信息技术的广泛运用引起我国教育部的重视,培育学生信息素养,提高学生信息能力,已成为我国教育的主要目标之一。小学信息教学是九年义务教育的必修课程,受到学生、教师和家长的高度重视。强化信息教学不仅是培育综合性人才的需要,更是实现教改发展,顺应社会需求的必然选择。而现阶段小学信息课堂仍存在一系列的教学问题,影响课堂教学质量。教师急需调整教学方式,基于信息素养视角下运用不同的教学手段开展课堂教学。 一、培育小学生信息素养的教育意义 (一)顺应时展,符合社会用人标准 如今网络已经成为人们日常生活中不可缺少的重要组成部分。人们所接触的信息绝大部分均通过网络进行传播。信息技术的不断发展为生活提供了更多的便利,在社会多个领域内,信息技术都占据着不可替代的作用。掌握信息技术已然成为新时期企业用人的必选标准之一。积极培育当代小学生的信息素养,则能够有效提升学生的信息技术水平,使其适应社会,满足社会用人需求。 (二)促进教学目标的实现 小学信息技术学科主要以传授学生基础信息知识,培育学生实践操作能力为主旨。而信息素养则是学生对于信息知识加工、管理、交流、评价等方面展现出的综合能力,与信息技术是相辅相成的关系。若信息技术脱离信息素养,则导致教学失去意义,与教学初衷相违背。故此,积极培育学生的信息素养,有利于促进学科教学目标的实现,提高课堂教学效率。 二、基于信息素养开展小学信息教学的具体策略 (一)调整教学框架 以往的信息教学过程中,教师将大量的时间用于讲解基础信息知识,与生活的关联性较差。对于小学生而言,信息课堂过于枯燥无聊,学生难以产生学习兴趣。例如在小学信息教材中涉及网络聊天工具、基础图片处理、网络引擎等方面的内容。但小学生的认知能力较差,无法在课堂内接受大量的知识内容,从而影响课堂教学效果。故此,信息教师应依据学生的认知能力和认知范围,从生活与情感的角度出发,适当调整教学框架,使小学生快速消化理论知识,突破知识难点,从而培育小学生的实践能力,掌握高效的学习方式。 (二)侧重实践操作能力的培育 学习信息课堂的最终目标即培育学生超强的信息实践操作能力,能够运用所学信息知识解决一定的实际问题,独立完成操作。而以往的教学过程中,教师过于偏重理论教学,耗费大量的时间和经历讲解理论知识。而小学生的理解能力较弱,且理论知识偏抽象性,学生无法快速消化知识内容,从而降低教学质量,影响学生学习效率。故此,教师应侧重实践能力的培育。为学生提供大量的实践操作机会,让学生自主操作,通过自主实践验证理论知识,从而理解理论知识。 (三)提升教师信息素养 在小学信息课堂中,教师是课堂的领导者,教师的信息素养与能力水平直接影响着学生的学习效率与教学质量。现阶段,我国小学院校内信息课程专业教师数量远远不足。部分小学的信息教师是由其他学科教师兼职担任或转任,仅接受过简单的课程培训即上岗教学,自身专业技术水平偏低,没有接受过完整系统的信息教学培训,对于信息知识的理解存在一定的偏差。这一现象严重影响着课堂教学质量。故此,教师应不断提升自身信息素养,积极学习信息技术知识。定期参与校方组织的专业培训,参与学科调研,与其他教师进行频繁交流,快速提升信息素养。其次,校方也应大力招聘优秀教师人才,组建一支优秀的信息技术教师队伍。聘请专业人士为教师进行培训,到其他优秀院校学习。 (四)重视课堂提问 信息教师应明确课堂提问的重要性,发挥提问的重要作用,引导学生深入学习知识。教师应选择适宜的时机进行课堂提问,在课前提问可帮助小学生巩固所学旧知,尝试性接触新知。将所学旧知与新知进行关联,加强知识之间的联系。在课中环节提问则加深学生知识印象,给予学生适当点拨,引导学生探究深层知识。在课堂末期提问则巩固课堂教学内容,促进知识消化。其次,教师应调整提问方式。根据学生的学习能力和学习情况选择适宜的提问内容,而非传统的提问方式。面对不同层面的学生提出不同难度的知识问题,维系学差生的学习自信心,促进中等生的自我提升,满足绩优生的学习需求。确保每个学生在课堂中有所收获,喜爱信息课堂。 (五)转变教学模式 以往的信息技术教学以填鸭式教学模式进行教学,小学生在面对大量的信息知识和枯燥乏味的学习内容时难以产生学习兴趣。故此,教师应及时转变课堂教学模式,运用小组合作学习模式开展课堂教学。将学生划分成多个学习小组,布置一定的学习任务。让学生在学习任务的驱使下学习信息知识。当遇到知识问题时,小组内各成员相互讨论,解决问题。从而有效调节课堂教学氛围,树立学生的团队合作意识,增强实践动手能力,培育学生创新精神和信息素养。总而言之,如今社会已经迈入信息时代。掌握扎实的信息技术已然是学生未来学习和发展的必备技能之一。信息技术教学不仅应传授学生信息知识,也应培育学生的综合能力。在教学过程中,教师应适当调整教学框架,侧重能力培育,提升自身信息素养,转变教学模式,重视课堂提问,从而培养学生的信息素养,树立正确的学习态度,激发学生的学习热情。 参考文献: [1]徐德昌.浅谈小学信息技术课堂教学策略[J]科学大众•科学教育,2018(01):47 [2]张丽萍.小学信息技术课程有效教学策略[J]科学大众•科学教育,2017(01):73 [3]强有冬.小学信息技术有效教学策略实施探索[J]中国教育技术装备,2016(11):92-93 作者:沈浩 单位:南京市长江路小学
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光电子论文:研讨式教学方法在《光电子学》课程中的应用 摘要:《光电子学》是一门专业基础课程,内容涵盖光学与电子学等多学科知识,具有理论性和实践性并重的特点,采用研讨式教学方法,加强多学科综合专题与应用专题等研讨课程对于提高教学质量具有重要意义。通过《光电子学》研讨课的实践,从选题、目标、实施和评价等方面对研讨课进行了分析与思考。 关键词:研讨式教学;课堂教学;教学方法 一、引言 研讨式教学作为一种有效的教学模式在教改中受到多方面的肯定和推广。它针对重要教学内容中的某些习题或专题展开讨论,在此过程中学生有目的地进行调研、回顾、分析和思考,使其变被动接受为主动学习。在《光电子学》课程中加强专题研讨式教学,对教学质量的提高无疑会起到积极的推进作用。 光电子学课程是专业基础理论课程,具有理论与实践紧密结合、基础理论与前沿研究方向紧密结合的特点,但内容偏重于建立学科理论体系。光电子学课程包含两大理论体系――光电磁理论和光量子理论,需要系统介绍一系列基本概念、基本原理和基础理论,因此内容涵盖的知识面很广。课程讲授中过于偏重基础理论会使教学枯燥无味,使学生对具体的物理意义缺乏理解,在课堂教学时适当增加一些系统应用实例进行专题研讨,可充分调动学生的学习兴趣和积极性,使学生从理论和实践两方面全面理解课程内容,在教学评价上除了考试成绩之外还可结合学生在研讨中的实际表现来综合评定成绩。采用研讨式教学方式,不仅可获得良好的教学效果,融洽师生关系,更重要的是在此过程中还把学生从被动接受知识的客体转变成为主动自觉进行知识学习的主体,从而培养学生勤于思考的习惯和自主创新等能力。当然《光电子学》课程本身存在一些特殊性,使得研讨式教学不能简单模仿其他课程的模式,通过两年来的实践,我们对研讨课的选题进行了总结与思考。 二、研讨课的选题 研讨课的选题是课程质量的首要环节,选题设置的是否科学,直接关系到研讨式教学的成败。只有目标明确、内容具体、激发兴趣的选题才能达到需要的效果,避免流于形式。根据我们的思考与实践总结了以下几点可用于研讨课的选题。 研讨内容可与科研实践相结合。根据我们的实践,将光电子学应用领域科学研究中的相关内容引入课程研讨,可极大地激发学生的学习兴趣。例如,我们将高灵敏度干涉仪研究的相关实验的原理、结构、过程与结果进行了展示,鼓励学生对系统结构进行分解,然后学生进行分析,提炼出了半导体DFB激光器、声光强度调制、相位调制、偏振调制、光电探测共五个主题,学生按照兴趣自动分为5组,每组5到6人进行了深入讨论,在此过程中,他们自己温习教材、查阅资料、推导公式、分析特点、交流辩论、分析总结,很好地完成了任务。在此过程中,学生概念更加清晰,对知识点的理解更加深入,培养了学生所学知识的综合运用能力,为其今后的科研工作打下良好的基础。 研讨内容可与前沿研究方向紧密结合。光电子学的显著特点是知识更新快、新型交叉学科的不断涌现、器件性能不断提高和新型器件不断出现。为了体现课程的现代性和先进性,反映光电子领域最新的研究现状,在研讨内容上,将光电子学新技术与最新发展成果引入课程教学,使学生不仅对光电子领域有更全面的了解,并激发学生深入研究的兴趣,可为进入专业领域的研究和创新能力的培养奠定基础。 研讨课教学中可加强与相关课程内容的联系。光电子学课程有较宽广的知识面,包含了光辐射的产生、传输、调制和探测等各方面,相关内容涉及到《电磁学》、《激光物理》、《光学原理》、《量子力学》、《光电技术》、《光纤光学》、《半导体物理学》、《光纤传感技术》等多门课程。相关课程的联系也是学生非常感兴趣的内容,例如模式耦合的相关内容,以《电磁学》等课程为基础,又可应用于《光纤光学》中的圆形波导相关内容,还可延伸到《光纤传感技术》的光纤光栅等内容。这些联系都可以作为研讨的主题激发学生深入钻研的兴趣,从而巩固了所学知识,预习了后续课程。 二、研讨课的目标 在课程的研讨内容确定后,要明确研讨的目标,包括研讨的方向,研讨的重点,研讨要达到的深度等。教师在研讨课目标时,要针对学生状况确定教学目标,尽可能把问题落在学生学生最有可能感兴趣的方向,并把握把握好其难易程度。对学生而言,假如问题设置太难,势必给学生太多的负担,影响学生学习的兴趣;反之如果问题设置太简单,则又会让很多学生不屑于去思考。比如要对电光晶体调制在科研中的应用展开研讨,可以明确研讨方向是相位调制,重点是铌酸锂晶体的横向应用,要求达到能根据应用要求进行参数估计的程度。 研讨课的目标必须和讲授课目标一致,以讲授课的内容为基础进行扩展,难易程度可略高于讲授课。研讨式教学只是一种教学手段,而不是目的,知识传递始终是培养学生的基础,研讨式教学方法不能脱离这一基本条件。只有在成体系的讲授知识的基础上,在学生在积累和理解了一定的知识之后,才能应运掌握的知识、技能、经验或理论功底,围绕所设的研讨课题进行深入的思考,探讨和交流研究的结果,从而求得正确的结论和对知识理解的深化。例如“DBR半导体激光器特性与应用”研讨课,首先必须从激光产生的基本条件,到半导体的能带特点与跃迁机理,再到DBR半导体激光器结构与原理等知识点进行充分的讲述,使学生有深刻的系统的认识,如果缺乏对这些知识点的深刻理解,研讨很有可能流于形式,学生或对问题反复讨论,或在交流中缺乏主动,回答问题支支吾吾,研讨课变成例程讲解课。有了明确的教学目标,才可提出研讨方案并进行有效的实施。 四、研讨课的实施 研讨课的实施包括准备、组织和总结等方面的内容,我们确立了“目的明确、准备充分、教师引导、学生为主”的基本思想,力求研讨学生态度积极、课堂气氛活跃,而不要过多增加学生的课外负担。 第一,重视研讨前的准备。在讲述课的教学内容完成后,将研讨课基本方案提前发至学生手中,使其有足够的时间进行思考酝酿;进行辅助教育,为研讨者充实相关的知识,拓宽研讨的思路,激发学生兴趣;视学生的时间空余程度决定是否让学生自行查阅资料还是教师发放参考学习资料,要求学生进行文献资料综述并提出问题的基本解决方案;将研讨任务分解后可以让学生根据兴趣自行分组,也可随机指定分组。研讨课质量的好坏,关键取决于师生对研讨课的准备。 第二,研讨课的课堂组织。研讨课的组织可分两个阶段,包括小组讨论和课堂发言。在研讨过程中发挥学生的积极性是关键,学生应该是研讨的主体,思维应处在积极活跃的状态,教师只是组织者和引导者,如果只是教师在说,说明课堂教学设计不合理,学生没有兴趣或者准备不充分。在研讨过程中教师要把握时机,在适当地进行提问和鼓励竞争,加强师生互动和学生之间的互动,温和适当纠正学生错误观点,不能代替学生去研究。通过积极主动参与课堂教学过程,学生不但可以充分了解光电子学的知识点,还能够在科研资料调研、研究报告撰写和口头表达等多方面能力得到培养。学生在经历课堂讨论后,大多留下了很深刻的印象,师生关系也更显融洽。 第三,研讨课的总结。研讨课结束后教师可以对研讨结果进行及时的总结和分析,对表现最佳的学生加以鼓励。倘若研讨效果不佳,也可寻找原因并加以改进,逐步提高研讨效果。根据我们的经验,第一次讨论课最为重要,最好讨论学生最感兴趣和轻松的内容,多数是偏重于技术应用的内容,而且需要多下功夫准备。在研讨课总结时学生一般不愿作太多的口头自我评价和相互评价,包括自信的学生和不自信的学生,教师不需要给学生太多的压力,可以要求学生对研讨课内容作书面总结,作为研讨课考核的部分内容。 五、研讨课的考核 作为课程综合成绩的一部分,公平合理的研讨课考核评价可以进一步提高学生的积极性,考核评价内容可包含书面报告、课堂表现和相互评价。书面报告应给出文献综述、基本方案、问题分析和结论。由于教师对学生表现只能做到宏观把握,要做到公平合理很大一部分需要学生之间的相互评价,为避免学生之间相互提高成绩,学生各组总成绩主要由教师决定,而组内学生成绩需要明确优秀率,由学生投票决定成绩。教师可对考核评价进行不记名问卷调查,进一步提高考核评价的公平性和合理性。 结束语:在《光电子学》中引入研讨式教学,激发了学生学习和思考的积极性,深化了学生对知识的理解,扩展了学生的视野,提高了学生发现和解决问题的能力,希望我们的经验有一定的借鉴作用。 光电子论文:光电子器件行业发展趋势分析 摘 要 光电子器件是构成光通信系统的必备元器件,能够实现光信号的产生、信号调制、探测、连接、能量分合、波长复用和解复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、信号放大、光―电―光转换等功能。无论是接入网,还是城域网和骨干网,以及代表未来通信技术趋势的光互连网络,都需要大量的光电子器件,光电子器件的发展也推动了光通信技术的进步。本文主要就光电子器件行业的发展趋势进行分析,为光电子器件行业的发展提供借鉴。 关键词 光电子器件 行业 发展趋势 一、光电子器件介绍 根据是否需要电支持,光器件可以分为无源和有源两类。有源器件主要包括波长转换器、光放大器、激光器、光调制解调器、色散补偿光模块、光开关等需要外加能源驱动工作的光电子器件。无源器件是光通信系统中需要消耗一定的能量,具有一定功能而没有光电转换的器件,主要由光分路器、光滤波器、光分波器、光合波器、光耦合器、光纤连接器等不需要外加能源驱动工作的光电子器件组成。光无源器件具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点,广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。它是光纤通信设备的重要组成部分,也是其他光纤应用领域不可缺少的元器件。 二、光电子器件与光通信发展的关系 进入21世纪后,由于互联网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的快速增长,数据通信对带宽的需求快速增长,对超高速和超长距离的大容量光纤网络和传输系统有了更为迫切的需求。 随着光通信行业的发展,宽带用户数量不断提高。根据ICCSZ的《2015全球光通讯市场分析与预测》,截至2014年底,全球固网宽带用户约为7.28亿,年净增数接近5000万。 根据工信部数据,截至2015年10月末,我国互联网宽带用户规模达到2.12亿户,3G、4G移动宽带用户达到7.47亿户,其中4G用户达3.28亿户。“宽带中国”战略的加速推进,宽带提速效果日益显著,8Mbps及以上接入速率的宽带用户总数超过1.33亿户,占宽带用户总数的比重达63%,比上年末增加22个百分点;20Mbps及以上宽带用户总数占宽带用户总数的比重达27.5%,比上年末增加17.1%。光纤宽带建设进度加快,光纤接入FTTH/0用户比上年末净增4158.6万户,超过上年同期增量91.6%,总数达到1.1亿户,占宽带用户总数的比重达到51.8%。 我国政府和有关部门对光纤宽带网络建设重视程度不断加深,先后出台多项政策和指导性文件,强调发展光纤宽带网络。《通信业“十二五”发展规划》要求2015年光纤入户覆盖量达到2011年的3.4倍,年均复合增长率为45.19%,这将带动光通信相关产业的良好发展。 光电子器件作为光纤网络的构成要件,其发展与整个光纤通信行业的状况息息相关,既直接受基础网络的资本性投入、组网需求和组网方式等网络运营的影响,也通过自身技术的发展和性能的优化不断推动光网络市场和技术的演进。随着光纤网络从长距离骨干网向城域网和接入网过渡以及全光网络的发展,对光电子器件的需求更加迫切,市场需求量也随之迅速增长。据ICCSZ统计,2014年全球光电子器件市场收入约为73亿美元。 光电子器件在光通信设备总成本中所占的比例正逐年提高,其市场容量不断增加。原因来自两方面:一是光网络架构的变化。过去,光传输主要应用于骨干网和城域网,但随着带宽需求的增长以及光网路建设成本的下降,光传输网络已经向接入网延伸。接入网中的节点和终端数量都远远大于骨干网和城域网,而每个节点和终端都需要光电子器件,故接入网中光电子器件的用量远远大于骨干网和城域网。同时,接入网中带宽需求的增加反过来又会促进城域网和骨干网的网络升级、扩容甚至更新换代,从而带动更多的诸如波分复用、光放大器等光电子器件的需求。二是光电子器件的小型化、模块化、集成化和智能化。集成光电子器件在形式上正逐步取代功能单一的分立式电子元器件和光学元器件,在性能上也可替代原先需由系统或者设备才能实现的功能。因此,光电子器件在光通信设备总成本中所占的比例越来越大。 三、光电子器件的行业规模 光器件是光通信设备的重要组成部分,光通信市场的不断发展,将直接带动光器件市场不断发展。近年来全球光器件市场快速增长,根据ICCSZ统计,2009年全球光器件市场销售收入达20.15亿美元,至2013年,全球光器件市场规模已超过35亿美元,年均增长率达15.92%。 随着市场需求和技术的不断发展,国内光器件企业的综合实力不断提升,在全球光器件市场的影响力不断提高。根据ICCSZ统计,2009年中国光器件市场收入约为5.3亿美元,其在全球光器件市场中的占比约为26%;2013年中国光器件市场收入已经发展至12.5亿美元,其在全球光器件市场上的占比也上升至35%。 四、光电子器件行业的发展趋势分析 相比美国、欧洲、日本、中国台湾等光通信器件公司发展较快的区域,国内光电子器件行业中大部分企业仍然依靠低成本在低端器件领域竞争,缺乏优秀技术和自主品牌,总体上的竞争力仍较为薄弱,位于产业链的低端。 随着网络通信数据量的大幅增加,对光通信网络容量的要求也不断增大,运营商需要对光纤宽带网络进一步扩容和建设,骨干网络扩容和接入网的升级提速将是下一段光通信网络的建设重点。 骨干网和城域网的光纤扩容包括铺设更多的光纤以及对已铺设的光纤进行信道扩容。信道扩容的方法有两种:一是提高光纤的单信道传输速率。目前正在进行从10Gbit/s到40Gbit/s及100Gbit/s、400Gbit/s的扩容。二是增加单光纤中传输的信道数,如利用波分复用技术(WDM)扩容到40通道、80通道等。 受技术进步和大规模应用的影响,近年来,光纤、光电子器件和光通信设备的价格不断下降,光通信的成本不断下降。而传统电缆通信主要材料铜的价格不断上涨,在未来一段时期里,以铜线为传输介质的通信网络将大量被光纤网络所替换,“光进铜退”将成为不可阻挡的趋势。在接入网方面,主要表现为光纤到户FTTH、光纤到楼FTTB等方式逐步替代基于双绞线或同轴线的ADSL方式。另外,4G技术的推广将进一步促进移动宽带发展,更多的移动数据通信需求将促进移动通信领域“光纤到天线”的发展。 除了接入网将逐步过渡到以光纤到户方式为主外,光纤将逐步向用户端继续延伸,最终实现光纤到桌面、光纤到服务器,直至板卡光互连、芯片光互连。 随着电信号方式的高速传输接近极限,光互连作为亟须的替代技术引起关注。在个人电脑、高性能服务器及手机等产品上已经开始采用光接口,随着未来光互连的制造成本大幅下降,光接口有望应用到更多的产品上。另外,在单芯片上混载光路与电路的硅光子技术的进步、微处理器芯片的全局布线等也显示出了芯片间、芯片内采用光互连的可能性。光通信节点间的距离越来越短,所需求的光电子器件数量越来越多,应用场景越来越广泛,市场规模越来越大。 (作者单位为平安证券有限责任公司) 光电子论文:光电子学基础课程教学改革初探 摘要:光电子学基础课程是光信息科学与工程专业设置的一门专业课,也是光电子相关硕士专业研究生的必需基础知识储备。笔者结合课程教学特点,以及该专业的本科、硕士生的培养目标,对光电子学基础课程的教学方法、实践环节和课程评价方法等做了改革探索,获得了较多的有益经验,取得了较好的效果。 关键词:光电子学;教学方法;教学改革;实践环节 一、介绍 光电子技术是由光信息技术和电子技术的相互结合而形成的新的光电子技术,涉及光信息处理、光纤通信、激光技术等领域,是未来社会发展和进步的优秀技术。光电子技术不仅研究内容非常广泛,而且也是未来信息技术中的重要推动力量,它包含光信号的产生、光信息的传递、光电信号的转换和处理和光电功能材料相关的内容,如:光电功能材料的发光机理、制备方法和工艺应用范围、光电器件的加工与制作和光电系统的集成等一系列从基础理论到实际工程应用等各个领域的研究。涉及光子学、光信息科学、电子学、材料科学、计算机技术等前沿学科理论,它是由多个学科之间的交叉而形成的一门高新技术学科。 光电子技术在经历上述学科之间的交叉渗透后,其技术水平和工程应用技术取得了很多突破,在社会发展中以及社会信息化中起着越来越重要的作用,光电子技术的相关产品也越来越多地影响我们的生活。目前,国内外正掀起一股光电子技术和光电子产业的研究和发展的热潮。一些国家把大量资金投入光电子学和光电子技术的研究和开发中,许多以光电子技术为研究方向的研究中心、实验室和公司越来越多的建立起来。光电子技术的发展决定了未来产业的发展方向,将给工业和社会带来比电子技术更大的技术冲击。光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中起到至关重要的作用。 因此,光电子学基础是光电子专业学生必备的基础知识,也是未来光电子产业需求的人才中需要掌握的重要基础知识。 二、课程特点及专业培养目标 光电子学基础是整个专业中的基础专业课程,在学生专业思想和未来培养目标及要求的实现上发挥重要的作用,也是未来该专业研究生必需的基础课程储备。该课程注重理论联系实际,注重对学习者能力的培养,重点培养学生综合分析、解决问题能力,为将来从事光电技术领域的科研、开发和应用工作奠定基础。 我们的培养目标为:培养在光电子技术科学领域具有深厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能,德、智、体全面发展的高级光电子技术科学人才,使学生具有在光学、光电子学、光通信技术、激光科学、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。因此,基于我们的专业培养目标和光电子学基础课程的自身特点,我们在教学过程中进行了改革探索。 三、教学改革探索 1.教学内容改革。①授课体系和讲授重点。该课程根据学生培养需要,从光电子器件和光电子技术在未来工程应用的需要的角度出发,研究原理及系统构成在光电检测技术、光纤通讯领域中的常用光电器件的技术。重点讲述光学基础、光纤通讯的构成、半导体物理、光纤器件、光电子现象和光电转换器件,重点讲解光电子器件的结构、工作机理、工作特性和在工程技术上的具体应用。为了更好地将所学应用到未来的技术发展上,对各类光电器件的外围系统集成、信号的调制、解调技术也作了详细的讲解,同时给出在工程中的实际例子。②课堂教学内容紧跟科学发展的步伐。光电子课程的教材对于快速发展的光电子技术来说,既是基本的原理内容,但又是滞后的技术,若授课时只是按照教材内容讲解,往往会带来知识不新、内容与技术发展脱节的后果,易使学生对该课程的学习积极性和兴趣下降。因此,在教学过程中补充和及时更新教学内容,增加一部分现代光电子技术的发展前沿、新出现的技术及需求,从而能给学生提供更多的学习探索和求真的空间。③加强该课程与应用技术之间的联系。专业基础课程的基本功能是让学生了解和掌握所学专业的发展方向,培养的学生能在以后的学习中、工作中涉及光电子技术方面上进行继续学习和钻研。因此在给同学们讲解课程中的内容时,要与现代信息技术的发展紧密结合。针对在光电检测技术、激光应用技术、光纤通讯技术等内容进行重点讲解,结合当前社会已有的需求的技术发展进行讲解,使该专业的学生明确所学课程内容在技术应用、研究发展及市场前景,对未来的从事的专业充满信心。④为了更加与国际接轨,尝试了双语教学。在平时提供给学生光电子相关的外文读物和论文,指导学生学习专业词汇,在课堂中进行讲解,开阔同学们的视野,引导学生进行初步科研潜力的培养和学习,调动学生的积极性,引导他们进行文献学习,进一步了解国外光电子技术的发展现状,激发兴趣。⑤教学内容与市场技术应用及需求的结合。结合本校本地区特点,系统规划、组织,实施产、学、研一体化模式。针对光电子技术和光电子产业市场密切联系的特点,在课程内容上跟上市场技术需求,结合本地区经济发展的实际情况,培养既有专业知识和跨学科知识,又有极强的实际操作能力、适应性强的学生,全面提升学生的理论素养和实践能力,增强学生在未来光电子产业上的竞争力。 2.教学方法探索。①充分利用多媒体技术进行教学,利用多媒体课件在表达上形象直观、方便,在效率上和容量上很大的特点和优势。既能使课程中的各种图片资料得到清晰展示,还能节约课程上的时间,从而能在课堂教学中讲解更多的课程内容,较大地提升了授课中课堂的信息量。因此我们认真积极地制作教学课件,充分利用网络上丰富的信息资源,并与兄弟院校的老师展开课程教学交流,共享多媒体课件。极大地激发学生对该门课程的学习兴趣。②采用课堂教学和专题讲座结合的教学方法。在进行课堂理论教学的同时,利用其他时间安排、组织团队教师举办《光电子技术专题讲座》,开展光电子技术专题研究,如液晶显示、光电转换及系统集成、光纤传感及应用和近场光学中的探测技术等,既能强化学生所学的基础理论,又能激发学习兴趣,培养学生的科研意识。吸引学生参与到大学生训练计划和参与到老师研究的课题中,提前打下科学研究基础。③在方法改革中,在富有开放性的问题情境中进行实验探究。对参与到老师研究的课题或参加大学生训练计划的老师,帮助学生制定合理的研究计划,选择合适的研究方案和方法,积极发动研究光电子技术的老师,为这些同学们提供必要的实验条件,由学生自己动手去实验,考证研究方法和方案,来寻求实验结果中的答案。这时,教师起到的是一个组织者的角色,指导、规范学生的探索过程。这样的过程,不仅仅是要让学生学量的知识,更重要的是要学习科学研究的过程或方法。 3.教学实践环节探索。在光电子学基础课程中,本来并没有设置时间环节,而且多数放置在大三或大四学习,实验环节很少开始。我们为了能够更好地提升学生实践技能和掌握技术设备的结合,先在原有课程体系中安排三分之一的时间来安排实践环节,开设具体的、有针对性的实验内容,让同学们能更有效地了解、认识和掌握知识和技能。在普通物理实验、电子实验和光学实验的基础上,开设如固体光电子耦合器件、热电耦器件、发光器件及光子器件。对光通讯系统的传输和光电子器件的作用有了直观的认识和理解。在此基础上,结合地方实际,联系相关光电子产业中的企业,组织学生进行参观学习,从而让学生自己体会从书本上理论到实验实际,再从实验实际再到光电子技术,从光电子技术再到光电子商品的过程,能一下子把整个知识到技术到效益的过程展现在同学们的内心中,从而更能培养和激发学生兴趣,也能将培养目标中的产业式人才完成,弥补普通高等教育中最缺失的人才与市场的不对接的不足。 4.教学目标实现探索。在光电子学基础课程改革中,把教学目标从以知识教育为主转变为实现人才培养和科学人才需求的融合,培养具有创新、探索精神的新时代新型人才。长时间以来,我们在教学过程和专业培养中,存在着理论与实际技术需求的相脱离的现象,造成理工科学生对于市场技术需求常识缺乏。我们把教学内容、教学方法和教学实践环节都做了有意义的初步探索。进一步增强了理论学习到实践环节、实践环节到市场技术发展的学习过程,极大地激发和培养学生的学习兴趣,为将来从事该专业打下坚实的基础和牢固的信心。在近三年中,我们培养的本科毕业生就业率95%以上,该专业毕业生考研成功率30%以上,使光信息科学与工程专业的学生形成了良好的学习氛围,形成了争赶超的局面。同时,针对光信息科学和工程专业的学生,我们注意在进行科学知识教育的同时注重培养市场技术需求方面的培养,增加了企业参观及动手实践等环节,同时讲授在科学研究中人文素养培养的重要性,从而使之潜移默化地对学生进行自然的而不是勉强的人文教育。 光电子论文:菲涅尔理论在《光电子学与光电器件实验》课中的应用 摘要:在《光电子光电器件实验》课程中,引入菲涅尔理论的应用。把计算机软件的应用与具体实验内容相结合,探索了在实验课程中将基础理论、实践内容、计算机应用三者相结合的教学方法。通过设计与分析高阶菲涅尔透镜的性质,使学生对光电子学的色散等概念有了更全面和深入的理解,培养学生分析问题和处理问题的能力。 关键词:菲涅尔;光电子学;光场分析 《光电子学与光电器件》是一门实践性与应用型很强的课程。学生在学习了光电子学的基本理论知识的同时,还需要通过实验课进一步理解和消化一些基本原理和基本元件,掌握光电子学的基本技能。相应的实验课的建设直接影响学生的培养质量,影响学生今后进行科研的能力,是学科建设的重要内容之一。如何构建课程体系以及在课程中引入相应的知识训练,是一个重要的研究课题。随着光通信系统技术的飞速发展,光学元件的制作工艺也在突飞猛进。菲涅尔透镜作为一种二元光学元件,在制作工艺上有着加工工艺简单、成本低、易于与其他光路集成等优点,在光束整形、光互连、光照明、太阳能利用等方面都有着广泛的应用前景。菲涅尔透镜又叫菲涅尔波带片,是基于光的衍射理论制作的光学元件。根据菲涅尔衍射理论,在对波前进行比较粗糙的分割,组成一些同心圆环,使得到达波前一点的光程相差半个波长,经过振幅叠加可以达到聚焦的目的。为加强学生对波动光学方面基础知识、基本理论和基本技能的理解和掌握,养成用波动理论分析光学问题的思维习惯,了解菲涅尔透镜的设计与分析方法,吉林大学电子科学与工程学院特为本科生开设《光电子学与光电器件》课程这门专业课。 一、几何光学的局限性 因为在日常生活中遇见的有关光的问题绝大多数都属于几何光学的问题,几何光学比较直观,解决问题的方法比较简单,本科生在进行光电子学实验的时候往往习惯于用几何光学的知识去理解激光,思考问题仅仅停留在宏观尺度上。但是几何光学有局限性,除了直线传播定律之外,作为几何光学基础的另外两条定律――反射定律和折射定律,也都只在波长很小的条件下或者在宏观尺度上应用才能成立。几何光学原理的适用范围是有限度的。光电子学实验主要是培养学生用微观的思维去理解光、了解光的波动性。按照几何光学的知识,激光通过凸透镜会聚焦到一点,如果这个点没有大小,此处能量密度将是无穷大,这是不符合科学的,所以,聚焦的焦点处应该为一个焦斑,用几何光学的知识无法计算出此处焦斑的大小及其能量分布情况。实验过程中,可以测的激光焦点最小为光波长量级的光斑,称为埃里斑,能量主要集中在埃里斑的中心,在埃里斑的周围会有光环,其能量分布如图1所示。 学生这种几何光学的思维定势会影响他们对实验结果的分析以及面对问题时所采取的解决方法。为了让学生在现有知识条件下,就能理解解决这一光学问题,从而改变他们这种思维定势,我们在《光电子学与光电器件实验课》引入菲涅尔理论的应用,对实验项目中的实验现象尽可能让学生用波动光学的知识去理解,从而改变学生波动光学的思维习惯。 二、菲涅尔理论 根据菲涅尔理论,波前上每一个点都可以看成一个新的震动中心,它们发出的次波在空间某一点振动的所有次波的相干叠加即为该点的光强。利用公式描述如下: 其中(P)是波面上P点的复振幅,K是比例常数,F是倾斜因子,d∑是面元。 通过这一公式的形式我们可以看出,经过一个复杂的曲面积分,按照理论,可以计算出激光光场中任何一点的光强。但是这个积分计算是非常复杂的,一般的学生很难完成。如果我们的实验课中让学生进行这样枯燥无味的数学计算,不但不能提高学生波动光学的思维习惯,同时还会影响学生的学习兴趣,这与我们实验课培养学生实验技能的宗旨是相违背的。 可以利用上面的公式,不需要复杂的曲面积分,借助于计算机的快速处理能力,设计出一个激光光场分析系统,在比较短的时间内计算出各种光学元件的光场情况,从而让学生用波动光学的知识去理解激光。在利用菲涅尔公式进行光场分析的时候,学生需要了解激光波长、材料折射率、光学元件的形貌等参数,这些都是光电子学中比较重要的概念。 如在进行《氦-氖激光器模式分析》实验项目的时候,学生可以利用光场分析系统模拟出氦氖激光的情况,然后利用CCD等仪器测量实际的模式,经过对比就可以发现两者之间的误差,并进行误差分析。再比如《氦-氖激光器高斯光束与发散角测量》实验项目,可以让学生在分析系统中计算发散角的大小,以及利用最小二乘法对激光光强分布情况进行拟合,对高斯分布情况进行分析,从而让学生对高斯激光有一个更深入的了解,然后利用CCD对高斯激光发散角测试系统进行测试。这一过程对学生来说可以深入强化其对光电子学概念的理解,同时提高他们对光电子学的兴趣。 三、光场分析系统 光场分析系统为我们自主研发的一套分析软件。该软件主要是针对《光电子学与光电器件实验》教学而设计,学生在使用过程中可以自由设计实验系统中各个光学元件的参数。比如,学生可以设置激光波长,不同的波长会根据光的颜色来进行区分;可以任意设定凸透镜的表面形貌,从而可以让学生了解球面透镜与非球面透镜的区别;可以设定高斯光束中能量分布情况,从而可以比较准确地测量高斯光束的发散角等参数;还可以对菲涅尔波带片的聚焦情况进行模拟,同时还可以模拟非对称的椭圆形波带片,这种非对称光学元件在边发射激光器光束整形方面有很大的应用前景。 四、八阶梯相位型菲涅尔透镜设计与分析 根据菲涅尔衍射公式,我们可以设计菲涅尔波带片,每个圆环的半径满足以下公式: 其中,R1为最小圆环的半径。如果我们对前面所提到的波带片每个波带进行划分,根据不同的波带设定不同的光程,可以制作高阶波带片。 当n=2、4、8时,波带片理论衍射效率分别为40.5%,81%,95.1%。为产生相位匹配,必须考虑材料折射率,适当选择每个波带的厚度。 为获得更高的衍射效率,我们设计高阶波带片阵列。当n=8时,波带片理论衍射效率为最高95.1%。为产生相位匹配,必须考虑材料折射率,适当选择每个波带的厚度。厚度公式如下: 其中N为波带片阶数,n为材料折射率,对于n= 1.56的材料,为波带片达到相位匹配,我们设计每层高度为118纳米,一共8层亚波带,半径为18微米,根据公式(4)可以求得该菲涅尔透镜焦距为74微米,模型如下图所示。 然后,我们利用光场分析系统模拟这种菲涅尔透镜的聚焦情况。首先分析主轴上光强分布情况,得到菲涅尔透镜主焦点位置。从图中我们可以看出,主焦点的位置与利用公式获得的主焦点位置比较符合。 然后我们继续分析焦点位置在径向的光场分布情况,获得如下光场能量分布图形与焦点处能量分布情况(图4)。 从图中我们可以看出,实际的聚焦情况与我们分析系统分析出的菲涅尔透镜焦点情况基本完全符合。下图为焦点处光场分布的立体图。 五、总结 光电子学是光学和电学相结合并加以融合的技术领域,相应的实验课在学习光电子学过程中非常重要。本文根据光电子学与光电器件实验课程的特点以及学生在实验过程中所面临的问题,在教学过程中引入菲涅尔理论的应用,设计匹配实验项目的光场分析系统,本文合理采用计算机软件应用作为教学手段,提高授课质量,增加课程设计性实验环节,将实验教学与科研培训相结合,引导学生发现并解决问题。 光电子论文:光电子产业发展动态研究 摘要:为了能够使得光电子产业不断的发展壮大,积极有效的创新是至关重要的。现如今中国的综合能力是在不断进步,但是在发展创新的投入方面还是存在很大的不足。为了提高我国的国民经济能力,为了不断提高广大人们群众的生活水平,我国必须加大光电子产业的投入力度,无论是从经济上还是物质上都要给予积极的支持。在企业发展创新的过程中,企业要借鉴国内外先进的创新成功案例,获得大量宝贵经验,同时要认真分析失败的案例,从中汲取失败的教训。从而制定出适合本企业的创新计划以及创新策略。只有在光电子企业不断创新发展的基础上,我国的经济才会有更加快速的发展,才能持续提高我国的综合国力,才能不断提升我国在国际上的地位。 关键词:光电子产业;发展动态 引言:光电子技术近些年来在信息、能源、航空和环境科学中得到了大量的发展和应用。文章对比了国内外光电子发展的现状及概括了光电子技术在一些重要领域中的应用,并总结了光电子技术的未来发展趋势。 1、光电子产业的概述 在传统的光学技术的基础上,再结合不断创新的现代的光电子科学,形成了一门新的技术-光电子技术。现光电子技术包括很多领域,如通讯、照明以及显示等行业。其中信息光电子技术以及能量光电子技术共同构成了光电子技术。与高技术产业相同,光电子产业具有以下特点:较短的产品和技术周期;较高的收益、风险以及投资;较高的战略地位以及较高的知识密集度。同时,和其他高技术产业相区别,其有着自身的特点:部队和老百姓都可以使用;满足传统技术创新升级的需求;具有很高的产品嵌入水平;应用范围很广的优秀技术以及结合了很多科学技术等。因为光电子产业的特点以及优势,在很多发达国家都致力于大力发展光电子产业。在最近10年的时间里,光电子产业不断发展壮大。因为光电子产业很早就在中国创建,所以现在在这个领域培养了很多人才,而且也取得很多进展和科技成果。现如今,在中国的诸多部门以及地区都创建了很多科学研究机构,同时创办了大量的科技刊物。与此同时,光电子产业还在不断发展创新,在极大程度上促进了我国国民经济以及国防现代化的发展进步。 2、光电子技术的发展现状 2.1国外光电子技术的发展 光电子技术主要包括信息光电子、能量光电子、消费光电子、军事光电子、软件与网络、光计算机等几个方面。就目前发展程度而言,光电子技术比传统微电子技术具有更高的优越性能和更广阔的应用空间。 2.1.1随着“地球村”的发展,更快捷、更紧密的通讯使人类更为便捷地进行实时通讯和联络,因此,在信息产业方面具有非常大的发展空间和应用规模。而信息产业的基础即是大容量的光纤通讯网络,光纤已经成为通讯网络的重要传输介质。所以,基于光纤通讯技术的各种新技术日新月异。 2.1.2随着互联网时代的继续高速发展,人们对通讯的带宽要求越来越高,希望信息传输的速度高、时间短。为了满足互联网信息传输的需求,科学家们发展了以提高单独光纤的信息运载量来满足这个需求。主要的方法是通过利用波分复用技术,即通过增加光纤内光的路数,可以增加信息的传输量。 目前,光电子技术发展比较领先的区域主要有三个地方,北美、欧洲和日本。其中,美国已经将光电子技术列为国家二十一世纪的战略发展重点之一,已经开展了大量的研究工作。欧洲以德国为首的发达国家也在上个世纪就对光电子技术进行了研究,目前在光电子技术方面也积累了大量的技术基础。亚洲主要以日本和澳大利亚为主,但近些年来韩国和中国台湾地区在光电子技术方面发展迅猛,已经在国际市场上占有一席之地。这些发展区域在光电子技术发展过程中,相互竞争又相互补充,各自发展的重点也有所区别。 2.2国内光电子技术的发展 相对于其他的半导体、电子等领域,我国在光电子技术领域与国际先进水平的差距相对较小。这主要得益于我国在国家层面上对于光电子产业的大力支持。目前我国在很多的光电子领域得到了迅速的发展,已经和国际先进水平的国家和地区可以并驾齐驱。比如一些较为典型的光电子器件如探测器、光收发模块等已经具有较高的技术水平,也在国内占有较大的市场份额,同时也可以和国外相关公司的产品进行有力的竞争。 目前国内在光电子技术发展较为领先的地区主要有以下几个地方:京津地区、长三角地区、珠三角地区和华中地区。京津地区主要以北京的高校、研究所为主,包括一些企业在内(如大恒光电子),在半导体激光器、光学仪器方面有着较高的研究和生产水平。长三角地区主要以上海和苏南地区为主的企业为主,在光学显示器件、光学存储器件方面形成了相应的产业链。珠三角地区主要以广州为主的大量光电子企业,形成了相应的光学器件产业链。华中地区主要以武汉光谷为主的众多企业,形成了光通信、激光加工等方面较为完善的产业集群。 3、光电子技术的应用领域 随着光电子技术迅速发展,在越来越多的领域开始有了更为广泛的应用。尤其是光电子技术是牵涉了材料、微机电、电子、系统集成和微加工等方面的新技术,使它能应用的各个领域中去。 3.1信息领域。随着人们对现代信息领域的高容量和高速度的需求,需要比传统电子更为快捷的光子进行信息传输和存储。由于光子本身具有的优势,可以大大提高信息的传输速度,因此光电子在信息领域中具有巨大的应用潜力。 3.2能源领域。21世纪以来,随着各国工业水平的提高,对能源的需要也越来越大,因此,人类开始进入了能源相对较为短缺的时期。如何发展较为高效、清洁的能源也是世界各国争相研究的重点,其中太阳能光伏产业是较有潜力的一种新能源。而利用光电子技术可以为光伏发电提供较高的转换效率,具有广阔的前景。 3.3汽车领域。光电子技术在汽车领域中的应用主要体现在汽车制造业中,利用高功率的激光切割器,对汽车的材料进行高精度的加工,可以大大提高其加工精度和效率。 3.4环境领域。随着人们生活的提高,人们对环境的要求越来越高。光电子技术可以制备出具有较高精度的传感器,可以精确测量在空气和水中的污染物浓度,从而进行有效的防护和治理。 3.5军事领域。光电子技术在军事领域中也具有巨大的应用潜力。一方面激光制导武器是目前发达国家进行大量研究的先进武器;另一方面,以图像传感器为主的单兵作战武器也是世界各国发展的重点。 结语:光电子技术是一门新兴的交叉学科,涵盖了物理、电子、材料等领域的基础和应用内容,是21世纪最有前途的新技术之一,可以广泛应用在信息、能源、汽车、军事等领域。随着未来光电子技术的进一步发展,高速大容量的全光网络和激光医疗是其将来具有巨大发展前景的应用领域。 光电子论文:论毛刷在光电子玻璃清洗技术中的应用 摘 要:毛刷在光电子玻璃清洗技术中是用来清洗玻璃表面的颗粒的,毛刷的材质、旋转速度、旋转方向、压入量以及所用的清洗介质等对毛刷清洗工艺起关键的作用。 关键词:压入量;颗粒;旋转方向;转速;清洗剂 1 毛刷概述 用途和原理:清洗用毛刷是用来去除LCD玻璃表面异物,工作原理是通过毛刷与玻璃之间的摩擦力以及水的冲刷力,来去除大于0.5 μm的异物,在光电子玻璃清洗工艺中盘刷和滚刷是最常见的方式。 2 毛刷的种类 在光电子玻璃清洗中一般用两种毛刷,一种为盘刷,一种为滚刷。两种毛刷的优缺点见表1。 3 毛刷的材质与清洗效果的影响 毛刷的材质与清洗效果的影响见表2。 4 毛刷在光电子玻璃清洗工艺中的应用 4.1 盘刷在光电子玻璃清洗中的应用 ①盘刷是可以用来清洗玻璃表面8~10 μm以上的颗粒,介质一般采用10~18 MΩ的纯水和清洗剂(一般情况下使用碱溶液)的混合物,PH值一般控制在12~14之间。介质的温度一般控制在40 ℃~80 ℃。介质具体参数可根据不用的生产工艺进行适当的调整。 ②在盘刷的与玻璃接触的部位需要有喷淋水润滑,喷淋水对玻璃的清洗效果和盘刷的寿命有较大的影响。喷淋水的压力一般控制在0.2~0.5 MPa(压力的选择和玻璃的大小及玻璃的厚度有关系,当玻璃较小且较厚时应选择较大压力,当玻璃较大且较薄时应选择较小的压力),喷淋水到玻璃之间应该有重叠,便于喷淋水在均匀的喷在玻璃上,如图1所示。 ③盘刷的压入玻璃的深度(简称为压入量)在清洗工艺中是一个非常重要的参数,压入量太大不仅容易损坏玻璃还会损坏盘刷的寿命,压入量太小对玻璃的清洗效果不好,不利于清洗玻璃表面的脏污及颗粒。在玻璃清洗工艺中,压入量一般控制在0.5~5 mm之间(压入量的选择和玻璃的规格、厚度、清洗机的各个工艺参数有关系,对于压入量应根据玻璃的种类做出适当的调整)。在玻璃清洗工艺中,盘刷的压入量是一个非常难调整的参数,如果调整不好就会给清洗工艺造成负面的影响,甚至会造成玻璃表面的损伤或造成玻璃在传送过程中行走的不稳定,从而使玻璃破片或者碎片。 ④在盘刷清洗工艺中,盘刷的转速也是非常重要的,原则上是转速越高清洗效果越好,但转速越快会对玻璃的行走速度造成较大的误差,严重时会造成玻璃停止不动的现象。为了保证玻璃的正常传送,盘刷的转速一般控制在200~400 rpm。如果在不影响玻璃行走的状况下可以通过适当的调整盘刷的转速来提高清洗效果。 ⑤在盘刷清洗的工艺过程中,由于多组盘刷的转动会造成玻璃在传送过程中受力不均匀,从而非常容易走偏,需要有导向装置(不同的清洗设备中有不同的导向装置,导向装置可以根据设备本身的机构设计,在保证玻璃能顺利传送的前提下导向装置结构越简单越好),以免造成玻璃在输送过程中出现蛇形曲线的状况,从而造成撞片等严重的问题。 ⑥一般情况下,为了使玻璃清洗效果较好,在有盘刷清洗的清洗机中需要清洗剂(一般情况下清洗剂是一种强碱介质,不仅有利于清洗效果还起到润滑剂的作用),所以当玻璃从其他的清洗设备进入盘刷清洗设备时需要有专门的装置(这种装置需要能把玻璃表面上的水去除掉,一般情况下此装置能吹出洁净空气,通过洁净空气把玻璃表面上的水去除,当然根据对玻璃不同的品质要求,洁净空气的清洁度要求也不同)去除玻璃表面的水来维持盘刷清洗设备中清洗剂的浓度,当玻璃从盘刷清洗设备输出到其他清洗设备时同样需要有专门的装置去除玻璃表面的清洗剂。 ⑦盘刷材质的直径也是玻璃清洗工艺一项比较重要的参数,其直径不能太小,直径太小会使整个盘刷有效部位太软不利于清洗效果;其直经也不能太大,直径太大会造成玻璃表面清洗不均匀同样对清洗效果不利。盘刷材质直径在0.05~0.2 mm之间对玻璃清洗效果最好。 ⑧在盘刷清洗工艺中由于有压入量的要求,在盘刷清洗设备的传送滚轮上需要增加一定的材料来防止玻璃在传送过程中因受力较大造成的擦划伤,在目前的玻璃清洗工艺中这种材料一般采用氟橡胶或者对玻璃不造成擦划伤的硬质毛刷来实现。 4.2 滚刷在光电子玻璃清洗中的应用 ①滚刷是清玻璃清洗工艺中除去中等颗粒一种最常见的方式,可以用来清洗玻璃表面4~5 μm以上的颗粒,介质一般采用10~18 MΩ的纯水(根据不同的生产工艺也可以采用10~18 MΩ的纯水加清洗剂作为介质),温度一般控制在40 ℃~60 ℃。 ②在滚刷清洗工艺中,滚刷的旋转方向对清洗效果有很大的影响。一般情况下,第一组滚刷的旋转方向一般是顺着玻璃的行走方向,最后一组滚刷的旋转方向是逆着玻璃的行走方向的,如图2所示。经过某多次验证,滚刷的这种旋转方向对玻璃在滚刷清洗设备中行走是最顺利的,同时对玻璃表面的清洗效果是最理想的。 ③在滚刷清洗工艺中压入量也是非常重要的参数,和盘刷一样,如果压入量太大会造成玻璃在传送过程中的行走不顺,造成玻璃擦划伤的概率就较大,甚至发生撞片、叠片的状况。如果压入量太小,就达不到预期的清洗效果。滚刷的压入量一般为0.5~5 mm之间,具体数值可以根据实际生产效果进行适当的调整。 ④在滚刷清洗工艺中,喷淋水也是不可缺少的条件,并且对喷淋水的方向也是有要求的。如图3所示的喷水方向对玻璃清洗效果最好。喷淋水的压力要求和盘刷清洗工艺中的要求相同为0.2~0.5 MPa。 图3喷向滚刷的喷淋水最主要作用是起润滑和清洗介质作用,逆着滚刷的喷淋水主要用来冲洗清洗过后玻璃上的脏污。 ⑤在滚刷清洗工艺中,原则是滚刷得转速越高清洗效果越好,但同样存在着,滚刷转速过高带来生产的不稳定。在正常的生产过程中滚刷的转速一般控制在400~2 000 rpm,同样在不影响生产工艺的前提下,滚刷的转速越高对清洗效果越好。 ⑥滚刷材质的直径也是玻璃清洗工艺一项比较重要的参数,和盘刷一样滚刷直径在0.05~0.2 mm之间对玻璃清洗效果最好。 ⑦相对为盘刷清洗工艺,在滚刷清洗工艺中,玻璃的行走方向比较容易控制,如果对玻璃行走的过程要求不是太精密,可以不加导向装置,如果对玻璃行走过程要求精度较高应加上导向装置。 ⑧在滚刷清洗工艺中,传送滚轮上同样需要安装氟橡胶或者对玻璃不造成擦划伤的硬质毛刷来避免造成对玻璃的擦划伤。 4.3 其它种类毛刷在光电子玻璃中的应用 ①除了盘刷和滚刷外,海绵轴在光电子玻璃清洗工艺中的应用也比较广泛,海绵轴除了自身清洗效果不好之外,其具体参数可以参照滚刷的介绍。 ②近年来,HPVC软质高分子聚氯乙烯滚轴在光电子玻璃中也有了一定得应用,作为新型的一种毛刷也在被越来越多的厂家所认可。 毛刷在光电子玻璃清洗工艺中是非常重要的一环,对玻璃有着显著的清洗效果,目前绝大多数光电子玻璃生产厂家的玻璃清洗工艺都用到了毛刷清洗工艺。随着市场的需求,作为一种消耗品,毛刷的质量和寿命等自身参数也有了越来越高的要求。 5 结 语 毛刷在光电子玻璃清洗工艺应用中主要用来清洗玻璃表面4 μm以上的颗粒,在清洗过程中,各个参数都非常重要,以上所谈的参数选择是在实践中总结出来的,希望能给大家一些帮助。 光电子论文:武汉市光电子产业发展战略研究 作者简介:谭昊,湖北巴东人,2011年毕业于中南民族大学金融系,现就读于中南民族大学经济学院中国少数民族硕士专业。 摘要:21世纪是信息经济时代,信息产业将成为支柱产业。而信息产业的发展却与光电子技术的发展有着紧密的联系。光电子产业将为21世纪最具魅力的朝阳产业。武汉东湖高新技术区作为部级光电子产业基地,聚集了一批有自主创新能力的光电子企业,具有较强的竞争实力,对国的光电子产业乃至信息产业的发展有的举足轻重的地位。因此,加强对武汉光电子产业发展战略研究,对我国光电子产业的发展壮大有着至关重要的意义。 关键词:光电子产业;突出问题;发展战略 一、光电子产业概况 光电子产业是以硅为基础原材料、以红外线、激光光电子技术为支撑的,包括能源光电子、信息光电子、消费光电子、光储存、光通信与网络等电子技术产业,光电子产业在各个方面具有微电子无法比拟的优势以及更为广阔的发展前景和市场潜力。 我国光电子产业整体上水平低下、发展不足,从生产规模这一项来看,我国的光电子产业占国际市场的份额很低,但是我国的其他粗放型产业占国际市场市场份额超过百分之二十。但是,光电子产业在我国有巨大的市场,发展潜力充足。近十年,我国光电子产业产值平均年增速达到20%,截止2012年,我国光电子产业市场需求接近700亿美元。 武汉东湖高新区是“国家光电子产业基地”,是我国发展环境最有利、发展潜力最大的光电子产业基地。武汉建设一系列光电子产业基础设施,增加了武汉光电子的承载能力。武汉光谷不仅拥有众多的国家光电实验室,而且随着信息产业的不断发展壮大,以企业为代表的经济体越发注重知识创新,竞争力不断增强。越来越多的技术中心在武汉光谷“安家”。以光谷为中心坐落着以华中科技大学、武汉大学、武汉理工大学为代表的多个高等学府,他们为武汉光电子产业源源不断输送大批高端人才,这也是其他地区光电子产业无法比拟的优势所在。 2012年10月底,武汉东湖高新技术开发区出台了光电子产业发展新政策,推动着武汉光谷光电子产业的继续腾飞。光谷已发展成为武汉光电子产业优秀地区和国际竞争的典范。 二、武汉光电子产业存在的问题及其原因 (一)产品结构不合理 投资类产品比例过大时武汉光电子产业的重要特点,相反地消费类光电子产业十分薄弱。比如,武汉光电子产品中光纤光缆等投资类产品的生产规模最大,致使投资类产品的比例占总产品比例达到七成。由于技术落后,生产原料必须从国外进口,产品的市场总量需求趋于过剩,造成光电子产品价格不合理,发展模式落后,跨越式发展的空间不大。这主要是由两反面造成的,一方面是受市场波动影响较大,投资产品受市场波动影响较小,大量生产投资型产品是又市场决定的;另一方面是光电子产业链短。基础类产品主要是生产制造光纤光缆等投资类产品,对其他制造业的商品需求不够,造成光电子产业的发展不能带动上游产业和其他制造业的发展的困境。 (二)投入不够,资金来源渠道少,投资重点不突出 武汉光电子产业虽然得到国家的大力扶植,但是给予的资金支持并不足以让武汉光电子产业得到充分的发展。武汉光电子产业吸引外资不足,也导致了其资金来源不足,渠道不畅等问题。在投资方面,没有突出重点,没有形成足以带动整个武汉光电子产业的龙头企业。同时,武汉光电子产业还存在体制不健全,缺乏产权交易市场和完善的顶尖技术项目的问题。武汉市光电子产业得到的国家资金投入量与光电子发达国家的基金投入量相比实在是微不足道。 (三)优秀竞争力不足 优秀竞争力是一个企业赖以生存的基础。强大的优秀竞争力短期内是由企业产品和服务的质量决定的,长期来看,科技创新能力是一个企业优秀竞争力的关键所在。优秀竞争力是企业综合实力的具体体现、是企业赢得市场竞争、能否长期健康发展的根本因素。优秀竞争力是武汉光电子产业持续发展的保障。虽然国家对于武汉光电子产业的发展做出大量的政策和资金支持,但是武汉光电子产业优秀竞争力不足时不争的事实。在各国各个光电子产业基地竞争力综合评估中,武汉光电子产业的三个优秀竞争力指标都处于中下游水平。科技创新不足是武汉光电子产业优秀竞争力不足的根本原因。 三、武汉光电子产业发展战略相关建议 (一)加快产品结构调整是未来光电子企业生产活动中的重要工作 近年来,由于投资类产品和消费类产品比例失调,武汉光电子企业面临生产上的严峻挑战,特别是一些生产技术相对简单的低档产品。这些产品往往利润不高,使光电子企业效益低下,发展履步维艰。而一些技术难度大、回报率高的产品又只能靠进口国外企业。这种恶寻循环使我国光电子产业不能健康快速发展。因此企业应同科研单位合作,加大技术创新的力度,深入了解市场需求,以生产适销对路的产品,使我国光电子产业的产品结构不断趋于合理化。武汉光电子企业往往集中度过低,不能形成产业集群效应。 (二)调整投资结构,优化资金投向 武汉光电子企业要持续发展,做到真正服务于光电子,仅靠有限的政府投入是不够的。 在资金有保障的情况下,还要考虑到资金怎么用的问题做好资金的协调安排,统筹规划,提高资金的利用效率做好资金的协调分配,扩大武汉光电子产业企业的资金来源,长效的资金投入制度还有待政府作为真正的投资主体,从国家财政上给予必要的支持。要充分发挥现有地方政策性投融资的作用,充分发挥现有地方政策性投资机构的作用,很重要的一个方面是增加政策性资金来源。加大引进外资力度,引导外资重点投向光电子工业重点发展的领域、重点项目和重点产品的开发与生产。优化资金结构促进光电子工业发展,以营造良好的研究开发环境和商业环境为重点,为国内外投资者创造高效的行政服务、优越的投资环境和便利的交通条件,以此吸引更多的国外投资商来武汉投资。 (三)加大科研投入,保护知识产权 一是鼓励企业拿出更多资金投入到科技创新和知识产权的保护,二是大幅提高政府财政预算,为企业的科技创新和知识产权的保护保驾护航。同时,要大力推进产学研联合,多方协作,充分利用武汉优越的大学资源;组合科研小组重点攻关,尽最大努力解决和突破关键专有技术难题,因时因地制宜地建设专门进行科研的研发中心,提升企业的自主创新能力。知识产权制度已经成为国家发展战略的重要组成部分,是经济发展的重要保证,是科技支撑的关键环节。国家必须重视知识创新,要建立一个有法可依的知识创新激励机制,从根本上保障知识创新者的权益,反不正当竞争法等市场激励机制建设,建立健全有关打击侵犯专利等危害知识产权的行为。确保科技创新活动和知识产权保护沿着健康轨道发展。 作为我国最重要的光电子信息产业基地之一的武汉光谷,具有明显的区位优势、技术优势以及产业优势。它是武汉光电子产业发展的基集中体现。在武汉建立中国光电子产业基地,大力发展武汉光电子产业将对我国光电子产业的发展,推动产业结构调整和经济增长方式的转变,进而带动我国光电子信息技术的进步,都具有深远的战略意义和历史意义。(作者单位:中南民族大学经济学院) 光电子论文:应用技术型本科院校光电子技术课程教学改革 摘 要 本文根据应用技术型本科院校的特点及培养目标,从与企业合作编写教材、课程的设计偏重实验、运用现代化教学手段及采用合理的教学评价体系等方面,对光电子技术课程的教学进行了改革与探索。 关键词 应用技术型 光电子技术 教学改革 为了使大学生的培养更好地面向社会,贴近市场、更好地满足社会经济发展的需要。教育部等六部委提出了《现代职业教育体系建设规划(2014-2020年)》,鼓励举办应用技术型高校,将其建设成直接服务区域经济社会发展,以举办本科职业教育为重点,融职业教育、高等教育和继续教育于一体的新型大学。在上述《规划》的指导下,欲推动一批本科高校转型,而宁波工程学院恰是2000年以后转型成立的服务地方经济发展的本科院校,响应转型号召义不容辞。但对于应用技术型大学培养没有现成的经验和轨道可循,只能在借鉴别国同类院校办学成果和积累的经验的基础上探索。“光电子技术”是我校电子科学与技术专业光电子方向的一门专业优秀课。其教学任务不仅要传授给学生扎实的光电子技术的专业基础知识,为后续相关课程的学习打下坚实的基础,更为重要的是通过完善的理论和实践教学体系培养和提高学生的工程素质,为毕业后从事光电子方面的相关岗位做准备。本文就光电子技术课程针对应用技术型人才的培养模式提出几点见解。 1 应用技术型本科院校光电子技术课程培养目标 随着我国工业技术的发展和产业结构的转型升级及由此引起的劳动力市场变化,社会大环境对高层次应用型人才的需求更加迫切。由此,作为电子科学与技术专业优秀课程的光电子技术课程的培养目标与传统偏学术型定位的课程培养目标存在根本性区别,而应以学生就业岗位需求为导向确立培养目标。培养的学生既要具有扎实的理论基础,更具有较强的动手能力,使学生毕业后在相应的工作岗位能够具有光电产品生产制造、装配、检测、设备操作与维护、技术服务、生产管理等方面的应用才能。经过相关企业大量调研和人才需求分析,笔者认为应用技术型本科院校光电子技术课程的具体目标是以培养从事光电子方向系统设计与集成的应用技术人才为主,注重提高学生光子器件的开发能力,强调学生的综合应用能力,能够理解跨行业的知识融会贯通。 2 目前转型类高校光电子技术课程教学中存在的问题 (1)教材少,内容陈旧,不能与时俱进。我校于2005年由原来的专科学校升格为本科院校,属于地方本科院校。学生使用的教材几乎都是由学术型大学的专家教授编写出来的。这些教材偏重理论,对于培养应用型人才,服务地方经济的宗旨不太匹配。教材更新速度慢,与企业实际情况相距甚远。同时,由于课程内容侧重理论,学生学习起来感到枯燥无味。 (2)授课内容偏重理论,轻实践。光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门新兴的综合性交叉学科,主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。它包含了激光原理与控制、光电显示、光存储、光辐射的调制及探测等方面的知识,讨论光纤传感器原理,相干测量及激光的各种应用等。当前地方本科高校的培养体系和模式基本都是按照传统的理论人才培养模式构建,在转向应用技术型本科高校的过程中培养内容和课程体系受到传统惯性的影响,理论教学依然占有绝对的比重。这与培养学生具有相应的应用技能相悖。光电子技术本是一门应用性很强的课程,通过该课程的学习应该使学生具备应用所学知识解决实际问题的能力。完备系统的理论知识固然重要,但新颖的实践教学环节的设计更能使学生提高学习兴趣和对实际问题的分析和解决能力。 (3)课程内容较多,课时偏少。光电子技术是电子科学与技术专业的重要组成部分,是21世纪先进科学技术之一,在现代社会中起着举足轻重的作用,他的发展对国民经济及国防建设有着巨大的推动作用。但光电子技术作为专业的主干课程,内容较多,涉及的范围广,而课时量大多在48~64课时之间,有的还包括16课时的课内实验。在少课时的情况下,如何完成内容的讲解,同时在理论学习和实践的过程中提高学生的应用技能成为必须考虑的问题。 (4)评价体系单一。目前大多数高校光电子技术课程的考核方式是教师根据学生的出勤和期末试卷给出课程成绩;出勤占20%,期末试卷占到80%。基本一张试卷决定学习的好坏,偏离课程学习初衷,忽略学生是否能运用科学的方法将所学的理论运用到实践中去发现问题,探究和解决问题,生成新的知识。 3 应用型本科院校光电子技术课程改革措施 3.1 以岗位需求为导向自编教材,及时更新 依据当今科技的发展,企业技术不断革新,通过到光电子方向相关的本地企业光圣科技、奇美电子、首佳液晶、璨宇光电、菱茂光电等进行大量的调研,了解企业对人才具体需求确定课程培养目标。整合课程内容:增加LED显示材料和液晶显示的驱动,删除了阴极摄像管显示和光辐射的电磁场理论。同时增大了液晶显示板的设计,组装和调试等内容。根据行业和企业的实际需求自编教材,且与企业合作共同编写。该教材适合学生更快地进入工作状态,熟悉工业运作,也可作为企业提高自已员工水平的参考资料。 3.2 增加实践学时的比重,提高学生应用技能的培养 应用型本科院校定位后,我院对原有的光电子技术实验室进行了升级改造。一方面增加了设计型实验的比例,同时去掉了验证性实验。因设计性实验能从多角度、多方位、多层次、多途径训练学生提出问题、分析问题和解决问题的能力,是培养学生应用技能的重要手段。另一方面,根据课程培养目标,与大恒光电及天津拓扑合作共同开发了实验项目。具体内容如表1所示: 表1 实验类型、实验项目及所占比例 3.3 采用课程内容分层、开展课堂讨论及利用现代化的网络平台等多种教学方法 应用技术型本科院校在传授学生系统的理论知识的同时,更重要的是培养学生运用知识的技能。传统的光电子技术课程教学方式已不能适应新时期应用技术型大学生培养的需要。而教育体制改革又要求降低教学的学时数,给学生更加宽松的时间培养综合素质,而技能的培养又需要大量课时。解决教学课时少与应用能力培养之间的矛盾,成了光电子技术教学改革的一项重要任务。笔者认为,首先为了能在有限的学时内,讲解更多的内容,而且还能被学生较好地吸收,需要将教学内容作整体分析、分出层次。比如:哪些内容是重点、要点,需要学生牢固掌握;哪些内容是难点,需要慢讲,细讲;哪些内容属于扩大知识而容易理解的,可以快讲;哪些内容需要压缩甚至删减;哪些内容可以让学生自学。例如,各种显示器的工作原理和驱动方式是重点内容,需要详讲,精讲多练;激光器的清洗,雕刻等应用内容简单,学生可以自学。其次可以针对难点的内容开展课堂讨论,在活跃的课堂气氛下,加深对知识的理解。最后利用现代化的教学和沟通工具,为学生建立一个交流平台,这个平台应用的技术可以由教师自己选择,如BBS、微信、QQ、电子邮箱、社区等,然后教师将认为有用的资料分享到这个平台,并对学生提出的问题进行解答,这样可以达到一个教学相长的效果。 3.4 采用多元化的评价体系 教学评价方面,采用多种考核方式并举,多角度考查学生对知识的掌握程度。目的是淡化考核结果,避免学生机械地背诵书本知识应付考试,注重学习效果和过程,提高学生自学能力,培养学生良好的学习态度和习惯。如根据光电子技术的课程特点,笔者对原有的考核方式进行了适当的调整,偏重实践教学的权重,同时,注重平时课堂表现、学习态度和成效,在期末考试中采取开、闭卷相结合的方式(如表2所示)。 光电子论文:“光电子技术”课程中诱导式教学方法的创新探索 【摘 要】光电子产业作为21世纪具有代表性的主导产业之一,对当今世界科技发展起到巨大驱动力的作用。而《光电子技术》则是电子信息科学类专业的基础学科,本文从分析该课程在本科教学阶段的现状及存在的问题出发,通过剖析学生学习的状态及《光电子技术》在教学模式中存在的问题,把科学研究引入课堂,采用诱导式教学方法和多元化的考核评价标准,对《光电子技术》的教学模式进行创新性探索。实践表明这些教学探索极大程度的调动学生的学习热情,提高了《光电子技术》的教学效果。 【关键词】光电子技术;教学方法;诱导式教学 0 引言 随着国家信息化建设的逐步深入,我国采取了一系列积极、稳妥、有效的措施促进电子信息技术产业高速、持续、健康的发展。从2002年开始国家计委组织实施光电产业化专项计划,光电专项产业化目标[1]是:(1)根据我国在光电子研究开发方面所具有的技术优势和资源特点,重点支持一批技术水平高、市场前景好的光电产品,实现产业技术升级,并尽快形成规模生产。(2)“十五”期间初步形成具有一定自有知识产权和产业优势的光电产业体系。通过对我国已有技术和资源优势并在国际市场有竞争力的光电子产品的重点支持,力争在“十五”期间使国内光电产业能够满足国内各行业的需要,并进入国际市场。(3)通过技术创新和项目建设的带动,扶持光电产业基地的形成。光电信息技术产业的迅速发展,使得具有光电信息技术知识背景的从业人员的需求逐年增加。作为培养专业人才的摇篮,近年来,很多高校相继开设了光电信息工程专业。它以培养可从事光学工程、光通信、图象与信息处理等技术领域的科学研究及相关领域的产品设计与制造、开发及应用等工作的应用型人才为目的。 而《光电子技术》作为光电信息工程专业的一门专业基础课,从了解光电子技术的发展和应用开始,通过学习光学基础知识,以光学系统的源、传输通道、信息加载、探测、信号处理、显示和存储为主线,引导学生系统、全面的学习光电子技术。通过本课程的学习应使学生对光电子技术中的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识,培养学生分析和解决工程技术问题的能力,为进一步学习相关专业课打下基础。 本文从分析《光电子技术》课程在本科教学阶段的现状及存在的问题出发,通过剖析学生学习的状态及《光电子技术》在教学模式中存在的问题,把书本上的内容与当前光电信息产业的发展现状相结合,采用诱导式教学把科学研究引入课堂,对《光电子技术》的教学思路进行创新性探索。实践表明这些教学探测极大程度的调动学生的学习热情,提高了《光电子技术》的教学效果。 1 《光电子技术》的教学现状及问题 就《光电子技术》这门课程而言,由于教学内容的逻辑推导内容较多,要求以大学数学为基础,具备物理学,材料学,电路电子等多学科的知识和理论体系,导致部分学生对其缺乏兴趣,进而 影响到教学的效果。 尽管近年来,随着的电子设备走进课堂,授课方法也日趋多样,如、“现代化多媒体与传统板书”相结合的教学方法、“图片演示与实物展示”相结合的教学方法、“课堂讲授与小组讨论”相结合的教学方法等[2]。对传统意义上的教学模式进行了改革,如,讲解到激光原理与技术这一章节的时候,在课件中放上激光器以及激光光束的图片,把文字描述的内容以实实在在的实物图片展现在学生的眼前,加深了学生对知识点的理解和接受。这些教育教学方法的改革在很长的一段时间的确取得了很好的教学效果。 然而,随着的物联网技术的发展,现在的大学生可以从互联网上获取海量信息,仅仅是一副图,一个装置器件已经无法引起学生过多的关注。那么,如何吸引到学生的注意力,激发学生的学习兴趣,把《光电子技术基础》这门光电信息工程专业基础课讲解的生动,打开学生通往光电子技术领域的大门,为进一步学习相关专业课打下基础是我们亟需解决的问题。 2 诱导式教学方法 传统意义上的诱导式教学方法早在20世纪80年代被提出,其理论依据出自《论语-述而》:“不愤不启,不悱不发,举一隅不以三隅反,则不复也。”意思是只有当学生百思而不得其解时,教师才可以有选择的启发他,当学生心里明白但不知如何表达时再去开导他,如果学生不能举一反三,就先不要往下进行了。因而诱导式教学应当是“启发”和“引导”相结合,通过“启发”和“引导”学生,使得学生在有限的课堂教学时间内做到触类旁通,提高教学效率。 而大学教育赋予了“诱导式教学”新的含义,除具有传统意义上的诱导式教学的思想以外,还包含了用发展的眼光看待书本上的知识体系,把科学研究、最新的科技发明、科技产品引入课堂。就《光电子技术基础》这门课程而言,可以从光电产业的最新科研成果中提炼出与课本知识点相关联的的内容,通过光电产业的新发明,新应用吸引学生的注意力,在讲解这些发明或应用的过程中传授教学内容,激发学生的学习《光电子技术》的兴趣。以《光电子技术》[3]中“偏振――起偏――检偏”这一知识点为例,如果仅仅从书本上给出的概念出发讲解:(1)偏振指的是振动方向对于传播方向的不对称性;(2)自然光得到偏振光的过程称之为起偏,所用器件为起偏器;(3)检测某一光束是否为偏振光的过程称之为检偏,所用器件为检偏器。抑或在多媒体课件上放置光束起偏/检偏的图片,都不能起到很好的教学效果。为了吸引学生的注意力,激发学生对“光的传播”这一教课内容的兴趣和求知欲,同时扩展学生的知识面,可以从近阶段的热门话题个人全息手机(takee手机)引入,takee手机的亮点之一是可以使用户从各个角度都能感受到浮在屏幕上的全息立体3D效果,进而联系到学生身边的光电信息技术――3D电影,观众要戴上一副特制的眼镜,而这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片,由此把重点落到“偏振”这个知识点上,让学生在一个轻松的教学氛围中不仅学到了新知识,而且知道新知识的应用领域和当前发展的现状,扩宽了学生的知识面和眼界。 因此,大学课堂中的诱导式教学方法应该:(1)培养学生具有批判性思维;(2)具有科学的想象力;(3)具备自我塑造和发展能力。在此基础上,“以点带面”提高学生的创新能力和动手实践能力。 3 多元化的考核评价标准 北京航空航天大学校长前校长曹传钧教授在本科教学上,提出“讲一、练二、考三”的教学模式。指出学生的学习效果体现在:(1)知识面的宽窄;(2)学习,实践的经历;(3)自学的能力;(4)是否具备创造性思维和创造性能力,具有独立的见解等几个方面[4]。那么单纯的一张试卷,一次考试就不能够作为学生掌握知识的依据。 而《光电子技术基础》是理论与实践相结合的一门课程,这就要求其课程的考核评价标准应该具备多元化,多样性的要求。整个课程的考试分为三部分:(1)理论部分的考核:可以采取闭卷考试了解学生对基本概念,基本理论的掌握程度,或者把基本理论深入剖析,采用开卷考试的方式,考察学生运用书本知识分析问题的能力;(2)实验部分的考核:通过实验不仅能够加深学生对知识的掌握,实验本身更是对整个章节,甚至整个课程内容的一个体现,如电光调制实验,旨在让学生掌握晶体电光调制的原理和实验方法,但是该实验从激光发射出的光波经由起偏器,电光晶体,1/4波片,检偏器之后被光电探测器接收,通过信号处理,学生可以在示波器上观察到作用到电光晶体上的调制信号曲线和光电探测器解调后的信号曲线。而这么一套设备展现出来的就是一个完整的光电系统。学生在实验的过程中可以运用光电系统的知识搭建好实验线路,确定光路信号的走向,通过示波器显示的信号曲线分析实验过程中出现的问题,思考该问题出现的原因以及采用何种解决这些问题,从而考察了学生对于光电调制内容的掌握程度,促使学生从实践中意识到理论知识的重要性,提高学生分析问题解决问题的能力;(3)课程设计部分:课程设计旨在学生根据授课内容,通过自学扩大自己的知识面,结合日常生活中使用的光电子产品,培养学生科学的想象力和创新能力。整个成绩采用百分制的标准,三部分的分值分配以60%+15%+25%的形式评判学生对《光电子技术基础》的学习掌握程度。 通过对两届学生的采用诱导式教学和多元化考核评价的教学,其实践表明这些教学探索极大程度的调动学生的学习热情,提高了学生运用所学知识分析问题,解决问题的能力,培养了学生的动手能力和创新能力,达到了《光电子技术》的教学效果。 4 结束语 光是人们最为熟悉的现象之一,从17世纪关于光的本质的两大对立学说到21世纪的信息时代,光电信息技术已经渗透到人们日常生活之中,除了光电子技术专业的学生需要深入系统地学习《光电子技术》外,微电子技术、材料、电子科学与技术等专业的学生也需要了解光电的基本概念和基础知识。探索诱导式教学方法在《光电子技术》课程的新模式和多元化的考核评价标准,把光电基本概念和基础知识与当前光电信息产业的发展现状相结合,使学生较好地掌握所学知识,把握知识点的学术前沿,为学生的进一步学习和发展打下坚实的基础。 作者简介:张艳(1983―),女,汉族,博士,安徽工程大学电气工程学院,讲师。 光电子论文:光电子专业综合训练实践教学模式初探 [摘 要] 结合学科专业特点,积极探索专业综合训练实践教学模式。基于CDIO理念推进工程技术应用型人才培养模式的构建,提升实践教学占本科教学的权重。以燕山大学信息科学与工程学院光电子专业的专业综合训练为研究对象,从专业综合训练的目的与意义出发,对现行的专业综合训练内容――反射式光纤位移传感系统和训练形式进行阐述,同时也对专业综合训练改革进行探索与尝试,旨在为相关专业本科实践教学的开展、高素质人才培养提供有益的参考。 [关键词] 光电子专业;专业综合训练;反射式光纤位移传感;实践教学 0 引言 光电子专业是以光电信息工程理论与技术为特色的信息类专业,致力于培养融合光、电、信息和计算机等学科的复合型人才。在光电信息工程专业教学中,专业综合训练作为一个必修实践环节,是加强学生工程训练的重要手段,对培养学生的创新精神和实践能力不可或缺[1]。同时,也是贯彻CDIO理念的重要方式[2]。发达国家的工科院校十分重视对学生工程实践能力的培养,如要求学生在工厂进行32个月的生产实训,几乎占整个大学学习时间的1/4;而日本明确提出:工科院校4年教育要始终围绕工程和联系工程实际进行。与发达国家相比,国内工科院校在实践教学尤其是工程实践教学方面存在明显差距,普遍存在着“课程设计简化、毕业设计软化、专业综合训练与生产实习形式化”的现象[3]。太原科技大学光信息科学与技术专业的专业实验是将专业课实验去掉,形成一个64学时的专业综合实验课[4]。高朋等人介绍了沈阳师范大学在课外开放实验与实践活动中进行专业实践模块,与专业实验课程互为补充[5]。陈顺芳等人就咸宁学院光电信息实验与实践平台的构建进行了详细的阐述[6],具体实施也是以课外开放实验的方式进行。 专业综合训练起着从课本理论知识向专业实践能力过渡的桥梁作用,轻视这一教学环节会使学生走向社会后的适应性降低及适应周期加长。因此,提高对这一教学环节重要性的认识,加大对其的投入,加强对该教学环节的建设,对保证这一教学环节有力、有序、有效地开展,具有极为重要的意义。鉴于此,本文针对光电类专业综合训练实践教学目的、内容、模式等方面进行初步探索与研究。 1 专业综合训练的目的与意义 光电子专业综合训练的目的在于,使学生掌握电子技术和光学基本理论,了解光学原理、光电检测技术及检测仪器在生产实际和科学研究中的应用情况;使学生对光源、光电探测器与传感器等方面的知识有更进一步的认识和掌握。专业综合训练是安排在大四的一项教学实践环节,是在学生学习了本专业的全部专业基础课和专业课后进行的。通过专业综合训练,拓宽学生的知识面,增加感性认识,培养学生进行调查研究、分析和解决工程实际问题的能力,为将来的工作打下坚实的基础。 2 燕山大学光电子专业综合训练内容与模式 燕山大学信息科学与工程学院光电类共有5个专业实验室、1个教学示范中心和1个光电类实践教学基地,基本上能满足7个教学班级的实践活动。专业综合训练通常是选择一些难度适中、具有较强应用背景的题目来进行仿真生产。早在2005年就设置了为期1周的专业综合实验,曾先后进行过“CCD综合实验”、“光纤F-P干涉仪”、“光纤亮度测温仪”等实验,由于学时较少,所以还是以“设计型”实验为主。随着教学改革逐年深入,实践教学日益受到关注,教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”试点,引入了国际工程教育改革的最新成果――CDIO工程教育模式与理念,所有这些都推动了燕山大学的实践教学改革,专业综合实验学时由1周增加到2周,到2012年增加到4周。这项实践环节主要是在校内专业实验室进行,这一点有别于生产实习。 训练内容为设计制作一光纤位移传感系统,属于反射式强度调制光纤传感器,是一种非功能型光纤传感器。利用待测物理量引起光强变化,通过检测光强的变化实现对待测物理量的测量,如位移、压力、振动、表面粗糙度等。反射式光纤探头如图1所示。光纤探头A由两根光纤组成,一根用于发射光,一根用于接收反射体反射的光,R是镀膜的反射体。 系统装置的原理框图如图2所示,MCU采用宏晶公司的STC12C5A60S2。实现数控恒流源来驱动LED/LD发光,采用AVAGO公司的T-1527作为光源,探测器采用与之匹配的R-2526,反射光强经过信号处理后进行A/D转换,最后在LCD1602显示屏或者数码管上显示出来。载有光纤探头的二维位移调节架可以记录其位移,这样便可以得到位移与反射光强的关系,记录多组数据便可绘制出反射式光纤位移传感的调制特性曲线,如图3。由图3可知,不同驱动电流下的调制特性曲线都在相同位置出现极大值,当位移小于极大值时,为递增函数,称之为“前坡”,反之为“后坡”[7]。系统可工作在这两个区域中,即“前坡”工作区和“后坡”工作区。可以看出,当在“前坡”工作时,可以有较高的灵敏度;当在“后坡”工作时,可以获得较宽的动态范围。图4为系统仪器的照片。 3 专业综合训练的实施形式 专业综合训练的实施形式是保证训练成效的重要前提。图5为专业综合训练的流程图。学生在校内专业实验室进行查阅文献、设计、元器件选择、原理图绘制、PCB板的制作、光纤组件的设计与制作、焊接、硬件调试及其软件编写、文档撰写等工作[3]。 首先,领取任务书,由指导教师将训练内容与要求以书面形式发到每个学生手中。教师讲解训练内容、目的和一些具体要求。此部分既要让学生明确训练的总体目标,更要让学生有明确的阶段性小目标,让学生清楚如何查资料、应该查什么样的资料、要实现什么目标。 其次,查阅文献资料,根据任务书的要求进行电路设计、光学组件设计。以往给学生留出时间查阅文献资料,只有小部分学生能按要求完成,效果不理想。针对这一弊病,采取了分小组汇报设计方案的形式,每3人1组以PPT形式汇报本小组的设计方案,同时指导老师给出评价。该部分内容占学生成绩的一部分,从而极大地调动了学生查阅资料的积极性和效率。 再次,原理图与PCB板图的绘制,让学生熟悉专业的绘图制版软件,并熟悉电路板设计制作的流程。考虑到PCB板的制作成本、生产周期和后期调试问题,并不把学生的版图拿去工厂进行加工制作,而是在学生设计后期将已做好的PCB板及对应的版图资料一起发给学生。通过对比、改进、总结,让学生发现设计中的不足,掌握布局布线的方法与技巧。接着是电路板的焊接与调试。一方面让学生掌握各种封装形式元件的焊接工艺及技巧,另一方面更要让学生掌握硬件调试,包括电性能测试和一些简单的测试程序来评估硬件及其焊接工艺的优劣,从而让学生充分认识到调试在整个系统设计中的重要地位。 此外,给学生的光纤组件基本都是半成品,要让学生制作光纤接头。由于系统采用的是粗芯塑料光纤,加工制作的工艺要求比较低,学生在教师的指导下基本都能完成并达到要求。 软件编写,由于学生已进行过单片机课程设计,对C51单片机编程已具备一定的基础,所以这部分内容主要体现在功能实现上。要求实现既定基本功能,当然也鼓励学生进行功能拓展,充分利用MCU内部资源和硬件电路板的各个模块。经过3天的软件编写,发现大部分学生都能实现要求的基本功能,有相当一部分学生对系统进行了各种各样的扩展,效果甚至超出了老师的想象。对于一些编程能力差的学生,老师将软件功能拆分,指导其分步分块实现,尽可能地激发其编程热情,使其缩小与其他同学的差距。 系统性能综合测试,除了要求学生绘制出不同驱动电流下的反射式位移传感器的调制特性曲线外,还要求学生测量光源的P-I特性曲线等。进行系统调零、增益调节等功能测试,并评估仪器性能参数。 最后,文档撰写,以往学生容易忽视文档撰写的重要性,互相抄袭、东拼西凑现象时有发生。为了避免此类情况的发生,教师在训练之初就反复强调文档在整个系统设计中的重要性,并将文档撰写的质量作为评定成绩的一个重要依据。 4 专业综合训练模式探寻 不断探寻专业综合训练的新模式,是深化本科实践教育的需要,是培养学生实践技能、综合素质的重要保证。燕山大学信息科学与工程学院光电子工程系对专业综合训练的模式进行了初步探寻,具体包括以下几个方面。 1)在内容上选择与定位一些综合程度比较高的题目,通常以一个具体的光电产品为载体,并且该产品在行业中具有一定的代表性,与当前主流光电产品特征相近且与专业知识背景密切相关,使学生在光学、电子、机械设计和计算机应用等各方面都能得到综合锻炼。这就要求专业综合训练与前期大学本科三年所学各科课程有较好的知识点衔接,既包含如应用光学、物理光学、光电子学、光电信息检测、光辐射、光学材料、光学制造工艺、光学测试等光学类主要专业课程知识运用,也要包含如光学精密设计、光学机械CAD、数字和模拟电路及电子设计自动化工具的运用,还要覆盖微机原理与接口技术、软件基础、程序设计等计算机方面的知识运用,使学生在最大的知识范畴内得到充分的发挥和锻炼。 2)研发与设计过程满足“大过程”特征,体现在尽可能多的覆盖产品制造链上的步骤和过程,让学生对产品选型、市场定位、经济和技术可行性分析、论证、设计、仿真、加工、装配、测试检验、分析评估等环节和步骤都有感性经历和体会。 3)在实施过程中必须能够让每个学生都担当企业工人、技术员、管理员等多重角色,人人动手,充分参与生产、研发设计的每个环节。 4)开辟校内专业综合训练基地或工程训练中心。自2005年以来,分别在燕山大学特种光纤研发基地和光电类实践教学基地进行过实习与训练。 5 结束语 专业综合训练是学校实践教学的重要组成部分,是教育教学体系中一个不可缺少的重要环节。专业综合训练是培养技能型人才、实现培养目标的主要途径之一。它不仅是课程教学的总结,更是课程教学的延续。实践教学如何满足社会的需求是近几年各高等院校共同关注的焦点,探讨实践教学改革的思路,有利于推进人才培养进程。 光电子论文:电子科学与技术专业的光电子材料与器件课程教学方法研究 摘 要:该文阐述了光电子材料与器件课程在电子科学与技术专业教学中的重要地位,并根据笔者自身的教学经验,讨论了电子科学与技术专业教学中光电子材料与器件课程的理论教学和实验教学的内容、教学形式、课时安排与教材选择等。 关键词:电子科学与技术 光电子材料与器件 理论教学 实验教学 电子科学与技术(以下简称“电科”)专业是以培养具备微电子、光电子、集成电路等领域宽厚理论基础、实验能力和专业知识,能在电子科学与技术及相关领域从事各种电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发,以及科学研究、教学和生产管理工作的复合型专业人才为目标的工程专业。作为电科专业教育中重要内容的光电子技术,不仅是当代信息技术两大支柱之一,而且随着现代科学技术的发展持续焕发着生命活力。而让光电子技术保持如此强劲发展势头的主要原因之一,正是光电子材料与器件的广泛应用,例如激光器与新型光电探测器的应用的人你还。另外,诸如纳米光电材料与器件、光子晶体及相关器件、超材料及相关器件与表面等离子体激元及器件等新型光电子材料与器件的研究与应用,是目前国际上光学与光电子学研究领域的前沿热门方向。由此可见,学习光电子材料与器件的相关知识,不仅对电科学生知识体系的构建与就业方向的确定具有积极的影响,也为那些将来希望从事新型光电子材料与器件科研工作的学生,提供了坚实的理论基础与知识储备。然而,根据笔者的调研,虽然国内许多重点大学的电科专业都开设了光电子技术课程,但很少有大学专门开设光电子材料与器件这门课程。而由于光电子技术的内容多、涉及知识面广,教学课时又往往有限(一般为32或48个学时),因此在光电子技术的实际教学过程中,讲授教师往往重视光电子技术基本概念与理论知识的教学,而轻视光电子材料与器件的教学。该文从光电子材料与器件的研究内容、应用及发展等方面说明其在电科专业教育中的重要性,并结合自身光电子材料与器件课程的教学经验,研讨电科专业中光电子材料与器件的教学方法。 1 光电子材料与器件简介 光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。自1960年美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来,光电子材料与器件如雨后春笋般发展迅速。在短短的50多年里,光电子材料与器件经历了从红宝石激光器的发明,到半导体激光器、CCD器件及低损耗光纤的相继问世;从各种光无源器件、光调制器件、探测与显示器件的小规模应用到系统级集成制造实用化阶段;从大功率量子阱阵列激光器的出现再到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器的诞生。光电子材料与器件从未停止过发展的脚步,并正在不断深刻影响着人类社会的方方面面。在实际需求的引导下,各种新型光电子材料与器件层出不穷,性能也不断提高。尤其是近年来,随着微米及纳米级加工技术的成熟,新型的微纳光电子材料与器件的研究异常活跃。纳米光电材料、光子晶体、超材料、表面等离子体器件等领域的研究成果丰硕,为未来光电子器件的微型化、集成化发展奠定了坚实的基础。 综上所述,光电子材料与器件在当代信息产业与科学技术中具有极其重要的地位,因此,光电子材料与器件这门课程不仅应当单独作为一门课程独立教学,而且应该作为重视工程教育的电科专业的优秀课程。 2 光电子材料与器件课程教学研究 2.1 光电子材料与器件课程的教学形式、课时安排与教材选择 光电子材料与器件课程不仅包含丰富的理论知识,例如光电子材料的物理特性以及光电子器件的工作原理等,而且与实际应用结合精密,因此,本课程宜采取理论教学与实验教学相结合的教学形式。 在课时安排方面,作为电科专业的一门优秀专业课程,光电子材料与器件课程的总课时应不低于32学时(2学分),理论课学时不低于26学时,实验课不低于6学时。 另外,在教材选择方面,由于光电子材料与器件是光电子技术中的一部分内容,而目前国内关于光电子技术方向的参考书籍很多,其中亦不乏一些光电子技术课程的经典教材,例如西安电子科技大学安毓英主编的《光电子技术》[1],西安交通大学朱京平主编的《光电子技术基础》[2]等。虽然这些光电子技术参考书中或多或少都会介绍与光电子技术相关的材料与器件,但是,目前专门介绍光电子材料与器件方向的教科书却是少之又少,市面上仅有国防工业出版社2012年出版的侯宏录主编的《光电子材料与器件》[3]一书。加之,该书中所涉及的理论知识较深,基础浅薄的本科生很难驾驭。由此可见,对于光电子材料与器件这门新兴课程而言,设立统一的教材并不合适。因此,笔者建议该课程的讲授教师根据理论教学与实验教学的内容,自行编写该课程的讲义与课件。 2.2 光电子材料与器件课程的理论教学 按照电科专业的专业定位以及培养目标,光电子材料与器件课程的理论教学也应该突出“工程”内容。传统的光电子技术教学中所重视的原理、定律与规律等内容,在光电子材料与器件教学中要弱化;而传统光电子技术教学中往往被弱化乃至忽视的光电子材料与光电子器件的相关知识,要在光电子材料与器件课程教学中占主体地位。如此才能保证在有限理论课时的前提下,让学生对光电子材料与器件有一个全面的认识。 在教学内容的设置方面,由于光电子材料与器件主要应用于光电子技术之中,因此,为了便于学生的理解与知识体系的构建,笔者建议光电子材料与器件课程理论教学的章节设置按照光电子技术的章节设置进行。以笔者讲授光电子材料与器件理论课程(共26学时)为例,该理论课程共被分成了绪论(2学时)、激光原理与典型激光器(5学时)、太阳能电池(4学时)、光通信器件与材料(5学时)、光探测器件(5学时)、光电显示器件(3学时)与光存储器件(2学时)等七个章节,这七章内容基本囊括了光电子技术中光产生、光转化、光传输、光探测、光显示以及光存储等各个重要环节中最为典型的器件以及所用到的材料。另外,在每章内容的设置上,也尽可能突出“工程”内容,弱化“理论”知识。下面,笔者将详细介绍笔者在光电子材料与器件教学中各章的教学内容。 第一章绪论主要包括光电子材料与器件课程简介以及光电子技术的基本知识简介。在光电子材料与器件课程简介中,向学生介绍课程设置的目的和意义、课程的主要内容、教学与考试方式与参考资料等。通过这部分内容的介绍,让学生对本课程的意义、内容、侧重点有一定的认识。在光电子技术基础知识简介中,重点向学生介绍光电子材料与器件与光电子技术的关系,并通过对光电子技术的概念、特征、发展等方面的介绍,让学生对光电子技术以及光电子材料与器件有一个整体的认识。 第二章激光原理与激光器重点介绍几种典型激光器的材料、结构与工作特性,其主要内容包括三个部分:激光原理简述、典型激光器与激光器的应用。在激光原理简述部分,由于多数电科专业在学习光电子材料与器件课程之前已经修过激光原理等类似课程,所以该部分内容为简略介绍的内容,主要帮助学生回顾激光的特征、历史与光辐射理论等知识点。而第二部分内容典型激光器是本章内容的重中之重,在该部分内容中,将依次向学生介绍固体、气体、液体与半导体这四大类激光器中的典型激光器的结构、特征与工作特性等知识。由于发光二极管与半导体激光器结构与工作原理上的相似,在介绍完半导体激光器后,可以顺理成章地介绍发光二极管的结构与特征。另外,本章最后还简单介绍了激光器的几种常见应用。 太阳能电池虽然是光电探测器中光伏效应的一种特殊应用,但是由于它在现如今光电子技术产业以及光电子器件中的重要地位以及良好的发展趋势,该部分内容被独立成一章。在第三章太阳能电池中,主要分两小节给学生介绍,第一小节介绍当今能源与环境问题以及太阳能的开发和利用,让学生了解当今能源资源的现状以及新能源研究与应用的迫切需求,然后介绍太阳能利用的历史以及发展趋势;第二小节正式介绍太阳能电池的工作原理、结构以及特性等知识。 第四章光通信器件与材料主要介绍的是光通信系统中所用到的有源与无源光器件。本章内容共分为两小节:第一小节介绍光纤通信的基础知识,包括光纤通信的定义,光纤的结构、导光原理、发展历史,以及光纤通信系统的组成与特点。第二小节正式介绍光纤通信系统中所用到的各类光电子器件以及构成这些器件的优秀材料。在光纤通信中,最重要的器件当属光纤,所以,本节开始就着重介绍光纤的相关知识,包括它的结构、原理、分类、特征参数与传输特性。然后,又将光纤通信系统中的其它光电子器件分为有源与无源器件两类,并分别介绍了这两类光器件中的代表器件:掺铒光纤放大器与波分复用与解复用器。最后,在本章结尾还介绍了光纤通信系统中其它几种常用光器件,例如光耦合器、光衰减器、光环行器等。 第五章光探测器首先介绍了光电探测器的物理效应、性能参数、噪声;其次,按照光电探测器物理效应的不同一一介绍了几种典型的外光电效应探测器(光电管与光电倍增管)与内光电效应探测器(光电导、光电池与光电二极管)。教学的重心仍然放在对探测器结构、工作原理以及特性等方面。 第六章光显示器件重点介绍四种光显示器:阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器与电致发光显示器。 第七章光存储器件主要介绍了现如今最常用的一种光存储系统―― 光盘系统以及其中最总要的器件光盘。 2.3 光电子材料与器件课程的实验教学 光电子材料与器件实验课程的教学要与理论教学紧密相连,并重点介绍理论课上讲解过的光电子材料与器件,实验课程的学时应不低于6学时,开设的时间最好在理论教学完成之后,以保证学生在实验前已对实验器件与实验原理有一定的了解。在实验项目的设定方面,既要保证与理论课程内容的相辅相成,又要尽量避免与其它课程实验项目的重复,造成资源的浪费。例如,许多大学的电科专业都已经将激光原理一课作为该专业的优秀专业课程,并配备了相应的激光器实验。在这种情况下,如果在光电子材料与器件实验教学中再次引入激光器的实验内容,不仅消耗了宝贵的实验时间,实验效果也会大大降低。 下面跟大家简单介绍笔者在光电子材料与器件实验教学(6学时)中的实验安排。 (1)实验内容:共包含六个实验项目,它们分别是:光控开关实验、光照度计实验、红外遥控实验、PSD位移测试实验、太阳能充电实验与光纤位移测量系统实验(每个实验1学时)。各实验中都应用到了一个或几个优秀光电子器件,这些光电子器件基本涵盖了学生在理论课程中所学到的最为重要的几类器件,例如光控开关实验应用到了光电探测器中的光敏电阻作为优秀元器件;而红外遥控实验中用到了发光二极管光源与红外探测器等光电子器件。 (2)实验要求:以往的光电子技术实验往往重视现象的观察与定性分析,但经笔者调研,这种实验方法很难最大限度激发学生的求知欲与动手能力,因此,在对原有的实验指导书进行改良后,笔者自行编写了实验的指导书,并在每个实验项目中加入了一些测量与定量分析的实验内容。例如太阳能充电实验,原来的实验指导书只是观察太阳能充电的效果,但是,在新改良的实验指导书中,要求同学测量不同光源照射下太阳能电池的输出电压与输出电流,并要求学生分析比较其差别。通过这种方式,充分调动学生的实验积极性,在具体的实验教学中也取得了很好的效果。 (3)实验方式:分组实验,共同撰写实验报告。这样,不仅提高实验效率,还能够锻炼学生的团队协作意识。 (4)考核方式:根据每位学生实验完成的情况与实验报告撰写的情况综合评分。 3 结语 光电子材料与器件在信息产业的发展与现代科学的研究中都具有举足轻重的地位。它不仅是电科专业知识体系中的重要环节,也为电科专业学生提供着良好的就业竞争力与科研基础。本文通过对电子科学与技术专业特点与光电子材料与器件课程内容的分析,讨论了光电子材料与器件在电科专业教育中的重要性,并根据笔者自身的授课经验,提出了光电子材料与器件在电科专业中的教学形式、课时安排、教材选择以及理论与实验课程内容设置的一些意见与建议。 光电子论文:光电子技术教改探索 摘 要:光电子技术课程是一门理论和实践紧密结合的重要课程。针对我院实验课程的欠缺,我们进行了此项教改工作,希望这次改革成果能给本专业老师的教和学生的学带来益处。 关键词:光电子技术 虚拟仪器LabVIEW 光电实验 教学改革 光电子技术课程是一门理论和实践相结合的一门课程。但我们学院自从2003年开设光电子技术课程以来,由于因教学条件所限,该课程主要强调理论,实践教学内容很少,到目前为止还没有专门的光电子技术实验室。这种情况下或多或少会影响到学生对本课程内容的理解和应用。可见,我们学院的光电子技术课程教学改革势在必行,特别要把实验环节的教学提到日程上来。 1 改革理论课程 1.1 教学内容改革 光电子技术课程是我们学院光信息科学与技术专业和应用物理两个学科的专业课,最初选择的教材不太合适,经过两次调整,最终选定高教出版社张铁林主编的《光电子技术》的和科学出版社朱京平主编的《光电子技术基础》两本书作为我们的指定教材。光电子课程是我院光信息和应用物理两个专业的学位课,原来把两个专业设置的课程内容是完全一样的,但由于光信息开设了激光原理,所以教改中将这部分内容从光电子技术课程中删减掉,而应用物理专业由于开设了固体物理课程所以他们的光电子技术课程中晶体部分就不再讲解。 1.2 教学方法的改革 (1)提高教师自身能力和素质。要想把这门是理论与实践高度结合的课程落到实处,该专业的教师应主动吸收社会高水平的一线工程技术人员的经验,聘请优秀技术人员参与指导综合设计和创新实践活动,以此提高自身的素质。(2)建立以学生为中心的实践教学方法。以各类创新活动激发学生参与的主动性和积极性。注意将学生课外科技活动和教学体系结合起来,在学分承认下,既激发了学生学习和实践的积极性,又使科技活动取得了很好的效果。 2 引入虚拟实验教学 光电子技术是一门理论联系实践很强的一门课程。如果单单讲授理论而没能很好的配合实验和实践教学,最后学生学习的效果可想而知。遗憾的是由于经费有限,我们学院一直没能设立专门的光电子技术实验室。即使在光学实验中有涉猎光电的实验,但也都是一些非常简单的项目。基于以上情况,我们课题组进行了光电子技术虚拟实验教学的探索。这也是本次教学改革的重点。 2.1 虚拟实验平台的选择 所谓虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI),即将现有的计算机主流技术与革新的灵活易用的软件和高性能模块化硬件结合在一起,建立起功能强大又灵活易变的基于计算机的测试测量与控制系统[1]。近年来,世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件,以便使用者利用这些仪器公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统,并编制测试软件[2]。我们选用了国际上最早和最具影响的开发软件,即NI公司的LabVIEW软件和LabWindows/CVI开发软件。LabVIEW采用图形化编程方案,是非常实用的开发软件。除了编程方式不同,LabVIEW具有所有语言的特征,因此被称为G语言,即图形化语言。它与传统高级编程语言最大的差异在于编程的方式是图形编程方式即使用这种语言编程时,基本上不写程序代码,取而代之的是流程图或框图[3]。 2.2 基于虚拟仪器LabVIEW的光电实验可行性分析 课题组已成功虚拟了光敏电阻、光电二极管、光电池、光电倍增管等光电仪器的主要特性。虽然目前还没建立一套完善的虚拟光电实验平台,还会涉及一些不同的光电实验,但所有实验所需的仪器虚拟仪器LabVIEW本身完全可以通过提供控件来实现,所涉及的关系式完全可以通过LabVIEW本身提供的函数编程来实现。可见,建立一套基于虚拟仪器LabVIEW的完善的虚拟光电实验平台是非常可行的。 2.3 虚拟仪器LabVIEW虚拟光电实验的一般步骤 (1)熟悉所选实验的原理与内容。(2)虚拟出实验所需仪器。每个实验所需仪器并不一样,这里就需要自己来虚拟,好的是LabVIEW中提供了丰富的控件。设计者可以从中选择自己所需的控件来作为实验仪器,如果LabVIEW本身所带的控件中没有合适的,那么还可以创建自定义控件来满足实验的需求。(3)设计实验操作界面。实验操作界面是用户进行实验的平台,所以设计时要尽量体现出人性化,使所设计的界面简洁、美观、实用。(4)在LabVIEW中根据需要进行编程。LabVIEW中提供了丰富的功能强大的函数。这为设计者的编程提供了很大的方便。(5)调试并优化所设计的虚拟实验平台。在完成以上四步后,接下来就要检验所设计的实验平台能否正常运作。如果存在问题,可以根据需要进行修改和优化。 3 改革考核标准 在改革教学内容、教学方法特别是引进虚拟实验的前提下,改革考核方法是顺理成章的事情。我们必须建立与教学改革先符合的健全的考核机制,采取良好灵活的考核方式。这样才能使我们这次的教改真正得到落实。考核方式可采取理论考试、实验制作、动手能力等,从多角度综合评判。同时,光电子设计竞赛选拔和该课程的教学考核结合起来,进一步激发学生的学习和创新热情。具体情况如下。 3.1 理论课的考核要求 平时考核:主要包括作业质量、回答问题、考勤等项目;半期考试:主要包括学到半期知识内容,考察基本概念和理论的掌握情况,培养学生重视平时学习的习惯;期末考核:采用闭卷考试,全方位考察所学内容。分值分配为:平时20%,期中考20%,期末考60%。 3.2 实验课的考核要求 利用虚拟实验不受时间和空间限制的优势,学生完全可以做到提前预习,这样就可以加入考核预习情况的一个环节。预习报告:考核实验前的准备工作;操作:考察学生动手能力;实验报告:考察学生对实验数据的处理情况以及对实验的新认识。具体的分值分配为:预习20%,操做50%,实验报告30%。 3.3 实践创新考核 由于我院把光电子技术课程设为光信息和应用物理两个专业的学位课程,最后满学分才准予毕业。所以课题组拟改革后把实践创新正式作为附加成绩加入考核成绩中,学生所设计的作品分部级获奖,省级获奖和校级获奖三个等级分别记学分为0.5、0.3、0.15。 4 结语 本次教改的目的是以理论有机结合实验进行的,在本科第五学期完成光电子技术课程的教学,所授内容分为六大模块,由浅入深,由简入繁,注意学科交叉,注意技术性、综合性与探索性之间的关系,知识结构合理,理论和实际紧密联系的课程。最终目的是让学生能受益于此全新的教学体系。 光电子论文:浅析武汉光电子信息产业发展的机遇与挑战 [摘要]在经济全球化、信息化时代背景下,光电子信息产业作为一个新兴的高技术产业,对我国的经济发展和国际竞争力提高起着重要的作用。武汉光电子信息产业在迅速发展的同时,也面临着机遇与挑战。发展武汉光电子信息产业必须要充分运用自身的优势资源,抓住来之不易的机遇,不断迎接新的挑战。 [关键词]武汉;光电子信息产业;机遇与挑战 1武汉光电子信息产业发展历程 自我国首先在武汉东湖高新技术开发区创建武汉・光谷以来,光电子信息产业就作为武汉的四大产业之一开始迅速发展。近几年来,东湖高新技术开发区正对武汉国家光电子信息产业基地的基础设施建设进行全力推进,形成了一批以光纤通信、移动通信为主导,激光、光电显示、消费电子、集成电路等竞相发展的产业格局,而光电子信息产业也逐渐发展为武汉市四大主导产业之一。武汉光电子信息技术及产业水平在国内渐渐占据了领先地位,在全球市场上,武汉・光谷也成为了我国在光电子信息领域中与世界强国相竞争的知名品牌。发展到2010年,武汉的光电子信息产业已成为继武汉汽车产业后,第二个资产规模过千亿的产业。到2011年,武汉光电子信息产业总收入高达1440亿元,在世界产业集群中占到了一个举足轻重的地位。 东湖高新技术开发区在2009年光电子信息企业有800多家,总收入达到8356亿元,净利润高达525亿元,出口创汇约120亿元,从事光电子信息产业的人员近10万人。最近几年,武汉・光谷几乎承担了中国所有的光通信系统的建设和90%以上的国家863光纤通信项目。随着东湖高新技术开发区涌现出一大批拥有自主知识产权的光纤光缆顶尖技术和光电子元件制造技术,光纤通信技术与电视、电话、移动通信和互联网等一同进入了中国家庭。有关数据显示,到目前为止,武汉・光谷共生产光纤1518万芯公里,销售2077万芯公里,产销率高达1368%;共生产光缆722万芯公里,销售1242万芯公里,产销率高达172%。其中,长飞光纤产量仍稳居全球首位,光纤预制棒产量居世界前三位。特别是烽火通信光纤预制棒生产线投产,从此打破了国外对光纤预制棒技术的垄断,使武汉・光谷光纤产业的整条产业链被打通。 在这近十多年来的发展过程中,武汉・光谷的光电子信息产业在全球产业分工中逐渐占有一席之地。其光谷光纤光缆生产规模成为全球第一;光电器件在国内市场的占有率达到60%,国际市场的占有率达到12%;激光产品在国内的市场占有率也一直保持在50%左右。 2武汉光电子信息产业发展的机遇 (1)光纤入户活动的开展。随着时代的发展,信息的传播速度成为一个国家是否发达的一个重要指标,也对一个国家的经济发展有着重要影响。加快对光纤通信技术的构建,能够提高我国的国际竞争力。目前,我国正大力开展光纤入户活动,各省市的电信部门也在积极配合降低光纤费用,保证活动的顺利开展。国务院也在2012年5月23日发表声明,鼓励民资参与电信业,加快普及光纤入户。这次活动的展开,提高了我国对光纤光缆的需求,这对于以光纤光缆为主要研发方向的武汉光电子信息产业来说,是百年难遇的机会。 (2)信息基础网络更新换代。目前,我国正在实行两化融合和三网融合。两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合, 是指以信息化带动工业化、以工业化促进信息化,走新型工业化道路;两化融合的优秀就是信息化支撑,追求可持续发展模式。三网融合是指电信网、广播电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中,三大网络通过技术改造,使其技术功能趋于一致,业务范围趋于相同。而这两个融合活动的实行大力促进了我国信息产业的发展,这也为武汉光电子信息产业发展提供了巨大的内需市场和发展机遇。 (3)欧洲经济发展的动荡。欧洲一直以来都是传统的光电子信息技术强国,他们掌握着光电子的优秀技术、标准和品牌,并通过这些牢牢控制着全球光电子信息产业发展的主导权。然而在2011年,由于欧洲债务危机的爆发,致使欧洲的各行各业都受到不同程度的影响,其中就包括欧洲的光电子信息产业。而武汉光电子信息产业受到欧债危机的影响却很小,依然保持着30%增长速度平稳发展,武汉关电子信息产业可以趁此机会抢占世界光电子信息产业市场份额。 3武汉光电子信息产业发展的挑战 (1)周边国家的发展与崛起。在中国周围,一直以来都有着光电子强国对中国市场虎视眈眈,那就是日本、韩国和中国台湾。日本一直作为传统的光电子技术强国之一,它的光电子信息产业规模每年仍保持着递增的趋势,尤其是它的消费类光电子领域的地位,一直没有动摇。而日本也曾在半导体激光器、激光打印机、液晶显示器、光盘产业等方面在世界上处于垄断地位。光电子信息产业是日本增长速度第二快的产业,迅速的发展也使日本国内的市场不足以满足国内光电子信息产业的发展需求,于是它们将目光看向国外,尤其是与日本相邻的中国这样一个巨大市场。 韩国和中国台湾的光电子信息产业的崛起也渐渐威胁着国内的光电子信息产业市场。台湾每年对光电子信息产业的研发投入费用高达8%到10%左右,每年的总产业规模增长量在334%左右。而韩国光电子信息产业的平均复合增长率也达到了135%,高于全球市场的91%。到2010年,韩国的光电子信息产业总产值达到了25兆亿韩元。周边国家的光电子信息产业的发展与崛起是对武汉光电子信息产业发展的一个重大挑战。 (2)国内市场竞争激烈。在我国主要设有7个光电子技术研发基地,虽然每个研发基地都有重点研发的方向,但随着时间推移,研发的产品渐渐有了交集,致使国内光电子信息产业的市场竞争开始激烈。 中国光电产业代表性企业的区域分布城市技术领域代表企业所属产业基地武汉光通讯烽火、长飞中国光谷激光加工华工、楚天上海LED显示上海天马、蓝光张江、闵行、昆山光通讯上海长飞、阿尔卡特松江、潜河径激光加工飞利浦、大恒嘉定、松江北京LED显示京东方奕庄工业园光通讯组件北京中科嫁英半导体通州激光应用大恒中关村长春LED显示北方彩晶长春经开激光加工奥普光电、光华微电子深圳光通讯、 光储存华为、中兴、 长城、华强高科技园光电显示激光天马、康佳、创维大族激光广州光电材料、 光通信小企业居多经济技术开发区石家庄LED显示、 太阳能电池中电13所、河北晶龙宁晋县鹿泉开发区资料来源:王灏光电子产业创新网络的构建与演进研究华东师范大学博士学位论文,2009,(6) 从表中可以看出,大部分研发基地的研发产品有着趋同性,国内的光电子信息产业市场的竞争将会越来越激烈。 4加快发展武汉光电子信息产业的思路 (1)建立健全制度,强化政策支撑。一方面,政府应尽快出台为中小型光电子信息企业提供资金支持、拓宽资金筹措渠道的相关政策,让更多的企业能够参与进来,解决中小型的光电子信息企业融资困难的问题;另一方面,政府出台对中小型光电子信息企业的优惠政策,来保证武汉光电子信息产业的高速发展,鼓励境外科技人员和出国留学人员到武汉经济开发区创业,鼓励他们到开发区从事光电子信息产品开发和生产工作等。 (2)完善融资服务,加大投资力度。一方面,可以建立一种光电子信息产业融资平台,通过该平台来推进光电子优秀技术的发展,保证武汉光电子优秀企业研发投入力度,并引导政府加大对光电子信息产业风险投资领域的发展; 另一方面,完善光电子信息产业的中小型企业信用担保机制,通过政府制定的一系列优惠政策,鼓励对中小型企业的投资,解决中小型企业融资成本高、融资难的问题, 政府还应鼓励光电子信息企业融资上市,通过证券的融资功能,解决大产业规模发展融资困难的问题。 (3)强化创新能力,提高优秀竞争力。一方面,在制度上创新,进一步完善对东湖高新技术开发区的授权工作,重点建设武汉光电子信息产业一条龙服务,并以高起点和长远目标来规划和建设武汉科技新城,改善好企业之间的竞争环境,降低企业发展的社会成本;另一方面,在技术上的创新,在加强对基础研究的同时,我们还可以在国外设立专门的研发和市场机构,引进或消化吸收国外的相关先进技术,进一步提升武汉光电子信息企业的创新能力,不断完善创新激励机制,来提高武汉光电子信息技术的优秀竞争力,让武汉光电子信息技术力争站在国际光电子信息产业发展的最前沿。 (4)促进企业资源规划,应对市场挑战。在全球化的市场上,一个企业不仅作为当地企业的竞争对手,也作为全球同行业之间的竞争对手。在21世纪的全球竞争环境下,公司运用对企业资源的合理规划应对任何未来的挑战是势在必行的。在光电子信息产业迅速发展的现在,产业之间的竞争已经变得相当激烈。只有企业可以根据市场趋势及时做出正确的决定,才可以在激烈的竞争中维持其盈利能力,因此越来越多的光电子信息企业开始实施ERP(企业资源规划)系统,以提高他们的竞争力。武汉光电子信息产业为了能在这种全球激烈竞争的环境下生存,实施一个简单有效的ERP系统,对企业的资源进行整合规划是十分必要的。
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教学观摩与研讨活动作为教师交流、学习及提高专业发展的一种重要手段在我国中小学教师研修中被广泛应用[1G2].随着我国高校对教师教学发展的重视,特别是随着高校普遍建立教师教学发展中心以来,许多高校都把教学观摩与研讨作为让教师接受新的教学理念、实施新的教学行为、提高业务能力的一条捷径被广泛采用.徐州医科大学作为一所以医学为主的专业性院校,教师大多毕业于非师范院校,没有经过系统的师范培养和训练,教师教育教学理论和经验相对不足,为此,学校对教师教育教学能力提升非常重视.自2011年成立教师(教学)发展中心以来,每学期均邀请优秀教师在全校范围内开展课堂教学观摩与研讨活动,作为促进教师教学能力提升的一种途径,取得了较好的效果. 1高等医学院校开展教学观摩与研讨活动的意义 1.1为教师提供了相互学习、共同提高的平台 高校内部是以院系为单位进行划分的相对独立、封闭的机构,不同院系之间教师交流、学习的机会相对较少[3].通过教学观摩与研讨活动的举办,可以改变这种相对封闭的教学状态,将分属于不同院系的教师统一组织起来观摩学习,教师可以领略到不同院系、不同专业教师的授课风格和授课方式,也为不同院系的教师提供一个相互交流学习、共同成长进步的平台. 1.2有利于提升教师的教育教学理念 通过教学观摩与研讨,观摩的教师不仅可以领略到不同教师的授课风格和授课方式,同时,也可以学习优秀教师的教育教学理念、思路和方法,思考这些优秀教师教学行为背后的依据、理念等内容,从而内化吸收,提升自己的教育教学理念[4G5]. 1.3促进了教师积极开展教学研究 通过参与教学观摩与研讨活动,可以促进教师将自身的教学情况与优秀教师进行对比、分析和反思[6G7],从而发现、查找出自己的不足,不断改进自己的教学,归纳总结一些教学规律性或理论性的内容,促使自己积极开展教学研究,提升教学研究能力[8]. 2徐州医科大学教学观摩与研讨活动实践策略 徐州医科大学自2011年9月成立教师(教学)发展中心以来,每学期均由教师(教学)发展中心牵头组织教学观摩与研讨活动.经过近7年的实践探索,在教学观摩与研讨活动中积累了一定的经验和思路. 2.1做好教学观摩与研讨活动整体环节的设计 教学观摩与研讨活动整体环节设计的好坏直接影响活动的效果.在活动举办前一定要做好整体环节的设计和安排.学校经过几年的探索实践,逐步形成了相对稳定的活动流程.整个活动时间大约在90min(两节课的时间),分为三个阶段:第一阶段,首先由主讲教师给学生讲一节课(40min),观摩教师同时随堂听课观摩学习;第二阶段大约10min,主讲教师讲解结束后,组织学生离开教室,同时,把观摩教师集中到教室前排;第三阶段是研讨交流阶段,大约40min,由主讲教师所在院系分管教学领导主持,分管教学领导首先给观摩教师介绍主讲教师的基本情况,然后请主讲教师以说课的形式向大家展示、介绍该节课的整个课程教学设计,介绍结束后由参与观摩教师与主讲教师进行研讨交流. 2.2重视教学观摩与研讨活动主讲教师的选择 教学观摩与研讨活动的主讲教师选择尤其重要.主讲教师的课堂教学能力、对整个课堂的掌控能力、对教学的重视程度以及是否愿意将自己的课堂展示给其他教师都是选择时需要考虑的因素.学校在选择教学观摩与研讨活动主讲教师时一般通过三种途径进行选择:一是在近年来各级各类教学比赛获奖教师中进行选择,这类教师一般课堂教学效果都比较优秀;二是发动各院系进行推荐,院系对自己学院教师的教学效果最了解,通过院系推荐也是选择主讲教师的一个重要途径;三是由教师自荐,这部分教师一般对教学都特别热爱,对学校组织的教师教学发展活动也很支持,如果愿意作为主讲教师开展教学观摩与研讨活动应该大力支持. 2.3依托原生态课堂开展教学观摩与研讨活动 课堂教学观摩与研讨活动应该选择原生态的课堂进行观摩,通过原生态的课堂,可以真实反映课堂实际[9].这样可以避免将教学观摩与研讨的课堂变成优秀教师恣意作秀表演的场地,让整个课堂出现表面看似热闹精彩而实质空虚乏力的形式主义的虚假教学,从而违反教育原则[10G11].让参与观摩的教师看到优秀教师真实的课堂环境,增强自身向优秀教师学习的动力和自信[12].学校在选择原生态课堂开展教学观摩与研讨活动时一般安排在教师每次课(高校教师上课每次基本上都是两节或三节连上)的最后一节观摩,然后学生离场,再开展研讨交流活动,达到不影响学生正常上课的目的. 2.4要加强参与观摩教师的引导和管理 教学观摩与研讨活动是依托原生态的课堂进行的,为避免影响学生的正常上课,需要加强参与观摩教师的引导和管理.在活动举办前要对参与观摩的教师强调活动纪律,要求教师自觉遵守课堂纪律给学生起到榜样作用.比如:提前进入活动场地、将手机关成静音、听课观摩过程中不随意走动等.研讨交流环节也要积极地引导参与教师对整个课堂的教学方法使用、课堂教学提问方法等的认知和判断[13],调动参与教师的积极性,避免出现冷场、跑题、达不到研讨效果等现象. 2.5研讨交流环节邀请主讲教师所在院系分管教学领导主持 院系分管教学领导一般都具有较强的号召力,对教育教学理念都有较深的把握和理解.邀请院系分管教学领导主持观摩研讨活动也能引起院系的足够重视,调动院系的积极性.为此,学校在教学观摩与研讨活动中一般都会邀请主讲教师所在院系分管教学的领导担任研讨交流环节的主持人,由院系分管教学的领导在研讨交流环节首先对主讲教师进行介绍,然后,在主讲教师介绍完该节课的教学设计后组织引导参与教师与主讲教师交流,结束时对整个研讨交流环节进行总结. 2.6整个活动组织过程要重视沟通交流 在整个教学观摩与研讨活动组织过程中要重视相应的沟通交流.前期主讲教师选择好之后要与主讲教师就听课内容、活动时间、活动地点、活动流程、注意事项等进行沟通交流;活动举办前也要对该次活动能容纳的人数(教室座位数减去上课学生数)进行计算,然后,将名额根据院系教师比例分配给各教学院系,通过发送活动通知的形式与各教学院系教学办公室主任沟通告知该次活动的具体时间、地点、主讲人、报名限额等,请他们组织一线教师报名;邀请主讲教师所在院系分管教学领导作为研讨交流环节的主持人事宜,也要提前做好沟通交流;在研讨交流阶段使用的活动场地也要提前与学校管教室的相关部门(教务处、后勤处)做好衔接沟通. 2.7活动结束后重视总结、报道和反馈 在每次教学观摩与研讨活动结束后,都要重视对该次活动进行总结、报道和反馈.一方面可以将活动过程中有价值的发言进行整理记录、汇总,通过适当的途径与一线教师分享;另一方面也为提高活动的影响力和在一线教师中的关注度.可将活动的过程通过新闻报道的形式发表在学校网站上或通过微信公众号进行推送;同时,为了解教学观摩与研讨活动的效果,也可以通过问卷调查的形式对整个活动效果进行调研,以便改进提高[14]. 3效果与评估 徐州医科大学自2011年9月成立教师(教学)发展中心以来,每学期均开展6~7场教学观摩与研讨活动,到目前为止,参与观摩与研讨活动的教师多达2000余人次.为了解教学观摩与研讨活动的效果,徐州医科大学教师(教学)发展中心曾于2017年12月和2018年5月在学校一线教师QQ群里发过两次调研活动,参与教师达526人次.调查结果如下:①您参加过几次“教学观摩与研讨”活动(单选题)?42.5%的教师选择参加过5次以上,54%的教师选择参加过1~4次,3.5%的教师选择没有参加过;②参与“教学观摩与研讨”活动,对您有哪些帮助和启发(多选题)?83.5%的教师认为学到了新教育教学理念,88.6%的教师认为为其创造了相互学习、提高的机会,79.3%的教师认为通过教学观摩与研讨活动促进了其开展教学研究的积极性,7.6%的教师认为对其影响一般;③您对“教学观摩与研讨”活动持什么样的态度?62%的教师选择很喜欢,会积极参加,31.5%的教师选择会看主讲内容和时间安排,6.5%的教师选择无所谓.通过调研可以看出,教学观摩与研讨活动已成为学校促进教师专业发展的一个重要途径,为徐州医科大学校内教师提供了相互学习、共同提高的平台,提升了教师的教育教学理念,促进了教师开展教学研究的积极性. 参考文献 [1]赵雪江.教学观摩:教师专业研修方式的变迁[J].中国教育学刊,2011(5):61G64 [2]本刊讯.全国第一节小学语文学科组建设名片展示暨著名特级教师教学观摩活动成功举办[J].语文知识,2017(10):F0002 [3]赵玉丹.校本教研中的大学与中小学合作:障碍与对策[J].科教文汇,2017(3):4 [4]夏桥林.第八届全国高中英语教学观摩研讨会心得体会[J].英语天地,2013(1):90 [5]李思衡.在课堂教学观摩中提升现场教学力—以语文教师为例[J].当代教育科学,2013(18):22G25 [6]何薇.华东师大英语课堂教学观摩学习心得体会[J].科技视界,2014(28):110 作者:张付芝 潘晨 刘莹 单位:徐州医科大学教师(教学)发展中心
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《食品标准与法规》是预防医学、康复治疗学、健康服务与管理等专业的一门选修课,也是食品质量与安全等专业的一门专业核心课程,该课程围绕食物中毒、食源性疾病等影响公众健康的公共卫生、食品安全管理问题,研究食品安全标准化体系建设与食品安全法治管理的一门综合性科学[1]。然而,本课程教学内容繁多枯燥、理论性强难理解、标准与法规发展更新快、与生产实践结合紧密[2],传统课堂讲授式教学难以引起学生的学习兴趣,也限制了学生的创造性思维和创新能力,更无法满足新时代高校人才培养的客观要求[3-4]。当下,随着网络和人工智能的发展,各高校不断探索基于信息技术的课程教学改革,充分利用网络教学资源优势、强化课堂互动的混合式教学改革正在稳步推进,已成为课程教学的主要形式[5-6]。为此,针对本课程特点及我校学生的实际情况,本文深入探讨《食品标准与法规》课程混合式教学设计方案,以期提高《食品标准与法规》课程的教学质量,也为医学院校其它课程有效开展混合式教学改革提供思路和参考。 一、《食品标准与法规》混合式教学模式的总体设计方案 通过多年的教学实践发现,《食品标准与法规》课程中的一些内容理论性强、专业术语多、标准条文冗长、发展变化快,存在学生积极性不高,师生互动性不强,实践应用不灵活等问题。因此,结合《食品标准与法规》课程特点,以学生为中心,以能力培养为目标导向,将“雨课堂”“智慧树”信息化教学平台与线下教学相结合,充分发挥传统课堂教学和现代信息网络教学两种方式的优势,协同互补。采用“课前—深度自主学习,课上—充分集中研讨,课后—有效思维训练”的教学模式,将线上网络教学与线下课堂实践互动深度融合,将学生课前、课中、课后的学习有机融合,以取得良好教学效果(见图1)。 (一)课前 课前教师将课程知识点视频、课件上传到信息化教学平台,供学生课前自主观看和下载;发布学习计划和内容,引出一些课程相关的研讨式问题,引导学生带着问题去学习,激发学生的学习热情和兴趣,提高学生发现问题、提出问题、解决问题的能力,为课堂教学交流互动做好准备。 (二)课中 教师通过课上讨论、投稿、弹幕等形式对学生的在线学习情况进行收集和反馈,对学生学习过程中发现的疑问进行有针对性的集中解答,对重难点进行突出讲解,使学生对于所学知识有进一步的深入了解,将所学知识体系化,理解各知识点的内在逻辑,将分支的单元知识整合成完整的体系,形成完善的知识框架,充实知识框架内节点细节。同时,通过翻转课堂、案例讨论、互动交流等形式,打破线上授课空间限制,做好师生角色转换,引导学生共同学习、共同思考,提升学生的学习兴趣,充分体现学生在课堂上的主体地位。通过随堂测验、随机点名回答问题等形式,及时了解学生对讲授内容的掌握程度,丰富课堂考核评价体系,并督促学生积极参与课堂,为实现高效课堂良性循环打下基础。 (三)课后 充分利用网络平台资源优势,为学生提供更丰富的拓展资源,如提供一些优秀的资料书、前沿科学进展素材、其他平台的优质精品课程,便于学生丰富相关知识,开阔专业知识视角,加强知识的应用与迁移,进一步巩固加深对知识点的理解和记忆。同时,加强教学监督,课后及时发布复习题及作业,通过学生学习测试反馈,及时掌握学生学习动态及知识掌握程度,对于学生理解有难度的共性问题,着重补充讲解,真正做到线上线下实质等效。 二、教学环节设计案例 以《食品标准与法规》课程中第六章第一节食品安全法的教学设计为例,介绍具体教学设计方案。本节课计划为4学时,拟采用2学时线上课程, 2学时线下课程进行混合式教学设计。 (一)课前教学视频、自主学习任务单设计、问题反馈机制设计(见表1)学生通过此部分将课前学习中存在的问题反馈给教师,教师以此把握学生课前自主学习状况,便于在课堂教学过程中进行解答与学习指导。 (二)课堂学习活动设计(见表2) (三)课外作业、辅助学习资源建设(见表3)(四)评价考核方式设计课程考核由形成性考核和终结性考核两种方式构成,其中形成性考核包括:课前评价20%,课中评价30%、课后评价20%,将课前、课后考核融入课程评价体系,增加了同学互评和自评等评价形式,在考试内容上,注重知识测试与能力测试的结合,取得了很好的效果(见表4)。中国卫生法制2022年11月第30卷第6期·59· 三、结语 总之,混合式教学设计真正体现以学生为中心,以教师为主导的教学理念,对提高教学质量起着重要的作用,而如何设计好课前、课中、课后线上线下教学环节,充分激发学生的主动性还需要不断探索和实践。我们要继续深入研讨和改革,通过在线答疑、讨论交流、网上测试等形式,形成以学生为中心的教学常态,引导学生自主学习,调动学生学习积极性,加深其对理论知识的理解和运用,提高课程的教学质量。 参考文献 [1]刘欣欣,王光强,艾连中.基于教学内容、教学方法及考核方式的《食品标准与法规》课程体系优化[J].食品与发酵科技,2020,56(5):130-132,144. [2]刘文龙,晏宸然,张崟,等.《食品标准与法规》教学体系研究与教学改革探索[J].农产品加工,2020(2):95-96.[3]王光强,夏永军,艾连中.食品标准与法规课程中评价体系的构建研究[J].食品工业,2018,39(7):279-281. [4]阳晖,郑俏然,冯晓汀,等.基于“雨课堂”的翻转教学在《食品标准与法规》中的应用[J].现代食品,2019(6):29-32. [5]何欧伶,李其艳,程艳薇,等.《食品标准与法规》混合式教学的实践应用—以食品违法案例分析为例[J].中国食品,2021(15):80-81. [6]程海霞,曾海滨,童玲,等.基于深度学习构建研究性混合式教学模式[J].教育评论,2021(8):144-149. 作者:张振 李丹丹 屈影 黄云坡 孟鑫 查恩辉 单位:锦州医科大学
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智能科学技术论文:智能科学技术创新教育认识 摘要: 在总结和分析智能科学技术创新教育重点及难点的基础上,着重探讨理论教学与工程实践相结合的创新教育模式,强调实施创新教育模式对培养创新型智能科技人才的重要性。 关键词: 智能科学技术;创新教育;工程实践;创新型智能科技人才 0引言 自2004年起,我国智能科学技术教育已走过12个年头。全国众多高校在教育部的批准下,建立了智能科学技术学科,逐步形成了包含本科生、硕士生、博士生在内的三层智能科学技术教育体系[1]。中南大学的蔡自兴教授在《智能科学技术课程教学纵横谈》中提到智能科学技术学科是以人工智能和认知科学为基础建立和发展起来的学科,具有高度交叉和多学科融合的特点,该学科包含的基础课程、专业基础课程和专业课程都属于智能科学技术课程[2]。智能科学技术是一门前沿学科,在社会智能化进程中起着引领和推动的作用。探索出适应人才培养的创新教育模式以及培养出适应社会需求的创新型智能科技人才是时代赋予智能科学技术课程教育的使命。 1智能科学技术创新教育的重点和难点 智能科学技术在一定程度上代表了信息技术的前沿方向,因此智能科学技术学科教育对现行的教育理念和教育模式提出了更高的要求[3]。在现有的教育体系中,“学做分家”或“重学轻做”的现象仍然普遍存在,这里的“学”是指课堂上师生面对面的理论学习,“做”是指以教师为指导的课程实践或理论和实际相结合的工程实践。当然,造成这种现象的原因是多方面的,包括有限的教学资源及实验资源、教师队伍的建设不足以及过于陈旧的教学理念等。针对这种情况,合理地发展创新教育刻不容缓。如何在有限的教学条件下,加强教师队伍的建设与管理,改变教学理念,探索出真正符合时展的教育模式,是智能科学技术创新教育的重点和难点。目前,许多高校的智能科学技术教育仍然停留在理论教学或只是融入了少量简单的实例演示,学生动手实践的机会很少甚至没有。这无疑给创新教育的推进带来更大的难度。如何引导学生在掌握理论知识的基础上提高实践能力是亟待解决的问题。针对目前智能科学技术课程教育形式的现状,我们需要对智能科学技术的基础课程、专业基础课程、专业课程等进行整合,对课程的教学理念与内容、教师队伍的培养、教学方法等进行全方位的研究与实践。 2智能科学技术创新教育模式:理论教学与工程实践相结合 理论教学按照学科、专业和研究方向的层次设置相关的理论课程[4]18,通俗地讲就是学生根据自身需求主动或被动地从课程教材中获取知识的过程,这其中既包括学科的基础理论,也包括专业技术理论。单纯的理论教学大多数是以文字、图表等一系列的抽象形式存在,在为学生补充丰富的理论养分的同时却忽视了学生的主观能动性,即便实践案例偶尔会穿插在理论教学之中,对培养新型人才也是远远不够的。同时,理论教学具有分散性、复杂性及不系统性等特点,如果不将理论付诸应用实践,知识就不能被很好地简化、集中化及系统化,往往会产生徒劳无功的效果。工程实践能力是大学生培养质量的指标之一[4]20,是运用专业知识解决复杂工程问题的重要表现。不可否认,理论教学为工程实践提供扎实的理论基础,但强化学生的工程实践能力同等重要。目前,各大高校都在致力于学科建设,在提高自身科研水平的基础上,尽力将科研成果进行转化。这期间,加大学生工程实践能力的培养,无论是对学校还是学生,都意义非凡。因此,探索出合理的理论学习与工程实践相结合的创新教育模式尤为重要。为了更好地实现理论学习与工程实践相结合的教育模式,我们建立了一套完整的智能科学技术创新平台。整合智能科学技术课程,加入交叉学科的元素,建立面向智能科学技术的专业实验室,一方面,发展实验室与相关企业合作,学生可以提早进入“工作实践”模式,增大毕业学生的就业几率;另一方面,学生进入实验室可以扩大自主学习空间,完成理论知识到工程实践的转化,提高自身竞争力,为将来顺利走入社会增加保障。为了提高学生运用专业知识解决复杂工程问题的能力,任课教师可为每门课程设置专属的课程设计,学生根据自己的选题在教师的指导下完成相关的课程设计,消除学生对课程理论“学而无用”的烦恼,某种程度上还可以改变部分学生的学习态度。除此之外,还可以要求学生参与教师的课题研究或项目,学生可以根据自己的研究方向或自身的兴趣自主选择,制订课题或项目计划书,由指导教师定期抽检。这样既可以让学生在实践中提高专业能力,也可以让学生学会更好地自我管理[5]。同时,为了培养出具备理论知识和工程实践能力的扎实型人才,应该进行案例分析教学与工程实践指导相结合的实战演练,教学和实践指导的第一主体设定为学生,这样就打破了教师在教学中永远占有主体地位的传统教育模式。学生根据理论教学中获得的专业知识,收集相关的项目案例进行集体的分析教学,自行设计方案,加入相应的验证实践,教师做最终的概括总结。整个过程可以很好地激发学生的研究兴趣,开拓其视野,通过交互学习,提高其发现问题、分析问题及解决问题的综合能力。智能科学技术理论教学和工程实践相结合的教育模式并非首次提出。但是由于智能科学技术是一门高度交叉、多学科融合的前沿学科,很多课程教学仍然处在探索阶段,因此建立完备的智能科学技术创新平台,学生参与教师课题项目以及进行案例分析教学与工程实践指导并重的实战演练,同样面临严峻的挑战。这就需要高校各层人员的集中努力和积极配合,为创新教育模式的发展提供更有利的条件。 3智能科学技术创新教育目标:培养创新型智能科技人才 大学教育的目标之一就是培养社会所需的各界人才。智能科学技术作为前沿学科,其创新教育的实施是培养创新型智能科技人才的需要。同时,实施智能科学技术创新教育的目标之一是培育出高素质的创新型科技人才。自2004年起,各大高校纷纷建立智能科学技术学科,目的就在于培养具有专业基础知识扎实、工程实践能力强、综合素质高,且具有创新能力的复合型人才,以满足智能科学界的人才需求。智能科学技术的创新能力是指智能科学技术专业人才从无意识的创新变成有意识的创新,能够创新性地分析问题、解决问题,懂研究会开发[6]。智能科学技术专业毕业的学生要求具备扎实的智能科学技术课程知识、强大的综合应用以及创新能力、良好的职业素质。理论教学使学生获得全面的课程知识,工程实践使学生获得强大的应用实践能力,通过两者的结合,学生增强创新意识,获取良好的职业素质。 4结语 当今社会科技高速发展,创新领域不断涌现,对智能科学技术等前沿学科人才的需求较大,培养出具有创新能力的智能科技人才相当迫切且尤为重要。大学生教育是我国当前教育的较高层次阶段,为国家建设输送高层次、高质量并有工程实践能力的合格人才。理论教学与工程实践相结合是培养合格人才的重要环节,任何偏重理论教学或偏重工程实践的教育模式都是片面的。高校学生的教学模式没有定律,需要根据社会对人才类型的需求不断地探索研究。针对当前的实际情况,应围绕理论教学与工程实践的结合及其之间的相互影响,不断创新、不断完善教学方法及手段、提高教学质量,为培养出具有创新意识和创造能力的高级复合型人才打下坚实的基础。智能科学技术学科实施理论教学与工程实践相结合的教育模式不仅能培养人才,还能更好更快地把科研成果转化成具备实际应用价值的科学技术产品。 作者:石跃祥 任晓雪 朱东辉 单位:湘潭大学信息工程学院 智能科学技术论文:智能科学技术虚拟现实课程教学 1虚拟现实技术课程 近年来,随着科学技术的发展,虚拟现实技术逐渐由高端实验室走向大众和实用化,尤其是在微软公司推出名为HoloLens的商业产品后[5-6]。微软公司在谷歌公司推出的GoogleGlass的基础上引入全息影像技术,将虚拟世界与真实世界连接起来,创造出一种具有全新人机交互模式的虚拟现实交互设备。虚拟现实技术课程作为进入当前最前沿科技领域的学科基础,其课程性质决定了该课程需要不断实时更新教学内容,及时与最新技术、最新发展方向保持一致。现行的虚拟现实技术课程教学面临着严峻的挑战,主要存在的问题是由于传统教科书从撰写到发行的周期较长,往往是课程教材一投入使用,其中的内容已经陈旧,远远落后于学科技术发展的速度。同时,课程教学方式和方法也还采用传统单向交流的方式,互动不够,不利于激发互联网社交思想影响下的90后大学生群体的学习兴趣。 2互联网下教学新方法和举措 2.1社交软件 不管是获取信息还是与他人交流,大部分人都能在社交软件中找到适合自己需求的东西。社交软件的特点就是包罗万象、有不同的人和圈子、内容符合人类的共性,并极有可能形成病毒性传播的趋势等。经过长期与大学生群体的接触及调查,笔者发现当前大学生群体尤其是90后在日常学习、生活中都十分喜爱如下的社交软件。 (1)QQ。QQ是腾讯公司于1999年推出的基于Internet的即时通讯网络工具。随着时间推移,腾讯公司旗下的QQ软件高速发展,逐渐发展成为影响大众日常生活的重要社交软件,其最大特点是不仅可提供点对点即时通讯,还能提供群通讯功能。 (2)微信。微信是腾讯公司于2011年推出的一个为智能手机提供即时通讯服务的免费应用程序,其最大特点是可以跨通信运营商、跨操作系统平台,用极少的网络流量实现语音短信、视频、图片和文字交流,并具有共享流媒体内容和基于位置的社交插件,在广大年轻用户群体中非常流行,尤其是在90后的大学生群体内。 (3)贴吧。贴吧是百度公司于2003年推出的一款重量级产品,是基于关键词的主题交流社区,可以与搜索紧密联系,能够准确把握用户需求,通过用户输入的关键词自动生成讨论区,使用户可实时参加交流、自己感兴趣话题的信息和想法,在各类学生兴趣爱好团体中极具人气。 (4)知乎。知乎作为社交软件中的后起新秀,是一个广受各行各业精英所喜爱的实名制网络问答社区,友好、理性和认真的社区氛围使其成为集求知、分享和社交为一体的UGC(usergeneratedcontent)平台,在求知欲极强的90后大学生群体中也极具人气。 通过对比分析,可以发现上述社交软件具有共同的特点。 (1)社会关系链整合。社交软件可以清晰地整合熟人圈,形成团结程度甚高的小团体,尤其在90后大学生群体中效果最为明显。在这个相对密闭的小团体空间内,用户传播信息,可使该信息快速通过社交软件得到扩散,而且扩散速度在与目标群体相关的临近群体中快得超乎想象,极具传染性。 (2)聊天。社交软件聚合大量同属性的用户形成群体,群体内用户对由群体成员发起的话题进行及时讨论,形成积极快速的讨论氛围。热点话题通常会激发群体内大多数用户的积极性,扩大讨论的范围,增加信息量。 (3)图片/视频/流媒体分享。社交软件大都可以在智能手机/智能平板等终端上应用,很便捷地上传图片/视频/流媒体资料,并使之在目标群体内快速传播。 (4)兴趣聚合。社交软件大多是通过兴趣爱好聚合,即一个群体基本具有一定共同相关属性的联系,这类联系可以使群体内部用户相互之间形成强烈的聚合效应。90后大学生群体基本上都喜爱使用这些社交软件,保持极高的刷屏率,基本贯穿在日常生活、学习中,极具黏性。这些社交软件已经俨然成为90后大学生群体日常生活中不可缺少的一部分。 2.2虚拟现实技术课程教学新方法和举措 基于90后大学生对上述社交软件的应用程度,教师可提出如下课程教学新方法和新手段。 (1)针对教科书教学内容较为陈旧的问题,使用贴吧让学生自主浏览虚拟现实的主题社区关键词。通过浏览主题社区,学生对于当前国内外虚拟现实技术的发展动向能够有一个较直观的认知。由于贴吧每天都有新的话题出现,信息更新速率极快,因此学生通过对话题的浏览可在较短时间内对当前虚拟现实技术的发展状况有较深入的认知。这样就可以达到先导引入虚拟现实技术课程基本概念的目标,令学生对教科书上较枯燥的理论内容有更直观的认知。 (2)在虚拟现实技术课程开始至中期阶段,适时建立相关主题QQ群,给学生一个对课程相关内容自由发言的平台。主讲教师可以适时引入一些与课程相关的话题,发动学生讨论并给予适当的指引;及时回复和解答学生在群里的提问,形成师生间的良好互动;对于学生提问较多或疑惑较大的共性问题,可以作为重点内容进行课堂讲解,提高学生的学习参与度,培养学生对问题本质的探索精神;通过课堂教学和群内讨论,积极发现和挖掘具有一定潜质的学生,使其成为二次传播的源头,为群内其他成员答疑。 (3)虚拟现实技术实验课开始后,教师可以利用群共享流媒体内容,突破传统课堂教学中教学手段陈旧跟不上时代的问题,及时上传与学习内容相关的最新资料,供学生参考。学生也可以积极地把找到的学习资料传到群中,实现资源共享;适时引入相关视频公开课让学生观看及学习,导入基于VRML开发虚拟现实技术的案例,引导学生从虚拟现实技术基础内容入手,学会使用VRML类脚本语言进行相关的应用开发。由于基于VRML的程序调试及编写简单易学并可使用浏览器直接查看、易于掌握,因此能更好地激发学生的学习兴趣。 (4)在虚拟现实技术课程的最后,引导一些对虚拟现实技术有浓厚兴趣并学有余力的学生进入知乎,在知乎上对他们感兴趣的技术问题进行提问,借助软件平台获得其他专业人士的帮助和指导,为学生认知策略的发展提供可行性。通过课程学习,学生逐渐从一个单纯的提问者转变成一个在提问的同时也能为新入门者解惑的专业人士,从而达到能力提升的目的。(5)虚拟现实技术课程结束后仍保留QQ群,功能则转换为主题兴趣爱好群,成为一些对虚拟现实技术有兴趣的学生能够持续交流的平台。到最后毕业设计阶段,又可以转换为毕设主题群,方便选择虚拟现实技术相关毕业设计课题的学生进一步交流,并借助QQ群的特点为学生的毕业设计提供帮助,达到能力提升的目的。 3教学实践 3.1虚拟现实技术课程实践 武汉工程大学智能科学与技术本科专业的虚拟现实技术课程开设在四年级秋季学期,自2012年以来,对该专业4届共计260余名学生开展了课程教学方法和手段的改革实践。实践证明,学生成绩均有所提高。暂不考虑2012级学生的情况,单纯通过平均成绩分析表中期末考试卷面数据,可以发现这几届学生的课程平均成绩有显著提升,而且2011级学生的成绩提升幅度最大,平均已达到80分以上。通过对不及格人数的统计发现,经过几年的实践,学生对课程的喜爱程度逐渐提高,不及格人数明显减少,到2011级不及格人数为0。这说明不断调整课程的教学方法和教学手段后,学生对课程的重视程度和学习热情都有明显提高,通过课程学习起到学以致用、能力提升的作用,消除了不及格情况。所以说,对教学方法和教学手段的改革取得了一定成效,具有积极价值。 3.2虚拟现实技术相关毕业设计实践 自2012年以来,武汉工程大学计算机科学与工程学院对智能科学与技术专业4届共计29位学生开展了与虚拟现实技术相关的毕业设计实践,暂不考虑2012级学生选择虚拟现实技术相关内容课题的情况,从最终获得的评价来看,学生参加实践改革后再进入毕业论文环节,对于虚拟现实技术相关的最新知识较为熟悉,在兴趣驱动下能够较好地完成课题并写出较高质量的毕业论文,而且成绩逐年提高的趋势非常明显;还有2位同学的毕业设计通过专家评审获得湖北省优秀学士学位论文的荣誉。这说明教学改革实践对于毕业论文质量的提高有促进作用,能够为创新人才培养模式的形成提供可借鉴的思路和做法。 4结语 武汉工程大学计算机科学与工程学院智能科学与技术专业在虚拟现实技术课程上采取了一些新的教学方法和教学手段,较好地适应了互联网时代背景下90后大学生群体的特点,有效地激发了90后大学生对于虚拟现实技术课程的兴趣。通过教学方法和手段改革的多年实践,我们发现通过改革可以使90后大学生群体在虚拟现实技术课程考试中取得较好的成绩,并持续保持对相关知识和技术的兴趣,最终在毕业论文环节获得较好的评价,取得较好的毕业论文成果。 作者:李晖 潘凡 单位:武汉工程大学 智能科学技术论文:我国智能科学技术教育的现状与思考 摘要:本文详细回顾了我国“智能科学与技术”本科专业的诞生与发展过程,分析了我国“智能科学与技术”专业的建设经验及建设成果,明确了我国智能科学技术教育的基本共识,指出了我国智能科学技术教育中需要解决的几个重要问题。适应科学技术和社会发展需求,尽快在我国学位体系结构中增设“智能科学与技术”博士学位授权一级学科,是我国智能科学与技术教育的一件头等大事。关键词:智能科学与技术专业;博士学位授权一级学科;专业建设 1 引言 在这里,我们将向您展示一个新生的学科专业――智能科学与技术,并与您一起走进我国智能科学技术教育领域,共同探讨什么是“智能科学与技术”学科,其学科结构及内涵、外延是什么,什么是“智能科学与技术”本科专业,它是什么时候产生的,其主要教学内容有哪些,培养目标是什么,国内有哪些学校开设了这一专业,目前的状况如何,将来的发展前景怎样等智能科学技术教育中的一系列重大问题。 通过这些研究和讨论,笔者希望能对我国智能科学技术研究生教育和本科教育起到积极的推动作用,为我国智能科学技术领域的高层次优秀人才培养做出有益的贡献。本文仅从宏观角度对这些问题进行总体介绍,目的是使读者能够对我国智能科学技术教育有一个概括性的了解,更具体的研究由本期专刊中的相关论文论述。 2 我国智能科学与技术教育事业的诞生与发展 2.1 “智能科学与技术”本科专业的诞生 我国“智能科学与技术”本科专业的历史可追溯到2001年12月在北京西苑召开的中国人工智能学会第九次全国学术会议(即CAAI-9)。CAAI-9在我国智能科学技术教育史上留下了两个历史性的贡献:一是大会接受了部分学者(例如,时任中国人工智能学会副秘书长的韩力群教授)提出的在我国智能科学技术领域逐步建立本科专业的建议,并由钟义信理事长提议将该新专业的名称确定为“智能科学与技术”:二是大会成立了中国人工智能学会教育工作委员会(由王万森教授任主任),并把筹建智能科学与技术本科专业的任务交给了中国人工智能学会教育工作委员会。 CAAI-9结束后,在中国人工智能学会的领导下,中国人工智能学会教育工作委员会立即展开了对“智能科学与技术”本科专业的积极筹建工作。2002年12月13日,由中国人工智能学会教育工作委员会主办、首都师范大学和北京航空航天大学承办的第一届全国智能科学与技术教育学术研讨会在北京航空航天大学召开。会议得到了北京大学的积极支持。在研讨会上,北京大学智能科学系刘宏教授介绍了我国第一个智能科学系――北京大学智能科学系的有关情况,并提出了北京大学在国内率先开展智能科学技术本科教育的想法。北京大学智能科学技术系成立于2002年9月9日,这是在何新贵院士倡导下,国内高校中建立的第一个智能科学技术系。 在认真研究和充分讨论的基础上,这次大会向全国高校发表了“加快智能科学与技术学科发展”的建议,该建议也被称为“智能科学与技术北京宣言”,在国内部分高校引起了强烈反响。作为我国智能科学技术教育先驱的北京大学智能科学技术系,其“智能科学与技术”本科专业设置申请,分别于2003年10月26日、11月26日和12月5日通过了专家论证组、学部和学校评审,并于12月15日前报到国家教育部备案,同年年底在教育部备案通过。 在此期间,2003年11月20日,在广州召开的CAAI―lO期间,中国人工智能学会教育工作委员会针对智能科学技术教育中的关键和热点问题举办了一个教育论坛。论坛的优秀课题是:如何在高等学校设置“智能科学与技术”本科专业,培养大批智能科学技术领域人才。参加论坛的代表从各个不同角度发表了自己的意见,论坛达成的普遍共识是:智能化是信息化最精彩的篇章,信息技术的发展已经为智能科学技术登上科学技术的中心舞台创造了条件,因此,在高等学校设置“智能科学与技术”专业已经势在必行。论坛还希望中国人工智能学会教育工作委员会能在本次研讨基础上,再进行必要的调查论证,结合北京大学等学校的实践经验,形成系统的意见和方案,向国家教育部和国务院学位委员会进行正式汇报,以推动智能科学技术专业的建设与发展。 2004年初,教育部公布了“2003年度经教育部备案或审批同意设置的高等学校本科专业名单”,北京大学“智能科学与技术”专业榜上有名,专业号为080627S。北京大学“智能科学与技术”专业的建立,标志着我国“智能科学与技术”本科专业的诞生和我国智能科学技术教育的开端。 2.2 “智能科学与技术”本科教育事业的发展 继北京大学率先在国内建立“智能科学与技术”本科专业之后,2005年,北京邮电大学、南开大学和西安电子科技大学:2006年,首都师范大学、北京信息科技大学、武汉工程大学和西安邮电学院;2007年,北京科技大学、厦门大学和湖南大学;2008年,河北工业大学和桂林电子科技大学;2009年,重庆邮电大学和大连海事大学先后经教育部批准设立了“智能科学与技术”本科专业。至此,经教育部正式批准,全国高校中设立“智能科学与技术”本科专业的学校已达15个。 几年来,中国人工智能学会教育工作委员会为推动我国智能科学技术教育事业的快速发展,先后组织召开了多次全国性的研讨会、座谈会、论坛和展览等,做了大量的促进工作。 2004年8月15日,由中国人工智能学教育工作委员会主办、首都师范大学承办的“智能科学技术教育高层研讨会”在北京召开,中国人工智能学会指导委员会主席涂序彦教授和中国人工智能学会理事长钟义信教授等到会并作重要指示。作为这次研讨会的主题,韩力群教授做了题为“智能科学与技术专业规范”的报告,刘宏教授做了题为“智能科学与技术学科建设”的报告,彭岩教授做了“国内外智能科学与技术相关学科专业情况”的报告。会后,中国人工智能学会教育工作委员会在这三个报告的基础上,形成了一份《在普通高校设置“智能科学与技术”本科专业的有关材料》,包括以下三个建议,一是《在若干高校设置“智能科学与技术本科专业”的建议》,二是《关于“智能科学与技术本科专业”专业规范的建议》,三是《关于“智能科学与技术”学科专业教育体系的建议》。这些材料后来成为上报教育部有关材料的最初蓝本。 2004年11月6日~7日,由中国人工智能学会教育工作委员会主办、首都师范大学承办的“智能科学技术教育学术研讨会”又一次在北京召开,会议对上述材料进行了认真讨论,形成了《在普通高校设置“智能科学与技术”本科专业的有关材料》的修改稿。会后,该修改稿又经钟义信理事长修改和审阅,于同年12月初以中国人工智能学会教育工作委员会的名义上报到了国家教育部有关职能部门,对当年以及后来教育部对“智能科学与技术”本 资队伍建设方面,北京大学“智能科学与技术”专业走出了一条国外引进与自身提高相结合道路;西安电子科技大学依托优秀创新团队,采取了国内外引进和国内外合作交流相结合的建设方法,其他高校也都采取了相应的有效建设措施。就全国高校“智能科学与技术”专业师资队伍而言,最大的一个优势是具有博士学位的教师比例较高。这一优势为建设高水平师资队伍奠定了很好的基础。 在师资队伍建设成效方面,北京大学“智能科学与技术”专业教学团队先后被评为北京市和部级优秀教学团队;西安电子科技大学“智能科学与技术”专业也被批准为“长江学者计划”一教育部智能信息处理创新团队和国家“111”智能科学与技术创新引智基地。 4 对我国智能科学技术教育的共识 在五年多的发展历程中,我国智能科学技术教育事业经过全国相关高校的不断研讨,目前已达成如下基本共识: 第一,智能科学技术是信息科学技术的优秀、前沿和制高点,我国和国民经济的发展需要大量的高层次智能科技人才,在我国学位体系结构中增设“智能科学与技术”博士学位授权一级学科的基本条件已充分成熟,建议尽快在我国学位体系结构中增设“智能科学与技术”博士和硕士学位授权一级学科。 第二,智能科学与技术本科专业经过5年的建设实践,已经具备了在全国范围内快速发展的基本条件,建议取消“试办”,即取消专业代码后面的“s”,在全国范围内加快发展。 第三,经全国智能科学技术教育学术研讨会多次讨论,确立了“智能科学技术导论”、“脑与认知”和“机器智能”为“智能科学与技术”本科专业的第一批优秀课程。 第四,在全国智能科学技术教育学术研讨会多次研讨的基础上,确立了“智能机器人”、“智能网络”和“智能游戏”为“智能科学与技术”本科专业教学实验活动的3个重要平台。 5 我国智能科学技术教育急需解决的几个问题 我国智能科学技术教育事业顺应时代潮流,在全国广大智能科学技术教育工作者的努力下,得到了较快的发展,其前景十分光明。但也同任何新生事物的发展规律一样,还有许多重要问题亟待解决。 第一,亟待增设“智能科学与技术”博士学位授权一级学科,尽快完善我国智能科学技术教育体系。这些内容在钟义信理事长的论文中已论述得非常详细,这既是我国智能科学技术教育中的头等大事,也是中国人工智能学会教育工作委员会的一项最重要的工作。 第二,进一步优化专业优秀课程体系、突出专业整体特色、凝练特色专业方向。就全国“智能科学与技术”专业建设而言,虽然我们已经确立了的第一批优秀课程,但这仅是开始,还需要进一步优化,以使“智能科学与技术”专业能够在我国的专业体系结构中具有更强的整体特色。就各个高校而言,则需要在专业优秀课程体系下,更加突出建设自己的特色专业课程,以凝练自身的特色专业方向。 第三,加快制定专业优秀课程教学大纲和专业实验教学大纲。对专业优秀课程教学问题,我们虽然确立了第一批的三门专业优秀课程,但还没有制定相应的教学大纲。对专业实验教学,我们虽然给出了三个教学实验平台,但也没制定相应的实验教学大纲。因此,需要尽快提出专业优秀课程教学大纲和专业实验教学大纲,以同时带动专业实验室建设和专业教材建设的发展。 第四,重视优秀教学团队建设,汇聚高水平师资队伍。师资队伍是所有教学资源中最为重要的一种资源,要培养高素质、有创新思维和创新能力的学生,首先必须有一支高素质、高创新能力的教师队伍。在这方面,北京大学和西安电子科技大学做出了表率。我们需要抓住国家、地方及各学校建立优秀教学团队的机遇,汇聚高水平的专业师资队伍,争取有更多的专业进入各级优秀教学团队。 6 结束语 在去年中国科协举办的“五个10”系列评选活动结果中,作为智能科学技术优秀的“人工智能技术”和作为智能科学技术重要应用的“未来家庭机器人”双双进入“10项引领未来的科学技术”前列,智能科学技术不愧为“引领未来的交叉学科”。智能科学技术学科和智能科学技术教育的前途无限光明。 在五年多的历程中,我国智能科学技术教育已走出了一条星光大道。争取在我国学位体系结构中增设“智能科学与技术”博士和硕士学位授权一级学科,同时把我国“智能科学与技术”本科专业建设和人才培养推向一个更高的阶段,是我国全体智能科学技术教育工作者的责任和使命,让我们用自己的努力去迎接智能科学技术教育更美好的明天。 智能科学技术论文:第一个智能科学技术专业 摘要:任何首次之事都具挑战性,即使在北大这所“常维新”的学校。由北京大学率先创办“智能科学与技术”本科专业,既是历史使命,也是时代进步的必然,更是智能科技学界同仁多年的夙愿。笔者作为一线具体负责执行人,亲历了我校这个专业的整个创建过程。在北京大学各方的有力支持和中国人工智能学会的关怀帮助下,我们克服了各色困难,使新诞生的专业初具模样,开始步入正轨。以下是六年来相关经历的个人回顾。 关键词:智能科学与技术;本科专业;创建历程;北京大学;个人回顾 1 智能系・信科院 智能科学系是2002年9月初正式成立的,它完全根植于北人信息科学中心,末作增扩。后者的简称――“信息中心”――虽然易与“计算中心”或“情报资料中心”混淆,却是上世纪八十年代中期北大一些有识之士倡议建立的第一个多学科交叉研究中心。它以数学系、无线电f电子学)系和计算机系为主,联合心理学、中文、遥感等共十个系所而组成,宗旨是开展多学科交叉研究,充分发挥北大的综合优势。即使放在二十余年后的今天来看,这样的举措也是颇有前瞻性和魄力的。在此基础上,北大很快于1986年建立了第一个国家重点实验室。就是这样人数不多的一个机构,先后出过三名院士和一名北大常务副校长。以指纹识别为代表的研究成果进入国际先进行列,在国内得到广泛应用。 2003年9月10日,北京大学最大的学院――信息科学技术学院――成立。它包括计算机、电子学、微电子学和智能科学四个系,有十二个(研究)所和中心,两个国家重点实验室和若干部门实验室。系是教学单位,所和中心是研究实体。从此,智能科学系(暨信息中心、国家实验室三位一体)翻开了新的一页。 2 专业增列・学会指导 成立智能科学系除了要顺应北大“系并院”的潮流,也是完善作为学校基本建制单位所必备的。何新贵院士为系取了名称,如今许多学校也大都采用这样的称谓。查红彬教授担任系主任,笔者是主管学科建设和教学的副主任,具体参与负责各项相关工作。创办国内第一个智能科学与技术本科专业也是我们这一班人继承传统的首要任务。事实上,早在一年多前,大家就进行了酝酿,特别是中国人工智能学会教育工作委员会多次组织的相关研讨,成为重要的准备基础。 北大是一级学科下自主增设、增列学科专业的学校。系领导上任伊始第一件事就是要在当年申办智能本科专业,而且志在必得。为此,我们在前期制定了详细的步骤计划,进行了深入调研和各项准备工作。我们起草完成了所需的各项材料(人才需求论证、专业建设规划和适应培养目标的教学计划与课程设置方案、教师教辅队伍和基本办学条件说明以及国内外背景对比材料等),中国人工智能学会涂序彦等学者对此进行了专家论证,协助完成了论证报告。这些工作就绪后,我们在2003年10月下旬向学校主管副校长、教务部负责领导和学院领导做了汇报说明,并于10月30日正式提交申请材料。经学校的学部讨论通过,校教务部审核和校教学科研工作委员会论证(由于是国家公布专业目录外者),再经校学术委员会审议,报校长办公会批准,最后于12月15日前顺利完成了全部程序,报教育部备案。2004年初,教育部正式批复并公布了北京大学“智能科学与技术”新的本科招生专业。这个专业名称是查红彬教授建议的,日后成为教育部批复新申办学校的统一提法。 由于“智能科学与技术”未在国家公布的专业目录中,因此是增列而非设置,北京大学将其置于计算机科学与技术一级学科之下。由于北大历来严格控制招生规模,我们的30名招生计划是由信息学院其他三个系从原有计划分配名额中挤出来的。新专业的计划发展规模最终为50名。 3 教学计划・四校会议 智能科学系虽然成功地创建了国内第一个“智能科学技术本科”专业,但也面临着许多挑战。首先是缺乏本科教学的经验。尽管信息中心前身具有北大最早的硕士点、博士点和博士后流动站,研究生培养己历十余年,但一直实施科研主导体制,未曾从事过本科教学。师资队伍扩充快,新进年轻博士比例大,而真正有过本科教学经历者寥寥无几。此外,信息学院成立后开始调整教学计划,制定了一年级统一课程内容,新生是按学院统一招进来,第一年共同学习,后三年才分专业培养。我们虽然为申办专业制定了一套课程计划,但因不兼容学院的统一规划而未能第一次通过学院教学指导委员会的审核。为此,我们组织学院经验丰富的老教授,为本系青年教师进行教学培训,听取学院主管负责领导和几位多年从事本科教学管理的老系主任对教学计划的修订意见。 通过几个月的努力,我们完善了智能科学系的课程体系,并最终通过学院教学指导委员会的审核。这个教学计划具有几个特点:一个大基础――以学院的数、理和信息类为主,强调宽厚扎实;三个优秀课程群作为专业理论基础,包括智能基础课程群(智能科学技术导论、人工智能、脑与认知科学、信息论、信号与系统)、机器感知课程群(生物信息处理、图像处理、数字信号处理、模式识别)和计算智能与知识发现课程群(智能信息处理、机器学习、数据挖掘、计算智能等),以及两门实验(机器感知和机器智能)和其他各种选修课。四年学分150分,其中必修88学分(包括全校公选26学分、大类平台20学分、学院要求的13学分、专业必修29学分),专业选修56学分(含专业课44学分、通选课12学分),毕业设计6学分。 为了更好地交流经验,扩大本专业的影响力,2005年5月,我们发起并与第二批获准的学校(南开、北邮、西电)在北大召开了四校研讨会,围绕各个学校在智能科学与技术本科专业的建设、招生、教学计划制定和未来发展设想等方面进行交流研讨,并建立了联系机制和网站。全国一些兄弟院校也纷纷来北大了解情况,开展座谈,我们则尽可能贡献自己的经验,给予支持。 4 招生・分流 从2004年开始,信息科学技术学院按学院大类招生,每年接收330~340名本科生,占全校的1/9左右。学生高考排名在全校属中上,但成绩分布差异较大。与学校的其他学院(多从一个系成长为一个学院,如数、理、化、生等)相比,信息学院是由四个不同的系合并而来的,专业跨度大,因此采用一年分流的模式(上述学院为二年分流),笔者被指定负责这项工作。我们提出自愿为主、计划为辅的方针,尽量满足同学们的兴趣志向。制定的分配计划是:电子学系120人、计算机系110人、微电子系70人、智能科学系30人,允许有10%的调整。分流工作在大一下学期(每年4月份)进行,包括全院动员、四个系专题介绍宣传、开放日参观咨询等几个步骤,可谓热闹非凡,同学们可以充分了解了四个系的专业特色。 为了克服盲目性引发的偏差,我们建立了一个网上分流系统,在正式填报专业前,增加了摸底预填报的环节, 及时反馈群体意向的分布信息,指导学生们的选择,也便于学院掌握动向,调整措施。这种大类招生、进来一段时间后再分专业的举措体现了北大的人文关怀。智能专业初办,基础条件差,缺乏毕业生记录的宣传说明,与学院其他三个老牌系(电子学系50年历史、计算机和微电子系30年历史)相比较并无优势可言,但是我们通过扎扎实实的工作和细致有效的改进,使这个新方向日益显现出魅力。随着智能专业的成熟,特别是有了第一届毕业生后,就愈加受到更多学生的喜爱。 选择智能专业的人数逐年上升,2004级34人、2005级36人、2006级39人、2007级43人,目前正在进行的2008级分流达到45人。除了在信息学院内部的影响力不断扩大,北京大学其他学院的转系情况也开始有了可喜的变化。北大最好的元培计划实验班今年第一次有4名学生选择智能专业,医学部和光华管理学院也有申请者(本文成稿时这项工作还在进行),2008级学生肯定突破50名,我们在第五年就达到了创办智能科学专业的规划目标。 5 首届生・班主任 在新办专业中,有一项由教授担任智能本科专业班主任的举措。这是利用教授的学识、经验和责任心来更好地管理呵护自己的学生,避免了年轻教师因职称晋升等压力可能出现的疏漏。这一做法取得明显效果,不仅受到同学们的普遍欢迎,信息学院也开始考虑推行。笔者担任了智能专业的第一任班主任。首届学生(2004级)有34名,他们进入北大后毅然选择全新的智能专业是很有勇气的,全班有11名来自北京的学生,5名女同学,这个比例迥异于整个信息学院的总体分布。 该班学生的年龄恰与我自己的孩子相同,我天然地熟悉他们的一般特点,也理解家长们的想法。北大信息学院的淘汰率平均是7%,每年都有20多人退学。这班学生在大一时的成绩并不占优,其中有几人处在边缘位置,因此,我立下的最低目标就是确保所有同学不掉队。我首先通过全班民主选举任命了一个5人组成的班委会,这个5人机构在随后的几年中发挥了重要作用:其次走访宿舍,了解每个人的情况,为了消除代沟,我努力融入同学当中,学习熟悉他们的语境和思维想法。我同多数同学家长有过接触,从中更深入地掌握学生的性格特点,也包括寻求家长的必要配合。我与所有同学做过不止一次的个人交谈,经常是在晚间,很多时候是他们主动找我,谈遇到的各种困惑、自己的想法、志向等,我利用这些机会及时解决了具体问题。在学习上,我组织全班同学开展互帮互学,尤其对几门有难度的专业课程进行“联合攻关”。全班的“数据结构与算法”课程成绩甚至超过了计算机系。 几年来,全班团结互助,像一个大家庭,班委会也一再连任,得到全体拥护。到毕业时全部合格,实现了我的愿望。不仅如此,全班的学习成绩在学校的综合评估中优良率达93‰毕业设计都在良以上,有14人获优秀,更有三名同学的毕业论文被评为学院“十佳”论文。学院的第一、三名也都出自我班。34名同学中有22名继续保送本校读研(其中20人仍在本系),4名同学去了大的国企和知名外企工作,8名同学出国深造,在欧、美一些名校攻读博士,其中有一名学生同时拿到了包括哈佛、MIT、CMU、UCLA在内的著名大学的全额奖学金(最后选择MIT)。第一届智能专业学生的良好成绩极大鼓舞了我们,增强了我们办智能专业的信心,也为以后的几届同学做出榜样。 几年班主任的经历让我深深地体会到,进入二十一世纪的大学,教书、育人同等重要。要适应新时代年轻人的特点,保持我们民族的优良传统,把人格培养放在首位。能够进入北大的学生都是各地的尖子,当他们聚集在这所著名学府时,首先要调整原来俯视周围的习惯,学会平视甚至仰视其他同学,平和自己的心态,开阔胸怀,树立人生抱负和刻苦努力的决心,这样才能正确对待困难和挫折,才有所作为。班主任的工作往往细致入微,其实是把70%的精力用到30%的人上面。一些学生掉队是否可以避免,关键看班主任的工作是否到位。 6 培养体系・本研贯通 北大是(文)理科性质的学校,“智能科学与技术”专业也是按理学设置,尽管它更强调学科交叉。从智能科学的内涵来看,我们设立的培养方向更多地是继承自身传统和学校的综合优势,突出“以人为本”的脑认知和与心理生理结合,开展机器感知(视、听、触)和数据转换信息,进而发现知识的机器智能两个方面的研究。同时,我们配合学院的教学指导规划设置课程计划,除了全校的公共必修课程(外语、政治和体育),还有学院的公共平台课。第一年主要是夯实数学、物理和信息类的基础,后三年的专业课程安排是以必修的专业基础和机器感知与机器智能两个方向的专业优秀课程为架构。为了强调学生的动手能力,还重点建设了两门实验课程。此外,还利用学校的各种本科科研基金项目(包括大学生创新基金、著政基金、泰兆基金、校长基金)和各个实验室承担的项目来吸引学生,培养他们思考问题的能力,提高他们的研究兴趣,为日后进一步深造打基础。由于绝大多数学生都将读研,这样的安排无疑起到了积极作用,并成为撰写毕业论文的基础。我们还打通了本科高年级与研究生一年级的课程,利用各种机会举办研究讲座,如龙星计划、专题报告、国际人工智能远程教学等活动,开阔学生的视野,引导研究方向,调动学生的潜质。从专业特点来看,我们的智能学科更偏向于“软”的一侧,因此也充分利用信息学院,特别是计算机系的各类教学资源来帮助扶持新办专业的成长。 我们原有的博士、硕士点是计算机应用技术和信号与信息处理两个方向,为了让我们的培养体系更加系统,我们进行了两年的精心准备。2007年底,我们正式向北大研究生院申请增列“智能科学与技术”硕士和博士点。经过必要的论证,最终获得批准,及时衔接第一届本科毕业生升研。至此,本、硕、博一以贯通,作为计算机科学与技术下的二级学科,一个完整的智能科学技术专业培养体系建立起来,从培养体制上保证了新兴智能专业的顺利发展。 7 特色专业・教学团队 五年来,北京大学智能科学技术本科专业从酝酿到创办,可谓初见成效,走过了颇具挑战的历程。除了确定具有特色的培养目标和方向外,还需要扎扎实实落实每一个环节,并在实践中检验。本科教学迥异于研究生培养,它的计划性、按部就班执行的严格性以及每堂课程的内容安排和效果评估必须一丝不苟。 信息学院秉承了北大的优良传统,对这个新办的专业给予了巨大支持和关怀,使我们能迅速成长起来。我们从一开始就有一套严格的课程设置审核程序、教案检查制度和新教师上岗准入的试讲考核手续。学院有一支由经验丰富的退休教师组成的督导组,随堂听课评估每一位教师的讲课内容、方式和教学效果,及时纠正问题。作业批改和试卷出题也都有严格规定。在课程体系的建设方面,信息学院打通了一年级的公共部分,深化和夯实了数理基础。 在专业课程上,智能科学系提炼了三个课程群,并组织教师进行重点建设。此外还加强对学生动手能力和独立思考解决问题能力的培养。 除了在专业上实施分流培养外,我们还针对北大学生的特点,在基础课采用实验班的A、B分级组合方式,满足不同专业对各自基础培养的要求。在专业课程群中,也允许不同兴趣的组合选择,充分发挥和提升学生的能力。为了更好地关怀学生顺利成长,我们除规定教授担任班主任外,还设立了本科生学术导师制,加强对学生的各种指导。智能科学系也注重师资队伍建设,引进了一大批(半数以上)优秀的年轻教师,其中信息学院中从国外回来的教师比例是最高的,为这一新兴学科注入了最具活力和新思想的力量。在招聘教师时,教学需求和能力成为评价的重要指标。 2007年,我们接受了教育部的学科评估,新办专业得到好评。学校开始关注我们的进步,在随后的一年中,我们一再从学校的竞争中脱颖而出,陆续获得了国家一类特色专业、北京市一类特色专业和北京市优秀教学团队等称号,2008年又获得部级教学团队称号。我们的培养体系和人工智能双语教学也分获北京大学的教学一、二等奖。 8 结语・致谢 尽管北大年轻的“智能科学与技术”本科专业建设初见成效,但征程是漫长的,我们还会面临更多的挑战和问题。然而,智能科学这个本科专业方向是很有希望的,它不仅吸引了大学的新生,也在高考人群中产生着愈加重要的影响,它的健康发展需要大家共同的努力和精心培植。每所大学都有不同的特点,我们应该从学校、师资、方向、生源以及学科培养性质和目标等条件出发来建设新兴专业。以上是笔者对北京大学第一个“智能科学与技术”本科专业创建历程的回顾,希望与同行共享。 在专业建设过程中,许多人给予了热情帮助和支持。这里要特别感谢北大信息学院陈徐宗教授,感谢中国人工智能学会涂序彦和王万森教授。 最后引龚定庵一句名言:“但开风气不为师”。 4 总结与展望 本文介绍了厦门大学智能科学与技术系在学科发展、科学研究和人才培养方面的基本建设情况。我们希望这些初步的工作总结能对目前正积极筹办本专业的兄弟院校起到一定的借鉴作用。 “智能科学与技术”专业在我国的发展尚属初级阶段。尽管近几年得到了国内部分高校的重视,但其发展并不是很快,且进一步发展也存在一些障碍。比如,从专业配置来看,目前智能科学与技术并非一级学科,多数学校的“智能科学与技术”专业博士培养都是依附于其他相关专业。从长远来看,这并不利于整个学科的发展。希望通过各相关高校的广泛交流和积极配合,“智能科学与技术”专业在国内的发展能更上一层楼。 智能科学技术论文:“智能科学技术导论”课程教学模式新思考 摘要:本文探讨了“智能科学技术导论”课程的教学重点和教学模式,指出本课程作为“智能科学与技术”专业的重要基础课程,应以专业特点和要求为出发点,建立新型的教学模式,培养学生的独立思考能力、创新能力和实践能力。 关键词:智能科学技术;课程;教学 1 引言 随着智能科学技术在人类生活各个领域的不断渗透,它所带动的智能技术浪潮正在不断地扩大,并对社会、文化、教育的发展发挥了巨大的作用。 “智能科学与技术”本科专业作为一门刚刚起步的新专业,具有广阔的发展前景和巨大的应用需求。它是一门综合交叉性学科,旨在培养具有脑与认知科学、智能科学、信息科学、现代科学方法学的基本理论知识,掌握计算机、智能系统、信息网络、信息处理的基本技能,综合运用所学知识与技能去分析和解决实际问题,具有较强的自学能力和创新能力的高级复合型人才。 “智能科学技术导论”课程是“智能科学与技术”专业的基础课程,作为本专业的“敲门砖”,可以帮助学生对“智能科学与技术”专业有一个整体上的认识,对智能科学领域有一个初步的了解。 2 课程概述 对于刚刚迈进大学校园的青少年来说,他们面临着许许多多的新问题,其中最重要的一项,就是“专业”问题。自己将要学习的专业究竟是怎样的?它的前景如何?怎样才能学好它?“智能科学技术导论”课程是学生接触到的第一门涉及本专业知识的课程,它针对学生的实际需要,系统、科学地解答了学生各种各样的专业问题,为本专业的新同学们提供适时和恰当的“专业引导”,使他们很快进入环境,成为一批积极主动、方向明确、方法正确的新型学习者。 本课程具有以下特点: (1)从宏观上介绍智能科学技术领域的相关内容,综合性强。 课程整体地介绍了智能科学技术以及智能科学领域的基本概念、学术思想、知识体系、学术特色,使学生对“智能科学技术”由完全陌生的状态变为能够对它的基本模型和基本问题建立一个初步、宏观的,然而又是准确和科学的认识。 课程剖析了智能科学技术与相关学科之间的关系,使学生明了智能科学技术、信息科学技术、控制科学技术和计算机科学技术各有各的独立研究领域,各有各的独特作用,不能互相替代,但是又互相交叉、互相作用、互相促进。 通过回顾和展望,本课程揭示了智能科学技术的精彩发展前沿技术与巨大的创新机遇,指明当代智能科学与脑科学、神经科学、认知科学的结合将开辟极其广阔的发展空间,同时也指出智能科学技术面临着科学研究方法论的深刻变革。 (2)解析专业课程结构框架,指引学生采用正确的学习方法开展本专业的课程学习。 科学的学习方法是受多因素制约的多层次、多序列的复杂的动态体系。从微观上说,怎样读书,怎样上课,怎样实验,怎样实践,怎样做笔记,怎样记忆,怎样运用学习时间等都是方法问题;从宏观上看,怎样制定学习战略,怎样选择治学途径,怎样不断优化知识结构,如何确立学习观和学习原则等也都包含着“方法”问题。 本课程通过阐述智能科学与技术专业的知识结构,并对其进行深入分析,帮助学生认识整个专业的知识体系,明晰本专业课程的组成、每门课程的作用以及课程之间的逻辑关系,指引学生采用正确得当的学习方法开展本专业的课程学习。 (3)激发学生热情,培养学生兴趣。 本课程从根本上阐明了智能科学技术必然在现今时代崛起并迅速登上现代科学技术舞台的内在缘由,启示学习智能科学技术的必要性和重要性,启发学生的历史责任感和崇高使命感,使他们认识到能够学习“智能科学与技术”专业是他们这一代人的幸运。同时,通过分析和案例介绍,说明智能科学技术对于经济发展和社会进步的巨大作用,认识到信息化必须走向智能化才能建成现代化国家,从而有效地增强学生学习智能科学技术的自觉性、自豪感。 通过介绍一些典型的智能系统,使学生初步建立起智能科学技术的直观形象和感性认识,相当于进行了一次“智能科学技术的认识实习”,以此激发学生的学习热情。 3 课程教学的认识与思考 3.1 着重实际应用,激发学生兴趣 智能科学是一个不断发展的学科,它的技术成果、研究动向更新地很快。教师应及时地介绍智能科学技术领域的最新科技成果,将其引入课程教学,增加操作环节,可由教师进行演示,或由学生自己在实验室进行运行。 通过操作加深感悟,是学生参与知识形成过程的关键。通过亲手执行包含智能技术的应用系统,使学生获得关于智能科学技术更为深刻的体验,大大拉近学生与智能科学技术之间的距离,使他们感觉到“智能科学技术就在自己身边”。这样,既增强了学生对本课程的兴趣,又使学生及时掌握了本学科领域发展的最新动态,扩大了知识面。 3.2 组建研究小组,鼓励创新思维 智能科学技术本身处在创新发展时期,特别需要培养具有创新精神的人才。智能科学技术是一个高度综合又非常深邃的学科,依靠常规的学习方法很难把握,同时,它又是一门研究思维规律的学科,思维规律之中最重要的是创新思维。所以,培养智能科学与技术专业的高层次人才,一定要着重创新思维的建立。 教师可综合考虑课程侧重点与学生兴趣,指定几个研究方向,组建研究小组。鼓励学生通过查阅资料、调查实践等方式解答问题,提出自己的新想法。整个活动以互动的形式开展,教师引导学生积极思考问题,通过师生的交流和探讨使学生获得对同一问题的多种思考结果,学生可依照自己的新思路将研究逐步深入,最终,以组为单位向教师和全体学生做专题介绍。这种参与式教学模式使学生在“教”的同时,巩固提高了对知识的理解,并锻炼了学生的逻辑表达能力和心理素质,给学生一个展现自我的平台。 3.3 采用灵活考评方式,建立综合考评体系 传统的单纯以期末考试成绩作为考量的考评方式过于片面,同时也容易束缚学生的思维。综合考虑智能科学技术专业的培养计划以及智能科学技术导论的课程特点,笔者认为,应采用灵活的考评方式,建立综合的考评体系。 本课程考评体系可分为三部分:期末考卷、调研表现、小论文。期末考卷只要基于本课程教材的基本理论、基础知识、课堂内容进行测试。调研即3.2节中所提到的组建研究小组,每个小组就自己的研究方向进行调研,参阅书籍、查找资料、深入探讨,以PPT的形式向教师和全体学生进行总结汇报。小论文指学生以自己的调研方向为题目,撰写专题论文。这种考评方式是以书本为平台,培养学生主动系统地获得新知识、新技术的能力,主要包括基本学习能力、自学能力、实践操作能力和表达能力,鼓励学生勇于创新的精神。同时,也调动了学生查阅资料,自主思考问题的积极性,扩展了知识面。 3.4 参观实验室,了解领域研究现状 智能科学技术学科的大学毕业生,应该既可以从事智能理论和智能系统的研究、智能科学技术相关专业的教学,又可以从事实际与智能技术相关的工程开发工作。而对于刚刚接触这个专业的学生来说,很难从书本中明了自己今后的究竟能做些什么,也很难将书面知识与实际应用相结合。通过参观与专业相关的实验室,进行现场教学,帮助学生将课本上的抽象理论与具体实践结合起来,让学生了解将来可能会从事的工作,了解学科领域的研究现状,亲身感受实验室的学术氛围,激发学生对专业领域高水平研究的向往。 同时,还可以组织本专业博士、硕士研究生开展系列讲座,讲座内容可包括本科课程学习、专业学习方法、实验室在研项目、领域前沿技术等等。在介绍专业知识的同时,向本科新生传授自己的学习经验,引导他们在智能科学与技术专业的这条道路上稳步前行。 4 结束语 本文介绍了“智能科学技术导论”课程的整体内容和主要特点,从“智能科学与技术”专业的专业特点、专业要求、培养目标入手,给出了对于本课程教学模式的新思考。“智能科学技术导论”作为一门开展不久的课程,它的教学模式有待进一步地探讨和摸索,只有不断地进行总结,才能找到更适合、更有效的教学模式,培养出具有独立思考能力、创新能力和实践能力的新型学习者,成为我国智能科学技术领域朝气蓬勃的后备大军。 智能科学技术论文:智能科学技术导论课程的教学策略探讨 摘要:文章从智能科学技术导论课程特点及对专业本科生的教学目的出发,在分析该课程起不到其应有作用的具体表现和相关因素的基础上,从课程安排、教学内容、教学方式、考核方式、实验课开设和师资队伍等方面进行策略探讨,以促进其发挥应有的导向作用。 关键词:智能科学技术导论;导向作用;教学策略 智能科学与技术是形成于生命科学、控制科学、信息科学、计算机技术以及通信技术等学科与技术交叉基础上的新兴专业与研究方向[1],旨在培养具有脑与认知科学、智能科学、信息科学、现代科学方法学的基本理论知识,掌握计算机、智能系统、信息网络、信息处理的基本技能,综合运用所学知识与技能去分析和解决实际问题,具有较强的自学能力和创新能力的高级复合型人才[2]。智能科学与技术本科专业从2004年设立至今,全国只有17所大学开办该本科专业,目前一级学科和二级学科还没有完全建立,培养方案的理论体系和实验体系还有待进一步探索和完善[3-4]。在该专业的课程体系中,智能科学技术导论作为一门专业的基础课程,针对的是学生实际需要,科学、系统地解答了学生各种专业问题[2],可以帮助学生对本专业有一个整体认识,对智能科学领域有初步的了解,以发挥其对专业及专业基础课学习的良好导向作用。研究和探讨如何讲授该门课程具有重要的现实意义。 1智能科学技术导论教学现状 1.1具体表现 对专业认识较少是不少新生入学时找不到学习方向和目标的一个重要原因。在进入高等学校学习之前,绝大部分学生并不知道“智能科学与技术”指的是什么,涉及哪些知识,应用在哪些领域,影响有多大,他们只是凭专业名称、简单的介绍对该专业有个初步、直观的了解,而在进校后一般都是学习基础课程(如英语、线性代数、电路理论等),到大二甚至大三才开始进行专业课的学习。学生在此之前由于不了解专业方向的学习和研究内容,很难想象他们在专业基础课学习上会有浓厚的兴趣,更不谈学习主动性的提升。智能科学技术导论在低年级开设,目的是让学生逐步认识、了解该专业的概况,达到激发学生学习专业课程、参与科学研究的兴趣,帮助他们对大学学习和生活进行规划和定位。然而,这一门课程并没有起到其应有的作用,具体表现如下。 1) 导论学习与专业学习存在断层。智能科学与技术的专业课程一般安排在大三、大四,而导论一般安排在大一学期,此时,由于知识结构和认知能力的缺失,新生难以将过深的学科形态、专业教学抽象成整体概念,对导论所涉及知识的掌握程度有限,在开始接触大量专业课时,他们已基本忘记了这一门入学时开设的从整体上介绍本专业的课程。 2) 学生专业学习的积极性不高。笔者在对高年级学生讲授专业课的过程中发现,很多学生对本应在大一就具备的专业思想、所涉及的智能科学技术领域的宏观知识、正确的学习方法等缺乏足够的认识,甚至是处于完全陌生的状态,因此对相关专业课的学习毫无兴趣,一味地认为进入该专业学习是自己的不幸,转而要求换专业甚至退学。 3) 继续从事本专业领域的研究或工作的兴趣低。根据调查发现,很多本专业的学生对毕业去向不持乐观态度,部分打算继续深造的学生考虑的是其他专业,而要进入社会的毕业生则表示找到专业对口的工作很难,他们大部分认为这是从一开始就没有对大学学习和生活做好规划和定位所导致。 1.2相关因素 通过与其他教师的交流以及与学生的座谈,笔者发现智能科学技术导论这门课程没有起到其应有作用的原因主要在于以下几个方面。 1) 教学内容缺乏针对性。智能科学与技术汇集多种边缘学科与技术,诸如信号与信息处理、信息论与信息通信、模式识别、图像处理、柔性决策与系统科学等内容,因此,课程所涉及的研究领域及内容十分丰富、教学知识结构较为庞大,涵盖范围广,课堂内容庞杂,热点分支多,知识点相对独立,联系不够紧密。正因为如此,在短短的课时教学中,教师的课堂讲述往往宽泛化,缺乏针对性。 2) 授课对象缺乏相关知识。在实际教学活动中,由于智能科学技术导论课程一般开设在入学之初,学生不仅缺乏相关基础知识,而且处于高中到大学的过渡期,他们的学习认知行为、学习方法、学习要求和学习内容的组织形式难以适应教师所授内容。如果课程内容涉及的专业知识过多,学生学习起来就费劲;如果偏重理论,教学会显得过于枯燥;如果过于注重工艺的讲解,又会给学生造成轻视专业基础知识的倾向[5]。如此种种,导致教师在讲课过程中处于两难境地,而学生则难以建立系统、完整的知识体系,在有限的时间里所能掌握、吸收并内化的智能科学基础知识很少,从而不利于今后专业课的深入学习。 3) 教学方式落后。目前,讲授智能科学技术导论这一课程采取的教学方式更多是传统的教学方式――课堂教学,而其课程特点是知识面广而不深。因此,传统教学方式的缺陷更为凸显出来,学生知识结构的延伸无法完成,对后续专业课教学产生不利影响。 2教学策略的提出 2.1课程的全程化 作为一门基础专业课,智能科学技术导论应以学生在专业领域的发展为主线,贯穿本科四年的学习中,根据不同年级学生的特点,有针对性地开课或开设学习指导性讲座,如大一阶段应以初步认识、了解专业本身,建立对本专业的信心,激发对专业的兴趣为目的而设置课程内容;大二阶段则为提高对专业的认识、巩固专业信心、学习专业方法、制定专业目标的阶段;大三阶段则是深入掌握专业学习方法、系统学习专业知识的阶段;大四阶段则是走向职场、实践运用专业知识的阶段。通过这4个阶段的递进关系,最终促进学生螺旋化地构建专业知识。 2.2教学方式的革新 把科学研究引入教学过程,使教学活动具有科研性,这是大学教学过程突出的特点[6],因此,授课内容不应完全局限于教材,而应融入教师的科研、工程项目、实践经验以及学科知识。开设智能科学技术导论课程的目的是让学生初步从整体上接触专业基本知识,通过列举专业知识在实际生产中的应用以及专业基础知识在今后学习、科研工作中的重要性,为专业学习提供一个良好的导向。为此,除了传统的课堂教学外,还可考虑采取讲座方式提供相关信息、讲授相关知识。如选择智能科学与技术专业不同研究方向的老师,就其所研究领域的知识、学科发展最新概况、智能科学前沿技术及最新科技成果、专业学习方法、实验室在研项目等进行系列专题讲座,这样的讲座一方面更加具有针对性,另一方面能够充分发挥不同研究方向老师的优势。在此基础上进行讲解和讨论,学生可以从不同来源、不同角度了解该专业的内容、研究方法、前沿技术及发展方向,从而引导他们在智能科学与技术专业这条道路上稳步前行。 2.3调整与优化教学内容 作为一门“入门”课程,智能科学技术导论的讲授切忌涉及太多的理论,这会使学生失去学习的信心;同时,也不允许对课程内容进行重复性的讲授,这会使学生失去学习兴趣。鉴于此,在教学内容的组织上要做到内容难度适中,选择适合学生接受能力且对后续专业课学习有帮助的内容来授课。此外,智能科学是一个不断发展的学科,其技术成果、研究动向更新快,教师应及时介绍智能科学技术领域的最新科技成果,引导学生关注本专业的知识应用,拉近学生与智能科学技术之间的距离,使他们及时掌握本学科领域发展的最新动态,扩大知识面,为今后专业课的学习以及就业做铺垫。 2.4运用灵活的考核方式 一般专业课的学习效果比较显著,只要努力,课程结束后,学生一般也就掌握并内化了相关的专业知识。和这些一般的专业课程不同,智能科学技术导论课程的学习效果只能在后续专业学习中逐步体现,也正是由于该课程的教学内容、教学目的和教学要求等方面所具有的特殊性,其学习效果仅仅通过传统的测试很难检验出来,同时也容易束缚学生的思维,不利于其应有作用的发挥,因此,可考虑多样化的考核方式,如提交通过思考和查阅资料等手段完成的小论文、根据实验报告中的实验步骤写实验体会、要求学生推荐他认为本专业最新科技成果或参考书等。 2.5积极开展实验课 智能科学技术导论是一门从宏观上介绍智能科学领域相关内容的专业基础课,其重要任务是介绍专业教学安排和专业学习方法,并没有深入具体地介绍某一知识点。由于导论课程的特殊性,实验的开设可以参观性、演示性、模拟性为主,如组织新生参观学校组织的电子设计竞赛的作品,在参观过程中,从专业的角度为新生讲解各参赛作品的设计意义和原理。 此外,智能科学与技术覆盖面很广,工程性与实践性很强,现有市场上已存在涉及很大一部分相关知识的技术成果,因此,可进行反求工程式的实验课。如本院实验室拥有的机器人涉及到机械、计算机软硬件、人工智能、智能系统集成等众多先进技术,学生从中可逐渐认识、理解、学习掌握智能科学知识,这种反求工程式的实验课不仅可以提高学生对学习本专业知识的兴趣,也为后续专业学习奠定了基础。 2.6培养高素质的师资队伍 智能科学技术导论作为智能科学与技术专业学生的入门课程,对授课教师提出了很高的素质、能力要求。授课教师应具有深厚的基础理论知识、宽广的专业知识、丰富的科研与工程实践经历、高水平的教学能力以及大学生思想教育的经验[7]。 3结语 智能科学技术导论这一课程对稳定学生初期迷茫的专业思想动态、激发学生浓厚的参与意识和兴趣、提高学生学习后续专业课程的热情和解决实际问题的能力等有重大影响。在没有现成经验可借鉴的情况下,只有不断地实践总结,才能发挥其作为智能科学与技术专业“敲门砖”的作用。 智能科学技术论文:时代召唤智能科学技术人才大军 摘要:论述信息科学技术和智能科学技术的基本概念以及信息科学技术必须提升到智能科学技术的原因,指出这种提升已经水到渠成,提出培育智能科学技术人才大军已经迫在眉睫。最后分析了培育智能科学与技术人才大军的要求、措施和方法。 关键词:信息科学技术;智能科学技术;现代化;人才培养 无论人们是否已经清醒地意识到,理论分析与社会实践都已清楚表明,信息化走向智能化的时代已经来临。这就是为什么当今社会如此频繁地出现各种各样的“智能”前缀:智能交通、智能电网、智能城市、智能农业、智能建筑、智能仪器、智能计算、智能控制、智能机器人、智能通信、智能服务、智能防务、智能互联网、智能物联网、智能信息处理等。 那么,什么是信息化?什么是智能化?它们有什么联系与区别? 信息化的基本任务,是利用信息技术向社会提供便捷的信息共享服务,智能化的基本任务,是在此基础上利用智能技术,向社会提供智能化的生产方式、工作方式、服务方式、交流方式和生活方式。智能化是信息化发展的高级阶段。毫无疑问,能否根据社会 的实际需求,不失时机地推进智能化,将直接影响我国现代化的进程。 高等学校应当建设和发展什么样的学科和专业,需要考虑众多因素,但最重要的是社会需求。笔者旨在阐明,尽管我国当前面临多元化的社会需求,但是其中最具本质意义和关键地位的社会需求是信息化必须走向智能化。这是振兴民族大业、建设小康社会、建设创新型国家、建设资源节约型社会和环境友好型社会、应对全球气候异常变化、保障可持续发展的根本举措。为此,大力发展智能科学与技术本科专业,努力建设研究生学科,精心培养各层次智能科学技术人才大军,就成为我国高等学校的重要任务。 1信息化与智能化:基本内涵及相互关系 简要地说,信息化,就是在人类活动的各个可能领域充分利用信息技术来提高人类活动的质量和效率的过程;而智能化,则是在此基础上,进一步在人类活动的各个可能领域充分利用智能技术来提高人类活动的质量、效率和创新能力的过程。 可见,为了准确理解信息化与智能化的含义,需要了解“信息技术”和“智能技术”的概念,以及它们之间的联系与差别。为此,我们有必要考察一下人类认识问题和解决问题(也可以抽象为认识世界和改造世界)这一典型活动的抽象模型[1],如图1所示。 该模型的含义是:为了处理现实世界的实际问题,人们必须首先通过自己的感觉器官获取与问题相关的信息,并通过传导神经系统把获得的信息传到思维器官,在这里使用古旧皮层对这些信息进行预处理,使信息更加便于利用;在此基础上,通过新皮层把信息转换为知识,并进而转换为解决问题的智能策略,再通过传导神经系统把智能策略传到效应器官,后者把智能策略转换为智能行为,作用于面对的问题,使问题的状态转变为期望的目标状态。这就是人们认识问题和解决问题的一个基本回合。 之所以说是一个基本回合,是因为获得的信息可能不够充分,导致生成的知识不够完善,制定的策略不够合理。因此,当把这样产生的智能行为作用于问题时,问题的状态不一定能够完全转变到预期的目标状态。这时,就要把偏离目标状态的“误差”作为新的信息,经由感觉器官反馈到思维器官,通过学习来修正和优化策略,以期更好地接近目标。通常,这种“反馈―学习―优化―控制”的过程可能要进行多次,逐次逼近预期目标。也就是说,人类认识问题和解决问题的过程是一个充满反馈、学习和优化的过程。 通过进一步的分析,我们还可以发现,从功能性质上看,图1所示的人类“认识问题和解决问题”的过程,实际上包含相互联系、相互作用而又相辅相成的两个相继阶段,具体内容如下。 1) 获取信息的感觉器官和它的技术延长物传感系统、传递信息的传导神经系统和它的技术延长物通信系统以及处理信息的大脑古旧皮层和它的技术延长物计算系统,都是直接与“信息”打交道的器官和技术系统。 2) 生成知识和制定智能策略的大脑新皮层和它的技术延长物人工智能系统、其后传递智能策略的传导神经和它的技术延长物通信系统以及执行智能策略的效应器官和它的技术延长物控制系统则是与“知识和智能策略”打交道的器官和技术系统。 既然过程1)是与信息打交道的过程,因而就称为“信息过程”;而过程2)是与知识和智能策略打交道的过程,因而就称为“知识与智能过程”,后者也可以更简洁地称为“智能过程”。不过,“生成知识”的过程也可以看做是“理解信息”的过程,“制定策略”的过程则可以看做是“再生策略信息”的过程(策略可以看做是人类大脑再生出来的一种指示“如何解决问题”的高级信息),而“传递和执行策略”的过程也可以看做是“传递和执行策略信息”的过程。因此,在这种意义之下,过程2)也可以称为“信息过程”。为了体现这两个信息过程之间的联系与区别,过程1)可以称为“基本信息过程”,过程2)则可以称为“高级信息过程”。于是,技术范畴的传感技术、通信技术、计算技术就可以称为“基本信息技术”,人工智能技术和控制技术就称为“高级信息技术”。 这样,人们就可以更确切地说,信息化,就是在人类活动的各个可能领域充分利用传感、通信和计算这类“基本信息技术”,来提高人类活动的质量和效率的过程;而智能化,则是在此基础上,进一步在人类活动的各个领域充分利用智能和控制这类“高级信息技术”,来提高人类活动的质量、效率和创新能力的过程。 颇为有趣的是,在图1所示的模型中,如果只考虑通信系统的功能,这当然就是“电信网络(和电视网络)”的模型;在此基础上,如果把计算系统的功能增加进来,它就演变成了“互联网”的模型;进一步,如果再把传感系统和控制系统的功能也增加进来,它就演变成了当前人们正在热切关注的“物联网”模型。而如果再加上智能系统的功能,它就会演变成为“智能信息网络”的模型。 显而易见,物联网和智能信息网络的根本区别,就在于有没有“智能”。也可以说,智能信息网络就是智能化了的物联网。当然,目前的物联网还处在发展的起始阶段,它的基本形态还只是互联网与传感系统的结合,连控制系统的作用也还远远没有充分考虑,更不要说是智能信息网络了。 值得注意的是,我国当前阶段的“信息化”,主要只利用了通信技术和计算技术,还没有完全利用到全部的“基本信息技术”。只是到了最近,人们开始关注“物联网”的时候,才把传感技术与通信技术和计算技术联系起来。 所以,基于通信技术和计算技术的“信息化”的主要作用,是利用通信的传递能力和计算技术的处理能力,为社会提供便捷的信息共享服务,使社会的各种供需关系得到及时的沟通。人们在获得这些供需信息后,就可以调整自己的产品方向和生产计划,提高社会整体的运行效率。但是,产品方向和生产计划的调整都需要通过人类管理者和劳动者自己的实践来实现,基本信息技术本身对此无能为力。 原因很显然,信息所表现的是事物的现象,只告诉“是什么(What)”;知识所反映的则是事物的本质,可以告诉“为什么(Why)”;智能所体现的才是解决问题的策略,因此可以告诉“怎样做(How)”。仅仅利用通信和计算技术的“信息化”工具,不能直接改变生产过程本身,因此就只有依靠人类工作者自己来实际调整产品方向和生产规模。 发展到“物联网”阶段以后,网络中的信息比互联网的信息更丰富了,因为在原有的“人类输入的信息”基础上,增加了不计其数的“物”的信息。不过,如果物联网没有智能技术和控制技术的支持,它的功能仍然还是“信息共享”,只不过信息的来源更加丰富了而已。 然而,采用智能技术之后,由于生产工具自身具有相应的知识和智能,它就不仅可以根据供需信息自主调整产品方向和生产计划,还可以自主地改善生产过程,提高产品质量,增加新的产品品种,来适应社会需求,甚至可以预测社会需求的走向,创造全新的产品,引领社会的需求。 马克思曾经预言,随着大工业的充分发展,劳动者不再是生产流程的一个环节,而是站在生产流程的旁边,对生产流程进行监督和管理。我们知道,农业时代的人力工具和工业时代的动力工具都不可能实现马克思所预见的社会生产方式,基于通信与计算技术的信息化工具和没有智能技术的物联网工具也不可能实现马克思所预见的社会生产方式。这是因为,农业时代的生产工具(人力工具)、工业时代的生产工具(动力工具)以及信息化阶段的生产工具(基本信息技术工具)不具备智能,劳动者不得不成为“生产流程的一个环节”,只有智能化的生产工具,才有可能使劳动者“不再成为生产流程的一个环节”,从而能够“站在生产流程的旁边对生产流程进行管理和监督”,使马克思预言的社会生产方式变为真正的现实[2]。 可见,智能化的生产工具可以使社会生产方式得到根本的改变:由被动跟踪的生产变为主动引领的生产,由人力承担的生产变为机器自主的生产,使劳动者可以站在生产流程的旁边,对生产流程进行管理和监督。这就是“由工业时代的社会生产方式转变到了智能时代的社会生产方式”。显然,这种转变将使社会劳动生产力水平得到质的提高。 这就是信息化、智能化以及它们的联系与区别。 2信息化走向智能化:社会需求与历史必然 信息化必须走向智能化,这是人类社会追求进步的内在和固有要求。反之,如果信息化不能适时地走向智能化,社会的进步就会延缓甚至停顿下来。 根据“科学技术拟人律”的启示[3],信息化走向智能化这种内在和固有的要求可以从人类自身的进化过程中得到直接启发。 考察人类进化的历史就知道,当人类的感觉器官、传导神经系统、人脑古旧皮层系统和效应器官的功能发展起来之后,人脑新皮层功能的强化就成了人类整体能力进化的焦点;可以看出,只有完成了新皮层功能的强化,人类才进化成了完全意义上的现代人类。反之,如果没有新皮层功能的强化,人类的进化就可能依旧停留在“猿猴”阶段,不能成为真正的现代人类。 与此相应,当今时代,传感技术、通信技术、计算技术、控制技术都获得了长足进步。因此,智能技术的强化就成了整个技术能力进步的焦点。同样,只有当智能技术发展起来,人类的智力能力才能得到有效的扩展。反之,如果智能技术不能获得充分的发展和应用,信息技术就会停留在“信息共享”这个初级的发展阶段。 因此,为了适应社会不断发展的需要,为了不断改善人们生存的条件,信息化必须走向智能化。只有这样,人类“认识世界和改造世界”的活动才能得到现代科学技术的全面支持,人类的充分解放才能成为现实。 事实上,人们可以举出无数的事例来说明信息化为什么必须走向智能化,以及如果信息化不走向智能化就不能真正解决问题的原因。不过,限于篇幅,这里只能择要略述一二。 1) 例1:物联网研究与应用。 如上所述,目前人们所研究的物联网,其实只是增加了传感器的互联网而已,不要说还没有考虑智能技术的作用,就连控制技术的因素也考虑得很不充分。可是,没有智能技术的物联网又有什么意义呢?一般来说,智能技术在物联网中至少有如下几个重要作用:第一,不同传感器获得的信息之间的智能融合;第二,把这样得到的形式化信息转换为“能够显示内容和价值因素”的信息(称为“全信息”);第三,从这些信息中提炼相应的知识;第四,以这些知识为基础,在目标的引导下生成解决问题的智能策略。 试想,如果得不到“正确融合起来的信息”,也得不到能够显示内容和价值因素的“全信息”,得不到相应的“知识”,也得不到解决问题的“智能策略”。一句话,如果没有智能技术的支持,这样的网联网能够发挥多大作用呢? 可见,物联网的研究与应用必须由“基本信息技术”的层次进入到“智能技术”(高级信息技术)的层次。舍此,不可能解决问题。 2) 例2:转变经济发展方式。 转变经济发展方式的优秀是“转变社会生产方式”,其中一个最受关注的问题是“节能减排”,即节约能源消耗和减少废弃物排放。考察当前的社会生产,主流的生产方式是工业时代遗留下来的产物。工业时代生产系统设计的通用理念是“按照最恶劣条件下的资源需求来提供高倍资源备份,以保证在任何条件下生产系统的连续运转”。正是基于这个理念,导致了所有工业生产系统的“资源高投入”:材料的高投入、能源的高投入、人力的高投入、资金的高投入。“高投入”则导致“高排放”和“高污染”。所以,“三高”是工业时代生产方式固有的本质特征。 怎样才能转变以“三高”为本质特征的工业时代生产方式呢? 肯定的回答是:仅仅运用信息技术不足以解决问题,必须在此基础上运用智能技术,也就是“高级信息技术”(即图1所示的全部技术)才能达到目的。 道理很明显,要想真正转变以“三高”为特征的工业时代生产方式,必须从这种生产方式的初始源头――设计理念――进行彻底变革。这就是用“智能设计”的理念取代原有的“以高投入保障可靠生产”的设计理念。只有设计理念革新了,才能从源头上消除“三高”,达到节能减排和转变经济发展方式的目的。 智能设计的理念是:通过智能技术的“自主学习与自主优化”策略,使生产系统的资源投入和产品产出实现动态的优化配置,从而消除“高倍资源备份”。可见,没有智能技术的应用,就不可能从源头上转变以“三高”为特征的工业时代生产方式。 总之,只有智能技术的普遍应用(即“智能化”),才能使“物联网”走向智能化,发挥应有的作用;只有智能技术的普遍应用,才能使工业时代遗留下来的社会生产方式得到根本转变;同样,也只有智能技术的普遍应用,才能使整个国民经济、社会文明、大众民生和国家安全获得蓬勃的发展,朝着21世纪意义下的现代化目标不断前进。 需要特别指出的是,物联网的智能化也好,经济发展方式转变也好,应对全球气候异常变化也好,维护世界和平与国家安全也好,种种迹象都表明,“审时度势,把信息化推向智能化”已经是摆在我国人民和世界人民面前的紧迫任务。 3智能化人才大军:特有的素质 为了推进智能化,需要在各个领域大力发展和普遍应用智能科学技术。但是,人是社会生产力的第一要素。发展和应用智能科学技术,需要一支规模宏大、结构合理、训练有素的智能科学技术人才大军。 所谓“规模宏大”,主要是指智能科学技术人才大军在数量上要能适应国民经济、社会文明、大众民生、国家安全智能化的规模要求。智能无处不需,智能化是全社会的需要,不是个别领域、个别部门和个别地区的需求。因此,规模必然相当宏大。 所谓“结构合理”,主要是指培养这支人才大军的教育系统应当具有博士、硕士、学士的合理层次结构。智能科学技术是新兴的、快速发展的,而且体现了当代最先进、最复杂、最前沿的科学技术,没有这样一支结构合理的人才大军,就不可能适应智能化的需求。 所谓“训练有素”,主要是指国家应当设置面向智能科学与技术学科和专业的高等学校人才培养的专门体系,按照智能科学与技术学科的知识结构和能力结构进行系统培养与训练,而不宜由其他学科的培养体系来代行兼顾。 图1的模型表明,在学科关系上,智能科学与技术的前端与计算机科学与技术学科相衔接,后端则通过信息与通信工程学科和控制科学与工程学科相沟通。其中,计算机学科定位于“信息处理”;它输出的是经过处理便于应用的信息,正好提供给智能科学与技术学科,支持“生成知识”,并在此基础上“制定策略”;后者通过信息与通信工程学科的“策略传递”功能传递给控制科学与工程,支持“策略执行”。可见,它们的功能定位分别是“信息处理”、“知识生成与策略制定”、“策略传递”和“策略执行”,它们各就各位,各司其职,互相衔接,互相合作,形成和谐的流程,但不能互相取代。 那么,智能科学与技术学科人才大军应当具备怎样的整体素质呢? 由于篇幅所限,这里不可能细致地展开讨论。考虑到我国目前已经有众多学校制订了详尽的智能科学与技术学科的人才培养计划,这里将着重指出:除了其他科学技术学科人才必须具备的共性素质之外,智能科学技术学科人才大军应具备的特殊素质。 3.1智能科学与技术本科专业的特殊知识结构 众所周知,智能是由信息资源加工出来的最高级产物。因此,智能科学技术是信息科学技术的优秀、前沿和制高点,智能也是人类一切能力的最高级体现。因此,智能科学技术也是生命科学技术最为精彩的篇章。因此,智能科学技术是信息科学技术与生命科学技术两者的交叉学科,应当按照这样的学科性质设计学生的知识结构和能力结构。 基于这样的特点,智能科学与技术本科专业的知识结构(课程设置)应当形成如下最基本的连贯的标志性优秀知识体系。 第一学期,智能科学与技术导论(人文基础)。 第二学期,智能科学史与科学方法论(人文基础)。 第三学期,脑与认知科学基础(专业基础)。 第四学期,智能数学(数理逻辑与模糊逻辑)(专业基础)。 第五学期,机器智能通论(优秀课程)。 第六学期,机器学习(优秀课程)。 第七学期,智能机器人(应用基础)。 第一学期必须开设“导论”。这是因为新生刚从中学走进大学,需要通过“导论”引导学生快速了解什么是智能科学与技术,为什么要学习它,它的发展前景是什么,它对经济发展与社会进步的意义是什么,它的知识结构和能力结构是什么,它与相邻学科的关系是什么,怎样才能学好智能科学与技术(包括大学与中学的学习方法和学习规律有何异同)。 第二学期必须开设“方法论”。这是因为新的正确的方法论对于理解和发展智能科学与技术具有特别重要的意义,而传统科学方法论会妨碍学生理解和把握智能科学与技术。“工欲善其事,必先利其器”,方法论的教育必须走在前头。 第三学期必须开设“脑与认知科学基础”。这是因为人工智能的最佳原型就是大脑结构及其支持的认知能力。没有这个基础,我们培养的人才大军就会基础浅薄,缺乏创新的功力,他们在智能科学与技术发展的道路上就走不远。所以,要在二年级一开始就学好这个基础。 第四学期必须开设“智能数学”。学生要着重学好集合论、数理逻辑、模糊逻辑和算法理论,这是智能科学与技术对数学知识的特殊需要,也是学习后续课程必须具备的数学基础。必须在第四学期完成这个准备。 第五学期必须开设“机器智能”。这是本专业的优秀课程。考虑到历史上“人工智能”与“计算智能”和“行为智能”长期处于鼎足三分的状态,而事实上,只有它们三者结合在一起,才能覆盖基本的智能技术,因此需要设置统一阐述这个“三位一体”的新的课程,称之为“机器智能”。 第六学期必须开设“机器学习”。这是因为上述三种智能技术的共同要害都是“学习”,因此有必要开设“机器学习”来深化智能的优秀技术。 第七学期应当开设“智能机器人”。这是因为智能机器人是智能技术实际应用的最典型和最普遍形态,应当让学生在进入毕业设计之前对智能机器人做“解剖麻雀”式的学习和掌握。 其他课程的设置可以、也完全应该结合各个学校的特点自行选择。 还要强调的是,整个培养过程要努力贯彻理论与实践相结合、已有进展与存在问题相依托、启发式和教学双方互动等原则,使学生不仅高度热爱本专业,而且具备很强的创新精神和实践能力。 3.2智能科学技术学科研究生的知识结构 同样,由于篇幅所限,这里仅指出:鉴于智能科学与技术的内涵非常丰富,应用又无处不在,智能科学与技术研究生一级学科不宜按照应用领域设置二级学科。分析表明,按照学科的层次结构设置如下三个二级学科比较适宜。 1) 智能理论。 2) 智能技术。 3) 智能应用。 当然,这些二级学科名称的具体表述方法还有待继续论证和优化。 4结语 今天,无数的事实(智能A、智能B……智能Z)告诉我们,社会对于“智能”的需求已经不止是母腹中躁动的婴儿,也已经不止是大海平面上依稀可见的航船桅杆,而是已如初升的太阳普照大地,如大潮的奔涌席卷四方。 面对时代的召唤和社会的需求,高等学校的教育和科研工作者义不容辞,责无旁贷。让我们一起努力,共同推进智能科学与技术本科专业和研究生学科的建设,为我国和世界智能科学技术的发展,作出无愧于时代、无愧于华夏学人的积极贡献! 智能科学技术论文:对智能科学技术教学的几点认识 摘要:结合我院在智能科学技术相关课程中开展的教学实践活动,就教学理念、教师素质培养及创新实践教学方法应用三方面阐述了作者的一些体会。 关键词:智能科学技术;教学理念;素质培养;创新实践 智能科学技术是数学、物理、电子、计算机和信息处理以及哲学、生命科学等多学科交叉的综合性学科。智能科学技术课程的教学目标是培养具有信息科学、智能科学、脑与认知科学、现代科学方法学基本理论知识,掌握计算机、人工智能系统、信息网络、信息处理、自动控制、系统优化专业知识和综合技能的高级复合型人才。 在一定程度上,智能科学与技术代表着信息技术的前沿,其理论研究与应用开发对我国现行的教育与教学理念提出了挑战。在现有的教育体系中增加智能理论和智能技术教学,对全面培养学生的信息素养、创新的思维方式,激发他们对信息技术的追求具有积极意义。因此,为适应社会对从事智能化产品研发人员的迫切需求,同济大学电子与信息工程学院近年来率先提出并建设智能科学与技术课程链,包括计算机控制系统、机器人与人工智能、智能技术等,力图建成各环节有机联系、具有较宽覆盖面的“课程链”。 在实际教学中,为了适应快速的技术发展趋势,更好地利用有限的教学资源、实验资源和课时约束,近年来,我们对智能科学与技术相关的各门课程进行了整合,对课程的教学理念与内容、教师素质培养、教学方法与手段等方面进行了全方位的研究与实践。 1师生共同实现自我 叶澜教授指出:“教师应该具有与时代精神相通的教育观念[1]。”智能科学技术相关的课程涉及大量前沿科学,我们必须跟上甚至超越先进国家的研究步伐。根据研究型大学创新人才培养的目标定位,吸收现代先进教育观念,我们树立了师生共同实现自我的教学理念。 教学主体应同时包括学生和教师,成功的教学有赖于建立和谐的师生关系[2]。一直以来,以学生为中心已成为大家的共识,学生既是大学的服务对象又是大学品牌的建设者和传播者,社会对大学的认可正是基于毕业生服务社会的能力和表现,因此教学必须从学生的长远利益出发,创造学生价值[3]。智能科学技术具有快速的发展趋势和交叉的学科特性,因此要求师生共同把握潮流脉动。学生要积极地、主动地、有目的地学习并创新,也就是“学会学习”,同时带给教师最现代、最崭新的观点与视野。譬如在今年的计算机控制系统课程设计中,几名学生针对春运火车票实名制运行中因人工进行身份核对造成的大负荷工作量、检票时间过长等新问题,大胆提出了火车票实名制电子客票系统的设计方案,以及利用已经商品化的身份证检测装置进行智能检票原型机开发的设想。这让我们惊喜地认识到教育已经不再是简单的知识灌输,而应能够启发学生自主地寻找问题、发现问题,从而解决问题。 面对智能化发展趋势,教师不再是一部百科全书,而应变成向导、顾问及合作伙伴,帮助学生在独立思考的道路上加速前进,引导学生发现新问题,掌握新知识,使学生将理论与实践有机结合,具备合作与解决问题的能力[4]。而教师也在教学过程中不断提升自己,强化专业水平,师生共同进步,实现自我。在机器人与人工智能课程中,讲授实际机器人受到各种不同约束,只用理论公式讲解不仅枯燥而且不易理解。在和学生答疑讨论的过程中,我们发现将这种约束用动画表示出来,学生很感兴趣并且易于掌握各种约束的实质。动画的制作本身就体现了智能技术的发展,学生在这方面的技能往往比教师更新潮、更先进,教师在此时也从学生处获得更多技巧,丰富自我。通过师生间的高频互动,实现教学相长,提高了教师的教学与学术能力。 2加强教师素质培养 智能科学技术的知识更新速度很快,自20世纪70年代末开始,智能技术应用的基础――处理器已经更新换代了好几代,相应的高校实验课程也随之调整。进入21世纪,技术发展更快,此时在教学中仅依赖个别老教师就显得力不从心。较其他学科,智能科学技术教学对教师提出了更高的要求,更应加强教师梯队尤其是青年教师的培养工作。为此,我院始终坚持制订并实施人才培养计划,推荐和选派中青年骨干教师出国开展教学科研学术交流,及时把握国外顶尖知名大学的专业与学科建设动态信息。在与国际知名企业合作的同时,多次派教师赴企业进行实地参观学习,在引进先进技术的同时也学习其先进的管理观念,使教师具有更合理的能力结构。 另外,我们也借助学校平台开展教师队伍的自身培训工作,通过青年教师讲课竞赛、老教师教学经验讲座以及邀请国内外专家来校交流等形式,进行教学理念和教学方法的交流;发挥新老教师在教学经验、知识面和智能技术应用能力等方面的特长,组织各种教学业务活动,积极推动新老教师之间的相互交流和学习。 教材建设和课件建设是培养青年教师的重要载体。在参编教材过程中,青年教师加深了对课程理论体系、相关技术发展及如何将科研成果运用到教学当中的了解。相比美、欧、日等发达国家,我国的智能科学技术较落后,因此青年教师应充分发挥外语好的优势,直接从外文文献中获得最新资讯,传递给学生。 同时,我们也对双语教学乃至全英语教学进行了有益探索,对青年教师提高专业素质和职业素质起到了良好的推动作用。 教育是一个使教育者和受教育者都变得更完善的职业。只有当教育者自觉地完善自己时,才能更有利于学生的完善与发展[5]。 3科研与教学结合、学习与创新结合 实践是新世纪人才培养的关键环节[6]。智能科学技术与实际相结合才能得到持续的发展。教师的科研与教学相结合、学生的学习与创新实践相结合,是智能科学技术教学的一个有益探索与尝试。在教学过程中,教师将最新科研成果融入教学过程,利用科研方面的优势,教学相长,形成科研与教学的良性互动。学生在学习过程中能够不断跟踪国际研究的前沿,掌握和了解该学科的成就和发展状况,有利于提高专业素质,拓宽知识面,强化超前意识。 通过将科研项目与课程建设相融合,如国家863高技术项目、国家自然科学基金项目、国际合作项目、省部级科研项目等,使得本科教学与实践创新过程和科研项目息息相关,成为智能科学技术实践教学的重要延伸。近几年,我校以部级科研项目和科技竞赛为背景设立主题研学项目,如机器人技术研究小组、智能小车技术研究小组、嵌入式系统研究小组等,产生了一大批学生创新成果和竞赛佳绩,在全国大学生电子设计竞赛、RoboCup(机器人世界杯赛)、飞思卡尔智能车大赛、嵌入式系统等连续获得30余个重要奖项。在2009年的RoboCup类人组足球赛中,我校借助科研项目对双足移动机器人的研究成果,成功地将视觉处理、基因算法在步态学习中的应用以及基于生物诱导机制的步态产生运用到NAO上,克服了时间短、经验少等问题,成功取得决赛权并进入了16强。 在智能科学技术课堂教学的同时,我们借助校计算机与信息技术国家实验教学示范中心、大学生电子信息科技创新基地、实验中心及大学生创新计划,为课内综合性教学、课外实验选修课、实验研讨课、自主研学等提供了广阔的选择空间,极大地促进了学生创新意识的培养和实践能力的提高。 4结语 智能科学技术在未来人类社会将起到越来越重要的作用。相比其他学科,该学科具有发展速度快、知识面宽、综合性强等特点,因此在教学中必须针对这一特性做出必要的改革和创新。改革要兼顾知识的传授、能力的培养和素质教育,必须是教师和学生同时作为主体的自我提升过程,从而实现培养具创新意识、思维、能力的21世纪适应型人才的目标。 智能科学技术论文:把握智能科学技术学科及教育的正确发展方向 摘要:介绍我国智能科技教育特别是课程教学的概况,探讨中国人工智能水平及其评价问题,着重研究我国人工智能的发展方向,指出必须重视人工智能是一门具有较强理论基础的新兴技术学科这一基本属性。 关键词:人工智能;智能科学技术;学科;教育;发展方向 0引言 人工智能(Artificial Intelligence,AI),又称为机器智能或计算机智能,是计算机科学或智能科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。人工智能近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能,而远期目标是用自动机模仿人类的思维活动和智力功能。 1来之不易的大好机遇 比起国际上人工智能的发展情况,我国的人工智能研究起步较晚,发展道路曲折坎坷,经过质疑、批判甚至压制的艰难发展历程。直到20世纪80年代初期,中国的人工智能研究才开始活跃起来,但由于当时社会上把“人工智能”与“特异功能”混为一谈,对两者一起批判,并一并斥之为“伪科学”,使中国人工智能经历过一段弯路。 中国人工智能学会于1981年在长沙成立后,长期得不到中国科学技术协会和国内科技界的认同,只能挂靠到中国社会科学院哲学研究所,直到2004年,才得以挂靠到中国科学技术协会。这足以表明中国人工智能学会成立后经历的20多年岁月是多么艰辛。因此,在这个时期内,有比较多的中国人工智能学者研究人工智能哲学问题是有历史原因的。 直到改革开放之后,我国的人工智能才逐渐走上发展之路。近两年来,国家领导人对人工智能高度评价,并对我国人工智能的发展提出重要指示,有关部门了《中国制造2025》《机器人产业发展规划(2016―2020年)》《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》。这些文件体现了我国已把人工智能技术提升到国家发展战略的高度,为中国人工智能的发展创造了前所未有的优良环境,也赋予人工智能艰巨而光荣的历史使命。 2016年4月,中国人工智能学会联合20余家国家一级学会,在北京举行“2016全球人工智能技术大会暨人工智能60周年纪念活动启动仪式”。这次活动恰逢国际人工智能诞辰60周年,谷歌Alpha Go与世界围棋冠军李世石上演“世纪人机大战”,将人工智能的关注度推到了前所未有的高度。启动仪式共同庆祝国际人工智能诞辰60周年,传承和弘扬人工智能的科学精神,开启智能化时代的新征程。 2大力发展智能科学与技术教育 包括人工智能教育在内的智能科学技术教育是智能科技和智能产业赖以发展的强化剂和推动力,也是高素质智能科技人才培养及智能科技与产业可持续发展的根本保证。我国的智能科技教育已初步形成学科教育与课程教学体系,并在大学计算机、智能科学与技术、电子信息、自动化等专业开设不同层次的人工智能类课程。中国智能科技的进一步发展和人工智能的基础建设问题,都与智能科技人才培养密不可分。只有培养足够多的高素质智能科技人才,才能保证我国智能科技的顺利发展,进而攀登国际智能科技的高峰。 智能科技教育和人才培养是智能科技学科发展的重要基础。我国自20世纪80年代中期开始在少数高校开设各种人工智能类课程以来,经过推广与提高,30年前的人工智能星星之火如今已形成燎原之势,数以百计的高校开设了各种层次的人工智能类课程,有些课程已成为我国高校教育园地上的名花。例如,中南大学的人工智能课程已成为首批部级精品课程、教育部新世纪优秀网络课程、部级全国双语示范课程、首批部级精品视频公开课和部级资源共享课程。全国已有20门智能类课程入选部级质量工程。尽管为数不多,但这些智能类课程在改革中不断发展壮大,已为国家培养了成千上万的智能科技专门人才。虽然这些课程只占数以千计的部级质量工程课程的冰山一角,但也表明智能科技课程仍然占有一席之地,并具有不可替代的作用,产生了非常大的影响。 全国智能科学与技术教育暨教学学术研讨会是我国人工智能教育与教学领域具有特色的最权威的学术盛会,自2002年起已成功举办了13次,对于智能科技及其相关学科的教育教学、学科建设和人才培养发挥了十分重要的作用。 2004年在北京大学开设的智能科学与技术专业,已发展到全国近30所大学,仅这些大学的“智能”专业每年就培养大约2 000名人工智能专业人才。据估计,近30年来,全国高校已培养人工智能及其相关学科的硕士和博士数以千计,本科毕业生数以万计。这些高层次的人工智能专门人才是我国发展人工智能的最为宝贵的财富。这些年轻的智能人有幸遇上千载难逢的人工智能大好发展机遇,必将成为我国智能科技跨越式发展的中坚力量。 3客观评价我国人工智能科技水平 无论是智能科技学科建设或是智能科技类课程建设,都离不开对我国人工智能水平与国际先进水平差距的深刻认识。 有些学者或企业家认为,我国的人工智能科技水平已经与美国不相上下。我们需要科学客观地评估已有成绩,既不要妄自菲薄,又不能夜郎自大,既要充分肯定成绩,又要深刻认识差距。过高地估计我国现有人工智能成果既不实事求是,又不利于人工智能学科与产业的健康发展。 美国是世界上人工智能科技整体水平最高的国家。分析中美两国在人工智能方面的差距,有助于我们保持清醒的认识。许多人工智能界内专家指出:我们在人工智能方面一直跟踪美国的理论,然后应用并在一些地方有所创新,应用上的追赶很快,但是,在基础理论研究方面和美国还是差距很大的。国内做人工智能基础理论研究的人很少,这是学术环境问题造成的。例如,美国把脑科学和类脑科学排在研究的最前面,而我国在这方面的自主研发能力却比较薄弱,在突破和创新上也有所差距。又如,国内在深度学习方面发表了不少论文,但真正有理论创新或具备重要应用价值的研究并不多。 美国人已经在构思下一个人工智能是什么,而我们这里还没有动静,这是我们面临的最大挑战。这个难题牵涉面很广,不是一两个团队投入进去就能解决的。这种差距在很大程度上源于我们学术评价体系以及以实际应用为导向有关。我们可能要通过10~20年的努力才能在人工智能方面全面赶上美国。 许多有识之士认为,我国当前的人工智能基础研究和应用开发与国际先进水平存在很大差距,国际影响力有待提高。然而,国内有一部分人工智能研究与开发人员却过高地估计成绩,认为我国的人工智能已经在很多方面甚至全面超过国际先进水平。评价一门学科是否达到或超过国际先进水平,不但要有客观标准和国际同行普遍认可,而且要有一批令人信服的标志性成果。这里笔者不准备具体讨论或争论这个问题,而是试图从以国际人工智能之父图灵命名的国际计算机学科科技最高奖图灵奖的获奖情况来说明我国人工智能的发展水平。 自1969年以来,美国计算机学会先后举行过48届图灵奖评审与颁奖,图灵奖得主共计64位。其中,美籍华裔计算机科学家姚期智2000年获得图灵奖,他是图灵奖设立48年以来获得该奖项的唯一华裔学者。在64位图灵奖得主中,有12位杰出人工智能专家获此殊荣,但当中没有一个是中国人。 4坚持人工智能研究及教育的正确方向 国际人工智能在过去60年历程里,取得举世瞩目的进展和公认成果,但其发展也是极其曲折与坎坷的。之所以艰难前行,除了由于科学发展的必然性外,社会上对人工智能的误解与偏见及人工智能内部的偏激争论,特别是在人工智能哲学与方法论方面的争论都是不争的事实。人工智能三大不同学派之间势不两立的争论持续了约30年,直到本世纪初才平静下来。人工智能学界已形成共识,即面对现代社会科技、经济和人民生活的重大问题,任何一种人工智能方法,无论是符号主义、连接主义或行为主义,均不可能单枪匹马打天下,而需要各个学派之间携手合作,走综合集成、优势互补、共同发展的康庄大道。尤其是今天的中国,人工智能面对大数据、机器人、“互联网+”等国家重大战略所带来的机遇与挑战,探索大规模深度学习、类脑神经计算、智能机器人、智能互联网、智能物联网、智能移动终端、产业智能化升级等重大理论和技术问题,推进社会智能化进程,提升社会文明程度,才是人工智能研究与发展的主流,至于学派和方法之争已不是人工智能研究的关键。 在人工智能与哲学的关系方面,应该说人工智能有哲学和方法论问题需要研究,但人工智能不属于哲学。有一些人从信息哲学或人工智能哲学角度进行人工智能研究,既是需要的,也是值得支持的,但不应该过分夸大哲学和方法论问题对人工智能的作用,必须强调智能实现理论、方法、技术在人工智能研究中的优秀地位,必须注重人工智能是一门具有较强理论基础的新兴技术学科的这一基本属性。 人工智能作为一门新兴技术学科,特别需要就其发展和应用中的一系列重大理论和技术问题进行踏踏实实的研究。吴文俊先生曾经语重心长地告诫我们:“我们真正的意图绝不在于口舌之争,在字面上夸夸其谈。真正应该做的事是实干巧干,借计算机时代来临的大好契机,率先在全世界推行脑力劳动机械化,以具体成就和我们的成功来向世人表明我们的主张。” 前面提到,人工智能诞生60年走过了极其曲折与坎坷的历程,但我们不愿意更多地回忆与评论国内外人工智能发展过程中的种种艰难往事,只是希望大家能记住历史教训。过激的、势不两立的学派争论和过于浓厚的哲学色彩都不利于人工智能学科全面与健康的发展。今天,在进行人工智能/智能科技研究与教育时,一定要把握人工智能作为一门自然科学新兴学科的方向,从获得国际人工智能学界认同和经受应用检验两个角度,创造中国人工智能的新成果和新品牌。 智能科学与技术专业抓住教材建设和师资队伍建设作为专业建设的突破口,这是非常正确的,尤其是教材,作为课程教学环节的重要资源,不仅是专业建设和教学活动的重要载体,而且对学生的课程认知和能力培养都具有十分重要的导向和启迪作用,因此需要用十分严谨和科学的态度去对待。实际上,入选普通高等教育“十二五”部级规划教材的4本人工智能教材中,有3本书的作者为现有智能科学与技术专业的教授,这至少从一个侧面说明,智能科学与技术专业还是有着较好的人工智能教材基础的。 当然,由于智能科学与技术本科专业在开设人工智能课程之前,一般会有智能科学技术导论和脑与认知基础这两门前导课程,因此作为智能科学与技术专业的人工智能教材,应在结构和内容上有别于其他信息类专业的同类教材。但作为人工智能的主流理论、方法和技术,仍然应该是该教材应该坚持的基本架构和内容主线,而不应该偏离。 在当前国内外人工智能空前大好的发展形势下,作为人工智能教育工作者,我们应该创新进取、谦虚谨慎、求真务实,用科学态度对待人工智能科学和智能科学技术问题,为国内外人工智能的健康发展,为我国智能科技人才的培养做出新的贡献。 5结语 国际人工智能已经走过60年的光辉历程,我国的智能科学与技术专业也迎来了她的第二个10年。进一步发展人工智能和智能科技需要办好智能科技教育,我们要再接再厉,争取在人工智能和智能科技教育方面做出更多更好的创新性成果。进一步发展人工智能和智能科技同样需要把握人工智能和智能科技学科的正确发展方向,把握人工智能教育的正确方向。做到这一点,我们的智能科学与技术学科与专业就大有希望! 智能科学技术论文:智能科学技术导论教学目的及策略 摘要:针对智能科学技术导论作为智能科学与技术专业学生的专业基础课开设的必要性和重要性问题,分析现在的教学情况,从课程讲授目的出发,深入探讨整个课程结构设置并提出在教学策略上的改进意见。 关键词:智能科学技术导论;教学目标;教学策略 1课程概述 21世纪信息科技席卷全球,给人类的生产和生活方式带来深刻的变革,信息产业已经逐渐成为推动整个国家经济发展的主导产业之一。作为现代科学技术优秀之一的智能科学技术正在迅猛发展,并以迅雷不及掩耳之势融入人们生活的各个领域,拥有非常广阔的前景和应用需求。在高校中推进智能科学技术专业教育,重点培养高水平的智能科技人才显得尤为重要。 智能科学与技术概括地讲是研究智能现象及其运用规律的科学技术,严格地讲是研究智能的本质和扩展人类智力功能的原理和方法的科学技术(图1所示为智能系统模型),旨在培养具有脑与认知科学、智能科学、信息科学和现代科学方法学的基本理论知识,掌握计算机、智能系统、信息网络和信息处理的基本技能,综合运用所学知识与技能分析和解决实际问题,具有较强自学能力和创新能力的高级复合型人才。 智能科学技术导论作为智能科学与技术的一门专业基础课程,应该充分发挥良好的“敲门砖”作用,帮助学生对智能科学领域有一个初步了解以及整体宏观认识,对其以后能够更加深入学习专业课具有很强的指导意义,因此研究和探讨如何讲授该门课程具有重要的现实意义。 2课程整体设计及目标 良好的开端是成功的一半,智能科学技术导论这门课程开设在大一新生入学的第一学期,面对的是还处在“考试模式”向“自主学习”过渡的学生,怎样将他们成功地领进“智能的大门”,为学生以后几年的学习奠定良好基础,更为以后的工作打下扎实基础,应该引起高度重视。 首先,智能科学技术导论应该对学生起到专业引导的作用。智能科学技术导论概括介绍智能技术发展的起源和重要性、现状和应用、未来广阔的前景等,使学生在宏观上掌握专业方向,帮助学生了解以后的课程设置和专业培养目标,引导学生从高中时代的填鸭式教学中走出来,掌握好本专业知识学习的方法和技巧,减少学生专业学习的盲目性,培养其专业意识,树立正确的专业思想和学习观,为学好本专业打下良好基础。 其次,智能科学技术导论应该向学生普及智能科学技术专业的基础知识,带领学生进入智能科学的广袤森林;将引导学生掌握智能科学的基本概念、原理和知识结构,揭开智能科学的神秘面纱,在此基础上了解智能科学技术与相关学科的交叉关系及应用,不仅仅从理论上,更从实际出发认识到智能科学技术对经济发展和社会进步的巨大贡献。教师应当充分激发学生的学习兴趣,从而培养出高质量、高水平的智能人才。 最后,通过实践帮助学生对智能科学技术有更加深刻直观的理解,从实际出发介绍智能信息网络,通过演示智能机器人、谷歌无人驾驶汽车、专家系统等实际案例,说明智能科学技术给经济发展和社会进步带来的巨大贡献,带领学生进入智能科学的天下;以实际应用作为理论的辅助,使学生更加深刻地感受智能科学的魅力。 3课程教学存在的问题及思考改进 3.1改革教学模式 教师须摒弃纯理论教学和枯燥的说教模式,采用多种方式并存的教学模式;在基础知识讲解的过程中引入科研项目,通过举例将专业基本原理运用在实际工程中,使学生对理论知识有一个更加直观和清晰的认识,与此同时为了激发学生的学习兴趣,可以请智能专业不同研究方向的教师,就其研究领域的研究动态、最新研究成果和在研项目进行专题讲座,解答学生的各种疑惑,使学生可以从不同来源和不同角度了解该专业的内容、研究方法、前沿技术及发展方向。 3.2采取课堂与实验室结合教学 教师可充分发挥实验室的作用,大一乃至大四的学生都可以小组为单位或者根据自己的兴趣爱好,在导师的指导帮助下参与实验室的实际科研工作,如每个小组根据具体的科研要求制订一个学期目标,于固定的时间点到实验室进行小组讨论以及与老师交流,做一些辅助性的工作。这样有助于学生将书本上的知识与实际应用结合起来,对所学知识有更直观和深入的认识,也可以更好地了解专业现状、领域成果以及以后的发展方向,更重要的是可以从学长身上汲取一些学习方法和经验,对以后的专业课深入学习会有很大帮助。另外,实验室中高年级的研究生甚至博士生可以在整个学习过程中解答学生的各种疑惑,在整体上提高学习效率。 3.3建立多样化、全方位的考评模式 仅仅以卷面成绩评判学生能力的方法在根本上存在弊端,束缚了学生的独立思考能力和创新能力,有悖于智能科学技术导论这门课的初衷。我们采用多样化的考评方式:①小组讨论答辩。在课程教学进行过程中,以学习兴趣小组为单位选择智能科学技术的题材作为学习主题,进行资料查询和小组探讨,最后以报告的形式进行课堂答辩;②实践创新。根据教师以及学长演示的智能系统,撰写一篇小论文,提出自己的看法、疑惑以及创新点,有兴趣的学生可以参与智能系统的开发中;③期末仍然进行卷面考试,主要考查学生对基本概念和基本原理的掌握情况,只有根基打稳才能更上一层楼。 4结语 为了更好地落实智能科学技术导论课程的方针,实现该课程的教学目标,笔者结合当前教学过程中存在的问题,提出了改革教学模式、采取课堂与实验室结合、建立全面多样的考评模式3项改革措施,期望智能科学技术导论这门课能够对学生起到指引性作用,帮助学生拨开智能科学技术的神秘面纱,激发其学习研究兴趣,为后续专业课学习打下良好根基。只有不断地从实践中总结经验,才能更好地帮助学生在智能科学领域开一个好头。 智能科学技术论文:智能科学技术在计量科学中的应用 摘要:针对传统的测量技术不能满足日益发展的计量科学研究的问题,在分析计量科学研究前沿的基础上,提出将智能科学技术引入到科学计量中,发挥各自的优势提高计量的准确度,并结合质量计量过程中使用的智能质量测量仪器的实例,指出进行高准确度质量计量研究必须依靠智能科学技术的观点。 关键词:计量科学;智能科学与技术;人工智能;机器人;质量计量 0 引言 人类发展的历史离不开计量科学,这门科学是伴随着物品的交换活动而诞生和发展的。随着人类的进步和生产的社会分工,一个产品的通用和互换属性越来越高,我们所熟悉的古代“度量衡”逐步发展为现在的计量科学技术。 测量仪器测量的到底准不准,只有经过计量校准后方能判断,否则给出的测量值是不可靠的,进而在物品交换中导致不信任的行为及结果,即所有的测量值只有在给出的测量不确定度范围内溯源到计量单位上才可靠。 随着现代科学技术的飞速发展,在航空航天、国防军工、绿色能源、生命科学等世界尖端科学领域中的科技成果向世人展示出“科技要发展,计量须先行”的理念。可以说,计量科学是一切测量技术的科学基础。它首先是建立在最新物理学理论和效应的基础上,利用最现代化的技术手段来研究物理量与化学量及其测试方法的一门学科。然而,当代的计量科学正处于变更和更新时期,通常的测量方法已经不能满足更高准确度的测量要求,单一的测量技术和某一门学科无法满足计量科学的要求,因此要求综合各门学科来为计量科学进行服务,这也是笔者所提出的智能科学技术在计量科学中的应用和实践。 1 计量科学的研究前沿 随着高新技术产业的逐步成熟以及可持续发展战略方针的确立,计量科学不再服务于传统科学领域,还形成了诸如材料计量、能源计量、生物与医学计量、环境计量等前沿研究点。2012年3月,全球领先的计量科学研究机构——英国物理技术研究院(National Physical Laboratory,NPL)了《2020年计量愿景规划》,其中的一个重要内容就是“智能和互联式测量”,这一重要主题是指将大量智能技术与智能传感器与互联网结合起来,集成到一个全球性的信息网络中形成物联网,每个物体中将被装入可进行智能测量的传感器,通过互联网和数据融合技术实现网络化校准。 国际上机器人学的研究和机器人技术发展开始于20世纪60年代。美国是工业机器人的发源地,早在1959年就制造出世界上首台工业机器人。20世纪60年代末,高速发展的日本经济面临劳动力严重不足的问题,工业机器人无疑为日本解决了燃眉之急。日本1967年从美国引进机器人及其技术,并于次年试制成日本第一台工业机器人。经过十几年的发展,日本一跃成为“机器人王国”,其工业机器人年产量、国内机器人装机台数和机器人出口量均处于国际绝对领先地位。此外,德国、法国、意大利、英国、瑞典、韩国和前苏联等国的工业机器人都得到了较快发展。在国际计量界,德国PTB是智能质量计量顶尖水平的代表。为了完成质量量值传递,PTB专门设计了适用于质量计量的自动加载卸载装置。 发达国家在计量科学研究中大量使用机器人先进技术,一方面提高了从事计量检定校准服务人员的工作效率,另一方面也提高了计量科学研究中的准确度,并从大量数据中提取有效的信息作为科学研究的参考。在质量计量的过程中,由于计算机技术的广泛应用,信息采集和传感器数据处理更加自动化,而且正向着实时化、精细化控制和智能化方向发展,也使计量校准朝着动态、综合、多参数和多功能方面发展。在国际先进的质量基准实验室中,均采用智能质量测量系统进行质量标准的测量。 此外,智能传感器技术也是测试技术与仪器领域中比较重要的创新技术,它们在该领域得到广泛应用。智能传感器与传统的模拟传感器输出模拟原始信号不同。首先,智能传感器输出的是数字信号,并进一步与虚拟仪器中的主要硬件——计算机交换信息;其次,智能仪器技术提供了强大的网络化平台,在此基础上可以组建远程智能测量系统。分散在不同地理位置、不同功能的测量设备可以组成一个网络测控系统,使测量仪器的智能化程度大大提高。 2 智能机器人在质量计量中的现状 人类进人21世纪,计量科学和智能机器人技术都各自发展到了一定的高度,两者与现代科学的每一个分支都有密切联系,也综合了很多领域的知识,尤其与机械设计制造、机械电子工程、自动化、智能科学技术、智能传感器等领域有着高度重合和相似的内容,更涉及多个专业之间的相互通融与支撑。学科交叉是当代科学技术发展的主要特征,智能机器人需要进一步扩大服务范围,计量科学研究领域也需要进一步提高科研中测量的准确度和效率,这意味着两个广泛的科研分支需要开展更广泛的学科交叉研究与开发和更全面的渗透与合作。然而,我国的智能机器人与计量科学的相互结合和提高还没有到达一定的高度。 质量是目前唯一使用实物作为基标准的物理量。砝码是复现质量值的实物量具,其量值传递溯源到国际公斤原器。砝码的质量及相关参数(体积、磁化率)的精密测量,以及准确、快速的砝码量值传递体系,有助于提高对各个行业的校准测试水平和计量服务能力。然而,我国的自动化质量测量系统的水平相当于发达国家20世纪90代中期水平,与发达国家相比尚存在着不少的差距。例如,在数量上我国电子衡器所占比例仅为6.6%,其中工业用电子衡器为40.8%。商用电子衡器为6.4%,而发达国家工业衡器为80%—90%,商用衡器为50%—60%。其次,我国测量衡器品种尚少、功能不齐全、动态称量准确度低、产品稳定性和可靠性还比较差,产品好的厂家所用的关键配套件还得依赖于进口。 在国际先进公司中,目前广泛使用智能加载卸载设备进行质量计量,如瑞士梅特勒一托里多公司的自动加载设备、德国赛多利斯公司的系列质量比较仪等。从开发市场角度考虑,具有自主知识产权的新型高精度微克级称重及智能化测量系统有很大的发展前途。目前,为了发展具有自主知识产权的产品,我国微克质量、超微质量的研究集中于高精度的微质量测量仪器的设计,以打破国外产品和相关技术的垄断。 在质量计量科学研究中,为避免人为因素干扰和空气流动等环境因素的影响,需采用智能质量测量系统,如日本国家计量院采用a1000,a100和a5的自动化质量测量系统,在2002年日本做主导实验室的CCM.M-K5国际关键比对中,均采用了这些质量测量系统。在研究智能质量测量系统的基础上,瑞士、法国、奥地利、韩国等国家还着手进行了砝码自动检定校准装置的研制,这是因为智能测量系统不仅要保证系统中每台仪器设备都是合格完好、正常工作的,而且要保证整个系统动作一致、量值统一,所以对于这种多参数、多变量的测量控制系统,智能科学技术的支持校准是必不可少的。质量的自动测量已经成为先进国家计量研究机构的必备测量装置。 中国计量科学研究院负责我国最高等级质量量值的传递和溯源,并进行质量单位的复现和各种准确度等级质量标准的量值传递。经过长期的发展和建设,中国计量科学研究院已经建立起一套较为完备的质量基\标准体系,特别是在1mg~20kg范围,我国质量量值的测量能力通过国际比对、国际质量最佳校准能力(CMC)的评审等确认达到了国际先进水平。2005年,中国计量科学研究院引进了世界上准确度最高的质量比较仪M-one,其天平带有6个转盘位置,可以自动完成6个砝码之间的比对测量。由于完全采用了真空质量测量,其测量结果比在恒压条件下的测量好的多,而且该智能测量系统的内部转动不会引起空气的扰动,确保了测量结果的准确性、可靠性。此后,计量院引入了世界上最先进的AX64004大质量比较仪(50kg)、a2000全自动比较仪(20kg)、CCL1007真空质量比较仪(1kg)以及CCR10质量比较仪(1mg—10g),并开展了基于智能测量的质量计量相关研究。如图1所示,20kg自动加载质量测量系统a20000中的质量比较仪最大秤量能力为26100g,读数能力为1mg,可以适用于F1等级1-20kg砝码质量的自动测量,并能在7天内完成F1等级250块20kg砝码质量量值传递,大大提升了工作效率。图2为CCR10砝码自动化质量测量系统,图3为50kg砝码大质量智能比较仪Ax64004。 这些新建立的自动化质量测量装置极大地提高了质量测量过程的自动化水平,避免了测量过程中人员因素的影响,提高了测量结果的可靠性和测量效率。结合智能科学技术,计量院先后获得了多项重大课题,包括国家科技支撑计划课题和国家重大科学仪器设备开发专项。在接受和吸收世界最先进的科技成果之外,我们无不希望能将智能科学技术引人到计量科学中去,提高我国计量科研的水平和实力。 3 结语 以人工智能和认知科学为基础而建立和发展起来的智能科学技术学科,其基础课程、专业基础课程和专业课程都属于智能科学技术课程,该前沿学科课程群完全涵盖了科学计量过程中所需要使用的关键技术。经过长期坚持不懈和艰辛努力,我国的智能科学技术分别在教学、教改和理论应用中取得许多骄人的成果,全国范围内也建成了很多部级的教学团队,多门人工智能系列课程已经建设成为部级的精品课程,多部人工智能系列教材和著作已获得出版甚至多次再版,为推进我国人工智能课程的发展做出了积极有益的贡献。在这种大形势下,我们应该继续坚持与时俱进的时代精神,理论联系实际,拓展智能科学在我国计量科学中的应用。
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安全工程专业人才培养探讨:安全工程专业人才培养模式的创新与实践 [摘 要]针对“通才式”安全工程专业人才培养模式存在的主要问题,通过调整培养目标、优化知识结构、实施创新学分、创新基金资助、产学研结合等新的教育教学机制、方法和途径,重点突出学生实践和创新能力的培养,体现个性化教育特色,构建了以提高实践能力为重点,创新教育为优秀,服务安全生产为目标的安全工程专业人才培养模式,在实践中取得了良好的效果。 [关键词]人才培养模式 安全工程 培养目标 一、前言 所谓的人才培养模式是指在一定教育思想和教育理论的指导下,为实现培养目标而采取的教育教学活动的组织样式和运行方式,它包含了人才培养目标、培养规格和基本培养方式。培养模式具有计划性、系统性、规范性的特点,它决定着高等学校所培养人才的根本特征,集中体现了高等教育的教育思想和教育观念。长期以来,高校人才培养模式和教育观念一直是学术界研究的重点和热点问题,它也是影响高等教育教学质量好坏的最直接而关键的因素。因此,各高校都十分重视人才培养模式的研究与探索。 二、安全工程专业高等教育存在的问题分析 为了适应市场经济的发展和拓宽就业渠道,培养“厚基础、宽口径”的安全工程专业人才,我国安全教育工作者提出了以大安全(即广泛适用于解决各个行业、各类组织安全问题的科学理论和方法)为基础建立起全面的安全教育和安全管理体系,各高校安全专业教育在“大安全”观的办学理念指导下,注重人才培养以市场为导向,以就业为目标,把学生培养成能够从事任何行业安全工作的通才。尽管这种培养模式得到了部分安全专业教育者的认可,但行业安全问题的工程技术解决手段和安全管理千差万别,试图培养出能够解决各领域安全问题的通才是不现实的。通才的培养模式在教学和实践过程中还存在以下几方面的问题[1]:1.课程设置的系统性不强;2.学生课程负担较重;3.实习、实践难以安排;4.专业特色不明显;5.毕业生就业盲目性大。 近年来,随着社会分工的更加明细,职业技术含量和专业化程度越来越高,工业生产和工程建设中出现的各式各样的安全问题越来越复杂,国家对企业的安全生产提出了更高的要求,加大了安全生产的监督管理力度,使企业的安全管理和企业的生产工艺、技术更加紧密结合,对安全工程专业人才的需求呈现出大批量、多规格、专业化的特点。通用型安全技术人才与行业发展需求出现了脱轨现象,在行业安全生产技术管理过程中发挥的作用呈下降趋势。为了主动适应社会对人才需求的变化,提高人才培养的适应性和竞争力,需要对安全工程专业人才培养目标和培养模式进行改革。 三、安全工程专业人才培养模式的改革 (一)培养目标 人才培养的首要环节是确定科学的培养目标,它蕴涵着高等教育的人才规格和质量标准,反映着高等教育的本质特征和内在要求。只有确立了明确的培养目标,才能在课程设置、教学理念、培养模式等方面做到科学、合理。 根据教育部制定的基本的培养目标[2],结合社会对安全工程人才的需求变化等,应该在体现“安全、卫生、环境”概念的基础上,形成自己的专业特色。因此,安全工程专业的人才培养目标为:培养适应社会主义现代化建设和科技发展需要,德、智、体、美全面发展,基础扎实、思维活跃、具有国际竞争能力,掌握安全科学的基本理论、基本知识、基本方法以及安全生产基本规律,在某一行业(职业)领域具有从事安全工程设计、检测检验、评价、事故救援、预案编制等工程实践能力和安全管理能力,具有良好的职业道德和敬业精神,具有科学严谨和求真务实的工作作风的高素质、创新型工程技术复合型人才。 (二)课程体系 为了实现预定的人才培养目标,制定与生产实际、社会发展需求相结合课程体系,学院专门组织聘请有关教学指导委员会委员、教育专家、资深教师、部分毕业生和在校生、相关用人单位和企业共同研讨课程计划,按照“专业培养与素质教育相结合、知识传授与能力培养相结合、教学与科研相结合”的教育思路,在加强基础、拓宽知识面的同时,又充分体现安全工程的行业特点,把原来面向大安全的课程体系进行调整。[3]设立了两个方向,一是实力较强、具有长期专业发展历史和深厚积淀的矿山安全方向;二是考虑到学生学习兴趣和就业需求,设立了新兴的工业安全方向,并对课程体系进行了优化。调整后的课程体系包括通识教育课、学科基础课和专业方向课程三大模块。调整后课程体系的特点主要有:1.注重学生知识、能力、素质协调发展;2.实现了通识教育与专业教育有机结合;3.专业定位明确,课程结构合理,体系优化;4.突出了实践能力培养;5.注重工程教育与人文教育有机结合。 (三)课堂教学 学院改革传统的教学方法,探索出一种行之有效的课堂教学方法――“问题教学法”,并将课堂教学与实物、模型参观、自学、研讨等其他教学方法相结合,同时运用多媒体教学等现代教学手段,取得了满意的教学效果。 在提高课堂教学质量的措施方面,建立课程单位负责制和课程教授负责制;合理安排,积极为教授上课创造条件;鼓励教研,为提高课堂教学质量奠定基础;加强监督,建立健全了督导机制;严肃纪律,调动学生的学习积极性;建立题库,实行教考分离。同时在教材的选用、教学内容等方面均进行了大胆的改革和尝试。 在教学质量监控体系方面,建立教学计划管理制度、常规教学检查制度、领导干部听课制度、学生信息员制度、专家组教学督导制度、教学事故的认定与处理制度、教学评价制度、考试质量分析制度等,同时将教学评价结果与教师学年度考核、评优评先、职称晋升等挂钩,鼓励广大教师探索教育规律,更新教学内容,改进教学方法,提高教学质量。 (四)实验与实践教学 安全工程专业是实践性较强的专业,要求学生具有较强的动手能力,具有解决现场安全问题的能力。因此,安全专业打破了实验教学依附于理论教学的传统模式,把实验教学作为独立的教学环节,与理论教学并重,构建了“以能力培养为优秀,与理论教学既有机结合又相对独立的三层次、五模块”实验教学体系。[4] [5]该体系符合学生认知规律,注重学生综合素质、实践能力及创新意识的培养。 通过加强实验条件建设,整合仪器设备资源、重点购置先进技术装备、自主研制实验设备等提高了实验硬件水平。实行实验室开放运行,建设了网上预约系统,实现了“预约式”开放教学组织。建立了完善的实验室运行管理评价体系。[6] 建立了以学生为中心的实验教学模式,形成了以自主式、合作式、研究式为主的实验方式,改善了学生实验考核过程与考核方法。 安全工程专业在长期的实验教学过程中,形成了自己鲜明的特色:1.注重实际环境模拟,培养学生实战能力;2.依托高水平学术平台,提升实验教学水平;3.注重实验设备研发,提高师生创新能力;4.实验教学与科研、工程和社会应用实践结合。 实习环节的改革主要包括:建立了20多个固定实习基地,聘请了30多位企业高级工程技术人员为兼职实习指导教师,实行内外双师实习指导模式。在实习方式上生产实习相对集中,毕业实习采用自主实习。在毕业设计改革中,尝试了“找、补、读、纲、研”的“毕业设计指导五步法”[7],要求毕业设计题目来源于生产现场,强调设计和生产实际相结合,鼓励设计工作在企业完成,设计要能够有效帮助或指导现场解决实际问题。 通过对实验、实习、实践及毕业设计的改革,激发了学生的创造性思维能力,培养了学生的社会交往能力、动手能力、实践能力和独立从事工作的能力。 (五)课外科技活动 学院把课外科技创新活动纳入教学计划统筹安排,规定必须完成相应的学分,变倡导性的软性指标为要求学生在大学期间必须完成的硬性指标,以促使学生有目、有计划地参加科技创新活动。教师指导学生科技创新活动记入其工作量,获得奖励的,记入教师个人成绩,其他相同条件下职称评聘优先,这充分调动了广大教师指导学生科技创新活动的积极性和主动性。 把学生科技创新活动与课程设计相结合,在课程设计过程中引入科技创新活动竞赛奖励机制,对高质量完成课程设计的学生既记载相应学分又给予科技竞赛奖励。设立学生科技创新基金,对经过论证有前景的项目,给予必要的经费支持,有效地激发了学生科技创新的积极性。 安全工程专业成立了多个科技学术活动社团,长期开展课外科技学术活动。近年来已有千余名学生参与了大学生科研训练计划(SRTP)项目、步步高科技攀登计划、“挑战杯”大学生课外科技作品大赛等各级各类课外科技活动,数百人获得各种等级的奖励,其中部级、省级奖励30余项。 开展特色和品牌活动。安全专业学生结合自己的专业特色,和焦作市消防支队、校保卫处等单位开展了每年一度的“119消防安全教育周活动”。该项活动已经连续开展了6年,活动内容丰富多彩,主要包括消防安全知识竞赛、消防演讲比赛、灾难影视展播、建筑火灾灭火与逃生演练等,每年参与的学生数千人次。此项活动已经成为安全工程专业的特色和品牌活动。安全工程专业组织的大学生“三下乡”社会实践服务团送知识下厂矿企业,为企业提供科技服务,深受企业好评。特色活动的开展已成为专业教育的拓展和延伸,对培养学生科技素质,提高学生创造能力起到了促进作用。 通过调整培养目标、优化知识结构、实施创新学分、创新基金资助、产学研结合等新的教育教学机制、方法和途径,重点突出学生实践和创新能力的培养,体现个性化教育特色,构建了以提高实践能力为重点,创新教育为优秀,服务安全生产为目标的安全工程专业人才培养模式。 四、实施效果 通过人才培养模式的改革,我校安全工程专业在专业建设和人才培养方面取得了显著成效。从2007年起,先后获得安全工程部级特色专业、《瓦斯地质学》部级精品课程、安全工程部级实验教学示范中心、安全工程部级教学团队、《系统安全评价与预测》部级精品课程、安全工程专业综合改革等6项部级和7项省级质量(教学)工程建设项目。《安全工程专业卓越工程师教育培养计划》批准实施,安全工程专业获得第二学位和本硕连读招生培养资格。在2012年全国学科评估中,我校的“安全科学与工程”学科,位列第五名。学生通过培养模式的改革,学生学习的目的性更加明确,学生参加科技创新活动积极性更高,研究生录取率逐年攀升,毕业生供不应求,学科建设水平也得到了较大提升。 安全工程专业人才培养探讨:安全工程专业人才培养的思考与建议 摘要:安全工程专业不同于其他行业特色鲜明的专业,其从事的工作决定了安全工程专业必须跨越多个专业领域,安全专业人才必然需要更多的理论知识。现阶段各高校安全工程专业培养方案所开设的必修课普遍偏少,实践教学效果不够理想,不能完全达到安全专业的培养目标,长远来看不能满足社会对安全专业人才的要求,所以对于安全工程这样的专业在制定培养方案及组织教学时应结合专业特点,具体问题具体分析,区别对待。 关键词:安全工程专业;培养方案;安全工程师 一、安全工程专业特点分析 安全工程专业最早起源于矿井通风专业,系矿业工程一级学科下的二级学科。后经多年发展,各高等院校结合自身特点给予安全工程专业更丰富的内涵及影响力,使其最终成为独立的一级学科――安全科学与工程,专业范畴也不再局限于矿业方向,而是包含矿业安全在内的“大安全”,并逐渐形成集化工、机械、建筑、消防等领域安全科学及技术于一体的工业安全。由于安全专业涉及多个行业,横跨许多专业技术领域,其知识体系必然不同于其他行业特点鲜明的专业,注重“一专多能”的传统培养模式也并不适用于安全工程专业。开办安全工程专业的高等院校类型很多,有军工、化工、石油、矿业、土木、交通、能源、环境、经济等,这也证明安全学科是一个涉及面极广的综合交叉科学。安全工程专业人才培养的方向很多,尽管不同方向的人才未来从事的工作有所差异,但是安全专业的优秀知识――安全理论和安全技能,以及安全意识的培养却没有本质区别。我国高校的安全工程专业正处在高速发展时期,安全工程专业的毕业生数量也持续增长以满足社会对安全专业的人才需求。社会对安全的日益关注,国家对安全生产的重视,以及《安全生产法》的落实,极大促进了安全专业的发展,也为安全专业学生提供了很多就业机会。面对就业市场的繁荣,需要时刻谨记,人才培养不能只看数量,人才质量才是关键。众所周知,懂生产的不管安全必然要出事故,管安全的不懂生产同样不行。在这种情况下,要想从事与安全有关的工作,除了掌握必要的安全技术和安全管理知识外,还必须了解与各部门生产有关的专业知识,也就是说安全专业的特点决定了其人才培养必须注重“宽基础”,培养对象必须掌握多个行业的安全及生产方面的理论知识和实践技能。因此,高校安全工程专业人才的培养方案和模式需要进一步改革和完善,安全学科自身还需要有很大的发展,以更好地适应安全人才市场需要,满足社会对安全专业人才的期望。 二、社会对安全专业人才的要求 根据马斯诺需要层次理论,人的需求分为多个层次,前一个层次的需求基本满足之后,下一个层次的需求便会逐渐增强,所以人在最基本的生理需要得到满足之后,对安全的需要必然越来越强烈,使他们不愿意再去为了生存而冒险,或者从事危险性高的行业。另外,从社会的角度出发,个人的伤亡对家庭的打击无疑是沉重的,甚至是毁灭性的,家庭又是社会的组成单元,其成员生活保障的丧失以及幸福感的降低必然会给社会产生一系列负面影响。可见,个人的安全问题本质上也是社会问题,安全是全社会的共同需要。然而,生产中的安全问题是非常复杂的系统工程,今天的生产早已不是一人一机,依靠人力操作手用工具的小规模生产模式,几乎任何一个行业都同时涉及多个专业领域,机器设备不仅规模大、原理复杂,而且往往是光机电液一体化,加上生物技术、信息技术等高科技的应用,使得安全问题本身独立于任何一个生产系统,迫使人们对安全的认识从系统安全认识阶段过渡到安全系统认识阶段,解决安全问题的手段也从事后弥补转为提前预防,将安全工作前移。基于上述原因,社会对安全方面的专业人才有着迫切需要,但是社会究竟需要什么样的安全专业人才?目前各高校培养的人才是否完全符合社会需要?答案是否定的。目前,安全专业人才主要从事安全技术、安全管理、安全监察、安全培训等方面的工作,其工作性质很大程度上服务于生产。但长远来看,安全必将凌驾于生产之上,由安全工程师担任总工程师将是未来的发展趋势。社会对安全专业人才提出的要求也相应提高,其掌握的知识应涉及与安全生产有关的方方面面:从机械设计到原材料性能;从能量转化到过程控制;从技术到管理等,现行培养模式培养的安全专业人才知识面狭窄必然无法胜任。 三、现有培养方案存在的问题 1.理论教学。知识的获取很重要的途径来自学校培养,生产过程中虽能增长实践技能,但理论知识如果太薄弱必将大大限制其发展,主要有两方面原因:其一,任何专业技术人员要想从事专业领域技术研发都需要强大的理论知识作为支撑,安全工程这样横跨多个领域的专业更是如此。其二,受具体工作内容限制,生产过程中能学到的知识不仅有限,而且多为实践知识。全国拥有安全工程专业的高等院校超过100所,除部分高校外,大部分学校都没有明显的侧重方向,培养的安全专业人才均属于“大安全”,就业基本没有行业局限性。通过调查其中有代表性的部分高校发现,虽然各学校培养方案有所不同,但从其开设科目来看,必修课门数普遍偏少,无论从专业的长期发展和学生今后个人发展来看都是不利的。产生这个问题的原因很多,其中很重要的原因是许多学校在制定培养方案的过程中没有充分考虑专业特点,一味压缩必修课学时,将原来培养方案中的部分必修课作为选修课,这样的做法不仅存在一定的随意性和盲目性,而且会产生不好的导向,从而引起一系列的严重问题。首先,学生普遍认为选修课不太重要,因而学习过程中没有必修课那样用心。其次,选修课要求达到一定的学分,学生选课主要为了获取学分,但因为选修课学分要求并不高,而待选科目又比较多,所以学生有很大的选择余地。选课过程中很大程度上不去考虑必要性(认为必修课才有必要性),而是考虑获取学分的难易程度。在这种情况下,原本必要但相对较难的课程以及老师要求比较严格的课程很容易“落选”,这对某些课程的任课教师也不公平。再次,学生即使达到了毕业要求但是知识面尚且狭窄,甚至某些行业及领域的专业知识完全没有涉及,不仅导致学校培养的人才质量不能满足社会要求,对学生将来的就业也不利。 安全工程专业人才培养探讨:核安全工程专业人才培养论文 摘要:核安全工程是2010年经教育部批准设置的战略性新兴产业相关本科专业,南华大学是目前唯一获批该专业(方向)招生的高校。文章对南华大学核安全工程专业(方向)在人才培养方案制定、培养目标、课程体系、师资队伍建设、实验室建设、实习基地建设等方面的探索与实践进行了阐述,旨在为核安全领域本科层次人才培养提供参考。 关键词:核安全工程;人才培养;高校 2010年,南华大学发挥自身几十年为我国核工业事业培养了大批专业人才的优势和特色,凭借扎实的专业建设基础,积极申报高等学校战略性新兴产业相关本科专业———核安全工程,并获得教育部批准设置。2010年即从新生中通过转专业的方式转入一个自然班开始培养工作,该专业2011年获批湖南省特色建设本科专业,2012年获批湖南省专业综合改革试点专业。2012年普通高等学校专业目录修订后,原“核安全工程”与“辐射防护与环境工程”专业调整为“辐射防护与核安全”。2013年经湖南省教育厅批准,南华大学以“核安全工程(专业方向)”继续招收本科学生,也是迄今唯一批准设置该专业的高校。本文从人才培养方案制定、培养目标、课程体系、师资队伍建设、实验室建设、实习基地建设等方面阐述南华大学核安全工程专业建设,以期为核安全领域本科层次人才培养提供借鉴与参考。 一、核安全工程专业培养方案制定的思考 随着我国环境压力日益突出,核能作为一种几乎是零排放的清洁能源,在我国的能源结构调整中将发挥越来越重要的作用。为了保证我国核电建设的安全、高效发展,国家环保部核安全局已在国内实施注册核安全工程师制度。为了适应核安全人才的强大的需求现状,南华大学于2007年率先在安全工程专业下设置了核电安全工程和铀矿冶安全工程两个专业方向,并在人才培养目标方面进行了积极探索[1]。为了制定核安全工程专业培养方案,学科建设团队首先以需求为导向,先后调研了中核福清核电站、中核三门核电站、中国原子能科学研究院、中核北方核燃料元件有限公司(二二厂)、中核锦原铀业有限公司等十多个核工业企事业单位,获得了中核北方核燃料元件有限公司、中国核动力研究设计院、秦山核电有限公司、西安中核蓝天铀业有限公司等单位的信函回执反馈意见,并利用南华大学为中核集团开办的安全工程领域工程硕士班学生来校学习的机会,分企业类别(核电企业、研究院所、铀矿冶企业、核燃料加工企业、核废物处理企业等)召开学员座谈会,听取意见与建议。同时,组织南华大学相关专业(特别是核类专业)教师多次研讨核安全工程专业人才培养方案。最终确定以“核安全工程师应用型人才培养”为办学宗旨,主要参照国家《注册核安全工程师》、《注册安全评价师》和《安全工程专业中、高级技术资格评审条件》的知识要求,根据“基础厚、口径宽、能力强、素质高”的原则制定该专业人才培养方案,并分别于2012年和2014年进行了两次修改。 二、核安全工程专业的培养目标 专业培养目标是各个高等学校根据自身办学特点和服务对象所确定对所培养人才的特殊要求。培养目标需要全面贯彻党的教育方针,满足国家或地方经济社会发展对人才的要求,体现先进的教学理念和教育方法,实现学校培养目标。南华大学核安全工程专业培养目标为:适应我国国民经济建设和现代化核工业发展需要,培养具有扎实的自然科学基础知识、较好的人文知识和文化素质,掌握安全科学与工程、核与辐射安全、安全应急管理和职业健康基本理论、基础知识和基本技能,具备专门从事核安全与辐射防护工程设计、研究、检测、评价、监察和管理等工作能力的高素质应用型专门工程技术人才。为了实现这一专业培养目标,南华大学提出了核安全工程专业人才培养的具体要求:本专业学生在学习工程专业基础、人文社科知识的基础上,主要学习安全科学和核物理基础理论、核与辐射安全工程技术及安全应急管理相关课程,接受校内外实践环节、专业相关课程的课程设计和毕业论文与毕业设计的基本训练,具备注册核安全工程师所需的基础知识、专业能力和素质,具备服务于核工业各个领域的核与辐射安全研究、设计与监管的技能,并具有在核与辐射安全行政管理、核环境与核安全中介等机构中工作的能力。 三、核安全工程专业的课程体系 南华大学核安全工程专业课程体系重在体现核工业对核安全工程师基础知识、专业能力和素质的要求,以注册核安全工程师的核安全综合知识、核安全相关法律法规、核安全案例分析、核安全专业实务四大专业知识结构和能力要求为导向,建立适应核安全工程领域专业人才需求的课程体系。整个课程体系分为公共基础课、专业基础课、专业主干课、专业选修课、实践性教学和第二课堂,共计183学分。优秀知识领域有工程理化基础、原子核物理、安全人机工程、事故致因理论、安全应急管理及其系统方法、核与辐射安全。优秀课程包括“原子核物理”、“安全学原理”、“安全人机工程”、“安全系统工程”“、核与辐射安全”、“防火防爆技术”、“安全检测及监控技术”、“核电安全工程”、“核通风与空气净化”、“锅炉压力容器安全工程”、“铀矿开采安全技术”。实践性教学环节有金工实习、认识实习、生产实习、毕业实习及安全评价课程设计、核安全设施课程设计、辐射防护课程设计、核通风与防护课程设计、防火防爆课程设计。第二课堂包括各级大学生创新性实验、社会调查报告、各类竞赛活动获奖、发表的学术论文以及全校性的素质选修课程等。 四、核安全工程专业的师资队伍建设 教师是人才培养的主体,南华大学核安全工程师资队伍建设充分利用多年的积累与沉淀。学校合并前的原中南工学院和原核工业第六研究所隶属于原核工业部,有多年从事核工程与核技术、铀矿开采等方面教学研究工作积累;学校现有核反应堆工程、核工程与核技术、核化工与核燃料工程、核物理、辐射防护、采矿工程、放射医学等多个涉核专业。核类学科专业建设为我校核安全工程师资队伍建设打下了良好的基础。由此,核安全工程师资队伍建设围绕组建“核电安全专业课程教学团队”和“铀矿冶安全专业课程教学团队”两个优秀教学团队开展工作。教学团队成员由校内教师和校外实习基地研究人员或工程师组成。对校内教师鼓励中青年骨干去企业锻炼或攻读博士学位及出国进修学习,派出年轻教师参加注册核安全工程师的培训和考试,重视“传帮带”“、老带新”的措施落实到位。校外教师,我们主要聘请有一定工作经验或成绩的专业技术人员,他们既是学生实践教学环节的指导教师,有时也被请进校园课堂给学生讲课。这一系列的举措使得核安全工程专业师资队伍建设取得明显成效。 五、核安全工程专业的实验室建设 专业实验室是培养学生实践动手能力和创新能力的重要场所,实验室建设是专业建设中非常重要的部分。南华大学核安全工程专业实验室建设的思路是:充分利用学校相关专业的已有资源,重点建设特色实验项目。经过几年的建设,现已建有辐射安全监测实验室、核通风与空气净化实验室、核应急救援实验室。大型仪器设备有:用于核环境安全监测分析的EQF3220结合态/未结合态氡子体及氡/钍测量仪、用于核通风与空气净化实验的粒子图像速度分析系统(PIV)、APS-3321空气动力学粒径谱仪以及正在建设的环境模拟风洞实验室。 六、核安全工程专业的实习基地建设 校外实习基地是培养学生实践能力和创新精神的重要场所,是学生接触社会、了解社会的纽带[2]。核安全工程实习基地建设时采用两条途径,一是充分利用南华大学现有实践教学资源。学校已有的部级工程实践教育中心“南华大学—中国原子能科学研究院工程实践教育中心”、省“十二五”研究生培养创新基地“尾矿库退役治理技术中心研究生实践中心”和“核测控与核安全防护基地”,都已经成为了核安全工程的实习基地。另一条途径是新建校外基地。由于核安全工程具有鲜明的行业特色,为此,我们以国家核电产业链为导向,补充完善校外实习基地建设。先后与中核韶关锦原铀业有限公司、中核通辽铀业有限公司、中核二七二铀业有限公司、中核四四有限公司、广东核电集团有限公司等单位签订了实习基地协议。我们与这些基地间采取顶班替岗、校企科研协同、为企业选拔后备人才等多种互惠的合作模式,基地建设取得了较好的成效。这些基地在满足了学生认识实习1周、生产实习4周和毕业实习2周的要求的基础上,我们还在开展部分课程设计和毕业设计在基地完成的教学改革。南华大学核安全工程是目前唯一批准设置的本科专业(专业方向),人才培养没有现存的参照模式。经过几年的探索与实践,我们在培养目标与要求、课程体系、实践教学条件建设等方面取得了一定的成绩。今后,还需在人才培养模式、课程知识点要求等诸多方面进行深入系统的研究与实践,也希望各相关用人单位提出宝贵的意见与建议。 作者:刘迎云 蒋复量 王淑云 单位:南华大学 安全工程专业人才培养探讨:安全工程专业人才培养探讨 一、南华大学船山学院安全工程专业建设现状 船山学院作为南华大学的独立学院,以校本部的安全工程系为依托开设了安全工程专业。南华大学安全工程系成立于2004年,同年9月开始招收第一届本科学生,2011年3月获批安全科学与工程一级学科博士点,同年9月招收第一届硕士研究生。现有专任教师12人,其中教授及副教授8人,讲师3人,助教1人。专任教师中有3人来自原核工业第六研究所,1人来自原衡阳市纺织厂,其他教师均来自高校。实验室是高校人才培养的重要教学设施,实验教学是培养应用型和技能型人才的重要环节,因此在实验室的规划建设过程中必须兼顾科研工作和实验教学要求。南华大学在近三年的时间内已建成与完善安全人机工程实验室、安全技术实验室(包括安全检测实验室、建筑消防与防火防爆实验室、电气安全实验室)和模型实验室等三个主要实验室。此外,本着资源共享的理念,还利用了其他院系的实验室,如爆破、采矿、通风等实验室,基本能满足船山学院安全工程专业的教学及人才培养的需要。 二、应用型安全工程专业人才培养模式的构建 安全工程专业的特点和强项在于以安全理论知识指导工程实践,如果不能发挥这一优势,而是让独立学院毕业生与专业技术人员比拼工程技术知识,必然会导致边缘化。因此,要结合船山学院实际情况和安全工程的专业特点,以就业为导向,以培养应用型人才为目标,根据行业和岗位需求,建立与培养模式相适应的课程体系和教学计划,突出应用性和基础性,不片面追求理论知识深度,使安全工程专业学生具有扎实的本行业相关基础技术知识以及安全理论知识,为将来的顺利就业打下坚实的基础。现以建筑安全专业方向为例进行讨论。制订和完善三本学生建筑安全专业方向的教学计划、培养方案、课程体系等,着重体现“加强基础、注重实践”的原则,强调实践能力。 1.找准市场切入点,对培养目标进行科学定位 目前船山学院安全工程专业本科毕业生就业形势良好,就业方向主要为建筑安装、基建施工行业,次为矿山开采及其他行业。从工作特点和学生的反馈信息来看,工作内容实践性很强,同时对理论知识深度的要求不是很高。因此,应结合实际,培养三本学生能够满足国家工程建设需要,具有良好的敬业精神,具有较高的道德水准,具备完备的基础知识并能够灵活运用。另外,国家现正大力推行卓越工程师计划,鼓励从业人员参加注册工程师等的考试,例如注册安全工程师、注册安全评价师、注册核安全工程师。那么,对独立学院三本学生的培养方式也应对此有所考虑,使其在工作中能够尽快掌握取得资格证的素质。 2.以就业为导向,进行课程体系改革 确立目标后就需要以学生能力培养为主线,加强教学改革,坚持专业理论为专业技术、专业技能服务的原则,适当削减理论课内容,探索并建立一套适合三本学生特点、广度和深度适宜、具有独立学院特色的教学和课程体系。建筑安全工程专业开设的课程主要有:“安全学原理”、“安全系统工程”、“安全人机工程学”、“安全管理学”、“建筑安全法规”、“材料力学”、“流体力学”、“结构力学”、“建筑结构”、“土力学与基坑安全”、“防火防爆技术”、“建筑消防工程”、“建筑安全工程”、“电气安全工程”、“安全检测与监控技术”、“起重与机械安全技术”、“地下工程安全技术”、“道路与桥梁安全技术”等。可见,涵盖面较广,基本可以分为两个部分,即安全理论和建筑施工技术,这对培养学生的综合素质是有好处的。一般从事建筑安全的毕业生仍以安全管理为发展方向,因此在授课中需偏重安全管理课程和建筑施工及安全的相关基础知识。 3.根据培养目标要求制定相应的教学大纲 独立学院招收的是本科三批学生,其平均入学分数要比二本线低,通过笔者多年对独立学院学生教学效果的跟踪发现,独立学院学生的文化基础相对薄弱,学习能力、学习心理、学习预期和未来追求目标与二本学生也有明显差异,大多数三本学生以能顺利就业为主要学习目的。因此在制定教学大纲时,必须综合考虑这些特点,教学内容必须重点突出、深度适中,既要考虑学生的接受能力,也要兼顾今后的工作需要。为了制定具有独立学院特色、科学合理的教学大纲,首先要掌握工作单位对学生的培养要求。利用船山学院具有培养安全工程专业工程硕士资格的优势,采取深入相关工作单位调研以及座谈会形式,就独立学院安全工程专业课程体系、教学内容、教学深度方面进行深入研讨,为建立科学合理的课程体系及其教学大纲指明了方向。近三年来南华大学安全工程系先后组织10人次以上的教师队伍去中核北方核燃料元件有限公司、中国核工业二三建设有限公司、广西防城港核电站建设项目部以及西安中核蓝天铀业有限公司等单位进行调研和考察,并就安全工程人才培养方案的修订进行探讨。 4.强化实践教学,实施“3+1”培养模式 基于三本学生的培养定位,即应用型和技能型本科人才,对实践教学的要求必须提升到更高的层次。近年来不断加强实践教学,逐步向“3+1”培养模式靠拢,即学生3年在校学习,最后1年在校外实习实践和毕业设计。在市场经济情况下,学生实习成了一个大问题。由于企业担心实习学生的安全,并害怕影响企业的正常生产秩序,普遍不愿接纳学生的实习任务,因此与相关企业合作建立长期性的大学生实习基地非常必要。为把实践教学落到实处,提高实习效果,可建立大学生校企联合培养的“双师团队”。学生在企业学习期间由“学校导师”和“企业导师”共同对学生的实习过程与毕业设计进行指导,并充分利用各自的特点和优势。“学校导师”由具有较强实践经验和工程背景、承担过较多横向项目的教师担任,“企业导师”则由实习基地所在企业中具有丰富理论知识与实践经验的工程技术人员担任。随着船山学院招生人数的不断增加,教学团队也应不断壮大,除校本部原有师资队伍外,还应吸收更多有工程经验的教学人员。 5.建设具有应用型人才培养素质的师资队伍 大学之大不在于大楼而在于大师,充分说明师资对人才培养的重要性。只有工程应用能力很强的教师才能培养出应用型人才;同时,安全工程作为一门综合性和交叉性非常强的学科,拥有一支知识结构合理的师资队伍才能培养出综合素质高的应用型人才。安全工程是一门应用型很强的学科,该专业教师必须具有丰富的实践知识,为此要求新教师上岗前必须在指定企业进行专业实践,参与实验教学,有针对性地开展专业训练和学习;利用寒暑假时间定期组织教师特别是青年教师赴企事业单位考察学习,以提高专业教师的工程实践经验;高校还要积极引进相关交叉学科背景的师资,而不仅仅局限于安全科学与工程专业,近三年南华大学安全工程专业分别引进了结构工程、核技术工程、地质工程等相关学科背景的青年教师。此外,还应不拘一格邀请企业技术专家加入教学团队,且有计划地从国内外著名高校引进优秀博士毕业生,同时依托共建单位(中国核工业建设集团等)加强教师与现场工程技术人员的交流,聘请共建单位高级工程技术人员指导学生工程实践,充实实践教学环节师资力量,从而使安全工程教学团队师资结构的不断完善、教学水平进一步提高。当前高校教学方式比较单一,具有应用性的教学方式太少,教师要不断学习新知识主动适应新模式,积极探索激发学生的创新思维和主动学习的教学方法,从而切实推动以学生为中心、以教师为主导、以自学为基础、以实践促创新的教学改革,全面提高教学效果。 三、总结 我国正处于全面建设小康社会的特殊历史阶段,社会经济发展日新月异,全社会对于安全问题越来越关注,这给安全科学与工程学科的发展带来了机遇和挑战,高等学校承担着培养高级安全技术人才的重要任务,任重而道远。本文在对安全工程专业的培养目标、人才培养模式、专业特色等相关问题进行探讨的基础上,结合南华大学船山学院的具体情况制定出了该校安全工程人才培养的一些初步方案,希望本文提出的一些基本思想能为其他独立学院安全工程专业建设提供一定参考。 作者:钟永明谢超杨蓉叶勇军蒋复量单位:南华大学环境保护与安全工程学院 安全工程专业人才培养探讨:安全工程专业人才培养改革研究 摘要:简述了毕业设计的重要性,针对安全工程专业化工方向毕业设计所反映出的专业基础薄弱问题,分析出其原因为,一培养方案中专业课程设置比例较低、二课程授课效果较差。并针对性提出安全工程专业人才培养改革方案,包括培养模式改革、教学模式改革、考试模式改革等,可以为从事安全工程专业人才培养的同行提供一些思路和参考。 关键词:毕业设计;人才培养模式;教学模式;培养方案 毕业设计是高等教育的重要组成部分,是大学阶段最后一个教学环节[1-2]。通过毕业设计能够培养学生综合运用所学理论基础、专业知识和技能分析并解决问题的能力,以及培养学生文献查阅与利用、沟通及总结能力,能够系统检验学生的综合能力。安全学科是综合学科,包括工学、理学、管理学、法学、医学和社会科学,安全工程专业是应用性和实践性较强的学科,毕业设计环节尤为重要。以工学-化工类安全评价毕业设计为例,除了培养学生的创新、实践、文献检索、数据调研、论文写作及严谨逻辑表达能力外,还可以使学生将所学化学理论知识运用于实际化工生产和工艺设计,从中发现问题并解决问题,对于学生毕业后走向化工类工作岗位起到良好铺垫作用。 1化工类安全评价毕业设计为例探讨安全工程专业人才培养问题 近年来毕业设计的教学质量受到了来自高校内部和社会的高度关注,提高毕业设计质量,进行毕业设计改革的呼声和方案较多。我校在这方面也开展了积极的探索,比如在毕业设计的选题上增设两类题目,一是以企业运行中发生的实际问题为题目,以校企联合的形式开展毕业设计教学工作,以达到检验学生利用知识、方法来解决实际问题的能力;二是以学校科研项目子课题为题目,以学生参加项目组工作的形式,开展毕业设计教学工作,可以检验学生创新能力;通过以上教学形式,亦可同步检验安全工程专业人才培养上的不足之处。目前来看改革效果较好,但也反映出一些现实问题,以安全评价化工类毕业设计方向为例,分析2013-2017年化工安全评价毕业设计情况,反映出学生应用能力较好,但专业基础欠缺。具体见化工方向安全评价毕业设计内容框架体系(详见图1),学生在定性、定量安全评价、对策措施部分完成较好,说明开设的安全系统工程、安全评价、课程设计、专业技能训练等教学环节能够为毕业设计顺利完成奠定必要基础;而系统情况简介和危险有害因素辨识部分,则普遍反映出学生对化学工艺流程、危险物质理化特性、化工设备情况及危险有害因素辨识依据掌握不足,这直接影响后面定性定量评价、对策措施完成质量,导致整体毕业设计完成欠佳。究其主要原因:一是化工类基础课程开设数量少。目前本校人才培养方案设置中,化工类方向只开设了一门化工安全工程,基础薄弱。该培养方案在专业基础课方面主要强调安全基础学科知识平台的构建,虽然符合大安全观的要求,但也导致学生专业基础薄弱。此外,近年来听课效率低,课堂授课质量不好也是导致专业基础薄弱的主要原因,在专业基础课程设置较少,课堂授课质量不好的情况下,学生专业基础能力可想而知。 2安全工程专业人才培养改革方案 针对化工类毕业设计反映出的学生专业基础能力薄弱问题,笔者建议从培养模式、教学模式及考试模式三个方面进行人才培养模式改革。 2.1培养模式改革 目前安全工程专业院校培养模式大体分为行业型培养模式和通用型培养模式[3-5]。为了增强学生的专业基础,建议进行强化行业特色的培养模式改革,将行业基础体现在培养方案的各个方面,从专业基础课、专业方向课一直到专业选修课均强调行业性;例如某高校安全工程专业强调化工行业特色。既在专业基础课方面开设普通化学,又在专业方向课程方面开设化工原理、有机化学、物理化学等,还在专业选修课程方面开设分析化学[3]、化工安全。该培养方案能很好地凸显行业特色。同时针对容易导致学生的安全基础学科知识面窄等问题[6],可在专业基础课方面同时强调安全基础学科知识平台的构建。改革后培养方案既可满足学生行业基础知识培养,又能符合大安全观的要求,达到行业专业基础能力强,学生就业适应面广,较快适应安全工作的目的[3]。 2.2教学模式改革 2.2.1传统教学模式改革为解决大学课堂听课率低问题[7],可依照培养方案课程设置,选用优质教材,思考教材符合哪些人用,达到什么样计划。提倡精英教育,学生适应课程;而非普及大众化教育,课程适应学生。考虑教材不仅是知识堆垒,还要考虑教与学,以前少数人上大学为了求知,现在人数众多上大学是为了工作。不要纠结学术、专业和应用职业,教育在教育过度和教育不足中徘徊,同一专业在不同学校定向不一样,同一门学科在不同学校定向不一样,人才培养需要个性化定制,重视技能和能力,在知识不再垄断时代,技能和能力仍需通过学校培训才能获得。理论知识和直觉知识,教学模式和学习模式看你更强调谁,目前这种传输性教学+教师权威性占大学主导的学习模式应该改变,联合国教改组织目前提倡:①参与式学习,学生积极学习者,而不是旁观者,目前好多学生都是旁观者;②个性化制定学习,人文主义教育优秀,教材应体现个性化;③项目/问题导向化学习,项目问题和课程目标相关,引领精神、学习地点应灵活,不局限课堂;④兴趣引导式学习;⑤友爱式教学(最高端的),正确的师生关系。教授对学生的培养应从知识培养转向技能+能力的培养,因为只有技能和人民生活水平成正比,并非知识创造财富,知识应转化成技能才可以服务人民生活,培养后大学生具有以下能力:①批判性思维能力(审辩思维求真思维);②解决问题能力;③协作能力;④沟通领导能力;⑤创业创新能力(企业家精神,包括不依赖,惯性思考,敢于冒风险,创业心理,高阶思维能力);⑥高阶思维能力;⑦数字化公民;⑧多元文化。2.2.2新型教学模式引入大学课程教育多元化已成必然性,中国也将走入这一天,云课堂,无黑板教学,云终端、微课,慕课都终将走入大学课堂。以后的教学将实现教学综合平台,学术综合平台,学生自主式,探究性学习平台等多平台结合,实现高校之间的资源共享,可以使更多大学生享受其他高校的优秀教育资源,也可以避免个别优秀生学习能力强,全体学生授课情况下知识量吃不饱情况,满足他们学习主观性,成为精英教育途径。2.2.3《化工安全》教学模式改革例如《化工安全》教学模式改革,主张让学生积极参与,培养学生自主学习能力和应用能力。教学模式由传统的“以教材为中心”转变成“以问题为中心”;由“以教师为中心”转变成“教师讲授与学生自主学习相结合”的互动模式;由“以课堂为中心”转变成“课堂+课后+文献-论文提交-小组评审”五位一体的综合教学模式。同时进行案例研讨式、情景模拟式、网络在线式、微课式、翻转课堂式等教学模式改革,提高课堂听课率。 2.3考试模式改革 近段时间常有网络微博讨论大学课堂考试成绩该严该松问题[8-9],似乎厌学弃学大学生居多,考试成绩分数低劣,关于应该继续要求还是放水通过的言论此起彼伏。笔者认为导致考试成绩低劣的原因之一还有考试模式问题,目前很多课程都在临近考试前画复习题,考试内容多是记忆名词解释、简答题多半为记忆内容。既然高校教育中不再强调知识的死记硬背,而在于灵活应用,培养技能和能力,那么考试模式也应该进行改革。事实已经证明人的记忆能力远远不如计算机,可目前还有好多教师强调学生背诵定义,这种做法只会事与愿违,学生在手机上、电脑上轻松搜到名词解释,他为何要听课,在教学模式改革重在培养技能和能力的同时,考试模式也应进行改革,重在考核学生的技能和能力。考试内容不再局限名词解释,而重在分析试题,计算试题,应用试题上,甚至可以效仿国外论文考试办法,使学生课下完成考试,在完成论文、完成课题的时候督促学生查阅大量资料进行分析,由被动学习变成自主学习。考试内容由记忆类型向应用类型的转变,考试形式由课上考试向课下论文的转变可很好的配合教学模式改革,提高学生听课率,提高学习热情,促成学生由被动型学习向自主型学习转化。例如《化工安全》考试模式改革,考试为平时考试+期末考试+应用考试三部分之和。其中平时成绩包括考勤+课堂表现+日常测试;期末考试包括计算试题+应用试题;应用能力以近期发生事故(例2015.8.12天津港爆炸事故)的调研分析报告作为考试题目。平时+期末+应用三部分成绩总和作为最终考试成绩,避免“一试成败”现象,重在考核学生的应用能力和分析能力,与教学模式改革相互呼应。 3结语 安全科学与工程学科实践性和应用性较强,探讨安全工程专业人才培养模式,培养出满足社会需求的应用型人才是重中之重。本文结合安全工程专业毕业设计所反映出的问题,研究了安全工程专业人才培养方案专业课程设置中存在的共性问题,在调研及对一些高校常见的听课率低等问题分析基础上,初步提出了人才培养模式改革方案,在课程设置改革、教学模式改革(传统教学模式改革、新型教学模式引入)、考试模式改革等方面进行了初步探索和研究,希望可以为从事安全工程专业人才培养的同行提供一些思路和参考。 作者:魏春荣 孙建华 张迎新 张锦鹏 王亚军 单位:黑龙江科技大学安全工程学院
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