的實驗室建設(shè)經(jīng)費的作用，盡可能開設(shè)出本專業(yè)教學(xué)急需的實驗內(nèi)容；另一方面要積極利用其他“傳統(tǒng)”專業(yè)實驗室或公共實驗室，以彌補現(xiàn)有ist專業(yè)實驗室的不足。

建設(shè)與發(fā)展智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，還有許多需要考慮的問題，如建設(shè)一流教師隊伍、轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、改進教學(xué)方法、改善教學(xué)管理、探索產(chǎn)學(xué)研結(jié)合模式、加強校際交流與合作等。這些問題也是十分重要的，都是ist專業(yè)發(fā)展值得思考的內(nèi)容。

4結(jié)語

我國智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科建設(shè)和專業(yè)建設(shè)已取得可喜成績，但與整個學(xué)科和專業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)相比，仍存在較大差距和不少問題。如果能夠突破現(xiàn)有中國人工智能學(xué)會和智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的局限性，樹立智能科學(xué)技術(shù)大學(xué)科思想，實現(xiàn)更廣泛的大聯(lián)合，并采取切實措施擴展智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，我們的學(xué)科和專業(yè)就有望獲得更快的發(fā)展。

一級學(xué)科博士點對于學(xué)科的發(fā)展至關(guān)重要。我們要群策群力，集思廣益，繼續(xù)申報智能科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科博士點授予權(quán)，并在申報過程中最廣泛地團結(jié)相關(guān)學(xué)科和學(xué)會的專家學(xué)者，爭取理解與支持。

上述兩方面是相輔相成的關(guān)鍵問題，需要我們轉(zhuǎn)變觀念，樹立本專業(yè)的科學(xué)發(fā)展觀。如果在這兩方面

能夠取得突破性進展，那么專業(yè)發(fā)展的其他問題，如改變專業(yè)“試辦”為“正辦”、申報成立智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會、貫徹執(zhí)行《國家中長期教育改革和發(fā)展綱要》以及課程與教材改革等，就可能迎刃而解。

只要我們再接再厲，團結(jié)一心，求真務(wù)實，科學(xué)發(fā)展，我們的ist專業(yè)就一定能夠越辦越強，越辦越好，辦成有特色、有影響的專業(yè)，辦成一流的專業(yè)。

注：本研究得到國家教育部精品課程“人工智能”(2003年)和“智能控制”(2006年)、全國雙語教學(xué)示范課程“人工智能”(2007年)、國家級“智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團隊”(2008年)、國家級精品視頻公開課“人工智能”(2011)以及湖南省和中南大學(xué)精品課程和其他教改項目的支持，謹(jǐn)表感謝。

參考文獻：

[1] 王萬森,鐘義信,韓力群,等. 我國智能科學(xué)技術(shù)教育的現(xiàn)狀與思考[j]. 計算機教育,2009(11):10-14.

[2] 蔡自興. 智能科學(xué)技術(shù)課程教學(xué)縱橫談[j]. 計算機教育,2010(19):2-6.

[3] 謝昆青. 第一個智能科學(xué)技術(shù)專業(yè):回顧在北京大學(xué)六年來的創(chuàng)建歷程[j]. 計算機教育,2009(11):16-20.

[4] 鐘義信. 智能科學(xué)與創(chuàng)新教育[j]. 中國大學(xué)教育,2006(1):28-30.

[5] 鄧志鴻,謝昆青,譚少華,等. 智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)建設(shè)探索[j]. 計算機教育,2010(19):48-50.

[6] 張彥鐸,王海暉,劉昌輝. 地方工科院校“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)建設(shè)的若干思考[j]. 計算機教育,2009(11):38-42.

[7] 楊鵬,張建勛,劉冀偉,等. 智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)課程體系和教材建設(shè)的思考[j]. 計算機教育,2010(19):11-14.

[8] 谷學(xué)靜,王志良,黃曉紅.“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)課程體系建設(shè)的思考[j]. 計算機教育,2009(19):108-111.

[9] 祝長生,王志良.“人工情感”教材建設(shè)與教學(xué)實踐[j]. 計算機教育,2009(11):98-101.

[10] 方勇純,劉景泰. 南開大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)教學(xué)體系與實驗環(huán)境建設(shè)[j]. 計算機教育,2009(11):21-25.

[11] 彭書華,李鄧化. 智能科學(xué)與技術(shù)實驗室信息化建設(shè)探討[j]. 計算機教育,2010(15):100-103.

[12] 陳以,王改云,楊青. 智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實踐環(huán)節(jié)改革與建設(shè)[j]. 計算機教育,2010(15):119-122.

第3篇

中圖分類號：G642　文獻標(biāo)識碼：A

1　引言

“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是國家教委在2006年設(shè)置的新專業(yè)，代碼；080627S，屬于工學(xué)電氣信息類。現(xiàn)已有南開大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等12所高校獲準(zhǔn)招生。

智能科學(xué)技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)的核心和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的前沿和制高點，涉及自然科學(xué)的深層奧秘，觸及哲學(xué)的基本命題。智能科學(xué)技術(shù)的研究將對國民經(jīng)濟、社會進步、國家安全生產(chǎn)產(chǎn)生深刻而巨大的影響，并將為智力革命、知識革命和信息革命建立理論基礎(chǔ)，為智能系統(tǒng)的研制提供新概念、新思想、新途徑。智能科學(xué)的興起和發(fā)展標(biāo)志著對人類為中心的認(rèn)知和智能活動的研究已進入新的階段。目前，國際上對智能科學(xué)及其相關(guān)學(xué)科的研究高度重視。我國對該領(lǐng)域的發(fā)展特別關(guān)注。

智能科學(xué)與技術(shù)在一定程度上代表著信息技術(shù)的前沿，其理論研究與應(yīng)用開發(fā)對我國現(xiàn)行的教育與教學(xué)理念提出了挑戰(zhàn)。在現(xiàn)有的教育體系中增加智能理論和智能技術(shù)教學(xué)，對全面地培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新的思維方式及激發(fā)學(xué)生們對信息技術(shù)未來的追求具有積極的意義。因此，為適應(yīng)智能科學(xué)與技術(shù)的深入研究和社會對從事智能化產(chǎn)品研發(fā)人員的迫切需求，在本科階段設(shè)立相應(yīng)的“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是十分必要和及時的。因此，我校設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是適應(yīng)了社會發(fā)展要求的，必將為河北乃至全國的社會、經(jīng)濟發(fā)展作出巨大的貢獻。

近5年來，我校自動化系先后從事的包括11項國家級項目在內(nèi)的70余項科研課題，發(fā)表的近200篇學(xué)術(shù)論文，均不同程度地與“智能科學(xué)與技術(shù)”領(lǐng)域相關(guān)，積累了深厚的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。由于良好的辦學(xué)隊伍和實驗條件，由我校申報的“智能控制技術(shù)與裝置教育部工程研究中心”已經(jīng)通過省級審查上報，因此，學(xué)科已經(jīng)具備了承辦“智能科學(xué)與技術(shù)”新專業(yè)的條件。

2　辦學(xué)條件

2.1　師資狀況

從我校辦學(xué)發(fā)展來看，“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的設(shè)立主要來自于近年來“自動化”專業(yè)在“智能化”和“信息化”方向的逐漸發(fā)展，以及“自動化”專業(yè)與“信息工程”、“計算機科學(xué)與技術(shù)”等專業(yè)的交叉。受專業(yè)發(fā)展特色和學(xué)時等因素的限制，僅靠在原有“自動化”專業(yè)課程中增設(shè)新課已經(jīng)難以滿足相關(guān)領(lǐng)域人才培養(yǎng)的需要，因此可以說“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是由量變積累超出“自動化”專業(yè)領(lǐng)域而質(zhì)變派生出的一個新專業(yè)。基于此原因，“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)主要由自動化系中抽調(diào)人員組織專業(yè)課程階段的教學(xué)任務(wù)，專業(yè)基礎(chǔ)課程階段的教學(xué)任務(wù)則由電工電子教學(xué)中心等單位系協(xié)助完成。

由于我校“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是由“自動化”專業(yè)發(fā)展派生出的新專業(yè)，兩個專業(yè)多門課程的教學(xué)內(nèi)容是相同的，因此“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)可以得到“自動化”專業(yè)的協(xié)助，從而避免多數(shù)新專業(yè)先期出現(xiàn)的師資力量欠缺問題。

2.2　相關(guān)支撐專業(yè)

“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的主要相關(guān)支撐專業(yè)有“自動化”、“信息工程”、“計算機科學(xué)與技術(shù)”等，其中與同屬電氣信息類的“自動化”專業(yè)關(guān)系最近。考慮到我校的具體情況，在新專業(yè)的辦學(xué)初期，“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)和“自動化”專業(yè)在科研、辦學(xué)經(jīng)費、研究生培養(yǎng)等方面的統(tǒng)籌安排上統(tǒng)一劃歸省重點學(xué)科“控制理論與控制工程”管理。兩個本科專業(yè)的教學(xué)與學(xué)科的總體發(fā)展相互協(xié)調(diào)和支持，共同進步。

2.3　實驗條件

由于“智能科學(xué)與技術(shù)”和“自動化”兩個專業(yè)多門專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容是相同的，因此“自動化”專業(yè)的多個本科生實驗室可以與“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)共用，包括：微機原理與微機控制技術(shù)實驗室、控制理論實驗室等，可完成“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“微機原理”、“微機控制技術(shù)”和“單片機原理與應(yīng)用”等多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的實驗。

2.4　生源及就業(yè)形勢

智能科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)成為信息技術(shù)創(chuàng)新的重要增長點，其廣泛的應(yīng)用前景日趨明顯，如智能化電器、智能化樓宇、智能機器人、智能化機器、智能化物流等，所培養(yǎng)的學(xué)生正是目前高新技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需的人才，同時這類人才也會對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的提升起到積極的作用，就業(yè)前景廣闊。在招生生源和畢業(yè)生就業(yè)方面均具備比較好的條件。

3　近期辦學(xué)規(guī)劃

3.1　師資隊伍建設(shè)

在師資建設(shè)方面，需要采取積極的人才戰(zhàn)略，走引進和培養(yǎng)并重的道路，注重引進和培養(yǎng)具有智能信息處理或智能控制研究背景的人才。同時，聘請人工智能領(lǐng)域經(jīng)驗豐富的專家、教授對本專業(yè)的實驗及教學(xué)進行指導(dǎo)，積極鼓勵教師們的學(xué)術(shù)交流活動。

3.2　實驗室建設(shè)

(1)利用自動化專業(yè)的微機原理與微機控制技術(shù)實驗室、控制理論實驗室等，完成“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)本科教學(xué)環(huán)節(jié)中“自動控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“微機原理”、“微機控制技術(shù)”、“單片機原理與應(yīng)用”5門課程的實驗。

(2)建設(shè)“智能信息處理實驗室”，以通用實驗平臺的模式用于“數(shù)字信號與數(shù)字圖像處理”、“軟件工程”、“數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)挖掘”等課程的實驗和上機。

(3)利用教師在承擔(dān)智能科學(xué)與技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域科研課題中購置的相關(guān)實驗設(shè)備和儀器，滿足學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計階段和參加科技創(chuàng)新活動中對實驗設(shè)備的需求。3，3新專業(yè)課程體系建設(shè)

(1)積極向已經(jīng)設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的南開大學(xué)、北京科技大學(xué)等高校學(xué)習(xí)，通過廣泛的調(diào)研，使新專業(yè)的教學(xué)體系和課程內(nèi)容逐步合理化。

(2)緊跟科技發(fā)展新趨勢，突出“智能科學(xué)與技術(shù)”新專業(yè)的特色，注重學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，在智能化電器、智能化樓宇、智能機器人、智能化機器、智能化物流等方面培養(yǎng)社會急需的特色人才。

(3)在控制科學(xué)與工程一級學(xué)科碩士點下設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”的相關(guān)研究方向，加強該專業(yè)的學(xué)術(shù)梯隊建設(shè)和人才培養(yǎng)，促進學(xué)院整體教學(xué)科研的和諧發(fā)展。

4　培養(yǎng)方案

4.1　培養(yǎng)目標(biāo)

我們努力使學(xué)生德、智、體、美全面發(fā)展，具有堅實的數(shù)學(xué)、電子、計算機、自動控制和信息處理的基礎(chǔ)知識，系統(tǒng)地掌握智能科學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能與方法，受到良好的科學(xué)思維、科學(xué)實驗和初步科學(xué)研究的訓(xùn)練，具有分析問題和解決問題的能力，以及知識自我更新和不斷創(chuàng)新的能力。學(xué)生能適應(yīng)智能科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展。在個人素質(zhì)方面，具有全面的文化素質(zhì)、良好的知識結(jié)構(gòu)和較強的適應(yīng)新環(huán)境、新群體的能力，并具有良好的語言和計算機運用能力。

4.2　基本要求

使學(xué)生系統(tǒng)地掌握“智能科學(xué)與技術(shù)”的基礎(chǔ)理論知識，以適應(yīng)自動化、智能信息處理與技術(shù)等方面的工作需求；掌握電路與系統(tǒng)的基本理論和實驗技術(shù)，具備分析和設(shè)計電子設(shè)備的能力；掌握信息獲取、處理的基本理論和方法，具有系統(tǒng)設(shè)計、集成、應(yīng)用的基本能力；了解智能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)科前沿、最新進展和發(fā)展動態(tài)；了解自動化和信息系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和理論前沿，具有研究開發(fā)新系統(tǒng)、新技術(shù)和各種智能化工程裝備的初步能力。

4.3　主要課程

我校“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的主要規(guī)劃課程包括電路、電子技術(shù)、微機原理、自動控制理論、現(xiàn)代控制理論、嵌入式系統(tǒng)、軟件工程、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字信號與數(shù)字圖像處理、智能控制、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)挖掘、人工智能概論、信息管理系統(tǒng)等。

在課程的設(shè)置上，我校適應(yīng)社會發(fā)展需求，突出“工學(xué)并舉”實踐能力的培養(yǎng)，開展有自身特色的“智能科學(xué)與技術(shù)”本科生教學(xué)。區(qū)別于北京大學(xué)等高校的智能理論算法為主、南開大學(xué)等高校的智能信息處理為主、西安電子科技大學(xué)等高校的通信工程應(yīng)用為主的辦學(xué)主導(dǎo)方向，突出河北工業(yè)大學(xué)地方工科院校的自身特色，以培養(yǎng)學(xué)生研究開發(fā)新系統(tǒng)、新技術(shù)和各種智能化工程裝備的基礎(chǔ)能力為目標(biāo)，設(shè)置相關(guān)的課程。其中，學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)必修課程和專業(yè)選修課程安排如表1～表3所示。

第4篇

關(guān)鍵詞：智能科學(xué)與技術(shù)；本科實驗教學(xué)模式；實驗教學(xué)體系

“智能科學(xué)與技術(shù)”是面向前沿高新技術(shù)的基礎(chǔ)型本科專業(yè)。它融合了機械、電子、傳感器、計算機軟硬件、人工智能、智能系統(tǒng)集成等眾多先進技術(shù)，是現(xiàn)代檢測技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、光學(xué)工程和機械工程等學(xué)科相互交叉和融合的綜合學(xué)科[1]。北京信息科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)于2005年開始申請，2006年獲教育部批準(zhǔn)設(shè)立，2007年開始正式招收本科生，至2009年，規(guī)模已擴大到每屆3個班[2]。

智能科學(xué)與技術(shù)是集哲學(xué)、生命科學(xué)、電子、信息處理和計算機以及數(shù)學(xué)、物理等多學(xué)科為一體的交叉綜合性學(xué)科。同時，智能科學(xué)又是一個不斷發(fā)展的學(xué)科，它的技術(shù)成果和研究動向更新得很快[3]――這就給智能科學(xué)與技術(shù)的專業(yè)教育提出了很大的挑戰(zhàn)。

因此，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)更加注重學(xué)生實踐應(yīng)用能力和研究思考能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)本科生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，注重本科生整體素質(zhì)的提高。實驗教學(xué)不僅可以使學(xué)生把實踐同課本知識聯(lián)系起來，而且能夠培養(yǎng)他們的實際動手能力、獨立思考能力和科學(xué)研究能力，對專業(yè)教學(xué)能起到很好的作用。本文主要介紹本專業(yè)在本科生實驗教學(xué)模式方面的思考。

1實驗教學(xué)理念與思路

我校的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)結(jié)合自動化、信息網(wǎng)絡(luò)、航空航天和機器人開展。本著培養(yǎng)工程領(lǐng)域的應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，實驗教學(xué)理念歸納如下。

1) 堅持以能力培養(yǎng)為核心，以學(xué)生為本，學(xué)習(xí)、實踐、創(chuàng)新相互促進，知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學(xué)思想。

2) 培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑的“大電類”人才，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型人才[4]。

為了能夠適應(yīng)時代要求，更好地實施《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020)》，在實驗教學(xué)理念與思想的指導(dǎo)下，我們對智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實驗教學(xué)進行了深化改革，展開創(chuàng)新模式的探討[5]。

2完善實驗教學(xué)體系，堅實實驗教學(xué)基礎(chǔ)

我校智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)分四個實驗層次，由淺入深地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動手能力和創(chuàng)新能力。

它們分別為基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、工程應(yīng)用實踐、科學(xué)研究實驗。

基礎(chǔ)實驗包括基本元器件的認(rèn)知、基本實驗儀器的使用、基本操作技能的訓(xùn)練、重要原理的驗證、實驗數(shù)據(jù)的處理分析等，夯實學(xué)生的基礎(chǔ)理論，為后續(xù)的專業(yè)實驗和創(chuàng)新能力培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。我們以電路理論、模擬電路、數(shù)字電路為基礎(chǔ)，以電子工藝實習(xí)為平臺，設(shè)計制作小型實物型作品，如簡易數(shù)字表、機器貓、小收音機等。這些基礎(chǔ)實驗利于學(xué)生將基本理論與實際結(jié)合起來，提高學(xué)生對實驗的興趣，使學(xué)生有親手制作簡單電路的成就感。

專業(yè)實驗分為課堂實驗和課外實驗。課堂實驗包括教學(xué)內(nèi)容和一些擴展內(nèi)容。比如對檢測傳感器的性能、電機的驅(qū)動方式等進行實驗，讓學(xué)生把抽象理論落實到實際應(yīng)用環(huán)境中，促進學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握。同時，擴展實驗內(nèi)容，利用開放實驗室環(huán)境，學(xué)生小組在教師的指導(dǎo)下，在一學(xué)期內(nèi)完成一項設(shè)計作品。經(jīng)過選擇元器件、購買元器件、選擇電路、搭建電路、實驗結(jié)果比較整個過程，學(xué)生對工程應(yīng)用有較系統(tǒng)的了解，提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

對于工程應(yīng)用實踐，雖然專業(yè)實驗也已經(jīng)涉及到一些具體內(nèi)容，但這與真正走出校園不同。我們鼓勵學(xué)生在暑假期間實習(xí)，并專門組織大三和大四學(xué)生去公司實習(xí)，體驗社會工作氣氛，培養(yǎng)他們的團隊合作精神、社會責(zé)任感和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。

科學(xué)研究實驗是學(xué)生在工程應(yīng)用實踐基礎(chǔ)上參與教師科研課題、申請科研項目等，提高學(xué)習(xí)積極性和主動性，并進一步提高工程實踐能力和創(chuàng)新思維能力。

3開放式網(wǎng)絡(luò)化實驗教學(xué)提高自主學(xué)習(xí)能力

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實驗教學(xué)分為課堂和課外兩部分。課堂實驗主要在課上完成，課外實驗采用開放式網(wǎng)絡(luò)化管理，學(xué)生根據(jù)興趣愛好選擇一些開放式實驗，提高實踐能力。實驗室為學(xué)生創(chuàng)造了一個儀器設(shè)備先進、資源共享、開放服務(wù)的實驗教學(xué)環(huán)境，并提供了豐富的實驗教學(xué)資源，滿足學(xué)生的各種需求。網(wǎng)絡(luò)平臺為實驗室的開放式教學(xué)提供了良好保障，開放式實驗教學(xué)從以下幾個方面進行。

1) 實驗室實行開放式管理，學(xué)生可以網(wǎng)上預(yù)約，教師會處理學(xué)生的申請，為學(xué)生分配實驗室。教師在網(wǎng)絡(luò)平臺上提出實驗要求，并布置實驗作業(yè)，學(xué)生將實驗結(jié)果與報告提交到網(wǎng)絡(luò)平臺，由教師驗收，從而達(dá)到“教”與“學(xué)”的互動。

2) 為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)，教師已經(jīng)把實驗項目中的關(guān)鍵步驟和重點難題錄制成視頻文件，放在網(wǎng)絡(luò)平臺上，學(xué)生可以根據(jù)需要下載。學(xué)生進入實驗室前，可以從網(wǎng)絡(luò)平臺上了解實驗的整個過程，利于實驗的進行和自身素質(zhì)的提高。

3) 進入預(yù)約的實驗室后，學(xué)生根據(jù)課前的預(yù)習(xí)進行實驗。每個實驗室都有專人現(xiàn)場指導(dǎo)，幫助學(xué)生解決實驗中的問題，使學(xué)生更好地完成實驗。

4組建科研小組，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

組建專業(yè)科研小組，有針對性地對本科生的專業(yè)學(xué)習(xí)加以引導(dǎo)和幫助，可以調(diào)動學(xué)生的興趣和積極性，使學(xué)生學(xué)到更多的學(xué)科前沿知識，為將來的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。科研小組既有助于學(xué)生在“開放、自由、輕松”的環(huán)境中學(xué)有所得，學(xué)有所長，又可以幫助教師結(jié)合學(xué)生的實際情況深化教學(xué)改革，營造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。

科研小組的成立在學(xué)生中引起了熱烈反響。學(xué)生踴躍報名，通過查閱資料、實踐調(diào)研等方式確定科研課題，結(jié)合實驗室提供的設(shè)備進行實驗或驗證，最終印證自己的想法。最終學(xué)生以小組為單位，向教師和全體學(xué)生作專題報告，評比后給予一定獎勵。這種小組研究的教學(xué)方式能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)生獨立分析與思考的能力。

5舉辦機器人比賽，提高學(xué)生實際操作能力

機器人大賽是我校智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重點舉辦的一項比賽。實驗室中有參與比賽所必需的機器人，如舞蹈機器人、智能小車、足球機器人等。教師指導(dǎo)學(xué)生解決實際操作中的問題，學(xué)生也組成幫帶小組，甚至對新生進行培訓(xùn)。通過學(xué)校的選拔賽后，學(xué)生還有機會參加全國大學(xué)生機器人大賽，提高專業(yè)興趣和實踐能力。舉辦機器人大賽的優(yōu)點如下。

1) 幫助學(xué)生了解本專業(yè)的基本知識框架和專業(yè)方向，在培養(yǎng)學(xué)生運用基礎(chǔ)知識能力方面有很重要作用。

2) 在激發(fā)興趣和提高動手能力的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力及外文文獻閱讀理解能力，提高綜合應(yīng)用知識的能力，加強團隊協(xié)作。

第5篇

關(guān)鍵詞：機器人大腦；雙培計劃；聯(lián)合培養(yǎng)

1高水平人才交叉培養(yǎng)計劃實施背景

《北京市教育委員會關(guān)于印發(fā)北京高等學(xué)校高水平人才交叉培養(yǎng)計劃的通知》（京教高[2015]1號）提出共建高校雙方要根據(jù)經(jīng)濟社會發(fā)展急需人才所應(yīng)具有的知識、能力與素質(zhì)，聯(lián)合相關(guān)行業(yè)企業(yè)，共同制訂專業(yè)和方向的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建與之相匹配的專業(yè)培養(yǎng)計劃，包括專業(yè)核心課程體系、實踐能力培養(yǎng)體系和素質(zhì)提升體系，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、專業(yè)過硬、能力突出的高素質(zhì)人才。

北京科技大學(xué)、北京信息科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)“機器人大腦方向”雙培項目于2015年開始正式實施。目前主要采用“3+1”培養(yǎng)模式，即前3年在北京科技大學(xué)自動化學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)習(xí)，第4年在北京信息科技大學(xué)自動化學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)習(xí)并完成畢業(yè)論文。

2“機器人大腦方向”雙培方案的構(gòu)建

北京科技大學(xué)是教育部直屬的985、211大學(xué)，其智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在京為一本招生，而北京信息科技大學(xué)為北京市屬學(xué)校，其智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在京為二本招生。兩校要交叉聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生，需要充分考慮兩校的生源情況，在充分論證的基礎(chǔ)上制訂出相應(yīng)的培養(yǎng)方案。

2015年4―5月，北京信息科技大學(xué)與北京科技大學(xué)相關(guān)負(fù)責(zé)人先后進行兩次會談，就兩校智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的建設(shè)情況、雙培計劃的基本情況，“機器人大腦方向”教學(xué)計劃和培養(yǎng)方案交換了意見，形成了雙培計劃培養(yǎng)方案制訂的初步設(shè)想。兩校的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)具有相似的歷史淵源和專業(yè)方向，因此，在充分討論的基礎(chǔ)上，決定以兩校現(xiàn)有的教學(xué)計劃為基礎(chǔ)，按市教委雙培的要求修訂“機器人大腦方向”教學(xué)計劃和培養(yǎng)方案。兩校分工實施課程教學(xué)、實踐教學(xué)、學(xué)生指導(dǎo)、質(zhì)量評價、組織學(xué)生科技創(chuàng)新、學(xué)科競賽等工作。

2.1專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

具有堅實的數(shù)理基礎(chǔ)、信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識以及腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)的基礎(chǔ)知識，系統(tǒng)地掌握智能科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能與方法，受到初步科學(xué)研究和工程實現(xiàn)的訓(xùn)練，具備智能系統(tǒng)集成、智能技術(shù)應(yīng)用方面研究和開發(fā)的基本能力。同時具有全面的文化素質(zhì)、良好的知識結(jié)構(gòu)和較強的新環(huán)境適應(yīng)能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識，并具有良好的語言和計算機運用能力。本科畢業(yè)后能夠在研發(fā)部門、學(xué)科交叉研究機構(gòu)以及高校從事與智能科技相關(guān)領(lǐng)域的科研、開發(fā)、管理或教學(xué)工作，并可繼續(xù)攻讀智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以及相關(guān)學(xué)科和交叉學(xué)科的碩士和博士學(xué)位。

2.2專業(yè)課程體系

智能科學(xué)技術(shù)是一門研究智能現(xiàn)象的本質(zhì)與機理、智能模擬的方法與技術(shù)以及智能機器與智能系統(tǒng)應(yīng)用的新興學(xué)科，由腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、人工智能、信息科學(xué)技術(shù)等學(xué)科綜合交叉而成。圖1給出的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識體系，確定了課程設(shè)計的基本原則：智能應(yīng)用的過程中需要有信息學(xué)科中的計算機、通信、控制和檢測等方面技術(shù)的支撐；建立以計算機、通信、控制和檢測技術(shù)為工具，以智能機器人為載體，結(jié)合信息科學(xué)和智能科學(xué)理論基礎(chǔ)的課程體系。

為體現(xiàn)“機器人大腦”的專業(yè)方向與特色，課程體系中加強了腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)、腦機接口、軟件開發(fā)與應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等內(nèi)容。表1給出了智能科學(xué)與技術(shù)“機器人大腦方向”的專業(yè)課程體系，其課程體系模塊設(shè)計為計算機基礎(chǔ)、電路基礎(chǔ)、信息與控制基礎(chǔ)、機器智能、智能系統(tǒng)五大模塊。

“機器人大腦方向”專業(yè)核心課程確定為：電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信息論與編碼、信號處理、控制工程基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)、微機原理與應(yīng)用、腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)、人工智能基礎(chǔ)、機器人組成原理、計算智能基礎(chǔ)、智能機器人、機器學(xué)習(xí)等。

2.3專業(yè)實踐體系

按照工程認(rèn)證相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，建立了包括金工實習(xí)、電子工藝實習(xí)、各類課程設(shè)計與綜合實驗、工程認(rèn)識實習(xí)、專業(yè)實習(xí)（實踐）在內(nèi)的、完備的、面向工程需要的實踐教學(xué)體系，如圖2所示。

3“機器人大腦方向”雙培方案的實施

“機器人大腦方向”雙培計劃是北京地區(qū)高等教育綜合改革的試點，其目的在于推進北京地區(qū)高校之間的合作和優(yōu)質(zhì)教育資源的共享，提升北京高校辦學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。為此，兩校通力合作進行了有益的探索與實踐。

3.1學(xué)風(fēng)建設(shè)

北京信息科技大學(xué)為雙培學(xué)生配備了輔導(dǎo)員和班導(dǎo)師，班導(dǎo)師由學(xué)院主管教學(xué)的副院長承擔(dān)。在新生入學(xué)的第一個學(xué)期，班導(dǎo)師就從中學(xué)生到大學(xué)生的過渡、適應(yīng)大學(xué)高強度的學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)方式方法、班委改選、期中考試后的總結(jié)等方面對學(xué)生進行指導(dǎo)。學(xué)院組織學(xué)生集中晚自習(xí)，由班導(dǎo)師、輔導(dǎo)員檢查。同時班導(dǎo)師、輔導(dǎo)員經(jīng)常走訪宿舍，與同學(xué)談心，使他們明確目標(biāo)并養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

同時，學(xué)校通過微信，不定期與共建高校的教師、學(xué)生溝通，隨時掌握雙培學(xué)生的學(xué)習(xí)生活狀況，如自動化學(xué)院開通的心動傳媒公眾號，成為雙培學(xué)生母校情節(jié)的有效紐帶。

3.2學(xué)生活動情況

北京信息科技大學(xué)和北京科技大學(xué)充分利用本校的資源，要求雙培學(xué)生積極參加兩校的各類活動，以達(dá)到市屬學(xué)校和央屬學(xué)校聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生的目的。例如，北京信息科技大學(xué)2015年4月邀請雙培學(xué)生開展了師生黨建活動“奔跑的人工智能”研討會，組織專業(yè)引領(lǐng)型學(xué)科競賽――新生R Auto杯智能小車競速比賽。

由于北京信息科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在北京市為二本招生，而北京科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為一本招生，導(dǎo)致參加雙培計劃的同學(xué)與北京科技大學(xué)的同學(xué)在錄取分?jǐn)?shù)匕就存在差異，如北京生源的平均分?jǐn)?shù)相差88分，部分同學(xué)不適應(yīng)高強度的學(xué)習(xí)。經(jīng)過在北京科技大學(xué)半年的學(xué)習(xí)，雖然雙培計劃的學(xué)生入校時基礎(chǔ)較弱，但只要管理嚴(yán)格，也能跟上大部分一本學(xué)生的腳步。

第6篇

（1．南開大學(xué)計算機與控制工程學(xué)院，天津300071；2．天津市智能機器人技術(shù)重點實驗室，天津300071）

摘要：針對智能科學(xué)與技術(shù)新興本科專業(yè)建設(shè)過程中缺乏能夠突出專業(yè)特色，體現(xiàn)課程內(nèi)容連貫性的實驗教學(xué)問題，提出“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實驗教學(xué)內(nèi)容，介紹如何以引導(dǎo)學(xué)生通過分組協(xié)作的方式進行實驗，增強其對分布式部署的飛行與地面移動機器人系統(tǒng)的控制、通信、規(guī)劃、協(xié)調(diào)等相關(guān)技術(shù)的了解與掌握。

關(guān)鍵詞 ：智能科學(xué)與技術(shù)；特色實驗；機器人；空地一體化；多機器人協(xié)調(diào)控制

基金項目：南開大學(xué)2014年新專業(yè)建設(shè)立項項目；南開大學(xué)2014年本科重點教學(xué)改革項目。

第一作者簡介：王鴻鵬，男，副教授，研究方向為智能機器人技術(shù)，hpwang@nankai．edu．cn。

0 引言

“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)是一個新興的交叉學(xué)科專業(yè)，需要不斷完善專業(yè)建設(shè)和深化教學(xué)改革，既要注重加強學(xué)生的綜合素質(zhì)，也要注重培養(yǎng)學(xué)生的特色專業(yè)能力，從而將學(xué)生的跨學(xué)科知識轉(zhuǎn)化為綜合實踐創(chuàng)新能力。

我們所探討的智能化特色實驗教學(xué)，是通過建設(shè)分布式部署的飛行與地面移動機器人系統(tǒng)，構(gòu)建多機器人／多智能體協(xié)調(diào)控制實驗平臺，指導(dǎo)學(xué)生進行分組研發(fā)與實驗，將智能技術(shù)、智能工程等課程中所講授的人工智能、機器視覺、機器學(xué)習(xí)、智能計算、復(fù)雜系統(tǒng)控制等內(nèi)容納入到本實驗教學(xué)中，促進專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容之間的有效銜接，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究思維，提升技術(shù)研發(fā)能力。

1 智能化特色實驗的開設(shè)時機

南開大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)始建于2005年，首屆本科生于2010年畢業(yè)。在10年發(fā)展歷程中，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)借助于南開大學(xué)文理并重，基礎(chǔ)寬厚的學(xué)科優(yōu)勢，以及發(fā)展現(xiàn)代工學(xué)、突出應(yīng)用與創(chuàng)新的辦學(xué)特色，依托于計控學(xué)院自動化與智能科學(xué)系、機器人與信息自動化研究所、計算機科學(xué)與信息安全系等單位，在課程體系設(shè)計、教材建設(shè)、專業(yè)實踐等方面均取得了長足的進步，目前已培養(yǎng)出5個年級的具有光、機、電系統(tǒng)綜合知識、具備較強適應(yīng)能力、能夠在相應(yīng)領(lǐng)域從事科研、開發(fā)、管理工作的高級工程技術(shù)人才，學(xué)生畢業(yè)后去向較為理想。

在智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系方面，南開大學(xué)近年來將“智能技術(shù)”課程調(diào)整為“機器視覺”“機器智能”兩門專業(yè)必修課程，分別安排在二年級下學(xué)期與三年級上學(xué)期，在三年級下學(xué)期安排“智能工程”“機器人學(xué)導(dǎo)論”專業(yè)必修課程，以及“智能移動機器人導(dǎo)論”英文特色選修課程。

為加強學(xué)生實踐環(huán)節(jié)與擴大學(xué)校的國際交流，從2013年開始南開大學(xué)實行夏季小學(xué)期，我們所設(shè)計與開展的“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”實驗已納入到開設(shè)于大三夏季小學(xué)期的“智能專業(yè)實踐”特色課程中，在4周時間里集中進行。此時學(xué)生已經(jīng)掌握自動控制原理、現(xiàn)代控制論、計算機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等自動化、計算機相關(guān)課程與機器視覺、機器智能、智能工程、機器人學(xué)等智能專業(yè)特色課程知識，這些知識的學(xué)習(xí)與能力的訓(xùn)練為學(xué)生進行智能化特色實驗奠定了理論與實踐基礎(chǔ)。

“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”實驗?zāi)軌蛟鰪妼W(xué)生對分布式部署的飛行與地面移動機器人系統(tǒng)的控制、通信、規(guī)劃、協(xié)調(diào)等相關(guān)技術(shù)的了解與掌握。學(xué)生們可以將該實驗課程所掌握的技術(shù)進行延伸，既可以與“國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃（國創(chuàng)）”“本科生創(chuàng)新科研百項工程（百項）”等大學(xué)生創(chuàng)新項目與“華為杯中國大學(xué)生智能設(shè)計大賽”等智能專業(yè)特色競賽相結(jié)合，也可以在四年級繼續(xù)進行智能系統(tǒng)方面的本科畢業(yè)設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計與實現(xiàn)的熱情。

2 智能化特色實驗的內(nèi)容設(shè)置

“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實驗主要由飛行與地面移動機器人、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成。南開大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)利用2013年度新專業(yè)建設(shè)經(jīng)費采購了8臺地面移動機器人平臺，利用2014年度新專業(yè)建設(shè)經(jīng)費采購了14臺多旋翼無人機飛行實驗平臺，基本上構(gòu)建起一套能夠支持40名本科學(xué)生分組研發(fā)、聯(lián)合調(diào)試的綜合性實驗平臺。

本試驗中學(xué)生所要實現(xiàn)的協(xié)作機器人系統(tǒng)是由多個具有一定智能的自治機器人組成，機器人之間通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式實現(xiàn)相互間的協(xié)作以完成聯(lián)合探索與建圖等復(fù)雜的任務(wù)。學(xué)生首先實現(xiàn)單個飛行或地面移動機器人的飛行控制與視覺檢測，然后建立分布式多機器人系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，最后進行多機器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，如圖1所示。

我們建議在開展實驗時，每個機器人系統(tǒng)安排2名學(xué)生，分別負(fù)責(zé)飛行控制與視覺檢測；通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共安排2名學(xué)生進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與程序開發(fā)；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)安排2名學(xué)生進行算法設(shè)計與程序開發(fā)，該實驗平臺按照2個飛行機器人與2個地面移動機器人的最簡配置，可組織8名學(xué)生進行聯(lián)合實驗，更多的學(xué)生也可以通過增加機器人數(shù)量、各小組增加人數(shù)的方式參與到實驗教學(xué)中來。

2.1 飛行與地面移動機器人系統(tǒng)

移動機器人控制技術(shù)是智能專業(yè)本科生需要掌握的核心技術(shù)之一，本試驗所選用的移動機器人系統(tǒng)包括了多旋翼無人機實驗系統(tǒng)與輪式移動機器人實驗系統(tǒng)，每臺機器人均配備了網(wǎng)絡(luò)攝像機用于進行圖像采集與視覺伺服。在飛行機器人方面選用了DJIS1000型8旋翼無人機平臺與3DR-IRIS4型4旋翼無人機平臺，兩種平臺有側(cè)重，8旋翼無人機平臺上搭載了可控自穩(wěn)云臺與高能微單相機，主要引導(dǎo)學(xué)生進行視覺SLAM方面的實踐；4旋翼無人機平臺選用的是開源飛行控制系統(tǒng)，主要引導(dǎo)學(xué)生進行無人機飛行穩(wěn)定性控制方面的實踐。兩種無人機平臺均具備自主飛行與視頻圖像采集的能力。在地面移動機器人平臺方面，選用了QBot輪式移動機器人系統(tǒng)，學(xué)生可以基于MATLAB控制機器人和網(wǎng)絡(luò)攝像機。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

通信是各機器人之間進行交流和協(xié)作的基礎(chǔ)，本實驗采用基于無線局域網(wǎng)的多機器人通信平臺，學(xué)生應(yīng)設(shè)計基于TCP/IP協(xié)議簇的網(wǎng)絡(luò)模型，以Ad hoc方式組建基于移動自組網(wǎng)的多機器人通信網(wǎng)絡(luò)，進行聯(lián)合搜索與建圖。

2.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

本實驗采用分布式的在線規(guī)劃方法來進行多移動機器人的運動協(xié)調(diào)，實驗任務(wù)是多個機器人共同完成一個現(xiàn)場環(huán)境下的聯(lián)合搜索與建圖任務(wù)，學(xué)生實驗中要學(xué)習(xí)與體會多機器人體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、機器人自主定位、多機器人協(xié)調(diào)協(xié)作機制等技術(shù)，并通過編程方式加以實現(xiàn)。

3 特色實驗與課程體系的結(jié)合

智能化特色實驗教育的目的在于培養(yǎng)學(xué)生在智能系統(tǒng)設(shè)計與分析方面的能力，“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”實驗涉及學(xué)生在多門專業(yè)課程中所學(xué)習(xí)到的知識與技能。學(xué)生可以從自動控制原理、機器人學(xué)導(dǎo)論、智能移動機器人導(dǎo)論等課程中學(xué)習(xí)到對行或地面移動機器人的控制與編程；從機器視覺課程中可以學(xué)習(xí)到對機載網(wǎng)絡(luò)攝像機的應(yīng)用技術(shù)，包括攝像機標(biāo)定、圖像采集與分析、主動視覺技術(shù)等知識；從機器智能課程中可以學(xué)習(xí)到對機器人與環(huán)境知識的描述、空間搜索與路徑規(guī)劃、基于學(xué)習(xí)方法的視覺識別、多機器人協(xié)調(diào)控制等知識；從智能工程課程中可以學(xué)習(xí)到如何分布式復(fù)雜智能系統(tǒng)設(shè)計、研發(fā)中的相關(guān)技術(shù)問題。

4 結(jié)語

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的“智能專業(yè)實踐”課程采用大三小學(xué)期集中授課的方式，學(xué)生能夠利用4周時間通過分組研發(fā)，協(xié)作實驗的方式完成一個較大規(guī)模的綜合性實驗。我們所提出的“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實驗可以使學(xué)生們綜合運用在基礎(chǔ)性課程與特色專業(yè)課程中所學(xué)到的知識，根據(jù)個人興趣選擇開發(fā)模塊，共同實現(xiàn)一個分布式復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制任務(wù)。

設(shè)計與開展智能化特色實驗?zāi)軌蛲怀鲋悄軐I(yè)特色，促進專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容之間的有效銜接，今后我們將在所提出的“空地一體化多機器人協(xié)調(diào)控制”進行效果評估的基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)驗并進行示范，促進智能化特色實驗教育工作開展，深化教學(xué)改革與技術(shù)創(chuàng)新。

參考文獻：

[1]方勇純，劉景泰，南開大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)教學(xué)體系與實驗環(huán)境建設(shè)[J]計算機教育，2009 (11): 21-25．

[2]楊鵬，張建勛，劉冀偉，等．智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系和教材建設(shè)的思考[J]．計算機教育，2010(19)：11-14.

[3]許林．智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科實踐課程的建設(shè)[J]．計算機教育，2011(15): 120-123.

[4]許林．機器人課程在智能專業(yè)本科教學(xué)中的探索[J]計算機教育，2012(18): 78-81．

[5]許林，智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)實踐課程內(nèi)容設(shè)計[J]．計算機教育，2013(19): 76-79．

第7篇

兩個月前，我看到一則報道“硅谷趨勢：智能化應(yīng)用將再次改變世界”，硅谷科技精英的這一預(yù)見，又一次驗證了智能科學(xué)技術(shù)在科技進步中的引領(lǐng)地位和在社會經(jīng)濟發(fā)展中的支撐作用。上個月，我去了一趟硅谷，身臨其境，感受趨勢，更加引發(fā)了我對我國智能科學(xué)技術(shù)教育的思考。

智能科學(xué)技術(shù)作為信息科學(xué)技術(shù)的核心、前沿和制高點，是各種智能化應(yīng)用的關(guān)鍵。隨著智能化應(yīng)用時代的到來，加快我國智能科學(xué)技術(shù)教育事業(yè)的發(fā)展，培養(yǎng)大批高水平的智能科技人才，是國家智能化應(yīng)用發(fā)展戰(zhàn)略的必需，應(yīng)引起社會和高校的高度重視。

十余年來，中國人工智能學(xué)會教育工作委員會以其對我國智能科技人才培養(yǎng)的社會責(zé)任感，以倡導(dǎo)、協(xié)調(diào)、推進、創(chuàng)新我國智能科學(xué)技術(shù)教育為宗旨，在開創(chuàng)、引導(dǎo)、發(fā)展、繁榮我國智能科學(xué)技術(shù)教育事業(yè)的過程中作了大量的創(chuàng)造性工作，同時也打造出了一個面向我國智能科學(xué)技術(shù)教育的學(xué)術(shù)交流平臺——“全國智能科學(xué)技術(shù)教育暨教學(xué)研討會”。

在這個平臺上，全國各高校的智能科技工作者針對我國智能科學(xué)技術(shù)教育問題，相互交流專業(yè)建設(shè)和課程教學(xué)經(jīng)驗，共同探討核心課程和教學(xué)實驗體系，對我國智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)建設(shè)和學(xué)科發(fā)展中起到了積極的推動作用。

今年的會議，除正常的教育教學(xué)研討交流外，還有兩大事項需要大家共同推進：一是由中國人工智能學(xué)會主辦、學(xué)會教育工作委員會組織的“華為杯全國大學(xué)生智能設(shè)計競賽”；二是由中國人工智能學(xué)會教育工作委員會與清華大學(xué)出版社共同組織的“全國高等院校智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)系列規(guī)劃教材”建設(shè)。希望會議各項議程都能取得圓滿成功。

《計算機教育》雜志長期以來一直關(guān)注人工智能學(xué)科建設(shè)和發(fā)展，連續(xù)幾年以專刊的形式報道“全國智能科學(xué)技術(shù)教育暨教學(xué)研討會”成果，在此，衷心感謝《計算機教育》雜志社的熱情合作！

最后，感謝各位作者的大力支持！感謝北京信息科技大學(xué)的積極努力！愿我國智能科學(xué)技術(shù)教育的星星之火能隨全球智能化應(yīng)用時代的到來在全國成燎原之勢。

第8篇

關(guān)鍵詞：信息科學(xué)技術(shù)；智能科學(xué)技術(shù)；現(xiàn)代化；人才培養(yǎng)

無論人們是否已經(jīng)清醒地意識到，理論分析與社會實踐都已清楚表明，信息化走向智能化的時代已經(jīng)來臨。這就是為什么當(dāng)今社會如此頻繁地出現(xiàn)各種各樣的“智能”前綴：智能交通、智能電網(wǎng)、智能城市、智能農(nóng)業(yè)、智能建筑、智能儀器、智能計算、智能控制、智能機器人、智能通信、智能服務(wù)、智能防務(wù)、智能互聯(lián)網(wǎng)、智能物聯(lián)網(wǎng)、智能信息處理等。

那么，什么是信息化？什么是智能化？它們有什么聯(lián)系與區(qū)別？

信息化的基本任務(wù)，是利用信息技術(shù)向社會提供便捷的信息共享服務(wù)，智能化的基本任務(wù)，是在此基礎(chǔ)上利用智能技術(shù)，向社會提供智能化的生產(chǎn)方式、工作方式、服務(wù)方式、交流方式和生活方式。智能化是信息化發(fā)展的高級階段。毫無疑問，能否根據(jù)社會

的實際需求，不失時機地推進智能化，將直接影響我國現(xiàn)代化的進程。

高等學(xué)校應(yīng)當(dāng)建設(shè)和發(fā)展什么樣的學(xué)科和專業(yè)，需要考慮眾多因素，但最重要的是社會需求。筆者旨在闡明，盡管我國當(dāng)前面臨多元化的社會需求，但是其中最具本質(zhì)意義和關(guān)鍵地位的社會需求是信息化必須走向智能化。這是振興民族大業(yè)、建設(shè)小康社會、建設(shè)創(chuàng)新型國家、建設(shè)資源節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會、應(yīng)對全球氣候異常變化、保障可持續(xù)發(fā)展的根本舉措。為此，大力發(fā)展智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，努力建設(shè)研究生學(xué)科，精心培養(yǎng)各層次智能科學(xué)技術(shù)人才大軍，就成為我國高等學(xué)校的重要任務(wù)。

1信息化與智能化：基本內(nèi)涵及相互關(guān)系

簡要地說，信息化，就是在人類活動的各個可能領(lǐng)域充分利用信息技術(shù)來提高人類活動的質(zhì)量和效率的過程；而智能化，則是在此基礎(chǔ)上，進一步在人類活動的各個可能領(lǐng)域充分利用智能技術(shù)來提高人類活動的質(zhì)量、效率和創(chuàng)新能力的過程。

可見，為了準(zhǔn)確理解信息化與智能化的含義，需要了解“信息技術(shù)”和“智能技術(shù)”的概念，以及它們之間的聯(lián)系與差別。為此，我們有必要考察一下人類認(rèn)識問題和解決問題(也可以抽象為認(rèn)識世界和改造世界)這一典型活動的抽象模型[1]，如圖1所示。

該模型的含義是：為了處理現(xiàn)實世界的實際問題，人們必須首先通過自己的感覺器官獲取與問題相關(guān)的信息，并通過傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)把獲得的信息傳到思維器官，在這里使用古舊皮層對這些信息進行預(yù)處理，使信息更加便于利用；在此基礎(chǔ)上，通過新皮層把信息轉(zhuǎn)換為知識，并進而轉(zhuǎn)換為解決問題的智能策略，再通過傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)把智能策略傳到效應(yīng)器官，后者把智能策略轉(zhuǎn)換為智能行為，作用于面對的問題，使問題的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕哪繕?biāo)狀態(tài)。這就是人們認(rèn)識問題和解決問題的一個基本回合。

之所以說是一個基本回合，是因為獲得的信息可能不夠充分，導(dǎo)致生成的知識不夠完善，制定的策略不夠合理。因此，當(dāng)把這樣產(chǎn)生的智能行為作用于問題時，問題的狀態(tài)不一定能夠完全轉(zhuǎn)變到預(yù)期的目標(biāo)狀態(tài)。這時，就要把偏離目標(biāo)狀態(tài)的“誤差”作為新的信息，經(jīng)由感覺器官反饋到思維器官，通過學(xué)習(xí)來修正和優(yōu)化策略，以期更好地接近目標(biāo)。通常，這種“反饋―學(xué)習(xí)―優(yōu)化―控制”的過程可能要進行多次，逐次逼近預(yù)期目標(biāo)。也就是說，人類認(rèn)識問題和解決問題的過程是一個充滿反饋、學(xué)習(xí)和優(yōu)化的過程。

通過進一步的分析，我們還可以發(fā)現(xiàn)，從功能性質(zhì)上看，圖1所示的人類“認(rèn)識問題和解決問題”的過程，實際上包含相互聯(lián)系、相互作用而又相輔相成的兩個相繼階段，具體內(nèi)容如下。

1) 獲取信息的感覺器官和它的技術(shù)延長物傳感系統(tǒng)、傳遞信息的傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)和它的技術(shù)延長物通信系統(tǒng)以及處理信息的大腦古舊皮層和它的技術(shù)延長物計算系統(tǒng)，都是直接與“信息”打交道的器官和技術(shù)系統(tǒng)。

2) 生成知識和制定智能策略的大腦新皮層和它的技術(shù)延長物人工智能系統(tǒng)、其后傳遞智能策略的傳導(dǎo)神經(jīng)和它的技術(shù)延長物通信系統(tǒng)以及執(zhí)行智能策略的效應(yīng)器官和它的技術(shù)延長物控制系統(tǒng)則是與“知識和智能策略”打交道的器官和技術(shù)系統(tǒng)。

既然過程1)是與信息打交道的過程，因而就稱為“信息過程”；而過程2)是與知識和智能策略打交道的過程，因而就稱為“知識與智能過程”，后者也可以更簡潔地稱為“智能過程”。不過，“生成知識”的過程也可以看做是“理解信息”的過程，“制定策略”的過程則可以看做是“再生策略信息”的過程(策略可以看做是人類大腦再生出來的一種指示“如何解決問題”的高級信息)，而“傳遞和執(zhí)行策略”的過程也可以看做是“傳遞和執(zhí)行策略信息”的過程。因此，在這種意義之下，過程2)也可以稱為“信息過程”。為了體現(xiàn)這兩個信息過程之間的聯(lián)系與區(qū)別，過程1)可以稱為“基本信息過程”，過程2)則可以稱為“高級信息過程”。于是，技術(shù)范疇的傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計算技術(shù)就可以稱為“基本信息技術(shù)”，人工智能技術(shù)和控制技術(shù)就稱為“高級信息技術(shù)”。

這樣，人們就可以更確切地說，信息化，就是在人類活動的各個可能領(lǐng)域充分利用傳感、通信和計算這類“基本信息技術(shù)”，來提高人類活動的質(zhì)量和效率的過程；而智能化，則是在此基礎(chǔ)上，進一步在人類活動的各個領(lǐng)域充分利用智能和控制這類“高級信息技術(shù)”，來提高人類活動的質(zhì)量、效率和創(chuàng)新能力的過程。

頗為有趣的是，在圖1所示的模型中，如果只考慮通信系統(tǒng)的功能，這當(dāng)然就是“電信網(wǎng)絡(luò)(和電視網(wǎng)絡(luò))”的模型；在此基礎(chǔ)上，如果把計算系統(tǒng)的功能增加進來，它就演變成了“互聯(lián)網(wǎng)”的模型；進一步，如果再把傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能也增加進來，它就演變成了當(dāng)前人們正在熱切關(guān)注的“物聯(lián)網(wǎng)”模型。而如果再加上智能系統(tǒng)的功能，它就會演變成為“智能信息網(wǎng)絡(luò)”的模型。

顯而易見，物聯(lián)網(wǎng)和智能信息網(wǎng)絡(luò)的根本區(qū)別，就在于有沒有“智能”。也可以說，智能信息網(wǎng)絡(luò)就是智能化了的物聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)然，目前的物聯(lián)網(wǎng)還處在發(fā)展的起始階段，它的基本形態(tài)還只是互聯(lián)網(wǎng)與傳感系統(tǒng)的結(jié)合，連控制系統(tǒng)的作用也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有充分考慮，更不要說是智能信息網(wǎng)絡(luò)了。

值得注意的是，我國當(dāng)前階段的“信息化”，主要只利用了通信技術(shù)和計算技術(shù)，還沒有完全利用到全部的“基本信息技術(shù)”。只是到了最近，人們開始關(guān)注“物聯(lián)網(wǎng)”的時候，才把傳感技術(shù)與通信技術(shù)和計算技術(shù)聯(lián)系起來。

所以，基于通信技術(shù)和計算技術(shù)的“信息化”的主要作用，是利用通信的傳遞能力和計算技術(shù)的處理能力，為社會提供便捷的信息共享服務(wù)，使社會的各種供需關(guān)系得到及時的溝通。人們在獲得這些供需信息后，就可以調(diào)整自己的產(chǎn)品方向和生產(chǎn)計劃，提高社會整體的運行效率。但是，產(chǎn)品方向和生產(chǎn)計劃的調(diào)整都需要通過人類管理者和勞動者自己的實踐來實現(xiàn)，基本信息技術(shù)本身對此無能為力。

原因很顯然，信息所表現(xiàn)的是事物的現(xiàn)象，只告訴“是什么(What)”；知識所反映的則是事物的本質(zhì)，可以告訴“為什么(Why)”；智能所體現(xiàn)的才是解決問題的策略，因此可以告訴“怎樣做(How)”。僅僅利用通信和計算技術(shù)的“信息化”工具，不能直接改變生產(chǎn)過程本身，因此就只有依靠人類工作者自己來實際調(diào)整產(chǎn)品方向和生產(chǎn)規(guī)模。

發(fā)展到“物聯(lián)網(wǎng)”階段以后，網(wǎng)絡(luò)中的信息比互聯(lián)網(wǎng)的信息更豐富了，因為在原有的“人類輸入的信息”基礎(chǔ)上，增加了不計其數(shù)的“物”的信息。不過，如果物聯(lián)網(wǎng)沒有智能技術(shù)和控制技術(shù)的支持，它的功能仍然還是“信息共享”，只不過信息的來源更加豐富了而已。

然而，采用智能技術(shù)之后，由于生產(chǎn)工具自身具有相應(yīng)的知識和智能，它就不僅可以根據(jù)供需信息自主調(diào)整產(chǎn)品方向和生產(chǎn)計劃，還可以自主地改善生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加新的產(chǎn)品品種，來適應(yīng)社會需求，甚至可以預(yù)測社會需求的走向，創(chuàng)造全新的產(chǎn)品，引領(lǐng)社會的需求。

馬克思曾經(jīng)預(yù)言，隨著大工業(yè)的充分發(fā)展，勞動者不再是生產(chǎn)流程的一個環(huán)節(jié)，而是站在生產(chǎn)流程的旁邊，對生產(chǎn)流程進行監(jiān)督和管理。我們知道，農(nóng)業(yè)時代的人力工具和工業(yè)時代的動力工具都不可能實現(xiàn)馬克思所預(yù)見的社會生產(chǎn)方式，基于通信與計算技術(shù)的信息化工具和沒有智能技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)工具也不可能實現(xiàn)馬克思所預(yù)見的社會生產(chǎn)方式。這是因為，農(nóng)業(yè)時代的生產(chǎn)工具(人力工具)、工業(yè)時代的生產(chǎn)工具(動力工具)以及信息化階段的生產(chǎn)工具(基本信息技術(shù)工具)不具備智能，勞動者不得不成為“生產(chǎn)流程的一個環(huán)節(jié)”，只有智能化的生產(chǎn)工具，才有可能使勞動者“不再成為生產(chǎn)流程的一個環(huán)節(jié)”，從而能夠“站在生產(chǎn)流程的旁邊對生產(chǎn)流程進行管理和監(jiān)督”，使馬克思預(yù)言的社會生產(chǎn)方式變?yōu)檎嬲默F(xiàn)實[2]。

可見，智能化的生產(chǎn)工具可以使社會生產(chǎn)方式得到根本的改變：由被動跟蹤的生產(chǎn)變?yōu)橹鲃右I(lǐng)的生產(chǎn)，由人力承擔(dān)的生產(chǎn)變?yōu)闄C器自主的生產(chǎn)，使勞動者可以站在生產(chǎn)流程的旁邊，對生產(chǎn)流程進行管理和監(jiān)督。這就是“由工業(yè)時代的社會生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變到了智能時代的社會生產(chǎn)方式”。顯然，這種轉(zhuǎn)變將使社會勞動生產(chǎn)力水平得到質(zhì)的提高。

這就是信息化、智能化以及它們的聯(lián)系與區(qū)別。

2信息化走向智能化：社會需求與歷史必然

信息化必須走向智能化，這是人類社會追求進步的內(nèi)在和固有要求。反之，如果信息化不能適時地走向智能化，社會的進步就會延緩甚至停頓下來。

根據(jù)“科學(xué)技術(shù)擬人律”的啟示[3]，信息化走向智能化這種內(nèi)在和固有的要求可以從人類自身的進化過程中得到直接啟發(fā)。

考察人類進化的歷史就知道，當(dāng)人類的感覺器官、傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)、人腦古舊皮層系統(tǒng)和效應(yīng)器官的功能發(fā)展起來之后，人腦新皮層功能的強化就成了人類整體能力進化的焦點；可以看出，只有完成了新皮層功能的強化，人類才進化成了完全意義上的現(xiàn)代人類。反之，如果沒有新皮層功能的強化，人類的進化就可能依舊停留在“猿猴”階段，不能成為真正的現(xiàn)代人類。

與此相應(yīng)，當(dāng)今時代，傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計算技術(shù)、控制技術(shù)都獲得了長足進步。因此，智能技術(shù)的強化就成了整個技術(shù)能力進步的焦點。同樣，只有當(dāng)智能技術(shù)發(fā)展起來，人類的智力能力才能得到有效的擴展。反之，如果智能技術(shù)不能獲得充分的發(fā)展和應(yīng)用，信息技術(shù)就會停留在“信息共享”這個初級的發(fā)展階段。

因此，為了適應(yīng)社會不斷發(fā)展的需要，為了不斷改善人們生存的條件，信息化必須走向智能化。只有這樣，人類“認(rèn)識世界和改造世界”的活動才能得到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的全面支持，人類的充分解放才能成為現(xiàn)實。

事實上，人們可以舉出無數(shù)的事例來說明信息化為什么必須走向智能化，以及如果信息化不走向智能化就不能真正解決問題的原因。不過，限于篇幅，這里只能擇要略述一二。

1) 例1：物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用。

如上所述，目前人們所研究的物聯(lián)網(wǎng)，其實只是增加了傳感器的互聯(lián)網(wǎng)而已，不要說還沒有考慮智能技術(shù)的作用，就連控制技術(shù)的因素也考慮得很不充分。可是，沒有智能技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)又有什么意義呢？一般來說，智能技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中至少有如下幾個重要作用：第一，不同傳感器獲得的信息之間的智能融合；第二，把這樣得到的形式化信息轉(zhuǎn)換為“能夠顯示內(nèi)容和價值因素”的信息(稱為“全信息”)；第三，從這些信息中提煉相應(yīng)的知識；第四，以這些知識為基礎(chǔ)，在目標(biāo)的引導(dǎo)下生成解決問題的智能策略。

試想，如果得不到“正確融合起來的信息”，也得不到能夠顯示內(nèi)容和價值因素的“全信息”，得不到相應(yīng)的“知識”，也得不到解決問題的“智能策略”。一句話，如果沒有智能技術(shù)的支持，這樣的網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)能夠發(fā)揮多大作用呢？

可見，物聯(lián)網(wǎng)的研究與應(yīng)用必須由“基本信息技術(shù)”的層次進入到“智能技術(shù)”(高級信息技術(shù))的層次。舍此，不可能解決問題。

2) 例2：轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式。

轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的核心是“轉(zhuǎn)變社會生產(chǎn)方式”，其中一個最受關(guān)注的問題是“節(jié)能減排”，即節(jié)約能源消耗和減少廢棄物排放。考察當(dāng)前的社會生產(chǎn)，主流的生產(chǎn)方式是工業(yè)時代遺留下來的產(chǎn)物。工業(yè)時代生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的通用理念是“按照最惡劣條件下的資源需求來提供高倍資源備份，以保證在任何條件下生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)運轉(zhuǎn)”。正是基于這個理念，導(dǎo)致了所有工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的“資源高投入”：材料的高投入、能源的高投入、人力的高投入、資金的高投入。“高投入”則導(dǎo)致“高排放”和“高污染”。所以，“三高”是工業(yè)時代生產(chǎn)方式固有的本質(zhì)特征。

怎樣才能轉(zhuǎn)變以“三高”為本質(zhì)特征的工業(yè)時代生產(chǎn)方式呢？

肯定的回答是：僅僅運用信息技術(shù)不足以解決問題，必須在此基礎(chǔ)上運用智能技術(shù)，也就是“高級信息技術(shù)”(即圖1所示的全部技術(shù))才能達(dá)到目的。

道理很明顯，要想真正轉(zhuǎn)變以“三高”為特征的工業(yè)時代生產(chǎn)方式，必須從這種生產(chǎn)方式的初始源頭――設(shè)計理念――進行徹底變革。這就是用“智能設(shè)計”的理念取代原有的“以高投入保障可靠生產(chǎn)”的設(shè)計理念。只有設(shè)計理念革新了，才能從源頭上消除“三高”，達(dá)到節(jié)能減排和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的目的。

智能設(shè)計的理念是：通過智能技術(shù)的“自主學(xué)習(xí)與自主優(yōu)化”策略，使生產(chǎn)系統(tǒng)的資源投入和產(chǎn)品產(chǎn)出實現(xiàn)動態(tài)的優(yōu)化配置，從而消除“高倍資源備份”。可見，沒有智能技術(shù)的應(yīng)用，就不可能從源頭上轉(zhuǎn)變以“三高”為特征的工業(yè)時代生產(chǎn)方式。

總之，只有智能技術(shù)的普遍應(yīng)用(即“智能化”)，才能使“物聯(lián)網(wǎng)”走向智能化，發(fā)揮應(yīng)有的作用；只有智能技術(shù)的普遍應(yīng)用，才能使工業(yè)時代遺留下來的社會生產(chǎn)方式得到根本轉(zhuǎn)變；同樣，也只有智能技術(shù)的普遍應(yīng)用，才能使整個國民經(jīng)濟、社會文明、大眾民生和國家安全獲得蓬勃的發(fā)展，朝著21世紀(jì)意義下的現(xiàn)代化目標(biāo)不斷前進。

需要特別指出的是，物聯(lián)網(wǎng)的智能化也好，經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變也好，應(yīng)對全球氣候異常變化也好，維護世界和平與國家安全也好，種種跡象都表明，“審時度勢，把信息化推向智能化”已經(jīng)是擺在我國人民和世界人民面前的緊迫任務(wù)。

3智能化人才大軍：特有的素質(zhì)

為了推進智能化，需要在各個領(lǐng)域大力發(fā)展和普遍應(yīng)用智能科學(xué)技術(shù)。但是，人是社會生產(chǎn)力的第一要素。發(fā)展和應(yīng)用智能科學(xué)技術(shù)，需要一支規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理、訓(xùn)練有素的智能科學(xué)技術(shù)人才大軍。

所謂“規(guī)模宏大”，主要是指智能科學(xué)技術(shù)人才大軍在數(shù)量上要能適應(yīng)國民經(jīng)濟、社會文明、大眾民生、國家安全智能化的規(guī)模要求。智能無處不需，智能化是全社會的需要，不是個別領(lǐng)域、個別部門和個別地區(qū)的需求。因此，規(guī)模必然相當(dāng)宏大。

所謂“結(jié)構(gòu)合理”，主要是指培養(yǎng)這支人才大軍的教育系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有博士、碩士、學(xué)士的合理層次結(jié)構(gòu)。智能科學(xué)技術(shù)是新興的、快速發(fā)展的，而且體現(xiàn)了當(dāng)代最先進、最復(fù)雜、最前沿的科學(xué)技術(shù)，沒有這樣一支結(jié)構(gòu)合理的人才大軍，就不可能適應(yīng)智能化的需求。

所謂“訓(xùn)練有素”，主要是指國家應(yīng)當(dāng)設(shè)置面向智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科和專業(yè)的高等學(xué)校人才培養(yǎng)的專門體系，按照智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)培養(yǎng)與訓(xùn)練，而不宜由其他學(xué)科的培養(yǎng)體系來代行兼顧。

圖1的模型表明，在學(xué)科關(guān)系上，智能科學(xué)與技術(shù)的前端與計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科相銜接，后端則通過信息與通信工程學(xué)科和控制科學(xué)與工程學(xué)科相溝通。其中，計算機學(xué)科定位于“信息處理”；它輸出的是經(jīng)過處理便于應(yīng)用的信息，正好提供給智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科，支持“生成知識”，并在此基礎(chǔ)上“制定策略”；后者通過信息與通信工程學(xué)科的“策略傳遞”功能傳遞給控制科學(xué)與工程，支持“策略執(zhí)行”。可見，它們的功能定位分別是“信息處理”、“知識生成與策略制定”、“策略傳遞”和“策略執(zhí)行”，它們各就各位，各司其職，互相銜接，互相合作，形成和諧的流程，但不能互相取代。

那么，智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才大軍應(yīng)當(dāng)具備怎樣的整體素質(zhì)呢？

由于篇幅所限，這里不可能細(xì)致地展開討論。考慮到我國目前已經(jīng)有眾多學(xué)校制訂了詳盡的智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的人才培養(yǎng)計劃，這里將著重指出：除了其他科學(xué)技術(shù)學(xué)科人才必須具備的共性素質(zhì)之外，智能科學(xué)技術(shù)學(xué)科人才大軍應(yīng)具備的特殊素質(zhì)。

3.1智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的特殊知識結(jié)構(gòu)

眾所周知，智能是由信息資源加工出來的最高級產(chǎn)物。因此，智能科學(xué)技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)的核心、前沿和制高點，智能也是人類一切能力的最高級體現(xiàn)。因此，智能科學(xué)技術(shù)也是生命科學(xué)技術(shù)最為精彩的篇章。因此，智能科學(xué)技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)與生命科學(xué)技術(shù)兩者的交叉學(xué)科，應(yīng)當(dāng)按照這樣的學(xué)科性質(zhì)設(shè)計學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)。

基于這樣的特點，智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)(課程設(shè)置)應(yīng)當(dāng)形成如下最基本的連貫的標(biāo)志性核心知識體系。

第一學(xué)期，智能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論(人文基礎(chǔ))。

第二學(xué)期，智能科學(xué)史與科學(xué)方法論(人文基礎(chǔ))。

第三學(xué)期，腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)(專業(yè)基礎(chǔ))。

第四學(xué)期，智能數(shù)學(xué)(數(shù)理邏輯與模糊邏輯)(專業(yè)基礎(chǔ))。

第五學(xué)期，機器智能通論(核心課程)。

第六學(xué)期，機器學(xué)習(xí)(核心課程)。

第七學(xué)期，智能機器人(應(yīng)用基礎(chǔ))。

第一學(xué)期必須開設(shè)“導(dǎo)論”。這是因為新生剛從中學(xué)走進大學(xué)，需要通過“導(dǎo)論”引導(dǎo)學(xué)生快速了解什么是智能科學(xué)與技術(shù)，為什么要學(xué)習(xí)它，它的發(fā)展前景是什么，它對經(jīng)濟發(fā)展與社會進步的意義是什么，它的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)是什么，它與相鄰學(xué)科的關(guān)系是什么，怎樣才能學(xué)好智能科學(xué)與技術(shù)(包括大學(xué)與中學(xué)的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)規(guī)律有何異同)。

第二學(xué)期必須開設(shè)“方法論”。這是因為新的正確的方法論對于理解和發(fā)展智能科學(xué)與技術(shù)具有特別重要的意義，而傳統(tǒng)科學(xué)方法論會妨礙學(xué)生理解和把握智能科學(xué)與技術(shù)。“工欲善其事，必先利其器”，方法論的教育必須走在前頭。

第三學(xué)期必須開設(shè)“腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)”。這是因為人工智能的最佳原型就是大腦結(jié)構(gòu)及其支持的認(rèn)知能力。沒有這個基礎(chǔ)，我們培養(yǎng)的人才大軍就會基礎(chǔ)淺薄，缺乏創(chuàng)新的功力，他們在智能科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的道路上就走不遠(yuǎn)。所以，要在二年級一開始就學(xué)好這個基礎(chǔ)。

第四學(xué)期必須開設(shè)“智能數(shù)學(xué)”。學(xué)生要著重學(xué)好集合論、數(shù)理邏輯、模糊邏輯和算法理論，這是智能科學(xué)與技術(shù)對數(shù)學(xué)知識的特殊需要，也是學(xué)習(xí)后續(xù)課程必須具備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。必須在第四學(xué)期完成這個準(zhǔn)備。

第五學(xué)期必須開設(shè)“機器智能”。這是本專業(yè)的核心課程。考慮到歷史上“人工智能”與“計算智能”和“行為智能”長期處于鼎足三分的狀態(tài)，而事實上，只有它們?nèi)呓Y(jié)合在一起，才能覆蓋基本的智能技術(shù)，因此需要設(shè)置統(tǒng)一闡述這個“三位一體”的新的課程，稱之為“機器智能”。

第六學(xué)期必須開設(shè)“機器學(xué)習(xí)”。這是因為上述三種智能技術(shù)的共同要害都是“學(xué)習(xí)”，因此有必要開設(shè)“機器學(xué)習(xí)”來深化智能的核心技術(shù)。

第七學(xué)期應(yīng)當(dāng)開設(shè)“智能機器人”。這是因為智能機器人是智能技術(shù)實際應(yīng)用的最典型和最普遍形態(tài)，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生在進入畢業(yè)設(shè)計之前對智能機器人做“解剖麻雀”式的學(xué)習(xí)和掌握。

其他課程的設(shè)置可以、也完全應(yīng)該結(jié)合各個學(xué)校的特點自行選擇。

還要強調(diào)的是，整個培養(yǎng)過程要努力貫徹理論與實踐相結(jié)合、已有進展與存在問題相依托、啟發(fā)式和教學(xué)雙方互動等原則，使學(xué)生不僅高度熱愛本專業(yè)，而且具備很強的創(chuàng)新精神和實踐能力。

3.2智能科學(xué)技術(shù)學(xué)科研究生的知識結(jié)構(gòu)

同樣，由于篇幅所限，這里僅指出：鑒于智能科學(xué)與技術(shù)的內(nèi)涵非常豐富，應(yīng)用又無處不在，智能科學(xué)與技術(shù)研究生一級學(xué)科不宜按照應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)置二級學(xué)科。分析表明，按照學(xué)科的層次結(jié)構(gòu)設(shè)置如下三個二級學(xué)科比較適宜。

1) 智能理論。

2) 智能技術(shù)。

3) 智能應(yīng)用。

當(dāng)然，這些二級學(xué)科名稱的具體表述方法還有待繼續(xù)論證和優(yōu)化。

4結(jié)語

今天，無數(shù)的事實(智能A、智能B……智能Z)告訴我們，社會對于“智能”的需求已經(jīng)不止是母腹中躁動的嬰兒，也已經(jīng)不止是大海平面上依稀可見的航船桅桿，而是已如初升的太陽普照大地，如大潮的奔涌席卷四方。

面對時代的召喚和社會的需求，高等學(xué)校的教育和科研工作者義不容辭，責(zé)無旁貸。讓我們一起努力，共同推進智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)和研究生學(xué)科的建設(shè)，為我國和世界智能科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作出無愧于時代、無愧于華夏學(xué)人的積極貢獻！

參考文獻：

[1] 鐘義信. 機器知行學(xué)原理[M]. 北京:科學(xué)出版社,2007:3.

[2] 鐘義信. 社會動力學(xué)與信息化理論[M]. 廣州:廣東教育出版社,2007:114-115.

[3] 鐘義信. 信息科學(xué)原理[M]. 北京:北京郵電大學(xué)出版社,2002:6.

Great Call of the Time for Talents Troop of Intelligence Science and Technology

ZHONG Yixin

(Department of Intellgence Science, Beijing University of Posts & Telecommunications, Beijing 100876, China)

第9篇

關(guān)鍵詞：智能科學(xué)；情感計算；感性工學(xué)；機器人；教材

中途分類號：G642　文獻標(biāo)識碼：B

1　引言

人工情感(Artificial Emotion)是利用信息科學(xué)的手段對人類情感過程進行模擬、識別和理解，使機器能夠產(chǎn)生類人情感，并與人類進行自然和諧人機交互的研究領(lǐng)域。1981年就有人開始研究人工情感問題，但是直到1990年以后它才開始逐漸引起人們的關(guān)注，特別是近幾年，對人工情感的研究越來越受到人們的重視。1995年，美國MIT媒體實驗室的R，Picard教授提出了“情感計算(Affective Computing)”的概念，并于1997年正式出版了專著《Affective Computing》。情感計算研究就是試圖創(chuàng)建一種能感知、識別和理解人的情感，并能針對人的情感做出智能、靈敏、友好反應(yīng)的計算機系統(tǒng)。日本學(xué)者Nagamachi提出了“感性工學(xué)(Kansei Engineering)”的新術(shù)語，并展開了以消費者為導(dǎo)向的新產(chǎn)品開發(fā)研究。2000年，北京科技大學(xué)的王志良教授提出了“人工心理(Artificial Psychology)”的理論，并于2007年出版了《人工心理》專著。

心理學(xué)家認(rèn)為，人工情感是在人工智能理論框架下的一個質(zhì)的進步，這充分表明了新世紀(jì)人工科學(xué)的多學(xué)科交叉研究，彼此互為影響的特點。人工情感必將為計算機的未來應(yīng)用展現(xiàn)一種全新的方向。

2　學(xué)術(shù)科研背景

人工情感作為人工智能的擴展研究，已經(jīng)在應(yīng)用方面取得了許多進展(主要是在美國、日本和歐盟國家)。但是，由于情緒心理學(xué)理論方法的多樣性，導(dǎo)致人工情感理論與研究方法都不十分成熟，使得應(yīng)用技術(shù)受到了很大影響。

綜合國際上關(guān)于人工情感專題研討與論述，我們將人工情感研究領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)歸納如下：

(1)情緒心理學(xué)理論的多樣性，導(dǎo)致人工情感理論方法的不一致，以至于很難找到適用于信息科學(xué)的人工情感的統(tǒng)一理論方法。

(2)目前幾乎還沒有符合人類情感規(guī)律并適于機器實現(xiàn)的人工情感自動生成模型；

(3)在智能推理過程中，如何考慮情感影響的因素，實現(xiàn)真正意義上的擬人推理過程。

(4)目前還沒有為人工情感研究者提供完善服務(wù)的計算機仿真平臺及情感計算庫。

(5)語音情感信息處理技術(shù)和表情識別技術(shù)的不成熟，成為制約人工情感與和諧人機交互技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

(6)如何實現(xiàn)多模態(tài)情感信息融合、識別與理解，實現(xiàn)自然和諧的人機交互平臺環(huán)境。

(7)人工情感的研究成果如何與成熟的人機交互平臺相結(jié)合。

(8)如何驗證機器情感的正確性是人工情感研究面臨的圖靈測試問題。

(9)如何從人工情緒(Artificial Emotion)走向仿真情緒(simulating Emotion)、工程情緒(Engineering Emotion)，進而找到重大應(yīng)用突破點，這將是一個亟待解決的問題。

針對這一學(xué)科前沿的源頭問題，進行創(chuàng)新性研究，解決普遍認(rèn)為是人工情感的幾個困難問題，是我們未來研究面臨的主要挑戰(zhàn)，也是我們的機遇。

3　現(xiàn)實面臨的問題

2003年，北京大學(xué)智能科學(xué)系率先提出成立“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)，主要從事機器感知、智能機器人、智能信息處理等交叉學(xué)科的研究和教學(xué)。并于2004年在國內(nèi)開始招生。隨后的幾年里，全國多所重點院校都成立了自己的“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)，并擁有了相關(guān)的碩士點、博士點以及博士后流動站。

隨著本科生、碩士生和博士生以及從事智能科學(xué)研究人員隊伍的不斷壯大，使得教材建設(shè)的問題逐漸凸顯。“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)作為最年輕也最有發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)科，還沒有自己專業(yè)系列教材，許多高校的教材大都采用計算機類、通訊類的課程，而這些教材大都處在“知識結(jié)構(gòu)老化，更新緩慢”的狀態(tài)，已經(jīng)不能適應(yīng)該學(xué)科的發(fā)展，成為制約學(xué)科建設(shè)和教學(xué)水平提高的重要因素。教材是基本教學(xué)內(nèi)容的載體，好的教材可以在教學(xué)方法上提供相應(yīng)的參考，不僅為教學(xué)提供依據(jù)，還會助推本學(xué)科不斷完善，學(xué)生培養(yǎng)體系的逐漸規(guī)范。因此，建設(shè)新教材，使之盡快與國際接軌，已成為亟待解決的重大問題。

2007年開始，北京科技大學(xué)招收智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生，該專業(yè)的本科生將在2009年下半年進入專業(yè)課階段學(xué)習(xí)，專業(yè)教材的建設(shè)問題已迫在眉睫。我們通過跟蹤調(diào)查北京科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生、研究生的教育基礎(chǔ)、教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)需求，結(jié)合兄弟院校的專業(yè)教學(xué)情況，深入分析我國現(xiàn)代化建設(shè)的人才需求和本學(xué)科的自身發(fā)展、結(jié)構(gòu)特點，系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外在“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)教學(xué)改革和實踐中取得的成果和共識，進行了《人工情感》教材的編寫。

作為知識的載體，教材是按照一定的教育目標(biāo)和教學(xué)規(guī)律組織起來的科學(xué)知識系統(tǒng)。從教材的構(gòu)思到教材的最終出版，一般科學(xué)的方法總共需要經(jīng)歷如下幾個步驟，如圖1所示：

(1)教材構(gòu)思、大綱制定：這一階段主要是集思廣益，根據(jù)教材所面對的受眾群體，大概劃定教材所要包含的內(nèi)容，反復(fù)討論并修改大綱，根據(jù)教材內(nèi)容劃分章節(jié)，制定章節(jié)標(biāo)題。

(2)拓展思路、廣搜資料：這一階段主要是組織參編人員搜集第一手資料，整理素材，逐漸使材料規(guī)范化、書面化。

(3)分工明確、力求完善：這一階段要組織好參編人員，做到各司其職，各負(fù)其責(zé)，把各人負(fù)責(zé)的章節(jié)按照事先的規(guī)劃，將理論知識、應(yīng)用實例、習(xí)題及答案補充完整。

(4)精益求精、查漏補缺：把已經(jīng)初步完成的教材送給相關(guān)教師及同學(xué)，讓他們以初學(xué)者的身份，以局外人的眼光反復(fù)閱讀，提出意見。經(jīng)過反復(fù)修改，書稿基本成型，添加上必要的前沿、提要和縮略語。

(5)課堂實踐、反復(fù)審校：初步形成的教材講義，必須要經(jīng)過課堂教學(xué)的不斷實踐，并根據(jù)教學(xué)心得和課堂反饋意見反復(fù)修改。最后，拿給出版社審校，幾經(jīng)修改方可出版。

4　教材規(guī)劃與內(nèi)容安排

依據(jù)上述思路，自2003年起，結(jié)合我校研究生課程“人工心理和情感計算”的教學(xué)實踐，在研究生講義的基礎(chǔ)上，我們著手“人工情感”研究生教材的資料收集、整理以及章節(jié)、內(nèi)容安排，目前，該教材的終稿已交付并將在機械工業(yè)出版社出版。通過多年的教學(xué)實踐，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)狀及教學(xué)效果，不斷調(diào)整教材內(nèi)容，以“適應(yīng)性、實用性”為宗旨，定位于普通高校智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)研究生學(xué)生，以素質(zhì)教育為需求，注重培養(yǎng)學(xué)生科研及創(chuàng)新能力， 提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

全書共分為9章：

第1章較詳細(xì)地介紹了情緒心理學(xué)、情緒生理學(xué)、情緒社會學(xué)的基本理論及相關(guān)研究歷程，總結(jié)了腦科學(xué)研究在情感計算中的作用及色彩與心理學(xué)之間的相互關(guān)系。

第2章介紹了情緒的空間描述及維度化理論，總結(jié)了幾種比較典型的情緒維度空間理論及國外科研工作者提出的人類情感數(shù)學(xué)模型。

第3章闡述了用數(shù)學(xué)方法描述情緒的重要性，給出了幾種典型的人工情感建模方法，展示了情感建模的發(fā)展?fàn)顩r及前沿研究。

第4章結(jié)合實際應(yīng)用，介紹了幾種情感建模方法，并給出了應(yīng)用實例，有助于學(xué)習(xí)者理論聯(lián)系實際，對人工情感的研究與發(fā)展樹立起明確的目標(biāo)。

第5章結(jié)合現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育發(fā)展?fàn)顩r，提出了把遠(yuǎn)程學(xué)員的情感數(shù)字化方法，建立起情感模型，并應(yīng)用到遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，取得了不錯的效果。

第6章主要講述了人臉識別系統(tǒng)的構(gòu)成、實現(xiàn)方法，是一個應(yīng)用性很強的人臉識別設(shè)計范例。

第7章詳細(xì)介紹了表情識別系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)，詳細(xì)講解了特征點定位、提取方法以及基于SVM的表情分類器的設(shè)計。

第8章主要講述了網(wǎng)絡(luò)游戲中的情感數(shù)字化，闡述了人工情感在游戲設(shè)計中的應(yīng)用。

第9章詳細(xì)介紹了情感機器人的發(fā)展?fàn)顩r、設(shè)計及實現(xiàn)方法，并對人工情感在智能機器人的應(yīng)用作了相應(yīng)的闡述。

本教材在寫法上盡量做到深入淺出、通俗易懂、簡潔明了，編寫過程中遵守了以下三點原則：

(1)全面性與計劃性相結(jié)合

人工情感理論和應(yīng)用研究，還是一個嶄新領(lǐng)域，還有很多疑難問題沒有解決，發(fā)展得不夠成熟，所以在編寫教材的過程中，我們盡量做到知識的全面性，從基礎(chǔ)理論到熱門方向的研究，都作了較為詳細(xì)的介紹。同時，也考慮到系列教材的出版，在內(nèi)容安排上，兼顧其他教材，做到統(tǒng)籌安排。

(2)基礎(chǔ)知識與專業(yè)技術(shù)相結(jié)合

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生執(zhí)行的是工科學(xué)生的培養(yǎng)計劃，在心理學(xué)基礎(chǔ)理論方面比較欠缺，因此本教材前四章以拋磚引玉的方式介紹了有關(guān)心理學(xué)、腦科學(xué)、計算數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識，并在后面幾章中結(jié)合工科學(xué)生的專業(yè)技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用實例展開內(nèi)容。

(3)理論知識與實踐相結(jié)合

本教材在內(nèi)容安排上注重理論與實際應(yīng)用并重的原則，在理論闡述的基礎(chǔ)上，對相關(guān)研究進行了應(yīng)用舉例，對初學(xué)者或者初涉此領(lǐng)域的研究者，都能起到很好的引導(dǎo)和啟發(fā)作用，增強了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動力，提高了他們的學(xué)習(xí)興趣。

5　教學(xué)并舉與科研相濟

教材講義已于2008年12月交付機械工業(yè)出版社，雖然目前還未出版，但教材的初稿已多次作為我校研究生“人工心理與情感計算”課程的講稿，學(xué)生使用后普遍反映良好，認(rèn)為教材充分體現(xiàn)了學(xué)科交叉的特點，融合了心理學(xué)、信息科學(xué)和智能科學(xué)的相關(guān)理論、算法思想和應(yīng)用實例，并進行了相應(yīng)的概括歸納，以簡潔實用的方式呈現(xiàn)給讀者，具有易讀、易懂性，而且實例豐富，非常實用，并且就講義中存在的問題，提出了寶貴的意見。

在完成了本版教材的編寫工作的基礎(chǔ)上，為達(dá)到教學(xué)并舉，科研相濟，經(jīng)過多年的努力，我們已經(jīng)建立了系列情感機器人系統(tǒng)實驗平臺(前文詳細(xì)介紹)，如圖2情感機器人系統(tǒng)實驗平臺外形。這是一個多模態(tài)信息融合的實驗平臺，具有視頻獲取、聲源定位、多路觸摸傳感、熱釋電感應(yīng)及觸摸屏選擇等多通道輸入，可以通過語音、動作、光電、圖片等形式表達(dá)感情。該情感機器人采用開放式平臺，能夠為學(xué)生提供多種人工情感理論和模型的驗證實驗。圖3為該情感機器人的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

6　展望未來

“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)在國內(nèi)才剛剛起步，是一個全新的學(xué)科，各個學(xué)校都有自己的特色。目前來看，在學(xué)科建設(shè)方面制定一個普適的方案是不現(xiàn)實的。而特色課程恰恰是新學(xué)科區(qū)別與相關(guān)學(xué)科的重要標(biāo)志，也是各個大學(xué)百花齊放的陣地。

第10篇

關(guān)鍵詞：信息觀；系統(tǒng)觀；生態(tài)觀；機制觀；信息轉(zhuǎn)換方法論

0 引言

智能科學(xué)是信息科學(xué)的制高點。從物質(zhì)科學(xué)演進到信息與智能科學(xué)，研究的對象發(fā)生巨變，因此研究的理念和方法也必須隨之改變，這是不言自明的道理。然而，由于科學(xué)觀與方法論的抽象性（無形性），這種不言自明的道理卻往往在實踐中被人們視而不見。

我們對信息與智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史稍加考察就可以發(fā)現(xiàn)，由于科學(xué)觀與方法論具有抽象性或無形性特點以及人類的思維習(xí)慣存在惰性，數(shù)十年來信息與智能科學(xué)技術(shù)的研究依然沿用傳統(tǒng)的科學(xué)觀和方法論，由此導(dǎo)致一系列重大的學(xué)術(shù)研究失準(zhǔn)，在客觀上延緩了信息與智能科學(xué)的發(fā)展進程。

在半個多世紀(jì)的科學(xué)研究實踐中，筆者曾經(jīng)在這方面反復(fù)經(jīng)歷失敗與成功，有過正反兩個方面的經(jīng)驗和教訓(xùn)，最終深切地感悟到：科學(xué)觀與方法論問題對于信息與智能科學(xué)領(lǐng)域的研究與教育具有特別重要的意義。于是，筆者常常不由自主地思考和總結(jié)信息與智能科學(xué)領(lǐng)域中的科學(xué)觀與方法論問題，得到一些初步的領(lǐng)悟，愿在此與讀者共享并歡迎批評指正。

1 傳統(tǒng)的科學(xué)觀與方法論

有什么樣的研究對象，就需要有與之相適應(yīng)的研究方法，而方法論又源于科學(xué)觀。換言之，有什么樣的科學(xué)觀，就會形成什么樣的方法論，科學(xué)觀和方法論是指引人們從事科學(xué)研究的世界觀和方法論。

傳統(tǒng)自然科學(xué)的研究對象是物質(zhì)系統(tǒng)和能量系統(tǒng)。物質(zhì)觀和能量觀便天然地成為傳統(tǒng)自然科學(xué)的科學(xué)觀，而對復(fù)雜物質(zhì)和能量系統(tǒng)實行分而治之、各個擊破、合成還原則成為傳統(tǒng)自然科學(xué)行之有效的方法論。

近幾百年來，面對越來越多的復(fù)雜物質(zhì)系統(tǒng)和能量系統(tǒng)，傳統(tǒng)自然科學(xué)的科學(xué)觀和方法論指導(dǎo)全球研究大軍頻繁出擊，戰(zhàn)無不勝，攻無不克，所向披靡，為近代自然科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與繁榮建立了歷史性的卓越功勛。

2 傳統(tǒng)科學(xué)觀與方法論對信息領(lǐng)域科學(xué)研究的誤導(dǎo)

傳統(tǒng)科學(xué)觀和方法論雖然在近代科學(xué)實踐中屢試不爽，但是在一類新的研究對象面前卻產(chǎn)生了一系列相當(dāng)嚴(yán)重的誤導(dǎo)作用。這類新的研究對象就是以信息為主導(dǎo)特征的復(fù)雜信息系統(tǒng)，而智能科學(xué)就是研究這類系統(tǒng)的代表性學(xué)科。

2.1 誤導(dǎo)案例之一：探究思維奧秘

一個最為明顯的誤導(dǎo)例證就是關(guān)于人類大腦思維奧秘的探究。按照傳統(tǒng)的物質(zhì)觀和能量觀，人類大腦系統(tǒng)是一個復(fù)雜的物質(zhì)系統(tǒng)，也是一個復(fù)雜的能量系統(tǒng)；為了探索大腦思維的奧秘，。應(yīng)當(dāng)對它實行分而治之、各個擊破、合成還原的研究。于是，研究者對人類大腦實行各種各樣的解剖研究，試圖查明大腦各個解剖單元的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量關(guān)系，從而解開人類大腦思維的秘密。

令研究者大失所望的是，盡管通過解剖研究可以查明大腦各個局部組織的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量關(guān)系，但是對于大腦為什么能夠思維以及大腦怎樣進行思維這樣一些基本問題，仍然始終摸不著頭腦并且一籌莫展。

百戰(zhàn)百勝的傳統(tǒng)方法論出現(xiàn)了什么問題？原來，盡管大腦是復(fù)雜的物質(zhì)系統(tǒng)，也是復(fù)雜的能量系統(tǒng)，但它的本質(zhì)是以信息及其轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)特征的復(fù)雜信息系統(tǒng)。研究者按照傳統(tǒng)科學(xué)方法論將大腦這個復(fù)雜信息系統(tǒng)分解為相對簡單的解剖單元（分系統(tǒng)）時，就丟失了各個分系統(tǒng)之間相互聯(lián)系和相互作用的信息，而這些相互聯(lián)系和相互作用的信息正是復(fù)雜信息系統(tǒng)的生命線。舍棄了生命線，當(dāng)然就不可能通過各個分系統(tǒng)的合成還原“能夠思維”的大腦。

2.2 誤導(dǎo)案例之二：Shannon信息論

另一個非常基本的誤導(dǎo)案例是關(guān)于信息概念和理論的研究。按照正常的理解，人們處理和利用的任何信息都是形式、內(nèi)容和效用的三位一體：形式只是信息的外表，效用是信息的價值，內(nèi)容才是信息的內(nèi)核。人們根據(jù)信息的形式感知它是否存在，根據(jù)信息的效用確定對它的取舍，根據(jù)信息的內(nèi)容達(dá)成對它的理解。如果只感知信息的形式而不了解它的內(nèi)容和價值，就無法據(jù)此做出正確的決策。

然而，在分而治之方法論的指導(dǎo)下，Shannon信息論僅僅根據(jù)通信過程的要求（而不是根據(jù)信息運動全部過程的要求），就針對信息的形式（而不考慮信息的內(nèi)容和價值）建立了后人所稱的信息理論。實際上，正如Shannon自己所說，它只是通信的數(shù)學(xué)理論（mathematical theory ofcommunication），而不是完全的信息理論。

這種誤導(dǎo)的結(jié)果使Shannon信息論雖然在通信等統(tǒng)計領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，但對于整個信息科學(xué)（特別是對于其中的智能科學(xué)）領(lǐng)域而言卻難以有所作為。現(xiàn)今人們對于信息的煩惱便是網(wǎng)絡(luò)上信息的魚龍混雜，良莠難分，而Shannon信息論對此卻不能提供任何有效的解決方法，原因就在于它只是關(guān)于信息形式的統(tǒng)計理論，完全沒有考慮信息的內(nèi)容與效用。同樣，Shannon信息論對于智能科學(xué)的研究難有作為，這都是傳統(tǒng)科學(xué)方法論誤導(dǎo)信息研究所造成的結(jié)果。

2.3 誤導(dǎo)案例之三：智能模擬的方法

還有一個同樣基本的誤導(dǎo)案例是關(guān)于人類智能的機器模擬（人工智能）問題。按照分而治之的傳統(tǒng)科學(xué)方法論，人工智能研究者認(rèn)為：人類智能系統(tǒng)可以分解為結(jié)構(gòu)、功能、行為3個基本層面，因而可以分別從結(jié)構(gòu)、功能、行為3個不同的角度對人類智能進行模擬。于是，基于結(jié)構(gòu)模擬的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究、基于功能模擬的物理符號系統(tǒng)研究、基于行為模擬的感知動作系統(tǒng)研究隨之出現(xiàn)，成為人工智能研究的3大主流方法。

這樣引發(fā)的問題是，雖然3種研究方法都具有相同的研究目標(biāo)，即希望成功地在機器上模擬人類的智能，并且各自都取得了不少令人鼓舞的研究成果，但是人們卻不知如何才能把三者集成起來并形成和諧的合力，以便更好地促進人工智能研究的進步。

事實上，長久以來，3種方法不僅沒有能夠形成和諧的合力，反而偶有互相否定、互相激烈抨擊的事件發(fā)生，終于形成三足鼎立的不和諧局面，這種狀態(tài)顯然很不利于人工智能研究的整體發(fā)展，這也是分而治之方法論誤導(dǎo)所產(chǎn)生的不良后果。

2.4 誤導(dǎo)案例之四：人工智能的理論模型

更為典型的誤導(dǎo)案例是人工智能的理論模型。常理告訴我們，意識是智能的直接基礎(chǔ)。如果一個人連意識的能力都沒有，他怎么可能具有智能呢？同樣的常理告訴我們，人的智能有兩個基本方面：情感與理智。如果一個人沒有情感，他怎么可能具有完整的智能呢？而且，意識、情感、理智是相互聯(lián)系、相互作用、密不可分的三位一體。

然而，按照分而治之的傳統(tǒng)科學(xué)方法論，人工智能理論的研究硬是把意識和情感因素從智能的研究領(lǐng)域中排除出來。于是，人工智能理論一方面長期回避對意識的研究，另一方面又忽視對情感的探索，最終變成一個既不完整又不真實的人工智能理論模型。分而治之傳統(tǒng)科學(xué)方法論導(dǎo)致人們不能深入和完整地理解人工智能。

總之，面對以信息及其轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)特征的開放復(fù)雜信息系統(tǒng)（智能系統(tǒng)是這類系統(tǒng)的典型代表）的研究，基于物質(zhì)觀和能量觀的分而治之方法論不但不再有效，而且還會產(chǎn)生許多后果相當(dāng)嚴(yán)重的誤導(dǎo)。

3 開放復(fù)雜信息系統(tǒng)需要的科學(xué)觀與方法論

正反兩方面的研究實踐啟示我們，以智能系統(tǒng)為代表的開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的研究，不能照搬我們原先所熟悉的傳統(tǒng)科學(xué)觀和方法論，而是迫切需要全新的科學(xué)觀和方法論。經(jīng)過長期的實踐和探究，我們認(rèn)為開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的科學(xué)觀包括以下4個基本觀念。

1）信息觀。

既然貫穿開放復(fù)雜信息系統(tǒng)全局的主導(dǎo)因素是信息和信息運動過程，那么開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的研究首先就必須遵循信息觀，即研究的關(guān)注點必須聚焦于系統(tǒng)的信息和信息運動過程，而不應(yīng)當(dāng)只盯著系統(tǒng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量關(guān)系。

2）系統(tǒng)觀。

開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的研究必須遵循明確的系統(tǒng)觀：一方面，人們所關(guān)注的信息應(yīng)當(dāng)是形式、內(nèi)容、價值三位一體內(nèi)涵完整的信息，而不是僅考慮形式因素的信息；另一方面，信息運動的時空過程必須保持完整性，人們不能只關(guān)注信息傳遞這樣一個局部的過程，也不能只關(guān)注理智這樣一個局部的方面。

3）生態(tài)觀。

開放復(fù)雜信息系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一種“活的系統(tǒng)”，因此人們必須遵循清晰的生態(tài)觀，也就是說必須把開放復(fù)雜信息系統(tǒng)中信息運動過程的來龍（本體論信息）去脈（知識、基礎(chǔ)意識、情感、理智、智能策略和智能行為）作為一個有序的生態(tài)過程進行一體化的研究，而不應(yīng)當(dāng)把信息、知識、智能看作一個各行其是的拼盤。

4）機制觀。

既然開放復(fù)雜信息系統(tǒng)是一類生態(tài)系統(tǒng)，對它的研究就必須遵循機制觀，即必須把關(guān)注點放在信息如何生成知識與如何生成智能的生成機制（即生長規(guī)律）上，而不應(yīng)當(dāng)把關(guān)注點放在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為上。這是因為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都是為實現(xiàn)生長機制而服務(wù)，行為則是系統(tǒng)機制實現(xiàn)的外顯結(jié)果。

總之，信息觀可以呈現(xiàn)開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的生命脈絡(luò)；系統(tǒng)觀可以抓住開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的信息全局特征；生態(tài)觀可以把握開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的有機聯(lián)系；機制觀可以理解開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的生成規(guī)律，它們構(gòu)成了開放復(fù)雜信息系統(tǒng)科學(xué)觀的四位一體。

那么，開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的科學(xué)研究方法論是什么呢？一般而言，有什么樣的科學(xué)觀就會形成什么樣的方法論。科學(xué)觀是認(rèn)識所研究對象的基本觀念，方法論是體現(xiàn)基本觀念的研究方法，因此任何一種科學(xué)研究方法論都可以（而且應(yīng)當(dāng)）從科學(xué)觀中自然引申出來。

根據(jù)這個基本原理，研究以智能系統(tǒng)為代表的開放復(fù)雜信息系統(tǒng)的科學(xué)方法論就可以表述為：遵循信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀和機制觀的根本原則，考察信息資源（本體論信息）生成相關(guān)產(chǎn)品的生態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律。具體地說，就是要系統(tǒng)地（系統(tǒng)觀）、聯(lián)系地（生態(tài)觀）、深刻地（機制觀）考察本體論信息（信息觀）生成認(rèn)識論信息：知識和智能的規(guī)律，或者更簡潔地說就是要系統(tǒng)地、聯(lián)系地、深刻地考察信息轉(zhuǎn)換的規(guī)律。：總之，信息轉(zhuǎn)換是針對一切開放復(fù)雜信息系統(tǒng)研究都適用的科學(xué)方法論。

4 新的科學(xué)觀方法論和研究成果

20世紀(jì)80年代以來，筆者逐漸領(lǐng)悟到信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀、機制觀四位一體的科學(xué)觀和信息轉(zhuǎn)換方法論，并將其用于指導(dǎo)自己的信息科學(xué)和人工智能基礎(chǔ)理論研究，獲得了如下一些重要的創(chuàng)新成果。由于篇幅所限，筆者敘述從簡。

4.1 全信息理論

傳統(tǒng)方法論令Shannon信息論存在嚴(yán)重局限。我們根據(jù)新科學(xué)觀提出語法信息、語義信息、語用信息三位一體的全信息概念，其中，語法信息用“肯定度”參數(shù)表征，用概率論和模糊集合理論描述；語義信息用“邏輯真實度”參數(shù)表征，用模糊邏輯理論描述；語用信息用“效用度”參數(shù)表征，用模糊集合理論描述。

這樣，原先各自獨立發(fā)展起來的信息獲取（檢測與識別）、信息傳遞（通信與存儲）、信息處理（計算）、信息認(rèn)知和信息決策（人工智能）、信息執(zhí)行（控制）就得到了統(tǒng)一的描述和處理，形成了完整統(tǒng)一的信息科學(xué)理論。

4.2 本體論信息到全信息轉(zhuǎn)換：第一類信息轉(zhuǎn)換原理

根據(jù)新方法論，我們發(fā)現(xiàn)并闡明了圖1所示

的由本體論信息到全信息的轉(zhuǎn)換原理（又稱第一信息轉(zhuǎn)換原理），證明全信息理論不僅在理論上合理，而且在技術(shù)上可行。

圖1表明，人們利用傳感系統(tǒng)可以把本體論信息映射為相應(yīng)的語法信息，利用語法信息可以從知識庫檢索l出（或者通過與目標(biāo)進行相關(guān)運算計算出）與之相對應(yīng)的語用信息，通過對語法信息和語用信息的邏輯運算可以演繹出語義信息。所有這些操作都在技術(shù)上可行。

4.3 知識的外生態(tài)學(xué)理論

知識在信息和智能科學(xué)中扮演著極其重要的角色，但是在分而治之傳統(tǒng)方法論的影響下，知識被孤立地分割出來，在人工智能理論研究中沒有得到應(yīng)有的重視。在新科學(xué)觀和方法論指導(dǎo)下，我們發(fā)現(xiàn)知識并不是一種孤立和靜止的研究對象；恰恰相反，它是一個極其活躍的生態(tài)學(xué)系統(tǒng)。

一方面，知識不斷由認(rèn)識論信息的歸納而來；另一方面，知識又在系統(tǒng)目標(biāo)的制導(dǎo)下通過演繹的方法向智能生長而去。換言之，“信息_÷知識_智能”轉(zhuǎn)換是知識的外部生態(tài)系統(tǒng)。這一發(fā)現(xiàn)的意義不僅揭示了知識的生成機制，而且揭示了智能的生成機制，直接導(dǎo)致新的人工智能模擬方法問世。

4.4 信息一知識轉(zhuǎn)換：第二類信息轉(zhuǎn)換原理

知識外生態(tài)學(xué)原理表明：知識由全信息轉(zhuǎn)換而來。信息是現(xiàn)象，知識是大量相關(guān)現(xiàn)象所蘊含的共同本質(zhì)，因此實現(xiàn)由全信息到知識的轉(zhuǎn)換算法，原則上是歸納型算法。由大量信息現(xiàn)象到知識本質(zhì)的歸納過程是由量變到質(zhì)變的過程，也稱為“涌現(xiàn)”過程。這是知識外生態(tài)學(xué)提供的一項重要啟發(fā)。

4.5 智能的共性核心生成機制

知識外生態(tài)學(xué)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)不僅揭示了知識的生成規(guī)律（第二類信息轉(zhuǎn)換原理），而且還啟迪了智能的共性核心生成機制：信息知識智能的轉(zhuǎn)換。具體來說就是在任何情形下，智能的核心生成機制都是由信息（關(guān)于問題的信息、關(guān)于問題求解目標(biāo)的信息、關(guān)于先驗知識的信息）到知識（求解問題所需要的專門知識）再到（求解問題的）智能策略的轉(zhuǎn)換，顯然，這是一切智能（包括人類智能和人工智能）的共性核心生成機制。

4.6 人工智能的機制模擬方法

受到智能共性核心生成機制的重要啟發(fā)，我們提出人工智能的新的模擬方法，這就是機制模擬方法：信息_知識-÷智能的轉(zhuǎn)換，這是區(qū)別于已有的結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬方法的全新方法。

眾所周知，系統(tǒng)的生成機制統(tǒng)管系統(tǒng)全局，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都為生成機制服務(wù)，而行為則是機制實現(xiàn)所產(chǎn)生的結(jié)果，因此人工智能的機制模擬方法比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬方法具有更深刻和更本質(zhì)的意義。

4.7 知識的內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)

運用新的科學(xué)觀和方法論，我們又發(fā)現(xiàn)了知識的內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)：知識內(nèi)部不是如鐵板一樣凝固的對象，而是一個充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)；認(rèn)識論信息（全信息）首先生長成為欠成熟的經(jīng)驗知識，接著后者通過驗證和完善生長成為成熟的規(guī)范知識，經(jīng)驗知識和規(guī)范知識又進一步凝聚成為超成熟的常識知識。簡而言之，經(jīng)驗知識規(guī)范知識常識知識是知識的內(nèi)生態(tài)學(xué)系統(tǒng)。知識內(nèi)生態(tài)學(xué)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致人工智能3大主流方法的統(tǒng)一。

4.8 人工智能的統(tǒng)一理論

人工智能的結(jié)構(gòu)模擬方法（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，后來發(fā)展成為計算智能）利用的是訓(xùn)練得到的經(jīng)驗知識；功能模擬方法（物理符號系統(tǒng)，后來收縮成為專家系統(tǒng)）利用的是人工輸入的規(guī)范知識；行為模擬方法（感知動作系統(tǒng)，后來發(fā)展成為機器人）利用的是人工輸入的常識知識。知識的內(nèi)生態(tài)學(xué)系統(tǒng)表明，經(jīng)驗知識、規(guī)范知識、常識知識是知識的3個相生（而不是相克）狀態(tài)，因此原先鼎足三分的人工智能3大主流方法在機制模擬方法的框架內(nèi)也呈現(xiàn)出相生關(guān)系，達(dá)到了和諧的統(tǒng)一。這顯然是人工智能理論研究的重要進展。

4.9 全信息—智能轉(zhuǎn)換：第三類信息轉(zhuǎn)換原理

第一類信息轉(zhuǎn)換原理是信息內(nèi)部轉(zhuǎn)換的原理，即由本體論信息到認(rèn)識論信息（全信息）的轉(zhuǎn)換；第二類信息轉(zhuǎn)換原理是由全信息到知識的轉(zhuǎn)換；第三類信息轉(zhuǎn)換則是全信息向基礎(chǔ)意識、情感和理智的轉(zhuǎn)換。

我們運用新的科學(xué)觀和方法論后發(fā)現(xiàn)：基礎(chǔ)意識的生成機制是在全信息的激勵下啟動，在本能知識和常識知識支持下展開，在系統(tǒng)目標(biāo)導(dǎo)控下實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換；情感的生成機制是在全信息的激勵下啟動，在本能知識、常識知識和經(jīng)驗知識支持下展開，在系統(tǒng)目標(biāo)導(dǎo)控下實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換；理智的生成機制是在全信息的激勵下啟動，在本能知識、常識知識、經(jīng)驗知識和規(guī)范知識支持下展開，在系統(tǒng)目標(biāo)導(dǎo)控下實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換。與全信息一知識轉(zhuǎn)換過程類似，這些轉(zhuǎn)換也存在量變到質(zhì)變（涌現(xiàn)）的過程。

4.10 高等人工智能原理

受到傳統(tǒng)方法論的影響，現(xiàn)有人工智能理論的智能模型是一種既不完整又不真實的模型。基于上面所述的第一、第二、第三類信息轉(zhuǎn)換原理，我們提出圖2所示的高等人工智能理論的研究模型，圖中的符號G表示系統(tǒng)的目標(biāo)；K1表示本能知識和常識知識的集合；K2表示本能知識、常識知識和經(jīng)驗知識的集合；K3表示本能知識、常識知識、經(jīng)驗知識和規(guī)范知識的集合；K4表示本能知識、常識知識、經(jīng)驗知識、規(guī)范知識和決策藝術(shù)知識的集合。

從圖2中可以看出，高等人工智能系統(tǒng)直接面向開放的外部世界，后者不斷產(chǎn)生各種事物的本體論信息；感知系統(tǒng)（而不是簡單的傳感系統(tǒng)）按照第一類信息轉(zhuǎn)換原理把本體論信息轉(zhuǎn)換成為認(rèn)識論信息（全信息）；認(rèn)知系統(tǒng)按照第二類信息轉(zhuǎn)換原理把全信息轉(zhuǎn)換成為知識；基礎(chǔ)意識、情感和理智系統(tǒng)則分別在知識K1、K2、K3支持并在目標(biāo)G導(dǎo)控下完成第三類信息轉(zhuǎn)換，把全信息分別轉(zhuǎn)換成為基礎(chǔ)意識、情感和理智；決策系統(tǒng)則在知識K4支持并在目標(biāo)G導(dǎo)控下把情感表達(dá)和理智表達(dá)綜合成為解決問題的智能策略；執(zhí)行系統(tǒng)把智能策略轉(zhuǎn)換成為智能行為，反作用于外部世界。

如果智能行為產(chǎn)生的結(jié)果與目標(biāo)一致或可以接受，這種策略就作為一種正確的知識補充到知識庫；如果智能行為產(chǎn)生的結(jié)果與目標(biāo)之間存在比較明顯的誤差，那么這個誤差就成為一種新的信息反饋到感知系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)后續(xù)處理，補充知識，優(yōu)化策略，使新的智能行為產(chǎn)生更好的結(jié)果，如此循環(huán)往復(fù)，直到滿意為止。這是一個完整而真實的人工智能模型，對于人工智能未來的發(fā)展具有重要意義。

5 結(jié)語

研究不同的對象，需要有不同的科學(xué)觀和方法論。基于物質(zhì)觀和能量觀的分而治之、各個擊破、合成還原方法論曾經(jīng)指導(dǎo)人們在物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域取得過歷史性的輝煌成就，但是在以信息和信息轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)特征的開放復(fù)雜信息系統(tǒng)這類研究對象面前卻顯露出嚴(yán)重的缺陷。

第11篇

人工智能模擬仿真算法危機

1引言

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是用于研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的科學(xué)技術(shù)。“人工智能”的提起最早大致是在19世紀(jì)中葉的Dartmouth學(xué)會上被提出來的。它是計算機科學(xué)、信息科學(xué)、電子技術(shù)學(xué)、語言科學(xué)等多個學(xué)科互相影響促進而發(fā)展起來的一門綜合類的學(xué)科。從計算機科學(xué)的角度出發(fā)，人工智能是研究如何制造智能或智能化的機器來仿真人類智能活動的，以模擬人們智能的科學(xué)系統(tǒng)。目前，人類社會已處于信息時代，也可以說是信息爆炸的時代。

人類的科學(xué)演變已從單一的“數(shù)值計算”發(fā)展到系統(tǒng)的“邏輯計算”。人類正在將信息工程學(xué)逐步提入到計算機系統(tǒng)中，從而出現(xiàn)了“信息管理”“和“信息交換”等科學(xué)的迫切需求。而加速擴大“信息處理”層面來說，現(xiàn)有的計算機的處理數(shù)據(jù)能力是匹配不了的，缺少領(lǐng)域?qū)I(yè)“智能”。這樣的“計算機科學(xué)”已無法適應(yīng)信息科學(xué)的發(fā)展需求。全球的信息科學(xué)正在逐步形成，Al作為現(xiàn)代信息科學(xué)發(fā)展的核心。從古至今人們對提及智能相關(guān)的問題就很感興趣，只不過在計算機沒有發(fā)明之前，沒有任何高科技輔助工具能解開智能的奧秘。

2“數(shù)據(jù)處理”與“知識處理”

巨大的信息處理能力是計算機技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的巨大動力。計算機可以輔助人們?nèi)轿坏慕馕隹茖W(xué)未知智能領(lǐng)域，信息處理的發(fā)展大致分為兩個重要階段：

（1）數(shù)值計算階段，大量文件數(shù)據(jù)處理和管理。這些都有明確算法和科學(xué)的管理方法，這個層面中的顯著特征是“數(shù)據(jù)處理分析”階段。體顯出對眾多學(xué)科領(lǐng)域?qū)W術(shù)發(fā)展的積極促進作用，逾越了許多的計算領(lǐng)域界限，使原本許多不可解決的問題迎刃而解。

（2）邏輯與符號處理實質(zhì)階段，這就必須讓計算機具有超強的處理分析能力。在這一階段的主要研究是對知識數(shù)據(jù)的處理過程，實現(xiàn)了這些Al就基本呈現(xiàn)在眼前了。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是不斷探索未知領(lǐng)域的漫長過程，也是孕育而生新算法智能工具的過程。探索未知的科學(xué)領(lǐng)域需要智能的輔助工具，這就使人類對未知科學(xué)領(lǐng)域探索的腳步越來越快。

3人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）地質(zhì)勘探、石油化工等領(lǐng)域是人工智能的主要發(fā)展使用領(lǐng)域。1978年美國斯坦福國際研究所會議中曾經(jīng)討論研發(fā)后來制成了礦產(chǎn)勘探開采系統(tǒng)（PROSPECTOR），該系統(tǒng)主要用于勘探礦產(chǎn)、分析種類以及礦產(chǎn)容量等，是工程領(lǐng)域依靠人工智能的一個典型案例。

（2）人工智能和專家系統(tǒng)理論和技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。形成醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)，他具有極大的科學(xué)及經(jīng)濟價值，醫(yī)生診斷復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問題集中使用都靠它來解決。人工智能促進醫(yī)學(xué)發(fā)展方面起著重要作用，并應(yīng)用于多個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)階段發(fā)展趨于完善。

4計算機及人工智能的發(fā)展方向

計算機的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1946年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，現(xiàn)有計算機的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計算機發(fā)展的領(lǐng)域，新型計算機的研發(fā)應(yīng)運而生。未來量子、光子和分子計算機將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的語言表達(dá)能力，使計算機走進人工智能時代。

現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)每天都在飛速發(fā)展，人工智能的發(fā)展空間領(lǐng)域越來越大。但從目前的一些尖端的科學(xué)領(lǐng)域的研究可以看出，人工智能未來的發(fā)展可能會向更高層次的科學(xué)領(lǐng)域深入人工智能的發(fā)展作為一種高輔技術(shù)實現(xiàn)與人類智能對接是現(xiàn)代社會發(fā)展的高效催化劑，人工智能科學(xué)整體性的研究探索可以說才剛剛起步，但是它的迷人魅力會促使科學(xué)家們前仆后繼的投入到研究探索的工作當(dāng)中去。相信人工智能領(lǐng)域研究開發(fā)會離我們的期望目的越來越近。

5結(jié)語

計算機的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)處于第五代的研發(fā)當(dāng)中，其中最核心技術(shù)便是人工智能，可以說，人工智能的研究一旦取得突破，那么第五代計算機就有可能研發(fā)成功，同時在世界范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信息科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重大的意義，乃至對人類文明的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。由人腦科學(xué)、認(rèn)知能力科學(xué)、人工智能等共同研究智能的潛在本質(zhì)，形成模擬智能科學(xué)。而對于人工智能學(xué)科整體層面而言，要有所突破前進，必需要有多個學(xué)科合作協(xié)同，在眾多學(xué)科研究中實現(xiàn)主動創(chuàng)新。

由于人工智能與計算機技術(shù)的飛速進展，對人類社會、人類認(rèn)知智能等科學(xué)的深入研究，形成了研究人腦及思維等學(xué)科。電腦與人腦、人工智能與人類智能，特別是智能計算機高度模擬人腦的研究，全面推動了人類社會認(rèn)知世界的發(fā)展，人工智能的深入研究使計算機更加智能聰慧。計算機發(fā)展的未來值得注意的是，人類使計算機更加接近自己，人工智能科學(xué)領(lǐng)域帶動了計算機的飛速發(fā)展，計算機的聰明才智更接近人類，智能的計算機大大滴提高了人類認(rèn)知世界改造世界的能力，人類發(fā)明使用智能的計算機推動全人類社會文明的飛躍發(fā)展。

參考文獻：

[1]蔡自興，蒙祖強.人工智能基礎(chǔ)（第2版）.高等教育出版社.

[2]閻平凡.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)語模擬進化計算.北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[3]趙林明.多層前向人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò).鄭州：黃河水利出版社，1999.

[4]何佳洲，周志華，陳兆乾.系統(tǒng)故障診斷的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法.計算機工程與應(yīng)用，1996.

[5]韓立群.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)管理、設(shè)計及應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[6]周開利，康耀紅.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其MATLAB仿真程序設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[7]黃國興，陶樹平，丁岳偉.計算機導(dǎo)論（第2版）.清華大學(xué)出版社.

第12篇

關(guān)鍵詞:專家系統(tǒng);課程建設(shè);教學(xué)改革;實驗教學(xué);CLIPS

“專家系統(tǒng)”課程是本科專業(yè)“智能科學(xué)與技術(shù)”的特色課程之一,該專業(yè)是由北京大學(xué)在2004年率先自主建立的[1]。此后,國內(nèi)很多大學(xué)也都陸續(xù)基于各自的特色建設(shè)開設(shè)了該專業(yè),如北京郵電大學(xué)、南開大學(xué)、首都師范大學(xué)、西安郵電大學(xué)、北京科技大學(xué)、廈門大學(xué)、中南大學(xué)等。基于一個新興本科專業(yè)設(shè)立的專業(yè)基礎(chǔ)特色課程,應(yīng)該如何建設(shè),實施教學(xué)與改革,突出專業(yè)特色?各類學(xué)校都在摸索中。中南大學(xué)的“專家系統(tǒng)”課程是國家級“智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團隊”主干課程之一,它由國家級教學(xué)名師領(lǐng)銜,以雙語建設(shè)為教學(xué)基本手段,以精品意識為指導(dǎo)[2],培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新意識,發(fā)掘?qū)W生興趣潛能,非常具有專業(yè)特色。

1課程建設(shè)情況

專家系統(tǒng)使用人類專家推理的計算機模型處理現(xiàn)實世界中需要專家做出解釋的復(fù)雜問題,并得出與專家相同的結(jié)論[3]。其最大特點是不僅可以幫助人們處理信息,還能說明處理的方式和理由[4]。我們結(jié)合專家系統(tǒng)課程特色與學(xué)習(xí)認(rèn)知過程特點,采取認(rèn)知教學(xué)作為專家系統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)[5-6],根據(jù)智能科學(xué)與技術(shù)系列課程教研經(jīng)驗,融合雙語教學(xué)方式,初步提出課程定位和建設(shè)目標(biāo),給出了教學(xué)基本要求。

1.1課程定位與建設(shè)目標(biāo)

在學(xué)習(xí)本課程之前,學(xué)生最好已經(jīng)選修過離散數(shù)學(xué)、人工智能和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計課程,本課程32個學(xué)時,2個學(xué)分,其中實驗課6學(xué)時。此外,“專家系統(tǒng)”還可作為自動化、計算機科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專業(yè)有興趣的學(xué)生的選修課程。可為學(xué)生提供一種新的手段和方法求解傳統(tǒng)方法難解問題,也為學(xué)生們了解智能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域知識提供良好的窗口。

專家系統(tǒng)成為智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,目的在于培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握專家系統(tǒng)技術(shù)的基本觀念、基本理論和智能科學(xué)方法;并靈活設(shè)計和構(gòu)建不同領(lǐng)域的專家系統(tǒng),解決實際問題,為學(xué)習(xí)后續(xù)課程奠定方法基礎(chǔ)。通過教學(xué)過程,培養(yǎng)學(xué)生善于分析繼承已有的科學(xué)進步成果、激勵學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的自主科學(xué)創(chuàng)新精神。

1.2課程教材設(shè)計

本校專家系統(tǒng)課程選用了蔡自興編寫的《高級專家系統(tǒng):原理、設(shè)計及應(yīng)用》[3]一書,該教材包括專家系統(tǒng)的基本理論、技術(shù)方法和實際應(yīng)用的諸多內(nèi)容,知識點介紹全面詳盡,同時列舉了諸多實例,便于課堂分析與課后理解。

根據(jù)雙語教學(xué)的要求,外文參考教材[7]選用了Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書,該書對CLIPS語言分析透徹,有大量的課后習(xí)題與資料,適合學(xué)生作為主要參考書目進行課后學(xué)習(xí)。實驗教材選用了電子工業(yè)出版社出版的《決策支持與專家系統(tǒng)實驗教程》一書,主要利用了同時,根據(jù)雙語教學(xué)的要求,外文參考教材選用了China Machine Press出版的Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書,該書對CLIPS語言分析透徹,有大量的課后習(xí)題與資料,有利于學(xué)生作為主要參考書目進行課后學(xué)習(xí)。我校實驗教材選用了電子工業(yè)出版社出版的《決策支持與專家系統(tǒng)實驗教程》一書。主要利用了該書后半部分內(nèi)容。目前,國內(nèi)基于CLIPS的“專家系統(tǒng)”實驗教學(xué)教材在國內(nèi)幾乎沒有容,專家系統(tǒng)課程實驗及其教材建設(shè)還需進一步改革與探索。

1.3教學(xué)要求與知識框架

通過學(xué)習(xí),使學(xué)生了解和掌握專家系統(tǒng)的相關(guān)原理和方法,。要求學(xué)生掌握知識表示方法、搜索推理技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容,熟悉和了解常見的專家系統(tǒng)解釋機制、開發(fā)工具和評估方法,學(xué)會基于規(guī)則專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于模型的專家系統(tǒng)和基于Web專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)建立和應(yīng)用,掌握專家系統(tǒng)的常用編程語言――CLIPS,了解專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究課題。經(jīng)過對專家系統(tǒng)課程知識內(nèi)容進行分類,可分為以下6個模塊,如表1所示。。

經(jīng)過對專家系統(tǒng)課程知識內(nèi)容進行分類,可分為以下6個模塊,如表1所示。

模塊一專家系統(tǒng)的定義、發(fā)展歷史、研究內(nèi)容、類型、結(jié)構(gòu)和特點以及構(gòu)建步驟;。

模塊二熟悉專家系統(tǒng)時可能采用的人工智能的知識表示方法和搜索推理技術(shù),結(jié)合傳統(tǒng)人工智能方法和計算智能的一些方法;。

模塊三了解專家系統(tǒng)的解釋機制、開發(fā)工具和評估方法;。

模塊四熟悉基于規(guī)則專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于模型的專家系統(tǒng)和基于Web專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、推理技術(shù)、設(shè)計方法及應(yīng)用示例;。

模塊五掌握人工智能和專家系統(tǒng)的編程語言――CLIPS,了解其他LISP,PROLOG和關(guān)系數(shù)據(jù)操作語言等;。

模塊六展望專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究課題,并了解新型專家系統(tǒng)的特征與示例。

從教學(xué)要求角度出發(fā),模塊一、模塊三和模塊六的教學(xué)要求相對一般,但卻是學(xué)生涉及專家系統(tǒng)技術(shù)的必備知識模塊。相對而言,模塊五是基本教學(xué)條件要求中最高的一個模塊,因為模塊二與模塊四的深刻理解與系統(tǒng)設(shè)計需通過模塊五而實現(xiàn)的。

從教學(xué)內(nèi)容的重難點角度出發(fā),模塊二是重點部分之一,但因有人工智能課程的基礎(chǔ),相對而言,教學(xué)實施過程中較為順暢。模塊四與模塊五是專家系統(tǒng)課程重點闡述部分,其中模塊五也是難點部分,在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中,由于大部分學(xué)生初次接觸推理性的編程語言,所以需要一定的入門時間和練習(xí)次數(shù)。

2專家系統(tǒng)課程教學(xué)改革實施

2.1基于多媒體的專家系統(tǒng)課程教學(xué)

教學(xué)應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心,以先進教育技術(shù)為手段,相輔相成,促進教學(xué)效果。人類的感官功能中視覺與聽覺器官起到了94%作用[78],而視聽覺的協(xié)同作業(yè)能大大提高學(xué)習(xí)效率,而。多媒體教學(xué)就是一種集聲、文、圖、色于一體的教學(xué)手段之一,其實施。多媒體教學(xué)的關(guān)鍵實施內(nèi)容就是教學(xué)設(shè)計,而教學(xué)設(shè)計的難點就是在不增加學(xué)生信息加工系統(tǒng)中工作記憶負(fù)荷的前提下,用促進生成的方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料,包括教材、課件、講義、課堂講解、課后習(xí)題等。

結(jié)合專家系統(tǒng)課程教學(xué)情況,教學(xué)設(shè)計分為以下3個方面進行詳盡闡述:。

1) 把握好課堂教學(xué)知識量。

專家系統(tǒng)課程相對智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)第六期的學(xué)生而言是非常新穎的一門非常新穎的課程,學(xué)生們相對的學(xué)習(xí)熱情比較高,但這里還需仍然需要對學(xué)生的先前知識結(jié)構(gòu)和能力有個簡單的估計。教師需考慮學(xué)生的工作記憶容量,并對學(xué)生的長期記憶有個估計,把握學(xué)習(xí)材料內(nèi)在負(fù)荷。學(xué)習(xí)材料并非越多越好,關(guān)鍵在于精華,給學(xué)生留下深刻印象。“專家系統(tǒng)”課堂教授部分以原理性與推理性知識為主,應(yīng)增加實踐技術(shù)實例,這樣讓學(xué)生緊密聯(lián)系實際應(yīng)用進行學(xué)習(xí),。多媒體視頻就是一個很好的表現(xiàn)手段。將制作好的實例視頻,向?qū)W生們展示,不但讓課程氛圍活躍,還激發(fā)學(xué)生對實踐教學(xué)的興趣;不但沒有增加課堂的知識負(fù)荷,還可以留給學(xué)生課后對比學(xué)習(xí)。

2) 多元化課件制作呈現(xiàn)形式。

專家系統(tǒng)是一門推理性知識要求很強的課程,同時也需要掌握一門有利的開發(fā)工具方能使學(xué)生做到靈活應(yīng)用。經(jīng)過教學(xué)實踐與課后調(diào)查發(fā)現(xiàn),學(xué)生們對知識表述與相關(guān)畫面共同呈現(xiàn)的形式比單一媒體呈現(xiàn)形式學(xué)習(xí)效果好,知識和畫面也必須是關(guān)聯(lián)的,呈現(xiàn)位置和各部分的比例也需考慮充分。為此,課件制作是一個“改無止境”的工程,因為每一屆的學(xué)生具有自己的特點,且專家系統(tǒng)課程知識點的不斷更新,每一年都要對課件進行大量的補充與改進。

3) 基于認(rèn)知教學(xué)的課堂講解過程。

認(rèn)知教學(xué)模式中,是以學(xué)生為主體,教學(xué)教師起主導(dǎo)作用。課堂講解是面對面教學(xué)活動中的重要環(huán)節(jié),,它是多媒體中聯(lián)系言語與畫面的橋梁,是減少學(xué)生工作記憶負(fù)荷的有效手段。

專家系統(tǒng)課程知識可分為表示性知識與推理技術(shù)性知識,根據(jù)相關(guān)認(rèn)知心理學(xué)理論,可將知識分為兩類:陳述性知識和程序性知識[5]。其中在教育心理學(xué)中“陳述性知識”是指個人具有有意識的提取線索,能夠直接加以回憶和陳述。其實就是關(guān)于“是什么”的知識,包括對事實,規(guī)則,事件等信息的表達(dá)。教育心理學(xué)中“程序性知識”是指個人沒有有意識的提取線索,其存在只能借助某種作業(yè)形式簡介推測的知識稱為程序性知識,而現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)為程序性知識以產(chǎn)生式及產(chǎn)生式系統(tǒng)來表征的。所以可將陳述性知識采用“專家系統(tǒng)”中的語義網(wǎng)絡(luò)形式為基礎(chǔ)地表征,而程序性知識的表征形式可用“專家系統(tǒng)”中的產(chǎn)生式系統(tǒng),以“ifthen”形式表示條件這一關(guān)系。眾多形式的產(chǎn)生式規(guī)則相互聯(lián)系就組成了復(fù)雜的產(chǎn)生式系統(tǒng)。基于認(rèn)知理論的“專家系統(tǒng)”知識教學(xué)實施過程中,首先應(yīng)選定系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容,掌握開發(fā)系統(tǒng)時所需的知識與工具,;其次分析問題,并根據(jù)系統(tǒng)的具體特征轉(zhuǎn)化知識。而后;接著對問題模型進行求解,建立和構(gòu)造知識庫,;最后,利用實現(xiàn)工具編寫代碼,系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

2.2專家系統(tǒng)課程雙語教學(xué)的實施

專家系統(tǒng)課程是信息學(xué)科新興發(fā)展的一門課程,有許多關(guān)鍵性進展相關(guān)研究進展和成果的資料均源于英文文獻,因而提高學(xué)生雙語水平是一種大勢所需,。同時,雙語教學(xué)提高了對教師整體素質(zhì)的要求,在雙語教學(xué)過程中,有意識的增強教學(xué)互動,以問題啟發(fā)式教學(xué)與課堂辯論形式教學(xué),學(xué)生通過查閱主題文獻進行針對性的演講或討論,教師對學(xué)生的表現(xiàn)加以評述,并進行補充。這種形式可擴大教師的知識面,使得任課老師了解前沿的研究成果。也可培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新能力,使得課程具有鮮活的生命力。雙語教學(xué)對教師,特別是教師的其外語水平及其口語表達(dá)能力,,。促進了師資整體水平的提高。專家系統(tǒng)的雙語教材已在1.2中介紹,但實驗教材的設(shè)計與編寫工作現(xiàn)仍處于空缺,這也是雙語教學(xué)的需完善的內(nèi)容工作之一。由于雙語教學(xué)增加了授課難道難度,進而影響了授課的進度,應(yīng)充分發(fā)揮多媒體先進教學(xué)手段對專業(yè)術(shù)語和難以理解的內(nèi)容,進行注解,幫助于學(xué)生理解。在貫徹雙語教學(xué)的過程中,除了指定適當(dāng)英文參考短文或參考書,開發(fā)雙語課件外,還應(yīng)使學(xué)生接觸國內(nèi)外文獻資料,開闊眼界,拓寬知識面,強化雙語的意識,激發(fā)學(xué)生主觀能動性,使學(xué)生找到課程學(xué)習(xí)的歸屬感。

2.3改革“專家系統(tǒng)”課程實時交互活動

專家系統(tǒng)課程是一門理論與實踐關(guān)系密切的課程之一,課堂留下的作業(yè)大多需要計算機編程或計算機輔助教學(xué)方能較好的地完成。根據(jù)此特點,改革傳統(tǒng)的作業(yè)形式與批審方法可節(jié)約反饋時間,同時可實現(xiàn)“低碳無紙化”辦公。利用網(wǎng)絡(luò)進行作業(yè)上交,教師批閱后通過網(wǎng)絡(luò)及時返回給學(xué)生,不但能提高老師的辦公效率,也使學(xué)生得到快速與準(zhǔn)確的反饋。

針對多校區(qū)的現(xiàn)狀,我們利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,采用了多種交互式策略,通過Email和群討論組等方式進行在線交流,也可傳遞參考資料,交流課外成果,實現(xiàn)只要老師在實驗室,學(xué)生在任何有網(wǎng)絡(luò)終端PC機處,就能進行了實時交流或批改作業(yè)。避免了學(xué)生為了課后的困惑問題積壓至下一堂課的矛盾,同時也節(jié)約了學(xué)生往返路程上耗費的時間。

為了進一步體現(xiàn)教學(xué)效果,我們下一步擬進行考試方式的變革,應(yīng)綜合考慮課堂出勤情況、平時正式作業(yè)成績、課堂討論情況和期末課程考試進行綜合評分。還應(yīng)考慮以雙語形式進行筆試,當(dāng)面交卷后進行雙語發(fā)問。若有課程論文或創(chuàng)新作品表現(xiàn)突出者,可免參加最后的課程考試。使考試不再是學(xué)生的負(fù)擔(dān),而成為衡量與培養(yǎng)創(chuàng)新能力。和口試。

3基于CLIPS的專家系統(tǒng)實驗教學(xué)

3.1專家系統(tǒng)與CLIPS語言

CLIPS(C Language Integrated Production system)是由美國航空航天局約翰遜空間中心(NASA’’s Johnson Space Center)開發(fā)的一種專家系統(tǒng)工具,由C語言編寫而成。早期的專家系統(tǒng)工具大都用LISP、Prolog等編程語言開發(fā),共同問題是運行速度慢,可移植性差,解決復(fù)雜問題的能力差。CLIPS是基于Rete算法的前向推理語言,其優(yōu)點包括:①邏輯推理方面的強大功能強。②、可移植性好。③、可擴展性好。④、有利于和其他語言聯(lián)合使用等。

3.1專家系統(tǒng)與CLIPS語言

專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機程序系統(tǒng)有著完全不同的體系結(jié)構(gòu),通常它由知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取機制、解釋機制和人機接口等幾個基本的、獨立的部分所組成,其中尤以知識庫與推理機相互分離而別具特色。用clips語言能夠更好地熟悉專家系統(tǒng)的整個組成。CLIPS可為基于規(guī)則、面向?qū)ο笠约斑^程的編程提供支持(rule-based, object-oriented, and procedural programming)。

以基于規(guī)則的專家系統(tǒng)利用CLIPS工具編程作為實例闡述。在CLIPS中找到專家系統(tǒng)基礎(chǔ)的組成部分――Fact List、Knowledge Base、Inference Engine。Fact List中存放用于推理的事實,而Knowledge Base包含所有的規(guī)則,Inference Engine控制所有的進程。圖1所示為專家系統(tǒng)框架示意圖。專家系統(tǒng)中最核心的就是知識庫,知識庫中包含了大量某個領(lǐng)域?qū)＜业闹R。,為了使計算機能運用專家的領(lǐng)域知識,必須要采用一定的方式表示知識 。目前常用的知識表示方式有產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、框架、狀態(tài)空間、邏輯模式、腳本、過程、面向?qū)ο蟮取；谝?guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實現(xiàn)知識運用最基本的方法。

3.2專家系統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容

通過CLIPS軟件環(huán)境提供了的驗證性、設(shè)計性和開發(fā)性實驗,幫助學(xué)生更好地熟悉和掌握專家系統(tǒng)的基本原理和方法;,通過實驗提高學(xué)生總結(jié)實驗結(jié)果的能力,使之對專家系統(tǒng)的相關(guān)理論有更深刻的認(rèn)識。實驗內(nèi)容如表2所示:。

其中,實驗1為實驗2的基礎(chǔ),這兩個實驗應(yīng)與講授課程穿插,使得學(xué)生利用課堂學(xué)到的理論聯(lián)系實際實驗操作,通過這兩個實驗的學(xué)習(xí)能夠掌握專家系統(tǒng)的開發(fā)過程、掌握用產(chǎn)生式規(guī)則繪制推理樹的方法、掌握、編寫CLIPS應(yīng)用程序的方法以及程序運行環(huán)境的應(yīng)用等。實驗3是一個有難度的實驗,需要大量的課余準(zhǔn)備時間,所以在完成實驗3的時候,必須預(yù)留3周的時間,提前布置給學(xué)生,讓學(xué)生做好實驗前的準(zhǔn)備,這樣方能取得較好的實驗教學(xué)效果。這些被挑選出來的CLIPS專家系統(tǒng)的代碼應(yīng)是經(jīng)典的學(xué)習(xí)內(nèi)容,通過該實驗培養(yǎng)學(xué)生獨立分析與開發(fā)完整的專家系統(tǒng)的能力。

3.3實驗教學(xué)實例分析

1) 實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)和理解CLIPS編程語言,通過分析用CLIPS編寫的“野人過河”的程序,深入理解專家系統(tǒng)的編程技巧,加深對專家系統(tǒng)的認(rèn)識和理解。

2) 實驗說明:野人過河問題屬于智能學(xué)科中的一個經(jīng)典問題,問題描述如下:,有三3個牧師傳教士和三3個野人過河,只有一條能裝下兩個人的船,在河的任何一方或者船上,如果野人的人數(shù)大于牧師的人數(shù),那么牧師就會有危險。

假設(shè)問題的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài),假設(shè)和分為1岸和2岸: 。

初始狀態(tài):1岸,3野人,3牧師;2岸,0野人,0牧師;船停在1岸,船上有0個人;。

目標(biāo)狀態(tài):1岸,0野人,0牧師;2岸,3野人,3牧師;船停在2岸,船上有0個人;。

整個問題就抽象成了如何從初始狀態(tài)經(jīng)中間的一系列狀態(tài)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。問題狀態(tài)的改變是通過劃船渡河來引發(fā)的,所以合理的渡河操作就成了通常所說的(算符)就是問題求解的關(guān)鍵。,根據(jù)題目要求,可以得出以下5個算符:渡1野人、渡1牧師、渡1野人1牧師、渡2野人、渡2牧師,。根據(jù)渡船方向的不同,也可以理解為10個往還算符。定義算符知道以后,剩下的核心問題就是搜索方法了,。本程序采用深度優(yōu)先搜索,通過不斷擴展后繼結(jié)點節(jié)點,逐步找出下一步可以進行的渡河操作,;如果沒有找到則返回其父節(jié)點,看看是否有其它其他兄弟節(jié)點可以擴展。

搜索中采用的一些規(guī)則如下:

(1.) 渡船優(yōu)先規(guī)則:1岸一次運走的人越多越好(即1岸運多人優(yōu)先),同時野人優(yōu)先運走;2岸一次運走的人越少越好(即2岸運少人優(yōu)先),同時傳教士優(yōu)先運走;。

(2.) 不能重復(fù)上次渡船操作,避免進入死循環(huán)。;

(3.)任何時候 河兩邊兩岸的野人和牧師數(shù)在任何時候均分別大于等于0且小于等于3;

(4.) 由于只是找出最優(yōu)解,所以當(dāng)找到某一算符(當(dāng)前最優(yōu)先的)滿足操作條件后,不再搜索其兄弟節(jié)點,而是直接載入鏈表。

(5.) 若擴展某節(jié)點a的時候,沒有找到合適子節(jié)點,則從鏈表中返回節(jié)點a的父節(jié)點b,從上次已經(jīng)選擇了的算符之后的算符中找最優(yōu)先的算符繼續(xù)擴展b。

通過實驗教學(xué)過程中的專家系統(tǒng)開發(fā)實例分析,總結(jié)了出應(yīng)用于在許多專家系統(tǒng)項目中的線性生命周期模型,如圖32所示。這個模型包括從計劃到系統(tǒng)評估的許多階段,對系統(tǒng)開發(fā)的描述一直到功能評估這種程度上。之后,生命周期不斷重復(fù):從計劃到系統(tǒng)評估,直到系統(tǒng)交付正常使用。

4結(jié)語

專家系統(tǒng)課程的發(fā)展開發(fā)過程是教學(xué)研究和教學(xué)改革實踐相結(jié)合的過程,需要不斷加強學(xué)習(xí)、總結(jié)經(jīng)驗。本文從總結(jié)了專家系統(tǒng)課程定位與、建設(shè)目標(biāo)、教材的選用設(shè)計和課程知識框架等方面的總結(jié)了“專家系統(tǒng)”課程建設(shè)情況。在,并就教學(xué)改革過程中注重多媒體教學(xué)的效果、雙語的實施和課程互動活動的改革等問題進行比較深入的介紹與探討。通過CLIPS語言與專家系統(tǒng)實驗的結(jié)合,闡述了實驗教學(xué)的目的、CLIPS實驗特色及和實驗方法,體現(xiàn)了基于CLIPS實驗教學(xué)的優(yōu)勢與特色。在未來的教育領(lǐng)域,專家系統(tǒng)技術(shù)將成為信息時代教育發(fā)展的新生力軍,專家系統(tǒng)也將成為新世紀(jì)人類智能管理與決策的得力助手。

致謝注 :本文受國家級智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團隊項目(2008)支持,感謝本文得到中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院智能所的大力支持,特別感謝蔡自興教授的鼓勵與幫助。

參考文獻:

[1] 李蕾,王嬋,王小捷,等..“機器智能”課程建設(shè)初探[J]. 計算機教育,2009(1):86-92.

[2] 陳愛斌.“人工智能”課程教學(xué)的實踐與探索[J]. 株洲工學(xué)院學(xué)報,2006,20(6):137-139.

[3] 蔡自興,Durkin,龔濤. 高級專家系統(tǒng):原理設(shè)計及應(yīng)用[M]. 北京:科學(xué)出版社,2005:1-2.

[4] 蔡自興. 智能控制導(dǎo)論[M]. 北京:中國水利水電出版社,2007,:28-29.

[5] 杜海瓊,張劍平..“專家系統(tǒng)”教學(xué)的認(rèn)知教學(xué)理論基礎(chǔ)及其教學(xué)實施[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù),2008,18(8):18-21.

[6] 杜海瓊,張劍平. 認(rèn)知學(xué)徒制在“推理與專家系統(tǒng)”教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù),2009,19(4):120-123.

[7] Joseph Giarratano, Gary Riley. Expert Systems Principles and Programming[M]. 3th ed. Boston:PWS Publishing Company,1998.

[78]肖桂清,李渺. 正確運用多媒體,促進認(rèn)知學(xué)習(xí)的最優(yōu)化[J]. 思茅師范高等專科學(xué)校學(xué)報,2002,18(4):55-57.

[8] 杜暉. 決策支持與專家系統(tǒng)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2007:22-23.

Exploration in Course Construction and Teaching Reform of Expert System

YU Ling-li, WEI Shi-yong

(Institute of Information Science & and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)