赵 勇，王文庆

（西安邮电大学 自动化学院，陕西 西安 710121）

智能科学的理论、技术及其应用已发展成为信息技术创新的重要生长点。中国科协公布的“10项引领未来的科学技术”评选结果中，作为智能科学技术核心的“人工智能技术”排在第4位，作为智能科学技术重要应用的“未来家庭服务机器人”排在第2位，它充分显示了智能科学技术的巨大学科潜力和极其广泛的社会影响［1］。

将智能信息处理技术融入工业生产自动化全过程，实现智能系统、智能生产是两化融合的发展目标。随着国家对信息科学与技术发展的规划，两化融合发展战略的提出和实施，加强创新应用型人才培养非常重要。

2004年北京大学开创了智能科学与技术专业本科教育的先河，随后国内更多的院校陆续开设该专业，现在智能科学与技术本科专业在全国已初具规模［2］。

1 实践教学体系改革

教育部关于《全面提高高等教育质量的若干意见》中，明确指出要强化实践育人环节。实践教学是培养和锻炼高校学生动手能力和科技创新能力的主要途径，西安邮电大学目前已探索建立了以实验室全面开放为形式，以课程实验教学为基础，以课程设计与毕业设计为核心，以科研训练为补充的课内实践教学体系和以开放实验项目培训为基本内容，以兴趣小组为基础支撑，以学生科技竞赛为导引和动力支撑，以学生科技立项为补充的课外科技创新实践教学体系。强调课外创新实践教学的重要地位和作用，人才培养有了质的飞跃和升华，以创新型实践教学平台为依托，对课内实践环节进行优化组合，进一步理顺了各个实践环节的关系，明确了课程设计等集中实践环节的具体内容和考核方式，形成了主线清晰、层次分明的创新型课内实践教学体系。

1.1 课内实践教学体系

课程实验、课程设计、科研训练以及毕业设计等构成了智能科学与技术专业的课内实践教学体系，是整个实践教学体系的基础。课程实验的主要内容是原理验证实验和简单应用实验，随理论课同步进行。课程设计是学生在老师的指导下，综合运用一门或多门知识进行动手学习、实践和创新的过程，是课内集中实践教学环节的重要组成部分。相对课程实验，课程设计对于学生实践动手能力和创新能力的培养和提高则显得尤为重要。对课程设计的内容统一规划，不同课程设计分散的实验内容尽量体现在相同的对象上，进而将不同课程设计的实验内容有机的统一起来。西安邮电大学智能科学与技术专业主要开设了3门课程设计，分别为逻辑控制课程设计、单片机课程设计和机器人竞技课程设计。具体的课程设计开展方案如表1所示。

表1 课程设计开展方案

逻辑控制课程设计主要是在不使用微控制器的情况下，采用门电路等相关元器件设计逻辑控制及简单驱动电路，实现对直流电机、舵机、继电器等被控对象的控制作用。

单片机课程设计是以单片机等微控制器作为系统的控制核心，利用相关传感器为系统引入反馈回路，实现系统相关信息的检测和反馈，最终实现对直流电机、舵机、继电器等被控对象的控制。

机器人竞技课程设计以机器人大赛、智能车竞赛等学科竞赛为背景，以模块化机器人套件、智能车模型为硬件平台，以轮式移动为主要移动方式，并引入相关竞赛规则，完成竞技类机器人的设计和制作。

在对课程设计内容进行统一规划的同时，对学生课程设计成绩的考核方式也进行了改革。引入课程设计答辩制度，在每次课程设计完成后，进入答辩环节，答辩成绩占学生总成绩的30%，答辩小组由三名学生和一名教师组成，三名学生是从课程设计中挑选出的完成任务最好的同学，教师和三名学生给出的成绩各占答辩成绩的一半。教师可以根据答辩情况，明确学生参与课程设计的效果和程度。同时鼓励学生成为评委，以调动学生参与课程设计的主动性。通过对课程设计等学生集中实践环节内容和考核方式的改革，使得学生以前轻实践、重理论的思想有所好转，学生从事集中实践环节的热情得到了提高。

1.2 课外科技创新实践教学体系

作为课内实践教学体系的延伸和拓展，课外科技创新实践教学体系的构建对创新人才的培养具有非常重要的作用。结合智能科学与技术专业特点和实验室具体情况，成立学生兴趣小组，设计针对不同年级学生的开放实验项目方案，制定学生课外科技创新立项的申报指南，重点研究如何 将开放实验、学生课外科技创新立项和科技竞赛有机结合，使之成为由浅入深、成系统多层次的课外科技创新实践教学体系。

根据智能科学与技术专业的特点，西安邮电大学智能科学与技术实验室成立了机器人制作、PCB硬件制作、ZigBee、ARM＋Linux以及JAVA开发等兴趣小组。以兴趣小组为基础支撑，已初步形成高年级学生指导低年级学生的滚动机制。在每个兴趣小组中，均以三年级或四年级的同学担任组长，组长主要负责制定该小组的短期工作计划并监督计划的执行情况，组员大多为三年级和二年级的同学。新进实验室的同学，经过一段时间的培训和自学，经考核合格后，根据个人专业爱好，分别进入各个兴趣小组。

开放实验教学的内涵是指实验的空间、时间、管理和部分实验内容的开放，是指各类实验室在完成常规正常教学任务的前提下，利用实验室现有的管理技术、指导师资、仪器设备、实验环境等资源，面向广大在校学生开放使用的新型实验教学模式［3］。开放实验主要是以学生自学为主，教师指导为辅的形式进行组织和开展的。

结合西安邮电大学智能科学与技术实验室的实际和近几年开展开放实验的情况，具体的开放实验项目大多围绕“机器人”而展开。机器人是一种可以自动执行工作的机器装置，涵盖了机械、电子、计算机、自动控制、传感器、通信、人工智能等学科的最新成就，它对培养学生的跨专业综合应用能力、创新实践能力和团队精神等方面具有重要意义［4］。以机器人为实验平台所开设的开放实验项目，具有很强的趣味性和挑战性，能有效地激发学生的兴趣和对科学技术知识的向往，使得学生能够在“做中学”的思想指引下，培养和锻炼自身的实践动手能力和创新意识。具体开放实验项目开设方案如表2所示。

表2 开放实验项目开展方案

学科竞赛的意义不仅在于营造和丰富校园科技文化氛围，拓展大学生的综合知识和加强第二课堂活动，更是大学生实践创新平台，有利于培养大学生自主创新意识、创新思维、实践动手能力和团队合作精神［5］。西安邮电大学近几年相继举办了“机器人大赛”、“智能车竞赛”、“智能设计大赛”以及“物联网设计大赛”等一系列校级学科竞赛，能为大部分的学生提供参加科技活动的机会，培养学生对科技知识和专业知识的兴趣。同时，通过举办校级学科竞赛，可选拔出较为优秀的学生去参加更高级别的竞赛，进一步培养和检验学生的创新实践能力。

西安邮电大学在新修订的本科培养方案中，明确要强化实践教学，加强学生创新意识和创新能力的培养。将创新实践与课外活动纳入实践教学体系，设立创新实践与课外活动学分，学生参加各类科技创新竞赛、发表学术论文、参加课外实验等可按规定获得相应学分，必须取得创新实践与课外活动学分后方能毕业。

2 创新型实践教学平台搭建

现代理工科课程教学，必须理论密切联系实际。为智能科学技术课程建立实验平台的主要目的是使学生通过实验，研究探讨课程讲授的基本原理和实现过程，提出思路并加以积极验证，从而更好地掌握知识，加深理解，培养学生理论联系实际的能力和创新能力。因此各课程都要创造条件，争取必要的财政支持，开发能够适应教学要求的实验平台［6］。

平台的建设主要围绕“三个层次，两个方向”进行。三个层次包含了配合课程实验教学的验证性实验、提高学生能力的综合设计性实验以及强调创新的开放实验；两个方向包含了智能机器人及智能信息处理，智能信息处理以图形、图像为主要处理对象，进行图像处理、模式识别等内容的实验，以软件设计为主、部分结合硬件。机器人技术重点是机器人基本行为控制、多感觉系统及智能决策等。

经过几年的改革和探索，西安邮电大学智能科学与技术专业初步形成了现在的实践教学体系。据此实践教学体系，建立以教育机器人为主要设备的实验平台。教育机器人是指应用于教育领域的机器人，它具有良好的开放性和可扩展性，可以根据需要方便地增、减功能模块，进行自主创新，有友好的人机交互界面，便于教学实践［7］。

基于教育机器人的机器人实验平台由模块化机器人套件和智能机器人系统构成。模块化机器人套件主要由一套散件构成，包括32位微控制器、数字量及模拟量传感器、总线式舵机和机械结构件等，可采用流程图和C代码两种方式进行软件开发。智能机器人系统实验平台是在中型移动机器人平台上搭载激光雷达、超声测距、姿态方位系统、GPS定位导航系统、双目立体视觉系统、四自由度机械臂等传感器及执行机构，可进行图像处理、多传感器信息融合和智能决策等方面的实验。建成的机器人实验平台，可面向低年级和高年级同学同时开放。对于低年级同学，我们主要基于模块化机器人套件开展相关实验项目（如开放实验等），旨在帮助其对于机械机构、电子电路、信号检测、软件控制等基本工程概念的理解和学习。另外，对于工科类学生，鼓励学生使用套件中的机械结构件进行机器人机械结构的设计和组装，而微控制器则要求学生自行设计和焊接51单片机最小硬件系统，并将其同套件中的传感器和舵机相结合，最终达到实验项目的要求。

3 结语

针对智能科学与技术专业实践环节内容比较分散以及综合性和创新性实践环节相对薄弱的问题，对各个实践环节进行了优化组合，找出各个实践环节的关系，将不同的实验内容尽量体现在相同的对象上，提出了以教育机器人为实验平台，课内实践教学体系和课外实践教学体系紧密结合的创新型实践教学体系。在今后的工作中，将不断总结实践教学运行过程中的经验和教训，积极推动智能科学与技术专业实践教学的改革和发展。

［1］齐芳.中国科协公布“五个10”系列活动评选结果［EB／OL］.（2008－11－18）http：／／www.gov.cn／fwxx／kp／2008－11／18／content＿1151889.htm.

［2］熊凤，许勇，杨青，等.浅谈智能科学与技术实验室建设［J］.实验室研究与探索，2012，31（6）：173－175.

［3］朱向运，许建飞，杨琴.推进实验教学开放的若干措施［J］.实验室研究与探索，2006，25（2）：257－259.

［4］张云洲，吴成东.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践［J］.电气电子教学学报，2007（29）：116－119.

［5］陈雯柏，李擎，彭书华，等.智能科学与技术专业创新实践体系的构建［J］.计算机教育，2010（15）：114－118.

［6］蔡自兴.智能科学技术课程教学纵横谈［J］.计算机教育，2010（19）：2－6.

［7］马志诚，陈敏.教育机器人在创新实践教学中的应用［J］.实验科学与技术，2008（12）：96－98.