時(shí)間：2022-07-20 19:34:09
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇智能科學(xué)與技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：智慧；智能；人類(lèi)智能；人工智能
0引言
不久前剛結(jié)束的圍棋人機(jī)大戰(zhàn)，使人工智能受到人們空前廣泛的關(guān)注。它一方面表明智能科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展極為迅速，同時(shí)也激起了社會(huì)對(duì)智能科學(xué)技術(shù)及其人才培養(yǎng)十分強(qiáng)烈的期待。人們對(duì)“中國(guó)大腦”計(jì)劃的熱議達(dá)到了前所未有的程度，“中國(guó)制造2025”計(jì)劃正在快速推進(jìn)，我國(guó)自主研制的智能服務(wù)機(jī)器人正在走向服務(wù)領(lǐng)域的許多行業(yè)，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)自發(fā)興起的“機(jī)器換人”浪潮正高歌猛進(jìn)。國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告中提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”雖然被人們解釋為互聯(lián)網(wǎng)向各領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)滲透，但是更多的有識(shí)之士卻把“+”理解為“升級(jí)”，即“計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”向“人工智能互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”的升級(jí)，而這正好與“中國(guó)大腦”計(jì)劃相呼應(yīng)！
為了適應(yīng)這種發(fā)展的需要，努力辦好“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，北京郵電大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)研究中心曾經(jīng)對(duì)設(shè)置了本專(zhuān)業(yè)的全國(guó)各主要高校做了一次普遍性的專(zhuān)業(yè)調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各校對(duì)于“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)的理解差異非常巨大。最狹義的理解，是把本專(zhuān)業(yè)看做是“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的一個(gè)分支”；最廣義的理解，是把它看做是“從理工到人文和社會(huì)幾乎無(wú)所不包的綜合學(xué)科”。
從科學(xué)研究和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)看，這樣發(fā)散的理解會(huì)有利于人們解放思想，激勵(lì)創(chuàng)新，把本學(xué)科的研究做深做透做到位。不過(guò)，從當(dāng)前的本學(xué)科教育教學(xué)來(lái)說(shuō)，這樣分散的理解可能使“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科的人才培養(yǎng)工作迷失方向。
1基本模型
為了準(zhǔn)確理解“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科，首先需要建立“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科的基本模型，這樣才能從學(xué)科整體上厘清它的基本概念、基本原理和基本規(guī)律，規(guī)制過(guò)于寬泛和過(guò)于狹窄的偏差。圖1就是為此而設(shè)計(jì)的基本模型。
在圖1中，底部的橢圓代表外部環(huán)境的客體事物，也就是需要研究的“問(wèn)題”；其上的整個(gè)部分代表主體及其與客體相互作用的過(guò)程：主體接受來(lái)自客體所產(chǎn)生的“本體論信息”，經(jīng)過(guò)主體思考之后產(chǎn)生與客體交互的“智能行為”反作用于客體，解決問(wèn)題。就在這個(gè)主客相互作用的過(guò)程中，主體充分展現(xiàn)了自己的智慧能力。其中的主體可以是人類(lèi)個(gè)體，也可以是人類(lèi)群體。因此，這是研究“智能科學(xué)與技術(shù)”的基本模型。
不斷提升自己生存與發(fā)展的水平，這既是人類(lèi)與生俱來(lái)的目標(biāo)，也是人類(lèi)永不枯竭的動(dòng)力。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，人類(lèi)就要運(yùn)用自己的智慧和知識(shí)不斷去發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)解決而且可能解決的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上努力去解決所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，不斷前進(jìn)。
人類(lèi)的這種智慧能力包含兩個(gè)相互聯(lián)系相互作用相輔相成的部分：其一是根據(jù)人類(lèi)所追求的目標(biāo)和現(xiàn)有的知識(shí)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、定義問(wèn)題和預(yù)設(shè)問(wèn)題求解目標(biāo)的能力，這是人類(lèi)在長(zhǎng)期實(shí)踐過(guò)程中積累起來(lái)的一種內(nèi)隱性的智慧能力，所以稱(chēng)為隱性智慧；其二是在隱性智慧所確定的工作框架內(nèi)，在求解目標(biāo)的引導(dǎo)下，運(yùn)用相關(guān)信息和知識(shí)去生成解決問(wèn)題的策略，成功解決問(wèn)題實(shí)現(xiàn)求解目標(biāo)的能力，這是一種外顯性和操作性的智慧能力，所以稱(chēng)為顯性智慧。
在圖1的模型中，隱性智慧具體表現(xiàn)為“主體所定義的問(wèn)題、主體的知識(shí)庫(kù)里已經(jīng)擁有的知識(shí)、主體為求解問(wèn)題所預(yù)設(shè)的求解目標(biāo)（也存在知識(shí)庫(kù)內(nèi)）”，這三者就構(gòu)成了主體為求解問(wèn)題所設(shè)置的初始工作框架。顯性智慧則具體表現(xiàn)為圖1中的“感知、認(rèn)知、基礎(chǔ)意識(shí)、情感生成、理智生成、綜合決策、策略執(zhí)行、效果檢驗(yàn)以及反饋學(xué)習(xí)優(yōu)化”所代表的問(wèn)題求解過(guò)程。
由于隱性智慧是人類(lèi)內(nèi)隱性的智慧，需要明確的目標(biāo)、足夠的知識(shí)、很強(qiáng)的直覺(jué)能力、豐富的想象能力、甚至需要靈感和頓悟能力，才能創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)值得解決的問(wèn)題，所以，隱性智慧難以用人造機(jī)器去模擬。然而，由于顯性智慧具有外顯性和操作性特征，主要具備獲取信息、生成知識(shí)、生成和執(zhí)行策略的能力，因此，顯性智慧有可能被人造機(jī)器所模擬。在約定俗成的學(xué)術(shù)語(yǔ)匯中，“智慧”比較抽象，帶有形而上的色彩；而“智能”則比較具體，帶有形而下的特點(diǎn)。于是，人類(lèi)的顯性智慧也常常被稱(chēng)為“人類(lèi)智能”。
鑒于人類(lèi)顯性智慧與隱性智慧之間存在不可分割的深刻內(nèi)在聯(lián)系，人們就把研究和探索“人類(lèi)隱性智慧和顯性智慧奧秘”的科學(xué)技術(shù)稱(chēng)為“智能科學(xué)技術(shù)”，而把其中著重研究和模擬“人類(lèi)顯性智慧（人類(lèi)智能）能力”的科學(xué)技術(shù)稱(chēng)為“人工智能”科學(xué)技術(shù)，或者就簡(jiǎn)稱(chēng)為“人工智能”。換言之，人工智能是“智能科學(xué)與技術(shù)”的一部分。
圖1的基本模型及其相關(guān)解釋啟示我們：“智能科學(xué)與技術(shù)”的內(nèi)涵既具有極強(qiáng)的基礎(chǔ)性，涉及與物質(zhì)資源同樣基礎(chǔ)的信息資源；又具有極強(qiáng)的深刻性，涉及人類(lèi)創(chuàng)造性智慧的深邃奧秘；還具有極強(qiáng)的應(yīng)用性，涉及極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
因此，為了研究與學(xué)習(xí)“智能科學(xué)與技術(shù)”，人們應(yīng)當(dāng)具備人文社會(huì)科學(xué)、基礎(chǔ)自然科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)科學(xué)的知識(shí)與能力，應(yīng)當(dāng)自覺(jué)遵循“文理交互，理工融通”的交叉科學(xué)理念。雖然我國(guó)高校仍有文科、理科、工科之分，但是，為了培養(yǎng)有發(fā)展能力和創(chuàng)新能力的人才，還是要在發(fā)揮各校特色的同時(shí)努力貫徹“文理交互，理工融通”的方針。這是智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的鮮明特點(diǎn)，需要引起教學(xué)與研究人員的高度關(guān)注。
2基本方法
概念是學(xué)科的基石。從圖1的基本模型可以看出，“智能科學(xué)與技術(shù)”包含了許多重要的新概念。除了上面已經(jīng)討論過(guò)的隱性智慧和顯性智慧的基礎(chǔ)概念之外，還有信息（包括本體論信息和認(rèn)識(shí)論信息，特別是其中的語(yǔ)法信息、語(yǔ)義信息和語(yǔ)用信息）、知識(shí)（包括本能性知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)、規(guī)范性知識(shí)、常識(shí)性知識(shí)、知識(shí)的內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)和外部生態(tài)系統(tǒng)）、基礎(chǔ)意識(shí)、情感、理智、智能策略、智能行為等一系列基本概念。
考慮到本文篇幅的限制，同時(shí)也考慮到讀者可以很容易從現(xiàn)有文獻(xiàn)中詳細(xì)了解到這些概念，因此，這里只予以列舉，而不準(zhǔn)備展開(kāi)具體的討論。有需要的讀者可以參閱相關(guān)文獻(xiàn)。
這里需要特別關(guān)注的，是研究和學(xué)習(xí)“智能科學(xué)與技術(shù)”所需要確立的新的科學(xué)觀和方法論問(wèn)題。只有掌握了這些新的科學(xué)觀和方法論，才能準(zhǔn)確地理解“智能科學(xué)與技術(shù)”的基本概念、基本內(nèi)容和基本規(guī)律。
有比較才能有鑒別，事物總是相比較而存在。了解“智能科學(xué)與技術(shù)”所需要的科學(xué)觀和方法論的便捷方法之一，就是把它們同讀者已經(jīng)熟悉的“物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”的科學(xué)觀和方法論進(jìn)行對(duì)比。眾所周知，智能系統(tǒng)是一類(lèi)開(kāi)放的復(fù)雜信息系統(tǒng)，因此，這里的比較對(duì)象也要選擇相對(duì)比較復(fù)雜的物質(zhì)系統(tǒng)。表1就是這種比較的一些結(jié)果。
由表1可知，“物質(zhì)科學(xué)技術(shù)”所采用的科學(xué)觀包括（1）物質(zhì)觀：認(rèn)為研究的對(duì)象是物質(zhì)的；（2）結(jié)構(gòu)觀：認(rèn)為研究的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)；（3）孤立觀：認(rèn)為所研究的物質(zhì)對(duì)象是與其它對(duì)象沒(méi)有關(guān)聯(lián)的；（4）靜止觀：認(rèn)為所研究的物質(zhì)對(duì)象是靜止的，至少在研究期內(nèi)是靜止的。
基于這樣的科學(xué)觀，在處理比較復(fù)雜的物質(zhì)對(duì)象的時(shí)候，物質(zhì)科學(xué)技術(shù)所采用的方法論就是“分解一分析”，更具體地說(shuō)就是“分而治之，各個(gè)擊破，直接還原”。也就是人們所熟悉的“還原論”。
和“物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”的情形不同，“智能科學(xué)與技術(shù)”的科學(xué)觀包括（1）信息觀：認(rèn)為所研究的對(duì)象是信息；（2）系統(tǒng)觀：認(rèn)為研究的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)化的信息，即必須同時(shí)關(guān)注信息的形式、內(nèi)容和價(jià)值；（3）生態(tài)觀：認(rèn)為信息不是孤立的或靜止的，而是生長(zhǎng)發(fā)展的；（4）機(jī)制觀：認(rèn)為信息的生長(zhǎng)發(fā)展必然存在一定的機(jī)制。
基于這樣的科學(xué)觀，“智能科學(xué)與技術(shù)”所采用的方法論就是“轉(zhuǎn)換―創(chuàng)生”。更具體一些說(shuō)，就是“智能科學(xué)與技術(shù)”基本模型（圖1）所展示的“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生定律”。其中，“信息轉(zhuǎn)換”是手段，“智能創(chuàng)生”是目的。
十分清楚，“物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”的“分而治之”方法論體現(xiàn)了它的“物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)觀、孤立觀和靜止觀”；“智能科學(xué)與技術(shù)”的“轉(zhuǎn)換創(chuàng)生”方法論體現(xiàn)了它的“信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀和機(jī)制觀”。
這個(gè)對(duì)比告訴我們，由于研究對(duì)象不同，導(dǎo)致學(xué)科的性質(zhì)也不相同，我們不能把自己所熟悉的“物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)”的科學(xué)觀和方法論統(tǒng)統(tǒng)照搬到“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科領(lǐng)域。雖然在研究局部細(xì)節(jié)問(wèn)題的時(shí)候，這兩種科學(xué)觀和方法論的差異表現(xiàn)的不是很明顯，但是在研究系統(tǒng)全局問(wèn)題的時(shí)候，這種差別就會(huì)變得十分顯著。這也是值得“智能科學(xué)與技術(shù)”的研究者和學(xué)習(xí)者特別關(guān)注的特點(diǎn)。
事實(shí)上，“人工智能”的研究就經(jīng)歷了一場(chǎng)方法論的變革。按照“分解―分析”的方法論思想，人工智能被分解為結(jié)構(gòu)模擬（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、功能模擬（物理符號(hào)系統(tǒng)）和行為模擬（感知?jiǎng)幼飨到y(tǒng)）三大學(xué)派，結(jié)果長(zhǎng)期不能互相融通。20世紀(jì)末和21世紀(jì)初，一些研究人員提出“新的集成”和“現(xiàn)代方方法”試圖找到三者融通的具體方法，但是都沒(méi)有取得成功。2007年，本文作者按照“轉(zhuǎn)換―創(chuàng)生”方法論思想提出了機(jī)制模擬的智能生成方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)模擬（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、功能模擬（物理符號(hào)系統(tǒng)）和行為模擬（感知?jiǎng)幼飨到y(tǒng)）分別是機(jī)制模擬的A、B、C型，從而實(shí)現(xiàn)了人工智能模擬方法的統(tǒng)一，見(jiàn)表2。
由此可見(jiàn)，以往人們把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程、物理符號(hào)系統(tǒng)課程（即普遍流行的人工智能和專(zhuān)家系統(tǒng)課程）、感知?jiǎng)幼飨到y(tǒng)課程（即智能機(jī)器人或智能體課程）分開(kāi)講授或者只講授其中一門(mén)或兩門(mén)課程的做法是不合理的。
同時(shí)，我們一直把圖1的模型稱(chēng)為“智能科學(xué)與技術(shù)的基本模型”。不過(guò)，如果注意到“智能科學(xué)與技術(shù)”的科學(xué)觀一信息觀，系統(tǒng)觀，生態(tài)觀和機(jī)制觀，那么，我們也可以把圖1稱(chēng)為“生態(tài)意義上的信息科學(xué)與技術(shù)基本模型”。這是因?yàn)椋m然在經(jīng)典意義上的信息科學(xué)與技術(shù)基本模型只能覆蓋到圖1模型中的信息層次，但在生態(tài)學(xué)意義上，知識(shí)和智能都是信息的生態(tài)學(xué)產(chǎn)物，因此生態(tài)學(xué)意義上的信息科學(xué)與技術(shù)基本模型就覆蓋了圖1模型的全體。在生態(tài)學(xué)的意義上，“智能科學(xué)與技術(shù)”基本模型與“信息科學(xué)與技術(shù)”基本模型就合二為一：自頂向下觀察，圖1就是“智能科學(xué)與技術(shù)”的基本模型；自底向上觀察，圖1就是“信息科學(xué)與技術(shù)”的基本模型。于是有：
智能科學(xué)與技術(shù)=生態(tài)學(xué)意義的信息科學(xué)與技術(shù)
如果把“智能科學(xué)與技術(shù)”模型中的“由信息轉(zhuǎn)換為知識(shí)”和“由信息、知識(shí)和目標(biāo)轉(zhuǎn)換為智能”這兩個(gè)核心部分命名為“核心智能科學(xué)與技術(shù)”，把非生態(tài)學(xué)意義上的信息科學(xué)與技術(shù)命名為“常規(guī)信息科學(xué)與技術(shù)”，那么，也可以有：
智能科學(xué)與技術(shù)=核心智能科學(xué)與技術(shù)+常規(guī)信息科學(xué)與技術(shù)
在我國(guó)教育部的學(xué)科目錄中，“智能科學(xué)與技術(shù)”其實(shí)就是“核心智能科學(xué)與技術(shù)”，目錄中的“信息科學(xué)與技術(shù)”其實(shí)就是“常規(guī)（非生態(tài)學(xué)意義的）信息科學(xué)與技術(shù)”，后者又被劃分成“通信”、“計(jì)算”、“自動(dòng)化”、“物聯(lián)網(wǎng)”、“信息安全”這樣一些更加狹窄而且相互交疊的二級(jí)學(xué)科，顯然有待進(jìn)一步合理化。
3基本課程
北京郵電大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)研究中心最近實(shí)施的全國(guó)高校智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃調(diào)查表明，我國(guó)多數(shù)學(xué)校的教學(xué)計(jì)劃確實(shí)體現(xiàn)了“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的一個(gè)分支學(xué)科”的特點(diǎn)，很少學(xué)校的教學(xué)計(jì)劃能夠表現(xiàn)“文理相交，理工融通”的交叉科學(xué)精神。這就提出了一個(gè)尖銳的問(wèn)題，如果真的把“智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科”辦成“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科”的一個(gè)分支學(xué)科，那么，這樣的“智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科”還有存在的理由嗎？
由以上分析的“智能科學(xué)與技術(shù)”的基本模型和基本方法可以知道，為了學(xué)習(xí)、理解和掌握“智能科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科，人們的知識(shí)結(jié)構(gòu)必須包含社會(huì)科學(xué)、人文科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)與綜合能力。
為此，由中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)和清華大學(xué)出版社計(jì)算機(jī)分社共同組建的“全國(guó)高校智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)系列教材規(guī)劃與編審委員會(huì)”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)編委會(huì)）提出了如下的本學(xué)科核心課程和相應(yīng)的核心教材。
（1）一年級(jí)第一學(xué)期的課程智能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論是一個(gè)引導(dǎo)型課程，旨在以準(zhǔn)確而通俗的概念、全面而淺近的思路、親切而富有感染力的語(yǔ)言，引導(dǎo)剛剛踏入校門(mén)的新生了解：什么是“智能科學(xué)與技術(shù)”？為什么要學(xué)習(xí)“智能科學(xué)與技術(shù)”？怎樣才能學(xué)好“智能科學(xué)與技術(shù)”？
（2）二年級(jí)第一學(xué)期的課程腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)是本學(xué)科特需的自然科學(xué)基礎(chǔ)（腦科學(xué)）和社會(huì)科學(xué)基礎(chǔ)（認(rèn)知科學(xué)），旨在為學(xué)生提供關(guān)于人類(lèi)智能的腦科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和人類(lèi)認(rèn)知能力的科學(xué)知識(shí)，特別是關(guān)于“腦結(jié)構(gòu)如何產(chǎn)生認(rèn)知能力（物質(zhì)如何生成精神）”的科學(xué)機(jī)理。
（3）二年級(jí)第二學(xué)期的課程不確定性數(shù)學(xué)引論是本學(xué)科特需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)課程，旨在為學(xué)生提供關(guān)于“智能科學(xué)與技術(shù)”領(lǐng)域必然涉及到的各種不確定性（包括隨機(jī)不確定性、模糊不確定性、粗糙不確定性以及非線性引起的混沌不確定性）的描述與處理知識(shí)，特別要闡明這些不確定性的根源、相互關(guān)系、描述和處理方法。
（4）三年級(jí)第一學(xué)期的課程機(jī)器智能是本學(xué)科的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在用“智能科學(xué)與技術(shù)”的方法論闡述人類(lèi)智能的各種模擬方法（包括結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬和機(jī)制模擬），以及這些不同模擬方法之間的相互關(guān)系和統(tǒng)一的途徑，為學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器（人造系統(tǒng)）智能奠定理論和方法的基礎(chǔ)。
（5）四年級(jí)第一學(xué)期的課程《科技史與方法論》，由于智能科學(xué)技術(shù)本身富有科學(xué)觀和方法論的特色，因此這是一門(mén)具有本學(xué)科特色的總結(jié)性課程，旨在為學(xué)生提供關(guān)于科學(xué)技術(shù)發(fā)展史（特別是智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展史）所展現(xiàn)的科學(xué)觀和方法論知識(shí)，使學(xué)生能夠從“智能科學(xué)與技術(shù)”的學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)上站立起來(lái)，具有縱觀和把握智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)律的能力，使學(xué)生的學(xué)術(shù)眼界能夠“形成于課堂，而又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越課堂”。
編委會(huì)認(rèn)為，這些核心課程的綜合（加上各個(gè)學(xué)校的人文社會(huì)科學(xué)通識(shí)課程和各有特色的專(zhuān)業(yè)課程），將為學(xué)習(xí)者提供必要的“文理相交，理工融通”的交叉學(xué)科思維素質(zhì)和能力。無(wú)論是理科型學(xué)校還是工科型學(xué)校，都要在保證上述核心課程優(yōu)質(zhì)教學(xué)的基礎(chǔ)上努力發(fā)揮自己的特色，而不應(yīng)當(dāng)削弱這些核心課程的教學(xué)質(zhì)量。
5結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：智能科學(xué)與技術(shù)；專(zhuān)業(yè)；發(fā)展戰(zhàn)略；思考；大聯(lián)合；大發(fā)展
1現(xiàn)狀分析
我國(guó)的智能科學(xué)與技術(shù)(intelligence science and technology，ist)專(zhuān)業(yè)創(chuàng)辦至今已有8年歷史了。它從無(wú)到有，逐步壯大，現(xiàn)在全國(guó)已有近20所大學(xué)試辦這個(gè)新專(zhuān)業(yè)[1-2]。應(yīng)該說(shuō)，智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的8年征途并不平坦，開(kāi)拓者們也為之付出了艱辛和心血。現(xiàn)在，我們至少可以說(shuō)，智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)已再不是“嬰兒”，而是“小學(xué)生”了。然而，我們需要繼續(xù)努力，上好中學(xué)、大學(xué)以及研究生課程，邁上專(zhuān)業(yè)建設(shè)的新征途，攀登學(xué)科建設(shè)的新高峰。
在ist專(zhuān)業(yè)建設(shè)上，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院等起了重要的帶頭作用，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)及其教育工作委員會(huì)等工作委員會(huì)和專(zhuān)業(yè)委員會(huì)發(fā)揮了很好的組織作用[3-4]。他們齊心協(xié)力，默默奉獻(xiàn)，做了大量有目共睹的開(kāi)創(chuàng)性工作，值得充分肯定。現(xiàn)已有北京大學(xué)、首都師范大學(xué)、北京郵電大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等高校培養(yǎng)出ist專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生。也就是說(shuō)，我們有了ist專(zhuān)業(yè)的第一代“產(chǎn)品”了。然而，我們的ist專(zhuān)業(yè)還是有些不盡人意之處，特別是發(fā)展速度比預(yù)料的要慢，發(fā)展規(guī)模不如預(yù)期的大，發(fā)展目標(biāo)還有待進(jìn)一步明確。筆者試圖概括我國(guó)ist專(zhuān)業(yè)發(fā)展的喜與憂，探討發(fā)展戰(zhàn)略，為ist的專(zhuān)業(yè)建設(shè)和學(xué)科發(fā)展出謀獻(xiàn)策，供同行討論與參考。
2喜憂參半
如上所說(shuō)，我國(guó)ist專(zhuān)業(yè)的發(fā)展既取得可喜成果，又存在某些憂慮，即喜憂參半。下面擬就ist專(zhuān)業(yè)的辦學(xué)成績(jī)和存在問(wèn)題進(jìn)行探討。
2.1主要成績(jī)
歸納起來(lái)，8年來(lái)，我國(guó)ist專(zhuān)業(yè)建設(shè)取得的主要成績(jī)包括下列各點(diǎn)。
1) 申報(bào)并獲準(zhǔn)試辦ist專(zhuān)業(yè)，促進(jìn)信息科學(xué)和智能科學(xué)的發(fā)展，為國(guó)內(nèi)外信息科學(xué)學(xué)科建設(shè)開(kāi)辟了一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
2) 在調(diào)查研究和科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，制定了ist專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃，為專(zhuān)業(yè)建設(shè)建立了基本框架[5-6]。
3) 結(jié)合ist的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和教育發(fā)展要求，初步規(guī)范了ist專(zhuān)業(yè)課程設(shè)置，開(kāi)展專(zhuān)業(yè)建設(shè)和課程教學(xué)等方面的改革，取得一大批成果[7-8]。
4) 編寫(xiě)了一批具有明顯特色的相關(guān)教材，為新專(zhuān)業(yè)教學(xué)和學(xué)科建設(shè)提供必要的資源，起到較好的示范和輻射作用[7,9]。許多學(xué)校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上進(jìn)行了一些探討，并積累了不少經(jīng)驗(yàn)，值得推廣與借鑒[10-12]。
5) 聚集了一群有志于智能科學(xué)技術(shù)教育的教師，形成了一支熱愛(ài)教育、樂(lè)于奉獻(xiàn)、熟悉業(yè)務(wù)的師資隊(duì)伍，為ist專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)和學(xué)科發(fā)展打下重要基礎(chǔ)。
6) 經(jīng)常組織本專(zhuān)業(yè)的教育與教學(xué)研討會(huì)和座談會(huì)，進(jìn)行全國(guó)性或校際間的交流，總結(jié)心得體會(huì)，共同提高，使ist專(zhuān)業(yè)沿著正確的方向發(fā)展。
7) 培養(yǎng)出一批基本掌握智能科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)理論和專(zhuān)門(mén)知識(shí)，具有從事本專(zhuān)業(yè)工作能力的本科畢業(yè)生，為國(guó)家輸送有特色的急需的建設(shè)人才。
8) 為爭(zhēng)取我國(guó)智能科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)做了大量工作，并取得重要進(jìn)展，為ist學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造重要條件[13]。
2.2瓶頸問(wèn)題
概括地說(shuō)，ist專(zhuān)業(yè)建設(shè)和發(fā)展面臨的問(wèn)題主要涉及如下幾點(diǎn)。
1) 專(zhuān)業(yè)規(guī)模和發(fā)展速度沒(méi)有達(dá)到預(yù)期結(jié)果，仍停留在“試辦”狀態(tài)。
到目前為止，全國(guó)試辦ist專(zhuān)業(yè)的學(xué)校已近20所，已初具規(guī)模，“閃亮登場(chǎng)”[2]。然而，本專(zhuān)業(yè)的規(guī)模和發(fā)展速度不盡人意，離“大發(fā)展”的預(yù)期結(jié)果尚有較大差距。
2) 辦學(xué)主體存在一定的局限性，缺乏跨學(xué)科大聯(lián)合的氛圍。
如前所述，北京大學(xué)和中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)等對(duì)ist專(zhuān)業(yè)建設(shè)發(fā)揮了重要的帶頭和組織作用。由于ist專(zhuān)業(yè)具有高度跨學(xué)科等重要特點(diǎn)，單純依靠某一兩個(gè)現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)來(lái)“派生”和由一兩個(gè)學(xué)會(huì)來(lái)“催生”ist新專(zhuān)業(yè)，是難以快速發(fā)展和如愿以償?shù)摹，F(xiàn)有專(zhuān)業(yè)或?qū)W會(huì)都有一定的局限性，與其他學(xué)會(huì)間的交流合作也需要有改進(jìn)之處。
3) 教學(xué)大綱與《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展綱要》要求存在差距，有待更新。
《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展綱要》[14](以下簡(jiǎn)稱(chēng)《綱要》)是我國(guó)“優(yōu)先發(fā)展教育，建設(shè)人力資源強(qiáng)國(guó)”的重要戰(zhàn)略部署。《綱要》中許多新思路是我們以前沒(méi)有想過(guò)的。ist的教學(xué)大綱需要按《綱要》的要求進(jìn)行大刀闊斧的修訂，力求符合《綱要》精神。
4) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)亟待加強(qiáng)。
在新專(zhuān)業(yè)建設(shè)初期，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入經(jīng)費(fèi)有限，這對(duì)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)有些不利影響。一些學(xué)校的實(shí)驗(yàn)未能滿足ist專(zhuān)業(yè)各課程教學(xué)的基本要求。
5)ist專(zhuān)業(yè)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合模式急需探討與建立。
產(chǎn)學(xué)研結(jié)合是高等教育的一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)。《綱要》也強(qiáng)調(diào)“創(chuàng)立高校與科研院所、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制”對(duì)本科生教育的重要性。雖然有許多企事業(yè)行業(yè)適合ist專(zhuān)業(yè)就業(yè)，但該專(zhuān)業(yè)不像機(jī)電、化工、通信、冶金等專(zhuān)業(yè)那樣有比較對(duì)口的實(shí)習(xí)和就業(yè)企業(yè)。因此，探討與建立ist專(zhuān)業(yè)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合模式，也是一項(xiàng)比較艱難的急需解決的問(wèn)題。
3發(fā)展策略
針對(duì)上述存在問(wèn)題，以下特就智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略提出若干思考。
1) 樹(shù)立“大智能科學(xué)技術(shù)”思想，突破單個(gè)學(xué)會(huì)的局限性，通過(guò)大聯(lián)合、大合作，實(shí)現(xiàn)大團(tuán)結(jié)、大發(fā)展。
一個(gè)專(zhuān)業(yè)要在全國(guó)產(chǎn)生較大影響，發(fā)揮該專(zhuān)業(yè)的特有作用，沒(méi)有足夠大的規(guī)模是不行的。例如，自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、通信、電子信息等專(zhuān)業(yè)，全國(guó)有數(shù)以千計(jì)的大學(xué)開(kāi)設(shè)。我們是否可以設(shè)定ist專(zhuān)業(yè)發(fā)展規(guī)模的第一個(gè)目標(biāo)，即爭(zhēng)取在5～10年內(nèi)，有50～100所大學(xué)開(kāi)設(shè)該專(zhuān)業(yè)？如果能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，ist專(zhuān)業(yè)就走上了“可持續(xù)發(fā)展”的大道。到那時(shí)或者更早一些時(shí)日，“試辦”也就必然被“正辦”所取代。
值得指出的是，目前大多數(shù)大學(xué)強(qiáng)調(diào)“辦學(xué)資源有限”，不大愿意支持申報(bào)新的專(zhuān)業(yè)，這對(duì)ist專(zhuān)業(yè)的發(fā)展也產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。我校的ist專(zhuān)業(yè)就是經(jīng)過(guò)3年努力，才向國(guó)家教育部呈交《高等學(xué)校增設(shè)專(zhuān)業(yè)申請(qǐng)表》的。
我們需要把圈子搞大些，進(jìn)行跨學(xué)科的大聯(lián)合，集思廣益，合作共贏，謀求ist專(zhuān)業(yè)的發(fā)展大計(jì)。基于中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)(caai)的學(xué)科特色，由caai牽頭組織申報(bào)ist專(zhuān)業(yè)及其一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)，是順理成章的。同時(shí)，單個(gè)學(xué)會(huì)也有局限性，雖不能說(shuō)是“勢(shì)單力薄”，但力量不如合作的強(qiáng)大。提倡和實(shí)現(xiàn)多學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦智能科學(xué)技術(shù)教育教學(xué)研討會(huì)，以及多學(xué)科聯(lián)合申報(bào)與建設(shè)ist專(zhuān)業(yè)，將克服原有局限性，并以大聯(lián)合促進(jìn)大發(fā)展，應(yīng)視為一種可行策略。在今后的ist辦學(xué)過(guò)程中，我們需要主動(dòng)加強(qiáng)與相關(guān)學(xué)會(huì)(含一級(jí)學(xué)會(huì)和二級(jí)學(xué)會(huì))和高等學(xué)校(含重點(diǎn)學(xué)校和一般學(xué)校)的聯(lián)系與合作，力爭(zhēng)辦好已有的ist專(zhuān)業(yè)，創(chuàng)造經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)大輻射作用和積極影響，爭(zhēng)取有更多的高校申報(bào)與加入ist專(zhuān)業(yè)行列。
2) 再接再厲申報(bào)一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)，力爭(zhēng)獲得批準(zhǔn)。
在全國(guó)同行及多個(gè)學(xué)會(huì)有代表性的專(zhuān)家建議和支持下，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)及其教育工作委員會(huì)積極組織一批有識(shí)之士，從事“智能科學(xué)與技術(shù)”博士學(xué)位一級(jí)學(xué)科授予權(quán)的論證和申報(bào)工作，并取得重大進(jìn)展。由于一些原因，申報(bào)工作在最后階段未獲通過(guò)與批準(zhǔn)，需要大家繼續(xù)努力。“智能科學(xué)與技術(shù)”博士學(xué)位一級(jí)學(xué)科授予權(quán)的獲得，必將為ist專(zhuān)業(yè)提供更為寬闊的發(fā)展空間，使ist專(zhuān)業(yè)攀登新的高峰。
3) 申報(bào)成立“高等學(xué)校智能科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)”，并爭(zhēng)取改“試辦”為“正辦”。
目前，國(guó)家教育部的專(zhuān)業(yè)設(shè)置分為“一般”專(zhuān)業(yè)和“試辦”專(zhuān)業(yè)兩種。絕大多數(shù)專(zhuān)業(yè)屬于“一般”專(zhuān)業(yè)，只有少數(shù)專(zhuān)業(yè)為“試辦”專(zhuān)業(yè)。顧名思義，“試辦”者為“試驗(yàn)辦學(xué)”，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的試驗(yàn)后，成功者就可“轉(zhuǎn)正”為一般專(zhuān)業(yè)；不成功者就可能被取消“試辦”資格。當(dāng)務(wù)之急，是要把“試辦”的ist專(zhuān)業(yè)辦好，辦出水平，辦出特色，力爭(zhēng)早日去掉“試辦”帽子。同時(shí)，作好必要和充分的準(zhǔn)備，盡早向國(guó)家教育部申報(bào)成立“高等學(xué)校智能科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)”，以便得到教育部相關(guān)部門(mén)的更多指導(dǎo)，并通過(guò)“教指委”與兄弟專(zhuān)業(yè)交流，更好地學(xué)習(xí)兄弟專(zhuān)業(yè)的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)。
4) 高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，全面修訂ist專(zhuān)業(yè)的教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃，以適應(yīng)國(guó)家對(duì)智能科學(xué)和智能自動(dòng)化高層人才的需要。
《綱要》中提出的“優(yōu)化學(xué)科專(zhuān)業(yè)、類(lèi)型、層次結(jié)構(gòu)，促進(jìn)多學(xué)科交叉和融合”；“重點(diǎn)擴(kuò)大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模”；“促進(jìn)高校、科研院所、企業(yè)科技教育資源共享，推動(dòng)高校創(chuàng)新組織模式，培育跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的科研與教學(xué)相結(jié)合的團(tuán)隊(duì)”以及“促進(jìn)科研與教學(xué)互動(dòng)、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合”等思想和教改措施，對(duì)于我們轉(zhuǎn)變辦學(xué)觀念和進(jìn)行教學(xué)改革都具有很強(qiáng)的針對(duì)性。我們需要以高屋建瓴的姿態(tài)認(rèn)真深入學(xué)習(xí)，聯(lián)系ist的專(zhuān)業(yè)實(shí)際，注重創(chuàng)新，進(jìn)一步修訂教學(xué)大綱和課程體系，以期更好地滿足國(guó)家對(duì)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的要求。各校在修訂專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃時(shí)，要注意保持不同學(xué)校的共性與本校的個(gè)性特色。
5) 樹(shù)立精品意識(shí)，創(chuàng)建更多的精品課程，編寫(xiě)富有特色和體現(xiàn)創(chuàng)新的ist各類(lèi)教材。
由于辦學(xué)歷史較短，辦學(xué)規(guī)模較小，ist專(zhuān)業(yè)的教材建設(shè)遠(yuǎn)未達(dá)到精品境界。隨著時(shí)間的推進(jìn)和辦學(xué)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，加上在教材使用中積累的經(jīng)驗(yàn)和吸取其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)精品課程教材的編寫(xiě)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)問(wèn)題可望逐步獲得解決。我們一定要對(duì)ist專(zhuān)業(yè)的精品課程建設(shè)及其教材建設(shè)，包括基礎(chǔ)教材、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)教材、專(zhuān)業(yè)教材和實(shí)驗(yàn)教材等給予高度重視。
6) 下大力氣加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。
ist專(zhuān)業(yè)是一門(mén)前沿交叉學(xué)科，也是一門(mén)理論密切聯(lián)系實(shí)際的學(xué)科。無(wú)論是學(xué)習(xí)和深入理解課程的基本理論知識(shí)，還是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。我們可以把網(wǎng)絡(luò)教學(xué)看做是一種更加先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，它對(duì)學(xué)生提出了更高要求，能夠讓學(xué)生獲取更多的知識(shí)，獲取更強(qiáng)的能力。
在新專(zhuān)業(yè)建設(shè)初期，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入經(jīng)費(fèi)有限對(duì)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)有些不利影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們一方面要因地制宜地設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分發(fā)揮有限的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)的作用，盡可能開(kāi)設(shè)出本專(zhuān)業(yè)教學(xué)急需的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；另一方面要積極利用其他“傳統(tǒng)”專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室或公共實(shí)驗(yàn)室，以彌補(bǔ)現(xiàn)有ist專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的不足。
建設(shè)與發(fā)展智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)，還有許多需要考慮的問(wèn)題，如建設(shè)一流教師隊(duì)伍、轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、改進(jìn)教學(xué)方法、改善教學(xué)管理、探索產(chǎn)學(xué)研結(jié)合模式、加強(qiáng)校際交流與合作等。這些問(wèn)題也是十分重要的，都是ist專(zhuān)業(yè)發(fā)展值得思考的內(nèi)容。
4結(jié)語(yǔ)
我國(guó)智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科建設(shè)和專(zhuān)業(yè)建設(shè)已取得可喜成績(jī)，但與整個(gè)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)相比，仍存在較大差距和不少問(wèn)題。如果能夠突破現(xiàn)有中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)和智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的局限性，樹(shù)立智能科學(xué)技術(shù)大學(xué)科思想，實(shí)現(xiàn)更廣泛的大聯(lián)合，并采取切實(shí)措施擴(kuò)展智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)，我們的學(xué)科和專(zhuān)業(yè)就有望獲得更快的發(fā)展。
一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)對(duì)于學(xué)科的發(fā)展至關(guān)重要。我們要群策群力，集思廣益，繼續(xù)申報(bào)智能科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)授予權(quán)，并在申報(bào)過(guò)程中最廣泛地團(tuán)結(jié)相關(guān)學(xué)科和學(xué)會(huì)的專(zhuān)家學(xué)者，爭(zhēng)取理解與支持。
上述兩方面是相輔相成的關(guān)鍵問(wèn)題，需要我們轉(zhuǎn)變觀念，樹(shù)立本專(zhuān)業(yè)的科學(xué)發(fā)展觀。如果在這兩方面
能夠取得突破性進(jìn)展，那么專(zhuān)業(yè)發(fā)展的其他問(wèn)題，如改變專(zhuān)業(yè)“試辦”為“正辦”、申報(bào)成立智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、貫徹執(zhí)行《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展綱要》以及課程與教材改革等，就可能迎刃而解。
只要我們?cè)俳釉賲枺瑘F(tuán)結(jié)一心，求真務(wù)實(shí)，科學(xué)發(fā)展，我們的ist專(zhuān)業(yè)就一定能夠越辦越強(qiáng)，越辦越好，辦成有特色、有影響的專(zhuān)業(yè)，辦成一流的專(zhuān)業(yè)。
注：本研究得到國(guó)家教育部精品課程“人工智能”(2003年)和“智能控制”(2006年)、全國(guó)雙語(yǔ)教學(xué)示范課程“人工智能”(2007年)、國(guó)家級(jí)“智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”(2008年)、國(guó)家級(jí)精品視頻公開(kāi)課“人工智能”(2011)以及湖南省和中南大學(xué)精品課程和其他教改項(xiàng)目的支持，謹(jǐn)表感謝。
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中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 引言
“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)是國(guó)家教委在2006年設(shè)置的新專(zhuān)業(yè)，代碼；080627S，屬于工學(xué)電氣信息類(lèi)。現(xiàn)已有南開(kāi)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等12所高校獲準(zhǔn)招生。
智能科學(xué)技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)的核心和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的前沿和制高點(diǎn)，涉及自然科學(xué)的深層奧秘，觸及哲學(xué)的基本命題。智能科學(xué)技術(shù)的研究將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)進(jìn)步、國(guó)家安全生產(chǎn)產(chǎn)生深刻而巨大的影響，并將為智力革命、知識(shí)革命和信息革命建立理論基礎(chǔ)，為智能系統(tǒng)的研制提供新概念、新思想、新途徑。智能科學(xué)的興起和發(fā)展標(biāo)志著對(duì)人類(lèi)為中心的認(rèn)知和智能活動(dòng)的研究已進(jìn)入新的階段。目前，國(guó)際上對(duì)智能科學(xué)及其相關(guān)學(xué)科的研究高度重視。我國(guó)對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展特別關(guān)注。
智能科學(xué)與技術(shù)在一定程度上代表著信息技術(shù)的前沿，其理論研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)對(duì)我國(guó)現(xiàn)行的教育與教學(xué)理念提出了挑戰(zhàn)。在現(xiàn)有的教育體系中增加智能理論和智能技術(shù)教學(xué)，對(duì)全面地培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新的思維方式及激發(fā)學(xué)生們對(duì)信息技術(shù)未來(lái)的追求具有積極的意義。因此，為適應(yīng)智能科學(xué)與技術(shù)的深入研究和社會(huì)對(duì)從事智能化產(chǎn)品研發(fā)人員的迫切需求，在本科階段設(shè)立相應(yīng)的“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)是十分必要和及時(shí)的。因此，我校設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)是適應(yīng)了社會(huì)發(fā)展要求的，必將為河北乃至全國(guó)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出巨大的貢獻(xiàn)。
近5年來(lái)，我校自動(dòng)化系先后從事的包括11項(xiàng)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目在內(nèi)的70余項(xiàng)科研課題，發(fā)表的近200篇學(xué)術(shù)論文，均不同程度地與“智能科學(xué)與技術(shù)”領(lǐng)域相關(guān)，積累了深厚的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。由于良好的辦學(xué)隊(duì)伍和實(shí)驗(yàn)條件，由我校申報(bào)的“智能控制技術(shù)與裝置教育部工程研究中心”已經(jīng)通過(guò)省級(jí)審查上報(bào)，因此，學(xué)科已經(jīng)具備了承辦“智能科學(xué)與技術(shù)”新專(zhuān)業(yè)的條件。
2 辦學(xué)條件
2.1 師資狀況
從我校辦學(xué)發(fā)展來(lái)看，“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)的設(shè)立主要來(lái)自于近年來(lái)“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)在“智能化”和“信息化”方向的逐漸發(fā)展，以及“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)與“信息工程”、“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”等專(zhuān)業(yè)的交叉。受專(zhuān)業(yè)發(fā)展特色和學(xué)時(shí)等因素的限制，僅靠在原有“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)課程中增設(shè)新課已經(jīng)難以滿足相關(guān)領(lǐng)域人才培養(yǎng)的需要，因此可以說(shuō)“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)是由量變積累超出“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域而質(zhì)變派生出的一個(gè)新專(zhuān)業(yè)。基于此原因，“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)主要由自動(dòng)化系中抽調(diào)人員組織專(zhuān)業(yè)課程階段的教學(xué)任務(wù)，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程階段的教學(xué)任務(wù)則由電工電子教學(xué)中心等單位系協(xié)助完成。
由于我校“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)是由“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)發(fā)展派生出的新專(zhuān)業(yè)，兩個(gè)專(zhuān)業(yè)多門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容是相同的，因此“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)可以得到“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)的協(xié)助，從而避免多數(shù)新專(zhuān)業(yè)先期出現(xiàn)的師資力量欠缺問(wèn)題。
2.2 相關(guān)支撐專(zhuān)業(yè)
“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)的主要相關(guān)支撐專(zhuān)業(yè)有“自動(dòng)化”、“信息工程”、“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”等，其中與同屬電氣信息類(lèi)的“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)關(guān)系最近。考慮到我校的具體情況，在新專(zhuān)業(yè)的辦學(xué)初期，“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)和“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)在科研、辦學(xué)經(jīng)費(fèi)、研究生培養(yǎng)等方面的統(tǒng)籌安排上統(tǒng)一劃歸省重點(diǎn)學(xué)科“控制理論與控制工程”管理。兩個(gè)本科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)與學(xué)科的總體發(fā)展相互協(xié)調(diào)和支持，共同進(jìn)步。
2.3 實(shí)驗(yàn)條件
由于“智能科學(xué)與技術(shù)”和“自動(dòng)化”兩個(gè)專(zhuān)業(yè)多門(mén)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容是相同的，因此“自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)的多個(gè)本科生實(shí)驗(yàn)室可以與“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)共用，包括：微機(jī)原理與微機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、控制理論實(shí)驗(yàn)室等，可完成“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“微機(jī)原理”、“微機(jī)控制技術(shù)”和“單片機(jī)原理與應(yīng)用”等多門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)。
2.4 生源及就業(yè)形勢(shì)
智能科學(xué)與技術(shù)已經(jīng)成為信息技術(shù)創(chuàng)新的重要增長(zhǎng)點(diǎn)，其廣泛的應(yīng)用前景日趨明顯，如智能化電器、智能化樓宇、智能機(jī)器人、智能化機(jī)器、智能化物流等，所培養(yǎng)的學(xué)生正是目前高新技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需的人才，同時(shí)這類(lèi)人才也會(huì)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的提升起到積極的作用，就業(yè)前景廣闊。在招生生源和畢業(yè)生就業(yè)方面均具備比較好的條件。
3 近期辦學(xué)規(guī)劃
3.1 師資隊(duì)伍建設(shè)
在師資建設(shè)方面，需要采取積極的人才戰(zhàn)略，走引進(jìn)和培養(yǎng)并重的道路，注重引進(jìn)和培養(yǎng)具有智能信息處理或智能控制研究背景的人才。同時(shí)，聘請(qǐng)人工智能領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)家、教授對(duì)本專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)及教學(xué)進(jìn)行指導(dǎo)，積極鼓勵(lì)教師們的學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。
3.2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
(1)利用自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的微機(jī)原理與微機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、控制理論實(shí)驗(yàn)室等，完成“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)環(huán)節(jié)中“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“微機(jī)原理”、“微機(jī)控制技術(shù)”、“單片機(jī)原理與應(yīng)用”5門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)。
(2)建設(shè)“智能信息處理實(shí)驗(yàn)室”，以通用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的模式用于“數(shù)字信號(hào)與數(shù)字圖像處理”、“軟件工程”、“數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘”等課程的實(shí)驗(yàn)和上機(jī)。
(3)利用教師在承擔(dān)智能科學(xué)與技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域科研課題中購(gòu)置的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，滿足學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段和參加科技創(chuàng)新活動(dòng)中對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的需求。3，3新專(zhuān)業(yè)課程體系建設(shè)
(1)積極向已經(jīng)設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)的南開(kāi)大學(xué)、北京科技大學(xué)等高校學(xué)習(xí)，通過(guò)廣泛的調(diào)研，使新專(zhuān)業(yè)的教學(xué)體系和課程內(nèi)容逐步合理化。
(2)緊跟科技發(fā)展新趨勢(shì)，突出“智能科學(xué)與技術(shù)”新專(zhuān)業(yè)的特色，注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在智能化電器、智能化樓宇、智能機(jī)器人、智能化機(jī)器、智能化物流等方面培養(yǎng)社會(huì)急需的特色人才。
(3)在控制科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)下設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”的相關(guān)研究方向，加強(qiáng)該專(zhuān)業(yè)的學(xué)術(shù)梯隊(duì)建設(shè)和人才培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)院整體教學(xué)科研的和諧發(fā)展。
4 培養(yǎng)方案
4.1 培養(yǎng)目標(biāo)
我們努力使學(xué)生德、智、體、美全面發(fā)展，具有堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和信息處理的基礎(chǔ)知識(shí)，系統(tǒng)地掌握智能科學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能與方法，受到良好的科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和初步科學(xué)研究的訓(xùn)練，具有分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及知識(shí)自我更新和不斷創(chuàng)新的能力。學(xué)生能適應(yīng)智能科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展。在個(gè)人素質(zhì)方面，具有全面的文化素質(zhì)、良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的適應(yīng)新環(huán)境、新群體的能力，并具有良好的語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力。
4.2 基本要求
使學(xué)生系統(tǒng)地掌握“智能科學(xué)與技術(shù)”的基礎(chǔ)理論知識(shí)，以適應(yīng)自動(dòng)化、智能信息處理與技術(shù)等方面的工作需求；掌握電路與系統(tǒng)的基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具備分析和設(shè)計(jì)電子設(shè)備的能力；掌握信息獲取、處理的基本理論和方法，具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成、應(yīng)用的基本能力；了解智能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)科前沿、最新進(jìn)展和發(fā)展動(dòng)態(tài)；了解自動(dòng)化和信息系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和理論前沿，具有研究開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)、新技術(shù)和各種智能化工程裝備的初步能力。
4.3 主要課程
我校“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)的主要規(guī)劃課程包括電路、電子技術(shù)、微機(jī)原理、自動(dòng)控制理論、現(xiàn)代控制理論、嵌入式系統(tǒng)、軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字信號(hào)與數(shù)字圖像處理、智能控制、數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘、人工智能概論、信息管理系統(tǒng)等。
在課程的設(shè)置上，我校適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，突出“工學(xué)并舉”實(shí)踐能力的培養(yǎng)，開(kāi)展有自身特色的“智能科學(xué)與技術(shù)”本科生教學(xué)。區(qū)別于北京大學(xué)等高校的智能理論算法為主、南開(kāi)大學(xué)等高校的智能信息處理為主、西安電子科技大學(xué)等高校的通信工程應(yīng)用為主的辦學(xué)主導(dǎo)方向，突出河北工業(yè)大學(xué)地方工科院校的自身特色，以培養(yǎng)學(xué)生研究開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)、新技術(shù)和各種智能化工程裝備的基礎(chǔ)能力為目標(biāo)，設(shè)置相關(guān)的課程。其中，學(xué)科基礎(chǔ)課程、專(zhuān)業(yè)必修課程和專(zhuān)業(yè)選修課程安排如表1～表3所示。
關(guān)鍵詞：智能科學(xué)與技術(shù)；本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
“智能科學(xué)與技術(shù)”是面向前沿高新技術(shù)的基礎(chǔ)型本科專(zhuān)業(yè)。它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件、人工智能、智能系統(tǒng)集成等眾多先進(jìn)技術(shù)，是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、光學(xué)工程和機(jī)械工程等學(xué)科相互交叉和融合的綜合學(xué)科[1]。北京信息科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)于2005年開(kāi)始申請(qǐng)，2006年獲教育部批準(zhǔn)設(shè)立，2007年開(kāi)始正式招收本科生，至2009年，規(guī)模已擴(kuò)大到每屆3個(gè)班[2]。
智能科學(xué)與技術(shù)是集哲學(xué)、生命科學(xué)、電子、信息處理和計(jì)算機(jī)以及數(shù)學(xué)、物理等多學(xué)科為一體的交叉綜合性學(xué)科。同時(shí)，智能科學(xué)又是一個(gè)不斷發(fā)展的學(xué)科，它的技術(shù)成果和研究動(dòng)向更新得很快[3]――這就給智能科學(xué)與技術(shù)的專(zhuān)業(yè)教育提出了很大的挑戰(zhàn)。
因此，智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)應(yīng)更加注重學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力和研究思考能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)本科生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，注重本科生整體素質(zhì)的提高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以使學(xué)生把實(shí)踐同課本知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，而且能夠培養(yǎng)他們的實(shí)際動(dòng)手能力、獨(dú)立思考能力和科學(xué)研究能力，對(duì)專(zhuān)業(yè)教學(xué)能起到很好的作用。本文主要介紹本專(zhuān)業(yè)在本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式方面的思考。
1實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念與思路
我校的智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)結(jié)合自動(dòng)化、信息網(wǎng)絡(luò)、航空航天和機(jī)器人開(kāi)展。本著培養(yǎng)工程領(lǐng)域的應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念歸納如下。
1) 堅(jiān)持以能力培養(yǎng)為核心，以學(xué)生為本，學(xué)習(xí)、實(shí)踐、創(chuàng)新相互促進(jìn)，知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想。
2) 培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑的“大電類(lèi)”人才，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型人才[4]。
為了能夠適應(yīng)時(shí)代要求，更好地實(shí)施《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020)》，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念與思想的指導(dǎo)下，我們對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了深化改革，展開(kāi)創(chuàng)新模式的探討[5]。
2完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，堅(jiān)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)
我校智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)分四個(gè)實(shí)驗(yàn)層次，由淺入深地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
它們分別為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)、工程應(yīng)用實(shí)踐、科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)。
基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括基本元器件的認(rèn)知、基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用、基本操作技能的訓(xùn)練、重要原理的驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析等，夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)理論，為后續(xù)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我們以電路理論、模擬電路、數(shù)字電路為基礎(chǔ)，以電子工藝實(shí)習(xí)為平臺(tái)，設(shè)計(jì)制作小型實(shí)物型作品，如簡(jiǎn)易數(shù)字表、機(jī)器貓、小收音機(jī)等。這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)利于學(xué)生將基本理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，使學(xué)生有親手制作簡(jiǎn)單電路的成就感。
專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)分為課堂實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)。課堂實(shí)驗(yàn)包括教學(xué)內(nèi)容和一些擴(kuò)展內(nèi)容。比如對(duì)檢測(cè)傳感器的性能、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生把抽象理論落實(shí)到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握。同時(shí)，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，學(xué)生小組在教師的指導(dǎo)下，在一學(xué)期內(nèi)完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)作品。經(jīng)過(guò)選擇元器件、購(gòu)買(mǎi)元器件、選擇電路、搭建電路、實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較整個(gè)過(guò)程，學(xué)生對(duì)工程應(yīng)用有較系統(tǒng)的了解，提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
對(duì)于工程應(yīng)用實(shí)踐，雖然專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)也已經(jīng)涉及到一些具體內(nèi)容，但這與真正走出校園不同。我們鼓勵(lì)學(xué)生在暑假期間實(shí)習(xí)，并專(zhuān)門(mén)組織大三和大四學(xué)生去公司實(shí)習(xí)，體驗(yàn)社會(huì)工作氣氛，培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作精神、社會(huì)責(zé)任感和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。
科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在工程應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)上參與教師科研課題、申請(qǐng)科研項(xiàng)目等，提高學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，并進(jìn)一步提高工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。
3開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高自主學(xué)習(xí)能力
智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為課堂和課外兩部分。課堂實(shí)驗(yàn)主要在課上完成，課外實(shí)驗(yàn)采用開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化管理，學(xué)生根據(jù)興趣愛(ài)好選擇一些開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)儀器設(shè)備先進(jìn)、資源共享、開(kāi)放服務(wù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，并提供了豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，滿足學(xué)生的各種需求。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放式教學(xué)提供了良好保障，開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。
1) 實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開(kāi)放式管理，學(xué)生可以網(wǎng)上預(yù)約，教師會(huì)處理學(xué)生的申請(qǐng)，為學(xué)生分配實(shí)驗(yàn)室。教師在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上提出實(shí)驗(yàn)要求，并布置實(shí)驗(yàn)作業(yè)，學(xué)生將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與報(bào)告提交到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，由教師驗(yàn)收，從而達(dá)到“教”與“學(xué)”的互動(dòng)。
2) 為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)，教師已經(jīng)把實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的關(guān)鍵步驟和重點(diǎn)難題錄制成視頻文件，放在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，學(xué)生可以根據(jù)需要下載。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，可以從網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上了解實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程，利于實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和自身素質(zhì)的提高。
3) 進(jìn)入預(yù)約的實(shí)驗(yàn)室后，學(xué)生根據(jù)課前的預(yù)習(xí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都有專(zhuān)人現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，使學(xué)生更好地完成實(shí)驗(yàn)。
4組建科研小組，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
組建專(zhuān)業(yè)科研小組，有針對(duì)性地對(duì)本科生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)加以引導(dǎo)和幫助，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和積極性，使學(xué)生學(xué)到更多的學(xué)科前沿知識(shí)，為將來(lái)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。科研小組既有助于學(xué)生在“開(kāi)放、自由、輕松”的環(huán)境中學(xué)有所得，學(xué)有所長(zhǎng)，又可以幫助教師結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況深化教學(xué)改革，營(yíng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力。
科研小組的成立在學(xué)生中引起了熱烈反響。學(xué)生踴躍報(bào)名，通過(guò)查閱資料、實(shí)踐調(diào)研等方式確定科研課題，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或驗(yàn)證，最終印證自己的想法。最終學(xué)生以小組為單位，向教師和全體學(xué)生作專(zhuān)題報(bào)告，評(píng)比后給予一定獎(jiǎng)勵(lì)。這種小組研究的教學(xué)方式能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生獨(dú)立分析與思考的能力。
5舉辦機(jī)器人比賽，提高學(xué)生實(shí)際操作能力
機(jī)器人大賽是我校智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)重點(diǎn)舉辦的一項(xiàng)比賽。實(shí)驗(yàn)室中有參與比賽所必需的機(jī)器人，如舞蹈機(jī)器人、智能小車(chē)、足球機(jī)器人等。教師指導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際操作中的問(wèn)題，學(xué)生也組成幫帶小組，甚至對(duì)新生進(jìn)行培訓(xùn)。通過(guò)學(xué)校的選拔賽后，學(xué)生還有機(jī)會(huì)參加全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人大賽，提高專(zhuān)業(yè)興趣和實(shí)踐能力。舉辦機(jī)器人大賽的優(yōu)點(diǎn)如下。
1) 幫助學(xué)生了解本專(zhuān)業(yè)的基本知識(shí)框架和專(zhuān)業(yè)方向，在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)能力方面有很重要作用。
2) 在激發(fā)興趣和提高動(dòng)手能力的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力及外文文獻(xiàn)閱讀理解能力，提高綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作。
關(guān)鍵詞：機(jī)器人大腦；雙培計(jì)劃；聯(lián)合培養(yǎng)
1高水平人才交叉培養(yǎng)計(jì)劃實(shí)施背景
《北京市教育委員會(huì)關(guān)于印發(fā)北京高等學(xué)校高水平人才交叉培養(yǎng)計(jì)劃的通知》（京教高[2015]1號(hào)）提出共建高校雙方要根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展急需人才所應(yīng)具有的知識(shí)、能力與素質(zhì)，聯(lián)合相關(guān)行業(yè)企業(yè)，共同制訂專(zhuān)業(yè)和方向的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建與之相匹配的專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，包括專(zhuān)業(yè)核心課程體系、實(shí)踐能力培養(yǎng)體系和素質(zhì)提升體系，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、專(zhuān)業(yè)過(guò)硬、能力突出的高素質(zhì)人才。
北京科技大學(xué)、北京信息科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)“機(jī)器人大腦方向”雙培項(xiàng)目于2015年開(kāi)始正式實(shí)施。目前主要采用“3+1”培養(yǎng)模式，即前3年在北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，第4年在北京信息科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)并完成畢業(yè)論文。
2“機(jī)器人大腦方向”雙培方案的構(gòu)建
北京科技大學(xué)是教育部直屬的985、211大學(xué)，其智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)在京為一本招生，而北京信息科技大學(xué)為北京市屬學(xué)校，其智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)在京為二本招生。兩校要交叉聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生，需要充分考慮兩校的生源情況，在充分論證的基礎(chǔ)上制訂出相應(yīng)的培養(yǎng)方案。
2015年4―5月，北京信息科技大學(xué)與北京科技大學(xué)相關(guān)負(fù)責(zé)人先后進(jìn)行兩次會(huì)談，就兩校智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的建設(shè)情況、雙培計(jì)劃的基本情況，“機(jī)器人大腦方向”教學(xué)計(jì)劃和培養(yǎng)方案交換了意見(jiàn)，形成了雙培計(jì)劃培養(yǎng)方案制訂的初步設(shè)想。兩校的智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)具有相似的歷史淵源和專(zhuān)業(yè)方向，因此，在充分討論的基礎(chǔ)上，決定以兩校現(xiàn)有的教學(xué)計(jì)劃為基礎(chǔ)，按市教委雙培的要求修訂“機(jī)器人大腦方向”教學(xué)計(jì)劃和培養(yǎng)方案。兩校分工實(shí)施課程教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、學(xué)生指導(dǎo)、質(zhì)量評(píng)價(jià)、組織學(xué)生科技創(chuàng)新、學(xué)科競(jìng)賽等工作。
2.1專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)
具有堅(jiān)實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)、信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)以及腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，系統(tǒng)地掌握智能科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能與方法，受到初步科學(xué)研究和工程實(shí)現(xiàn)的訓(xùn)練，具備智能系統(tǒng)集成、智能技術(shù)應(yīng)用方面研究和開(kāi)發(fā)的基本能力。同時(shí)具有全面的文化素質(zhì)、良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的新環(huán)境適應(yīng)能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)，并具有良好的語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力。本科畢業(yè)后能夠在研發(fā)部門(mén)、學(xué)科交叉研究機(jī)構(gòu)以及高校從事與智能科技相關(guān)領(lǐng)域的科研、開(kāi)發(fā)、管理或教學(xué)工作，并可繼續(xù)攻讀智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)以及相關(guān)學(xué)科和交叉學(xué)科的碩士和博士學(xué)位。
2.2專(zhuān)業(yè)課程體系
智能科學(xué)技術(shù)是一門(mén)研究智能現(xiàn)象的本質(zhì)與機(jī)理、智能模擬的方法與技術(shù)以及智能機(jī)器與智能系統(tǒng)應(yīng)用的新興學(xué)科，由腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、人工智能、信息科學(xué)技術(shù)等學(xué)科綜合交叉而成。圖1給出的智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的知識(shí)體系，確定了課程設(shè)計(jì)的基本原則：智能應(yīng)用的過(guò)程中需要有信息學(xué)科中的計(jì)算機(jī)、通信、控制和檢測(cè)等方面技術(shù)的支撐；建立以計(jì)算機(jī)、通信、控制和檢測(cè)技術(shù)為工具，以智能機(jī)器人為載體，結(jié)合信息科學(xué)和智能科學(xué)理論基礎(chǔ)的課程體系。
為體現(xiàn)“機(jī)器人大腦”的專(zhuān)業(yè)方向與特色，課程體系中加強(qiáng)了腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)、腦機(jī)接口、軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等內(nèi)容。表1給出了智能科學(xué)與技術(shù)“機(jī)器人大腦方向”的專(zhuān)業(yè)課程體系，其課程體系模塊設(shè)計(jì)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、電路基礎(chǔ)、信息與控制基礎(chǔ)、機(jī)器智能、智能系統(tǒng)五大模塊。
“機(jī)器人大腦方向”專(zhuān)業(yè)核心課程確定為：電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信息論與編碼、信號(hào)處理、控制工程基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)原理與應(yīng)用、腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)、人工智能基礎(chǔ)、機(jī)器人組成原理、計(jì)算智能基礎(chǔ)、智能機(jī)器人、機(jī)器學(xué)習(xí)等。
2.3專(zhuān)業(yè)實(shí)踐體系
按照工程認(rèn)證相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，建立了包括金工實(shí)習(xí)、電子工藝實(shí)習(xí)、各類(lèi)課程設(shè)計(jì)與綜合實(shí)驗(yàn)、工程認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)（實(shí)踐）在內(nèi)的、完備的、面向工程需要的實(shí)踐教學(xué)體系，如圖2所示。
3“機(jī)器人大腦方向”雙培方案的實(shí)施
“機(jī)器人大腦方向”雙培計(jì)劃是北京地區(qū)高等教育綜合改革的試點(diǎn)，其目的在于推進(jìn)北京地區(qū)高校之間的合作和優(yōu)質(zhì)教育資源的共享，提升北京高校辦學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。為此，兩校通力合作進(jìn)行了有益的探索與實(shí)踐。
3.1學(xué)風(fēng)建設(shè)
北京信息科技大學(xué)為雙培學(xué)生配備了輔導(dǎo)員和班導(dǎo)師，班導(dǎo)師由學(xué)院主管教學(xué)的副院長(zhǎng)承擔(dān)。在新生入學(xué)的第一個(gè)學(xué)期，班導(dǎo)師就從中學(xué)生到大學(xué)生的過(guò)渡、適應(yīng)大學(xué)高強(qiáng)度的學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)方式方法、班委改選、期中考試后的總結(jié)等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)院組織學(xué)生集中晚自習(xí)，由班導(dǎo)師、輔導(dǎo)員檢查。同時(shí)班導(dǎo)師、輔導(dǎo)員經(jīng)常走訪宿舍，與同學(xué)談心，使他們明確目標(biāo)并養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
同時(shí)，學(xué)校通過(guò)微信，不定期與共建高校的教師、學(xué)生溝通，隨時(shí)掌握雙培學(xué)生的學(xué)習(xí)生活狀況，如自動(dòng)化學(xué)院開(kāi)通的心動(dòng)傳媒公眾號(hào)，成為雙培學(xué)生母校情節(jié)的有效紐帶。
3.2學(xué)生活動(dòng)情況
北京信息科技大學(xué)和北京科技大學(xué)充分利用本校的資源，要求雙培學(xué)生積極參加兩校的各類(lèi)活動(dòng)，以達(dá)到市屬學(xué)校和央屬學(xué)校聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生的目的。例如，北京信息科技大學(xué)2015年4月邀請(qǐng)雙培學(xué)生開(kāi)展了師生黨建活動(dòng)“奔跑的人工智能”研討會(huì)，組織專(zhuān)業(yè)引領(lǐng)型學(xué)科競(jìng)賽――新生R Auto杯智能小車(chē)競(jìng)速比賽。
由于北京信息科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)在北京市為二本招生，而北京科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)為一本招生，導(dǎo)致參加雙培計(jì)劃的同學(xué)與北京科技大學(xué)的同學(xué)在錄取分?jǐn)?shù)匕就存在差異，如北京生源的平均分?jǐn)?shù)相差88分，部分同學(xué)不適應(yīng)高強(qiáng)度的學(xué)習(xí)。經(jīng)過(guò)在北京科技大學(xué)半年的學(xué)習(xí)，雖然雙培計(jì)劃的學(xué)生入校時(shí)基礎(chǔ)較弱，但只要管理嚴(yán)格，也能跟上大部分一本學(xué)生的腳步。
（1．南開(kāi)大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院，天津300071；2．天津市智能機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300071）
摘要：針對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)新興本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)過(guò)程中缺乏能夠突出專(zhuān)業(yè)特色，體現(xiàn)課程內(nèi)容連貫性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問(wèn)題，提出“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，介紹如何以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分組協(xié)作的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)其對(duì)分布式部署的飛行與地面移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的控制、通信、規(guī)劃、協(xié)調(diào)等相關(guān)技術(shù)的了解與掌握。
關(guān)鍵詞 ：智能科學(xué)與技術(shù)；特色實(shí)驗(yàn)；機(jī)器人；空地一體化；多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制
基金項(xiàng)目：南開(kāi)大學(xué)2014年新專(zhuān)業(yè)建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目；南開(kāi)大學(xué)2014年本科重點(diǎn)教學(xué)改革項(xiàng)目。
第一作者簡(jiǎn)介：王鴻鵬，男，副教授，研究方向?yàn)橹悄軝C(jī)器人技術(shù)，hpwang@nankai．edu．cn。
0 引言
“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)是一個(gè)新興的交叉學(xué)科專(zhuān)業(yè)，需要不斷完善專(zhuān)業(yè)建設(shè)和深化教學(xué)改革，既要注重加強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，也要注重培養(yǎng)學(xué)生的特色專(zhuān)業(yè)能力，從而將學(xué)生的跨學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力。
我們所探討的智能化特色實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是通過(guò)建設(shè)分布式部署的飛行與地面移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，構(gòu)建多機(jī)器人／多智能體協(xié)調(diào)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組研發(fā)與實(shí)驗(yàn)，將智能技術(shù)、智能工程等課程中所講授的人工智能、機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能計(jì)算、復(fù)雜系統(tǒng)控制等內(nèi)容納入到本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，促進(jìn)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容之間的有效銜接，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究思維，提升技術(shù)研發(fā)能力。
1 智能化特色實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)時(shí)機(jī)
南開(kāi)大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)始建于2005年，首屆本科生于2010年畢業(yè)。在10年發(fā)展歷程中，智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)借助于南開(kāi)大學(xué)文理并重，基礎(chǔ)寬厚的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，以及發(fā)展現(xiàn)代工學(xué)、突出應(yīng)用與創(chuàng)新的辦學(xué)特色，依托于計(jì)控學(xué)院自動(dòng)化與智能科學(xué)系、機(jī)器人與信息自動(dòng)化研究所、計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息安全系等單位，在課程體系設(shè)計(jì)、教材建設(shè)、專(zhuān)業(yè)實(shí)踐等方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，目前已培養(yǎng)出5個(gè)年級(jí)的具有光、機(jī)、電系統(tǒng)綜合知識(shí)、具備較強(qiáng)適應(yīng)能力、能夠在相應(yīng)領(lǐng)域從事科研、開(kāi)發(fā)、管理工作的高級(jí)工程技術(shù)人才，學(xué)生畢業(yè)后去向較為理想。
在智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的課程體系方面，南開(kāi)大學(xué)近年來(lái)將“智能技術(shù)”課程調(diào)整為“機(jī)器視覺(jué)”“機(jī)器智能”兩門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課程，分別安排在二年級(jí)下學(xué)期與三年級(jí)上學(xué)期，在三年級(jí)下學(xué)期安排“智能工程”“機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論”專(zhuān)業(yè)必修課程，以及“智能移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論”英文特色選修課程。
為加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)與擴(kuò)大學(xué)校的國(guó)際交流，從2013年開(kāi)始南開(kāi)大學(xué)實(shí)行夏季小學(xué)期，我們所設(shè)計(jì)與開(kāi)展的“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”實(shí)驗(yàn)已納入到開(kāi)設(shè)于大三夏季小學(xué)期的“智能專(zhuān)業(yè)實(shí)踐”特色課程中，在4周時(shí)間里集中進(jìn)行。此時(shí)學(xué)生已經(jīng)掌握自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制論、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)相關(guān)課程與機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器智能、智能工程、機(jī)器人學(xué)等智能專(zhuān)業(yè)特色課程知識(shí)，這些知識(shí)的學(xué)習(xí)與能力的訓(xùn)練為學(xué)生進(jìn)行智能化特色實(shí)驗(yàn)奠定了理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。
“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟鰪?qiáng)學(xué)生對(duì)分布式部署的飛行與地面移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的控制、通信、規(guī)劃、協(xié)調(diào)等相關(guān)技術(shù)的了解與掌握。學(xué)生們可以將該實(shí)驗(yàn)課程所掌握的技術(shù)進(jìn)行延伸，既可以與“國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃（國(guó)創(chuàng)）”“本科生創(chuàng)新科研百項(xiàng)工程（百項(xiàng)）”等大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目與“華為杯中國(guó)大學(xué)生智能設(shè)計(jì)大賽”等智能專(zhuān)業(yè)特色競(jìng)賽相結(jié)合，也可以在四年級(jí)繼續(xù)進(jìn)行智能系統(tǒng)方面的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的熱情。
2 智能化特色實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)置
“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實(shí)驗(yàn)主要由飛行與地面移動(dòng)機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成。南開(kāi)大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)利用2013年度新專(zhuān)業(yè)建設(shè)經(jīng)費(fèi)采購(gòu)了8臺(tái)地面移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，利用2014年度新專(zhuān)業(yè)建設(shè)經(jīng)費(fèi)采購(gòu)了14臺(tái)多旋翼無(wú)人機(jī)飛行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基本上構(gòu)建起一套能夠支持40名本科學(xué)生分組研發(fā)、聯(lián)合調(diào)試的綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
本試驗(yàn)中學(xué)生所要實(shí)現(xiàn)的協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)是由多個(gè)具有一定智能的自治機(jī)器人組成，機(jī)器人之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信的方式實(shí)現(xiàn)相互間的協(xié)作以完成聯(lián)合探索與建圖等復(fù)雜的任務(wù)。學(xué)生首先實(shí)現(xiàn)單個(gè)飛行或地面移動(dòng)機(jī)器人的飛行控制與視覺(jué)檢測(cè)，然后建立分布式多機(jī)器人系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，最后進(jìn)行多機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，如圖1所示。
我們建議在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)時(shí)，每個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)安排2名學(xué)生，分別負(fù)責(zé)飛行控制與視覺(jué)檢測(cè)；通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共安排2名學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與程序開(kāi)發(fā)；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)安排2名學(xué)生進(jìn)行算法設(shè)計(jì)與程序開(kāi)發(fā)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)按照2個(gè)飛行機(jī)器人與2個(gè)地面移動(dòng)機(jī)器人的最簡(jiǎn)配置，可組織8名學(xué)生進(jìn)行聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，更多的學(xué)生也可以通過(guò)增加機(jī)器人數(shù)量、各小組增加人數(shù)的方式參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)。
2.1 飛行與地面移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)
移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)是智能專(zhuān)業(yè)本科生需要掌握的核心技術(shù)之一，本試驗(yàn)所選用的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)包括了多旋翼無(wú)人機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與輪式移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)器人均配備了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)用于進(jìn)行圖像采集與視覺(jué)伺服。在飛行機(jī)器人方面選用了DJIS1000型8旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)與3DR-IRIS4型4旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)，兩種平臺(tái)有側(cè)重，8旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)上搭載了可控自穩(wěn)云臺(tái)與高能微單相機(jī)，主要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行視覺(jué)SLAM方面的實(shí)踐；4旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)選用的是開(kāi)源飛行控制系統(tǒng)，主要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行無(wú)人機(jī)飛行穩(wěn)定性控制方面的實(shí)踐。兩種無(wú)人機(jī)平臺(tái)均具備自主飛行與視頻圖像采集的能力。在地面移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)方面，選用了QBot輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，學(xué)生可以基于MATLAB控制機(jī)器人和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。
2.2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)
通信是各機(jī)器人之間進(jìn)行交流和協(xié)作的基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)采用基于無(wú)線局域網(wǎng)的多機(jī)器人通信平臺(tái)，學(xué)生應(yīng)設(shè)計(jì)基于TCP/IP協(xié)議簇的網(wǎng)絡(luò)模型，以Ad hoc方式組建基于移動(dòng)自組網(wǎng)的多機(jī)器人通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行聯(lián)合搜索與建圖。
2.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)
本實(shí)驗(yàn)采用分布式的在線規(guī)劃方法來(lái)進(jìn)行多移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)是多個(gè)機(jī)器人共同完成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的聯(lián)合搜索與建圖任務(wù)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)中要學(xué)習(xí)與體會(huì)多機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)器人自主定位、多機(jī)器人協(xié)調(diào)協(xié)作機(jī)制等技術(shù)，并通過(guò)編程方式加以實(shí)現(xiàn)。
3 特色實(shí)驗(yàn)與課程體系的結(jié)合
智能化特色實(shí)驗(yàn)教育的目的在于培養(yǎng)學(xué)生在智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析方面的能力，“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”實(shí)驗(yàn)涉及學(xué)生在多門(mén)專(zhuān)業(yè)課程中所學(xué)習(xí)到的知識(shí)與技能。學(xué)生可以從自動(dòng)控制原理、機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論、智能移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)論等課程中學(xué)習(xí)到對(duì)行或地面移動(dòng)機(jī)器人的控制與編程；從機(jī)器視覺(jué)課程中可以學(xué)習(xí)到對(duì)機(jī)載網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，包括攝像機(jī)標(biāo)定、圖像采集與分析、主動(dòng)視覺(jué)技術(shù)等知識(shí)；從機(jī)器智能課程中可以學(xué)習(xí)到對(duì)機(jī)器人與環(huán)境知識(shí)的描述、空間搜索與路徑規(guī)劃、基于學(xué)習(xí)方法的視覺(jué)識(shí)別、多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制等知識(shí)；從智能工程課程中可以學(xué)習(xí)到如何分布式復(fù)雜智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)中的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。
4 結(jié)語(yǔ)
智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的“智能專(zhuān)業(yè)實(shí)踐”課程采用大三小學(xué)期集中授課的方式，學(xué)生能夠利用4周時(shí)間通過(guò)分組研發(fā)，協(xié)作實(shí)驗(yàn)的方式完成一個(gè)較大規(guī)模的綜合性實(shí)驗(yàn)。我們所提出的“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”智能化特色實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生們綜合運(yùn)用在基礎(chǔ)性課程與特色專(zhuān)業(yè)課程中所學(xué)到的知識(shí)，根據(jù)個(gè)人興趣選擇開(kāi)發(fā)模塊，共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)分布式復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制任務(wù)。
設(shè)計(jì)與開(kāi)展智能化特色實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲怀鲋悄軐?zhuān)業(yè)特色，促進(jìn)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容之間的有效銜接，今后我們將在所提出的“空地一體化多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制”進(jìn)行效果評(píng)估的基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行示范，促進(jìn)智能化特色實(shí)驗(yàn)教育工作開(kāi)展，深化教學(xué)改革與技術(shù)創(chuàng)新。
參考文獻(xiàn)：
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兩個(gè)月前，我看到一則報(bào)道“硅谷趨勢(shì)：智能化應(yīng)用將再次改變世界”，硅谷科技精英的這一預(yù)見(jiàn)，又一次驗(yàn)證了智能科學(xué)技術(shù)在科技進(jìn)步中的引領(lǐng)地位和在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的支撐作用。上個(gè)月，我去了一趟硅谷，身臨其境，感受趨勢(shì)，更加引發(fā)了我對(duì)我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育的思考。
智能科學(xué)技術(shù)作為信息科學(xué)技術(shù)的核心、前沿和制高點(diǎn)，是各種智能化應(yīng)用的關(guān)鍵。隨著智能化應(yīng)用時(shí)代的到來(lái)，加快我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育事業(yè)的發(fā)展，培養(yǎng)大批高水平的智能科技人才，是國(guó)家智能化應(yīng)用發(fā)展戰(zhàn)略的必需，應(yīng)引起社會(huì)和高校的高度重視。
十余年來(lái)，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)以其對(duì)我國(guó)智能科技人才培養(yǎng)的社會(huì)責(zé)任感，以倡導(dǎo)、協(xié)調(diào)、推進(jìn)、創(chuàng)新我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育為宗旨，在開(kāi)創(chuàng)、引導(dǎo)、發(fā)展、繁榮我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育事業(yè)的過(guò)程中作了大量的創(chuàng)造性工作，同時(shí)也打造出了一個(gè)面向我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)——“全國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育暨教學(xué)研討會(huì)”。
在這個(gè)平臺(tái)上，全國(guó)各高校的智能科技工作者針對(duì)我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育問(wèn)題，相互交流專(zhuān)業(yè)建設(shè)和課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，共同探討核心課程和教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，對(duì)我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)和學(xué)科發(fā)展中起到了積極的推動(dòng)作用。
今年的會(huì)議，除正常的教育教學(xué)研討交流外，還有兩大事項(xiàng)需要大家共同推進(jìn)：一是由中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)主辦、學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)組織的“華為杯全國(guó)大學(xué)生智能設(shè)計(jì)競(jìng)賽”；二是由中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)與清華大學(xué)出版社共同組織的“全國(guó)高等院校智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)系列規(guī)劃教材”建設(shè)。希望會(huì)議各項(xiàng)議程都能取得圓滿成功。
《計(jì)算機(jī)教育》雜志長(zhǎng)期以來(lái)一直關(guān)注人工智能學(xué)科建設(shè)和發(fā)展，連續(xù)幾年以專(zhuān)刊的形式報(bào)道“全國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育暨教學(xué)研討會(huì)”成果，在此，衷心感謝《計(jì)算機(jī)教育》雜志社的熱情合作！
最后，感謝各位作者的大力支持！感謝北京信息科技大學(xué)的積極努力！愿我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育的星星之火能隨全球智能化應(yīng)用時(shí)代的到來(lái)在全國(guó)成燎原之勢(shì)。
關(guān)鍵詞：信息科學(xué)技術(shù)；智能科學(xué)技術(shù)；現(xiàn)代化；人才培養(yǎng)
無(wú)論人們是否已經(jīng)清醒地意識(shí)到，理論分析與社會(huì)實(shí)踐都已清楚表明，信息化走向智能化的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。這就是為什么當(dāng)今社會(huì)如此頻繁地出現(xiàn)各種各樣的“智能”前綴：智能交通、智能電網(wǎng)、智能城市、智能農(nóng)業(yè)、智能建筑、智能儀器、智能計(jì)算、智能控制、智能機(jī)器人、智能通信、智能服務(wù)、智能防務(wù)、智能互聯(lián)網(wǎng)、智能物聯(lián)網(wǎng)、智能信息處理等。
那么，什么是信息化？什么是智能化？它們有什么聯(lián)系與區(qū)別？
信息化的基本任務(wù)，是利用信息技術(shù)向社會(huì)提供便捷的信息共享服務(wù)，智能化的基本任務(wù)，是在此基礎(chǔ)上利用智能技術(shù)，向社會(huì)提供智能化的生產(chǎn)方式、工作方式、服務(wù)方式、交流方式和生活方式。智能化是信息化發(fā)展的高級(jí)階段。毫無(wú)疑問(wèn)，能否根據(jù)社會(huì)
的實(shí)際需求，不失時(shí)機(jī)地推進(jìn)智能化，將直接影響我國(guó)現(xiàn)代化的進(jìn)程。
高等學(xué)校應(yīng)當(dāng)建設(shè)和發(fā)展什么樣的學(xué)科和專(zhuān)業(yè)，需要考慮眾多因素，但最重要的是社會(huì)需求。筆者旨在闡明，盡管我國(guó)當(dāng)前面臨多元化的社會(huì)需求，但是其中最具本質(zhì)意義和關(guān)鍵地位的社會(huì)需求是信息化必須走向智能化。這是振興民族大業(yè)、建設(shè)小康社會(huì)、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境友好型社會(huì)、應(yīng)對(duì)全球氣候異常變化、保障可持續(xù)發(fā)展的根本舉措。為此，大力發(fā)展智能科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)，努力建設(shè)研究生學(xué)科，精心培養(yǎng)各層次智能科學(xué)技術(shù)人才大軍，就成為我國(guó)高等學(xué)校的重要任務(wù)。
1信息化與智能化：基本內(nèi)涵及相互關(guān)系
簡(jiǎn)要地說(shuō)，信息化，就是在人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)可能領(lǐng)域充分利用信息技術(shù)來(lái)提高人類(lèi)活動(dòng)的質(zhì)量和效率的過(guò)程；而智能化，則是在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)可能領(lǐng)域充分利用智能技術(shù)來(lái)提高人類(lèi)活動(dòng)的質(zhì)量、效率和創(chuàng)新能力的過(guò)程。
可見(jiàn)，為了準(zhǔn)確理解信息化與智能化的含義，需要了解“信息技術(shù)”和“智能技術(shù)”的概念，以及它們之間的聯(lián)系與差別。為此，我們有必要考察一下人類(lèi)認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題(也可以抽象為認(rèn)識(shí)世界和改造世界)這一典型活動(dòng)的抽象模型[1]，如圖1所示。
該模型的含義是：為了處理現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)際問(wèn)題，人們必須首先通過(guò)自己的感覺(jué)器官獲取與問(wèn)題相關(guān)的信息，并通過(guò)傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)把獲得的信息傳到思維器官，在這里使用古舊皮層對(duì)這些信息進(jìn)行預(yù)處理，使信息更加便于利用；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)新皮層把信息轉(zhuǎn)換為知識(shí)，并進(jìn)而轉(zhuǎn)換為解決問(wèn)題的智能策略，再通過(guò)傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)把智能策略傳到效應(yīng)器官，后者把智能策略轉(zhuǎn)換為智能行為，作用于面對(duì)的問(wèn)題，使問(wèn)題的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕哪繕?biāo)狀態(tài)。這就是人們認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題的一個(gè)基本回合。
之所以說(shuō)是一個(gè)基本回合，是因?yàn)楂@得的信息可能不夠充分，導(dǎo)致生成的知識(shí)不夠完善，制定的策略不夠合理。因此，當(dāng)把這樣產(chǎn)生的智能行為作用于問(wèn)題時(shí)，問(wèn)題的狀態(tài)不一定能夠完全轉(zhuǎn)變到預(yù)期的目標(biāo)狀態(tài)。這時(shí)，就要把偏離目標(biāo)狀態(tài)的“誤差”作為新的信息，經(jīng)由感覺(jué)器官反饋到思維器官，通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)修正和優(yōu)化策略，以期更好地接近目標(biāo)。通常，這種“反饋―學(xué)習(xí)―優(yōu)化―控制”的過(guò)程可能要進(jìn)行多次，逐次逼近預(yù)期目標(biāo)。也就是說(shuō)，人類(lèi)認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程是一個(gè)充滿反饋、學(xué)習(xí)和優(yōu)化的過(guò)程。
通過(guò)進(jìn)一步的分析，我們還可以發(fā)現(xiàn)，從功能性質(zhì)上看，圖1所示的人類(lèi)“認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題”的過(guò)程，實(shí)際上包含相互聯(lián)系、相互作用而又相輔相成的兩個(gè)相繼階段，具體內(nèi)容如下。
1) 獲取信息的感覺(jué)器官和它的技術(shù)延長(zhǎng)物傳感系統(tǒng)、傳遞信息的傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)和它的技術(shù)延長(zhǎng)物通信系統(tǒng)以及處理信息的大腦古舊皮層和它的技術(shù)延長(zhǎng)物計(jì)算系統(tǒng)，都是直接與“信息”打交道的器官和技術(shù)系統(tǒng)。
2) 生成知識(shí)和制定智能策略的大腦新皮層和它的技術(shù)延長(zhǎng)物人工智能系統(tǒng)、其后傳遞智能策略的傳導(dǎo)神經(jīng)和它的技術(shù)延長(zhǎng)物通信系統(tǒng)以及執(zhí)行智能策略的效應(yīng)器官和它的技術(shù)延長(zhǎng)物控制系統(tǒng)則是與“知識(shí)和智能策略”打交道的器官和技術(shù)系統(tǒng)。
既然過(guò)程1)是與信息打交道的過(guò)程，因而就稱(chēng)為“信息過(guò)程”；而過(guò)程2)是與知識(shí)和智能策略打交道的過(guò)程，因而就稱(chēng)為“知識(shí)與智能過(guò)程”，后者也可以更簡(jiǎn)潔地稱(chēng)為“智能過(guò)程”。不過(guò)，“生成知識(shí)”的過(guò)程也可以看做是“理解信息”的過(guò)程，“制定策略”的過(guò)程則可以看做是“再生策略信息”的過(guò)程(策略可以看做是人類(lèi)大腦再生出來(lái)的一種指示“如何解決問(wèn)題”的高級(jí)信息)，而“傳遞和執(zhí)行策略”的過(guò)程也可以看做是“傳遞和執(zhí)行策略信息”的過(guò)程。因此，在這種意義之下，過(guò)程2)也可以稱(chēng)為“信息過(guò)程”。為了體現(xiàn)這兩個(gè)信息過(guò)程之間的聯(lián)系與區(qū)別，過(guò)程1)可以稱(chēng)為“基本信息過(guò)程”，過(guò)程2)則可以稱(chēng)為“高級(jí)信息過(guò)程”。于是，技術(shù)范疇的傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)就可以稱(chēng)為“基本信息技術(shù)”，人工智能技術(shù)和控制技術(shù)就稱(chēng)為“高級(jí)信息技術(shù)”。
這樣，人們就可以更確切地說(shuō)，信息化，就是在人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)可能領(lǐng)域充分利用傳感、通信和計(jì)算這類(lèi)“基本信息技術(shù)”，來(lái)提高人類(lèi)活動(dòng)的質(zhì)量和效率的過(guò)程；而智能化，則是在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域充分利用智能和控制這類(lèi)“高級(jí)信息技術(shù)”，來(lái)提高人類(lèi)活動(dòng)的質(zhì)量、效率和創(chuàng)新能力的過(guò)程。
頗為有趣的是，在圖1所示的模型中，如果只考慮通信系統(tǒng)的功能，這當(dāng)然就是“電信網(wǎng)絡(luò)(和電視網(wǎng)絡(luò))”的模型；在此基礎(chǔ)上，如果把計(jì)算系統(tǒng)的功能增加進(jìn)來(lái)，它就演變成了“互聯(lián)網(wǎng)”的模型；進(jìn)一步，如果再把傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的功能也增加進(jìn)來(lái)，它就演變成了當(dāng)前人們正在熱切關(guān)注的“物聯(lián)網(wǎng)”模型。而如果再加上智能系統(tǒng)的功能，它就會(huì)演變成為“智能信息網(wǎng)絡(luò)”的模型。
顯而易見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)和智能信息網(wǎng)絡(luò)的根本區(qū)別，就在于有沒(méi)有“智能”。也可以說(shuō)，智能信息網(wǎng)絡(luò)就是智能化了的物聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)然，目前的物聯(lián)網(wǎng)還處在發(fā)展的起始階段，它的基本形態(tài)還只是互聯(lián)網(wǎng)與傳感系統(tǒng)的結(jié)合，連控制系統(tǒng)的作用也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有充分考慮，更不要說(shuō)是智能信息網(wǎng)絡(luò)了。
值得注意的是，我國(guó)當(dāng)前階段的“信息化”，主要只利用了通信技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，還沒(méi)有完全利用到全部的“基本信息技術(shù)”。只是到了最近，人們開(kāi)始關(guān)注“物聯(lián)網(wǎng)”的時(shí)候，才把傳感技術(shù)與通信技術(shù)和計(jì)算技術(shù)聯(lián)系起來(lái)。
所以，基于通信技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的“信息化”的主要作用，是利用通信的傳遞能力和計(jì)算技術(shù)的處理能力，為社會(huì)提供便捷的信息共享服務(wù)，使社會(huì)的各種供需關(guān)系得到及時(shí)的溝通。人們?cè)讷@得這些供需信息后，就可以調(diào)整自己的產(chǎn)品方向和生產(chǎn)計(jì)劃，提高社會(huì)整體的運(yùn)行效率。但是，產(chǎn)品方向和生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)整都需要通過(guò)人類(lèi)管理者和勞動(dòng)者自己的實(shí)踐來(lái)實(shí)現(xiàn)，基本信息技術(shù)本身對(duì)此無(wú)能為力。
原因很顯然，信息所表現(xiàn)的是事物的現(xiàn)象，只告訴“是什么(What)”；知識(shí)所反映的則是事物的本質(zhì)，可以告訴“為什么(Why)”；智能所體現(xiàn)的才是解決問(wèn)題的策略，因此可以告訴“怎樣做(How)”。僅僅利用通信和計(jì)算技術(shù)的“信息化”工具，不能直接改變生產(chǎn)過(guò)程本身，因此就只有依靠人類(lèi)工作者自己來(lái)實(shí)際調(diào)整產(chǎn)品方向和生產(chǎn)規(guī)模。
發(fā)展到“物聯(lián)網(wǎng)”階段以后，網(wǎng)絡(luò)中的信息比互聯(lián)網(wǎng)的信息更豐富了，因?yàn)樵谠械摹叭祟?lèi)輸入的信息”基礎(chǔ)上，增加了不計(jì)其數(shù)的“物”的信息。不過(guò)，如果物聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有智能技術(shù)和控制技術(shù)的支持，它的功能仍然還是“信息共享”，只不過(guò)信息的來(lái)源更加豐富了而已。
然而，采用智能技術(shù)之后，由于生產(chǎn)工具自身具有相應(yīng)的知識(shí)和智能，它就不僅可以根據(jù)供需信息自主調(diào)整產(chǎn)品方向和生產(chǎn)計(jì)劃，還可以自主地改善生產(chǎn)過(guò)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加新的產(chǎn)品品種，來(lái)適應(yīng)社會(huì)需求，甚至可以預(yù)測(cè)社會(huì)需求的走向，創(chuàng)造全新的產(chǎn)品，引領(lǐng)社會(huì)的需求。
馬克思曾經(jīng)預(yù)言，隨著大工業(yè)的充分發(fā)展，勞動(dòng)者不再是生產(chǎn)流程的一個(gè)環(huán)節(jié)，而是站在生產(chǎn)流程的旁邊，對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)督和管理。我們知道，農(nóng)業(yè)時(shí)代的人力工具和工業(yè)時(shí)代的動(dòng)力工具都不可能實(shí)現(xiàn)馬克思所預(yù)見(jiàn)的社會(huì)生產(chǎn)方式，基于通信與計(jì)算技術(shù)的信息化工具和沒(méi)有智能技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)工具也不可能實(shí)現(xiàn)馬克思所預(yù)見(jiàn)的社會(huì)生產(chǎn)方式。這是因?yàn)椋r(nóng)業(yè)時(shí)代的生產(chǎn)工具(人力工具)、工業(yè)時(shí)代的生產(chǎn)工具(動(dòng)力工具)以及信息化階段的生產(chǎn)工具(基本信息技術(shù)工具)不具備智能，勞動(dòng)者不得不成為“生產(chǎn)流程的一個(gè)環(huán)節(jié)”，只有智能化的生產(chǎn)工具，才有可能使勞動(dòng)者“不再成為生產(chǎn)流程的一個(gè)環(huán)節(jié)”，從而能夠“站在生產(chǎn)流程的旁邊對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行管理和監(jiān)督”，使馬克思預(yù)言的社會(huì)生產(chǎn)方式變?yōu)檎嬲默F(xiàn)實(shí)[2]。
可見(jiàn)，智能化的生產(chǎn)工具可以使社會(huì)生產(chǎn)方式得到根本的改變：由被動(dòng)跟蹤的生產(chǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)引領(lǐng)的生產(chǎn)，由人力承擔(dān)的生產(chǎn)變?yōu)闄C(jī)器自主的生產(chǎn)，使勞動(dòng)者可以站在生產(chǎn)流程的旁邊，對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行管理和監(jiān)督。這就是“由工業(yè)時(shí)代的社會(huì)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變到了智能時(shí)代的社會(huì)生產(chǎn)方式”。顯然，這種轉(zhuǎn)變將使社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)力水平得到質(zhì)的提高。
這就是信息化、智能化以及它們的聯(lián)系與區(qū)別。
2信息化走向智能化：社會(huì)需求與歷史必然
信息化必須走向智能化，這是人類(lèi)社會(huì)追求進(jìn)步的內(nèi)在和固有要求。反之，如果信息化不能適時(shí)地走向智能化，社會(huì)的進(jìn)步就會(huì)延緩甚至停頓下來(lái)。
根據(jù)“科學(xué)技術(shù)擬人律”的啟示[3]，信息化走向智能化這種內(nèi)在和固有的要求可以從人類(lèi)自身的進(jìn)化過(guò)程中得到直接啟發(fā)。
考察人類(lèi)進(jìn)化的歷史就知道，當(dāng)人類(lèi)的感覺(jué)器官、傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)、人腦古舊皮層系統(tǒng)和效應(yīng)器官的功能發(fā)展起來(lái)之后，人腦新皮層功能的強(qiáng)化就成了人類(lèi)整體能力進(jìn)化的焦點(diǎn)；可以看出，只有完成了新皮層功能的強(qiáng)化，人類(lèi)才進(jìn)化成了完全意義上的現(xiàn)代人類(lèi)。反之，如果沒(méi)有新皮層功能的強(qiáng)化，人類(lèi)的進(jìn)化就可能依舊停留在“猿猴”階段，不能成為真正的現(xiàn)代人類(lèi)。
與此相應(yīng)，當(dāng)今時(shí)代，傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)都獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步。因此，智能技術(shù)的強(qiáng)化就成了整個(gè)技術(shù)能力進(jìn)步的焦點(diǎn)。同樣，只有當(dāng)智能技術(shù)發(fā)展起來(lái)，人類(lèi)的智力能力才能得到有效的擴(kuò)展。反之，如果智能技術(shù)不能獲得充分的發(fā)展和應(yīng)用，信息技術(shù)就會(huì)停留在“信息共享”這個(gè)初級(jí)的發(fā)展階段。
因此，為了適應(yīng)社會(huì)不斷發(fā)展的需要，為了不斷改善人們生存的條件，信息化必須走向智能化。只有這樣，人類(lèi)“認(rèn)識(shí)世界和改造世界”的活動(dòng)才能得到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的全面支持，人類(lèi)的充分解放才能成為現(xiàn)實(shí)。
事實(shí)上，人們可以舉出無(wú)數(shù)的事例來(lái)說(shuō)明信息化為什么必須走向智能化，以及如果信息化不走向智能化就不能真正解決問(wèn)題的原因。不過(guò)，限于篇幅，這里只能擇要略述一二。
1) 例1：物聯(lián)網(wǎng)研究與應(yīng)用。
如上所述，目前人們所研究的物聯(lián)網(wǎng)，其實(shí)只是增加了傳感器的互聯(lián)網(wǎng)而已，不要說(shuō)還沒(méi)有考慮智能技術(shù)的作用，就連控制技術(shù)的因素也考慮得很不充分。可是，沒(méi)有智能技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)又有什么意義呢？一般來(lái)說(shuō)，智能技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中至少有如下幾個(gè)重要作用：第一，不同傳感器獲得的信息之間的智能融合；第二，把這樣得到的形式化信息轉(zhuǎn)換為“能夠顯示內(nèi)容和價(jià)值因素”的信息(稱(chēng)為“全信息”)；第三，從這些信息中提煉相應(yīng)的知識(shí)；第四，以這些知識(shí)為基礎(chǔ)，在目標(biāo)的引導(dǎo)下生成解決問(wèn)題的智能策略。
試想，如果得不到“正確融合起來(lái)的信息”，也得不到能夠顯示內(nèi)容和價(jià)值因素的“全信息”，得不到相應(yīng)的“知識(shí)”，也得不到解決問(wèn)題的“智能策略”。一句話，如果沒(méi)有智能技術(shù)的支持，這樣的網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)能夠發(fā)揮多大作用呢？
可見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)的研究與應(yīng)用必須由“基本信息技術(shù)”的層次進(jìn)入到“智能技術(shù)”(高級(jí)信息技術(shù))的層次。舍此，不可能解決問(wèn)題。
2) 例2：轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。
轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的核心是“轉(zhuǎn)變社會(huì)生產(chǎn)方式”，其中一個(gè)最受關(guān)注的問(wèn)題是“節(jié)能減排”，即節(jié)約能源消耗和減少?gòu)U棄物排放。考察當(dāng)前的社會(huì)生產(chǎn)，主流的生產(chǎn)方式是工業(yè)時(shí)代遺留下來(lái)的產(chǎn)物。工業(yè)時(shí)代生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用理念是“按照最?lèi)毫訔l件下的資源需求來(lái)提供高倍資源備份，以保證在任何條件下生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)”。正是基于這個(gè)理念，導(dǎo)致了所有工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的“資源高投入”：材料的高投入、能源的高投入、人力的高投入、資金的高投入。“高投入”則導(dǎo)致“高排放”和“高污染”。所以，“三高”是工業(yè)時(shí)代生產(chǎn)方式固有的本質(zhì)特征。
怎樣才能轉(zhuǎn)變以“三高”為本質(zhì)特征的工業(yè)時(shí)代生產(chǎn)方式呢？
肯定的回答是：僅僅運(yùn)用信息技術(shù)不足以解決問(wèn)題，必須在此基礎(chǔ)上運(yùn)用智能技術(shù)，也就是“高級(jí)信息技術(shù)”(即圖1所示的全部技術(shù))才能達(dá)到目的。
道理很明顯，要想真正轉(zhuǎn)變以“三高”為特征的工業(yè)時(shí)代生產(chǎn)方式，必須從這種生產(chǎn)方式的初始源頭――設(shè)計(jì)理念――進(jìn)行徹底變革。這就是用“智能設(shè)計(jì)”的理念取代原有的“以高投入保障可靠生產(chǎn)”的設(shè)計(jì)理念。只有設(shè)計(jì)理念革新了，才能從源頭上消除“三高”，達(dá)到節(jié)能減排和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的目的。
智能設(shè)計(jì)的理念是：通過(guò)智能技術(shù)的“自主學(xué)習(xí)與自主優(yōu)化”策略，使生產(chǎn)系統(tǒng)的資源投入和產(chǎn)品產(chǎn)出實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的優(yōu)化配置，從而消除“高倍資源備份”。可見(jiàn)，沒(méi)有智能技術(shù)的應(yīng)用，就不可能從源頭上轉(zhuǎn)變以“三高”為特征的工業(yè)時(shí)代生產(chǎn)方式。
總之，只有智能技術(shù)的普遍應(yīng)用(即“智能化”)，才能使“物聯(lián)網(wǎng)”走向智能化，發(fā)揮應(yīng)有的作用；只有智能技術(shù)的普遍應(yīng)用，才能使工業(yè)時(shí)代遺留下來(lái)的社會(huì)生產(chǎn)方式得到根本轉(zhuǎn)變；同樣，也只有智能技術(shù)的普遍應(yīng)用，才能使整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文明、大眾民生和國(guó)家安全獲得蓬勃的發(fā)展，朝著21世紀(jì)意義下的現(xiàn)代化目標(biāo)不斷前進(jìn)。
需要特別指出的是，物聯(lián)網(wǎng)的智能化也好，經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變也好，應(yīng)對(duì)全球氣候異常變化也好，維護(hù)世界和平與國(guó)家安全也好，種種跡象都表明，“審時(shí)度勢(shì)，把信息化推向智能化”已經(jīng)是擺在我國(guó)人民和世界人民面前的緊迫任務(wù)。
3智能化人才大軍：特有的素質(zhì)
為了推進(jìn)智能化，需要在各個(gè)領(lǐng)域大力發(fā)展和普遍應(yīng)用智能科學(xué)技術(shù)。但是，人是社會(huì)生產(chǎn)力的第一要素。發(fā)展和應(yīng)用智能科學(xué)技術(shù)，需要一支規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理、訓(xùn)練有素的智能科學(xué)技術(shù)人才大軍。
所謂“規(guī)模宏大”，主要是指智能科學(xué)技術(shù)人才大軍在數(shù)量上要能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文明、大眾民生、國(guó)家安全智能化的規(guī)模要求。智能無(wú)處不需，智能化是全社會(huì)的需要，不是個(gè)別領(lǐng)域、個(gè)別部門(mén)和個(gè)別地區(qū)的需求。因此，規(guī)模必然相當(dāng)宏大。
所謂“結(jié)構(gòu)合理”，主要是指培養(yǎng)這支人才大軍的教育系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有博士、碩士、學(xué)士的合理層次結(jié)構(gòu)。智能科學(xué)技術(shù)是新興的、快速發(fā)展的，而且體現(xiàn)了當(dāng)代最先進(jìn)、最復(fù)雜、最前沿的科學(xué)技術(shù)，沒(méi)有這樣一支結(jié)構(gòu)合理的人才大軍，就不可能適應(yīng)智能化的需求。
所謂“訓(xùn)練有素”，主要是指國(guó)家應(yīng)當(dāng)設(shè)置面向智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)的高等學(xué)校人才培養(yǎng)的專(zhuān)門(mén)體系，按照智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)培養(yǎng)與訓(xùn)練，而不宜由其他學(xué)科的培養(yǎng)體系來(lái)代行兼顧。
圖1的模型表明，在學(xué)科關(guān)系上，智能科學(xué)與技術(shù)的前端與計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科相銜接，后端則通過(guò)信息與通信工程學(xué)科和控制科學(xué)與工程學(xué)科相溝通。其中，計(jì)算機(jī)學(xué)科定位于“信息處理”；它輸出的是經(jīng)過(guò)處理便于應(yīng)用的信息，正好提供給智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科，支持“生成知識(shí)”，并在此基礎(chǔ)上“制定策略”；后者通過(guò)信息與通信工程學(xué)科的“策略傳遞”功能傳遞給控制科學(xué)與工程，支持“策略執(zhí)行”。可見(jiàn)，它們的功能定位分別是“信息處理”、“知識(shí)生成與策略制定”、“策略傳遞”和“策略執(zhí)行”，它們各就各位，各司其職，互相銜接，互相合作，形成和諧的流程，但不能互相取代。
那么，智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才大軍應(yīng)當(dāng)具備怎樣的整體素質(zhì)呢？
由于篇幅所限，這里不可能細(xì)致地展開(kāi)討論。考慮到我國(guó)目前已經(jīng)有眾多學(xué)校制訂了詳盡的智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的人才培養(yǎng)計(jì)劃，這里將著重指出：除了其他科學(xué)技術(shù)學(xué)科人才必須具備的共性素質(zhì)之外，智能科學(xué)技術(shù)學(xué)科人才大軍應(yīng)具備的特殊素質(zhì)。
3.1智能科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)的特殊知識(shí)結(jié)構(gòu)
眾所周知，智能是由信息資源加工出來(lái)的最高級(jí)產(chǎn)物。因此，智能科學(xué)技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)的核心、前沿和制高點(diǎn)，智能也是人類(lèi)一切能力的最高級(jí)體現(xiàn)。因此，智能科學(xué)技術(shù)也是生命科學(xué)技術(shù)最為精彩的篇章。因此，智能科學(xué)技術(shù)是信息科學(xué)技術(shù)與生命科學(xué)技術(shù)兩者的交叉學(xué)科，應(yīng)當(dāng)按照這樣的學(xué)科性質(zhì)設(shè)計(jì)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)。
基于這樣的特點(diǎn)，智能科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)(課程設(shè)置)應(yīng)當(dāng)形成如下最基本的連貫的標(biāo)志性核心知識(shí)體系。
第一學(xué)期，智能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論(人文基礎(chǔ))。
第二學(xué)期，智能科學(xué)史與科學(xué)方法論(人文基礎(chǔ))。
第三學(xué)期，腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)(專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ))。
第四學(xué)期，智能數(shù)學(xué)(數(shù)理邏輯與模糊邏輯)(專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ))。
第五學(xué)期，機(jī)器智能通論(核心課程)。
第六學(xué)期，機(jī)器學(xué)習(xí)(核心課程)。
第七學(xué)期，智能機(jī)器人(應(yīng)用基礎(chǔ))。
第一學(xué)期必須開(kāi)設(shè)“導(dǎo)論”。這是因?yàn)樾律鷦倧闹袑W(xué)走進(jìn)大學(xué)，需要通過(guò)“導(dǎo)論”引導(dǎo)學(xué)生快速了解什么是智能科學(xué)與技術(shù)，為什么要學(xué)習(xí)它，它的發(fā)展前景是什么，它對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步的意義是什么，它的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)是什么，它與相鄰學(xué)科的關(guān)系是什么，怎樣才能學(xué)好智能科學(xué)與技術(shù)(包括大學(xué)與中學(xué)的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)規(guī)律有何異同)。
第二學(xué)期必須開(kāi)設(shè)“方法論”。這是因?yàn)樾碌恼_的方法論對(duì)于理解和發(fā)展智能科學(xué)與技術(shù)具有特別重要的意義，而傳統(tǒng)科學(xué)方法論會(huì)妨礙學(xué)生理解和把握智能科學(xué)與技術(shù)。“工欲善其事，必先利其器”，方法論的教育必須走在前頭。
第三學(xué)期必須開(kāi)設(shè)“腦與認(rèn)知科學(xué)基礎(chǔ)”。這是因?yàn)槿斯ぶ悄艿淖罴言途褪谴竽X結(jié)構(gòu)及其支持的認(rèn)知能力。沒(méi)有這個(gè)基礎(chǔ)，我們培養(yǎng)的人才大軍就會(huì)基礎(chǔ)淺薄，缺乏創(chuàng)新的功力，他們?cè)谥悄芸茖W(xué)與技術(shù)發(fā)展的道路上就走不遠(yuǎn)。所以，要在二年級(jí)一開(kāi)始就學(xué)好這個(gè)基礎(chǔ)。
第四學(xué)期必須開(kāi)設(shè)“智能數(shù)學(xué)”。學(xué)生要著重學(xué)好集合論、數(shù)理邏輯、模糊邏輯和算法理論，這是智能科學(xué)與技術(shù)對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的特殊需要，也是學(xué)習(xí)后續(xù)課程必須具備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。必須在第四學(xué)期完成這個(gè)準(zhǔn)備。
第五學(xué)期必須開(kāi)設(shè)“機(jī)器智能”。這是本專(zhuān)業(yè)的核心課程。考慮到歷史上“人工智能”與“計(jì)算智能”和“行為智能”長(zhǎng)期處于鼎足三分的狀態(tài)，而事實(shí)上，只有它們?nèi)呓Y(jié)合在一起，才能覆蓋基本的智能技術(shù)，因此需要設(shè)置統(tǒng)一闡述這個(gè)“三位一體”的新的課程，稱(chēng)之為“機(jī)器智能”。
第六學(xué)期必須開(kāi)設(shè)“機(jī)器學(xué)習(xí)”。這是因?yàn)樯鲜鋈N智能技術(shù)的共同要害都是“學(xué)習(xí)”，因此有必要開(kāi)設(shè)“機(jī)器學(xué)習(xí)”來(lái)深化智能的核心技術(shù)。
第七學(xué)期應(yīng)當(dāng)開(kāi)設(shè)“智能機(jī)器人”。這是因?yàn)橹悄軝C(jī)器人是智能技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的最典型和最普遍形態(tài)，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生在進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)智能機(jī)器人做“解剖麻雀”式的學(xué)習(xí)和掌握。
其他課程的設(shè)置可以、也完全應(yīng)該結(jié)合各個(gè)學(xué)校的特點(diǎn)自行選擇。
還要強(qiáng)調(diào)的是，整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程要努力貫徹理論與實(shí)踐相結(jié)合、已有進(jìn)展與存在問(wèn)題相依托、啟發(fā)式和教學(xué)雙方互動(dòng)等原則，使學(xué)生不僅高度熱愛(ài)本專(zhuān)業(yè)，而且具備很強(qiáng)的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。
3.2智能科學(xué)技術(shù)學(xué)科研究生的知識(shí)結(jié)構(gòu)
同樣，由于篇幅所限，這里僅指出：鑒于智能科學(xué)與技術(shù)的內(nèi)涵非常豐富，應(yīng)用又無(wú)處不在，智能科學(xué)與技術(shù)研究生一級(jí)學(xué)科不宜按照應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)置二級(jí)學(xué)科。分析表明，按照學(xué)科的層次結(jié)構(gòu)設(shè)置如下三個(gè)二級(jí)學(xué)科比較適宜。
1) 智能理論。
2) 智能技術(shù)。
3) 智能應(yīng)用。
當(dāng)然，這些二級(jí)學(xué)科名稱(chēng)的具體表述方法還有待繼續(xù)論證和優(yōu)化。
4結(jié)語(yǔ)
今天，無(wú)數(shù)的事實(shí)(智能A、智能B……智能Z)告訴我們，社會(huì)對(duì)于“智能”的需求已經(jīng)不止是母腹中躁動(dòng)的嬰兒，也已經(jīng)不止是大海平面上依稀可見(jiàn)的航船桅桿，而是已如初升的太陽(yáng)普照大地，如大潮的奔涌席卷四方。
面對(duì)時(shí)代的召喚和社會(huì)的需求，高等學(xué)校的教育和科研工作者義不容辭，責(zé)無(wú)旁貸。讓我們一起努力，共同推進(jìn)智能科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)和研究生學(xué)科的建設(shè)，為我國(guó)和世界智能科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作出無(wú)愧于時(shí)代、無(wú)愧于華夏學(xué)人的積極貢獻(xiàn)！
參考文獻(xiàn)：
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Great Call of the Time for Talents Troop of Intelligence Science and Technology
ZHONG Yixin
(Department of Intellgence Science, Beijing University of Posts & Telecommunications, Beijing 100876, China)
關(guān)鍵詞：智能科學(xué)；情感計(jì)算；感性工學(xué)；機(jī)器人；教材
中途分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
1 引言
人工情感(Artificial Emotion)是利用信息科學(xué)的手段對(duì)人類(lèi)情感過(guò)程進(jìn)行模擬、識(shí)別和理解，使機(jī)器能夠產(chǎn)生類(lèi)人情感，并與人類(lèi)進(jìn)行自然和諧人機(jī)交互的研究領(lǐng)域。1981年就有人開(kāi)始研究人工情感問(wèn)題，但是直到1990年以后它才開(kāi)始逐漸引起人們的關(guān)注，特別是近幾年，對(duì)人工情感的研究越來(lái)越受到人們的重視。1995年，美國(guó)MIT媒體實(shí)驗(yàn)室的R，Picard教授提出了“情感計(jì)算(Affective Computing)”的概念，并于1997年正式出版了專(zhuān)著《Affective Computing》。情感計(jì)算研究就是試圖創(chuàng)建一種能感知、識(shí)別和理解人的情感，并能針對(duì)人的情感做出智能、靈敏、友好反應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。日本學(xué)者Nagamachi提出了“感性工學(xué)(Kansei Engineering)”的新術(shù)語(yǔ)，并展開(kāi)了以消費(fèi)者為導(dǎo)向的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究。2000年，北京科技大學(xué)的王志良教授提出了“人工心理(Artificial Psychology)”的理論，并于2007年出版了《人工心理》專(zhuān)著。
心理學(xué)家認(rèn)為，人工情感是在人工智能理論框架下的一個(gè)質(zhì)的進(jìn)步，這充分表明了新世紀(jì)人工科學(xué)的多學(xué)科交叉研究，彼此互為影響的特點(diǎn)。人工情感必將為計(jì)算機(jī)的未來(lái)應(yīng)用展現(xiàn)一種全新的方向。
2 學(xué)術(shù)科研背景
人工情感作為人工智能的擴(kuò)展研究，已經(jīng)在應(yīng)用方面取得了許多進(jìn)展(主要是在美國(guó)、日本和歐盟國(guó)家)。但是，由于情緒心理學(xué)理論方法的多樣性，導(dǎo)致人工情感理論與研究方法都不十分成熟，使得應(yīng)用技術(shù)受到了很大影響。
綜合國(guó)際上關(guān)于人工情感專(zhuān)題研討與論述，我們將人工情感研究領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)歸納如下：
(1)情緒心理學(xué)理論的多樣性，導(dǎo)致人工情感理論方法的不一致，以至于很難找到適用于信息科學(xué)的人工情感的統(tǒng)一理論方法。
(2)目前幾乎還沒(méi)有符合人類(lèi)情感規(guī)律并適于機(jī)器實(shí)現(xiàn)的人工情感自動(dòng)生成模型；
(3)在智能推理過(guò)程中，如何考慮情感影響的因素，實(shí)現(xiàn)真正意義上的擬人推理過(guò)程。
(4)目前還沒(méi)有為人工情感研究者提供完善服務(wù)的計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)及情感計(jì)算庫(kù)。
(5)語(yǔ)音情感信息處理技術(shù)和表情識(shí)別技術(shù)的不成熟，成為制約人工情感與和諧人機(jī)交互技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
(6)如何實(shí)現(xiàn)多模態(tài)情感信息融合、識(shí)別與理解，實(shí)現(xiàn)自然和諧的人機(jī)交互平臺(tái)環(huán)境。
(7)人工情感的研究成果如何與成熟的人機(jī)交互平臺(tái)相結(jié)合。
(8)如何驗(yàn)證機(jī)器情感的正確性是人工情感研究面臨的圖靈測(cè)試問(wèn)題。
(9)如何從人工情緒(Artificial Emotion)走向仿真情緒(simulating Emotion)、工程情緒(Engineering Emotion)，進(jìn)而找到重大應(yīng)用突破點(diǎn)，這將是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
針對(duì)這一學(xué)科前沿的源頭問(wèn)題，進(jìn)行創(chuàng)新性研究，解決普遍認(rèn)為是人工情感的幾個(gè)困難問(wèn)題，是我們未來(lái)研究面臨的主要挑戰(zhàn)，也是我們的機(jī)遇。
3 現(xiàn)實(shí)面臨的問(wèn)題
2003年，北京大學(xué)智能科學(xué)系率先提出成立“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專(zhuān)業(yè)，主要從事機(jī)器感知、智能機(jī)器人、智能信息處理等交叉學(xué)科的研究和教學(xué)。并于2004年在國(guó)內(nèi)開(kāi)始招生。隨后的幾年里，全國(guó)多所重點(diǎn)院校都成立了自己的“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)，并擁有了相關(guān)的碩士點(diǎn)、博士點(diǎn)以及博士后流動(dòng)站。
隨著本科生、碩士生和博士生以及從事智能科學(xué)研究人員隊(duì)伍的不斷壯大，使得教材建設(shè)的問(wèn)題逐漸凸顯。“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)作為最年輕也最有發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)科，還沒(méi)有自己專(zhuān)業(yè)系列教材，許多高校的教材大都采用計(jì)算機(jī)類(lèi)、通訊類(lèi)的課程，而這些教材大都處在“知識(shí)結(jié)構(gòu)老化，更新緩慢”的狀態(tài)，已經(jīng)不能適應(yīng)該學(xué)科的發(fā)展，成為制約學(xué)科建設(shè)和教學(xué)水平提高的重要因素。教材是基本教學(xué)內(nèi)容的載體，好的教材可以在教學(xué)方法上提供相應(yīng)的參考，不僅為教學(xué)提供依據(jù)，還會(huì)助推本學(xué)科不斷完善，學(xué)生培養(yǎng)體系的逐漸規(guī)范。因此，建設(shè)新教材，使之盡快與國(guó)際接軌，已成為亟待解決的重大問(wèn)題。
2007年開(kāi)始，北京科技大學(xué)招收智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科生，該專(zhuān)業(yè)的本科生將在2009年下半年進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課階段學(xué)習(xí)，專(zhuān)業(yè)教材的建設(shè)問(wèn)題已迫在眉睫。我們通過(guò)跟蹤調(diào)查北京科技大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)本科生、研究生的教育基礎(chǔ)、教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)需求，結(jié)合兄弟院校的專(zhuān)業(yè)教學(xué)情況，深入分析我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的人才需求和本學(xué)科的自身發(fā)展、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，系統(tǒng)總結(jié)國(guó)內(nèi)外在“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革和實(shí)踐中取得的成果和共識(shí)，進(jìn)行了《人工情感》教材的編寫(xiě)。
作為知識(shí)的載體，教材是按照一定的教育目標(biāo)和教學(xué)規(guī)律組織起來(lái)的科學(xué)知識(shí)系統(tǒng)。從教材的構(gòu)思到教材的最終出版，一般科學(xué)的方法總共需要經(jīng)歷如下幾個(gè)步驟，如圖1所示：
(1)教材構(gòu)思、大綱制定：這一階段主要是集思廣益，根據(jù)教材所面對(duì)的受眾群體，大概劃定教材所要包含的內(nèi)容，反復(fù)討論并修改大綱，根據(jù)教材內(nèi)容劃分章節(jié)，制定章節(jié)標(biāo)題。
(2)拓展思路、廣搜資料：這一階段主要是組織參編人員搜集第一手資料，整理素材，逐漸使材料規(guī)范化、書(shū)面化。
(3)分工明確、力求完善：這一階段要組織好參編人員，做到各司其職，各負(fù)其責(zé)，把各人負(fù)責(zé)的章節(jié)按照事先的規(guī)劃，將理論知識(shí)、應(yīng)用實(shí)例、習(xí)題及答案補(bǔ)充完整。
(4)精益求精、查漏補(bǔ)缺：把已經(jīng)初步完成的教材送給相關(guān)教師及同學(xué)，讓他們以初學(xué)者的身份，以局外人的眼光反復(fù)閱讀，提出意見(jiàn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)修改，書(shū)稿基本成型，添加上必要的前沿、提要和縮略語(yǔ)。
(5)課堂實(shí)踐、反復(fù)審校：初步形成的教材講義，必須要經(jīng)過(guò)課堂教學(xué)的不斷實(shí)踐，并根據(jù)教學(xué)心得和課堂反饋意見(jiàn)反復(fù)修改。最后，拿給出版社審校，幾經(jīng)修改方可出版。
4 教材規(guī)劃與內(nèi)容安排
依據(jù)上述思路，自2003年起，結(jié)合我校研究生課程“人工心理和情感計(jì)算”的教學(xué)實(shí)踐，在研究生講義的基礎(chǔ)上，我們著手“人工情感”研究生教材的資料收集、整理以及章節(jié)、內(nèi)容安排，目前，該教材的終稿已交付并將在機(jī)械工業(yè)出版社出版。通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，根據(jù)學(xué)生現(xiàn)狀及教學(xué)效果，不斷調(diào)整教材內(nèi)容，以“適應(yīng)性、實(shí)用性”為宗旨，定位于普通高校智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)研究生學(xué)生，以素質(zhì)教育為需求，注重培養(yǎng)學(xué)生科研及創(chuàng)新能力， 提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
全書(shū)共分為9章：
第1章較詳細(xì)地介紹了情緒心理學(xué)、情緒生理學(xué)、情緒社會(huì)學(xué)的基本理論及相關(guān)研究歷程，總結(jié)了腦科學(xué)研究在情感計(jì)算中的作用及色彩與心理學(xué)之間的相互關(guān)系。
第2章介紹了情緒的空間描述及維度化理論，總結(jié)了幾種比較典型的情緒維度空間理論及國(guó)外科研工作者提出的人類(lèi)情感數(shù)學(xué)模型。
第3章闡述了用數(shù)學(xué)方法描述情緒的重要性，給出了幾種典型的人工情感建模方法，展示了情感建模的發(fā)展?fàn)顩r及前沿研究。
第4章結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，介紹了幾種情感建模方法，并給出了應(yīng)用實(shí)例，有助于學(xué)習(xí)者理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)人工情感的研究與發(fā)展樹(shù)立起明確的目標(biāo)。
第5章結(jié)合現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育發(fā)展?fàn)顩r，提出了把遠(yuǎn)程學(xué)員的情感數(shù)字化方法，建立起情感模型，并應(yīng)用到遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，取得了不錯(cuò)的效果。
第6章主要講述了人臉識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)方法，是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的人臉識(shí)別設(shè)計(jì)范例。
第7章詳細(xì)介紹了表情識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)講解了特征點(diǎn)定位、提取方法以及基于SVM的表情分類(lèi)器的設(shè)計(jì)。
第8章主要講述了網(wǎng)絡(luò)游戲中的情感數(shù)字化，闡述了人工情感在游戲設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
第9章詳細(xì)介紹了情感機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r、設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)人工情感在智能機(jī)器人的應(yīng)用作了相應(yīng)的闡述。
本教材在寫(xiě)法上盡量做到深入淺出、通俗易懂、簡(jiǎn)潔明了，編寫(xiě)過(guò)程中遵守了以下三點(diǎn)原則：
(1)全面性與計(jì)劃性相結(jié)合
人工情感理論和應(yīng)用研究，還是一個(gè)嶄新領(lǐng)域，還有很多疑難問(wèn)題沒(méi)有解決，發(fā)展得不夠成熟，所以在編寫(xiě)教材的過(guò)程中，我們盡量做到知識(shí)的全面性，從基礎(chǔ)理論到熱門(mén)方向的研究，都作了較為詳細(xì)的介紹。同時(shí)，也考慮到系列教材的出版，在內(nèi)容安排上，兼顧其他教材，做到統(tǒng)籌安排。
(2)基礎(chǔ)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)技術(shù)相結(jié)合
智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生執(zhí)行的是工科學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)劃，在心理學(xué)基礎(chǔ)理論方面比較欠缺，因此本教材前四章以拋磚引玉的方式介紹了有關(guān)心理學(xué)、腦科學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，并在后面幾章中結(jié)合工科學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例展開(kāi)內(nèi)容。
(3)理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合
本教材在內(nèi)容安排上注重理論與實(shí)際應(yīng)用并重的原則，在理論闡述的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行了應(yīng)用舉例，對(duì)初學(xué)者或者初涉此領(lǐng)域的研究者，都能起到很好的引導(dǎo)和啟發(fā)作用，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高了他們的學(xué)習(xí)興趣。
5 教學(xué)并舉與科研相濟(jì)
教材講義已于2008年12月交付機(jī)械工業(yè)出版社，雖然目前還未出版，但教材的初稿已多次作為我校研究生“人工心理與情感計(jì)算”課程的講稿，學(xué)生使用后普遍反映良好，認(rèn)為教材充分體現(xiàn)了學(xué)科交叉的特點(diǎn)，融合了心理學(xué)、信息科學(xué)和智能科學(xué)的相關(guān)理論、算法思想和應(yīng)用實(shí)例，并進(jìn)行了相應(yīng)的概括歸納，以簡(jiǎn)潔實(shí)用的方式呈現(xiàn)給讀者，具有易讀、易懂性，而且實(shí)例豐富，非常實(shí)用，并且就講義中存在的問(wèn)題，提出了寶貴的意見(jiàn)。
在完成了本版教材的編寫(xiě)工作的基礎(chǔ)上，為達(dá)到教學(xué)并舉，科研相濟(jì)，經(jīng)過(guò)多年的努力，我們已經(jīng)建立了系列情感機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(前文詳細(xì)介紹)，如圖2情感機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)外形。這是一個(gè)多模態(tài)信息融合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有視頻獲取、聲源定位、多路觸摸傳感、熱釋電感應(yīng)及觸摸屏選擇等多通道輸入，可以通過(guò)語(yǔ)音、動(dòng)作、光電、圖片等形式表達(dá)感情。該情感機(jī)器人采用開(kāi)放式平臺(tái)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供多種人工情感理論和模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。圖3為該情感機(jī)器人的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。
6 展望未來(lái)
“智能科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)在國(guó)內(nèi)才剛剛起步，是一個(gè)全新的學(xué)科，各個(gè)學(xué)校都有自己的特色。目前來(lái)看，在學(xué)科建設(shè)方面制定一個(gè)普適的方案是不現(xiàn)實(shí)的。而特色課程恰恰是新學(xué)科區(qū)別與相關(guān)學(xué)科的重要標(biāo)志，也是各個(gè)大學(xué)百花齊放的陣地。
關(guān)鍵詞：信息觀；系統(tǒng)觀；生態(tài)觀；機(jī)制觀；信息轉(zhuǎn)換方法論
0 引言
智能科學(xué)是信息科學(xué)的制高點(diǎn)。從物質(zhì)科學(xué)演進(jìn)到信息與智能科學(xué)，研究的對(duì)象發(fā)生巨變，因此研究的理念和方法也必須隨之改變，這是不言自明的道理。然而，由于科學(xué)觀與方法論的抽象性（無(wú)形性），這種不言自明的道理卻往往在實(shí)踐中被人們視而不見(jiàn)。
我們對(duì)信息與智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史稍加考察就可以發(fā)現(xiàn)，由于科學(xué)觀與方法論具有抽象性或無(wú)形性特點(diǎn)以及人類(lèi)的思維習(xí)慣存在惰性，數(shù)十年來(lái)信息與智能科學(xué)技術(shù)的研究依然沿用傳統(tǒng)的科學(xué)觀和方法論，由此導(dǎo)致一系列重大的學(xué)術(shù)研究失準(zhǔn)，在客觀上延緩了信息與智能科學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。
在半個(gè)多世紀(jì)的科學(xué)研究實(shí)踐中，筆者曾經(jīng)在這方面反復(fù)經(jīng)歷失敗與成功，有過(guò)正反兩個(gè)方面的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，最終深切地感悟到：科學(xué)觀與方法論問(wèn)題對(duì)于信息與智能科學(xué)領(lǐng)域的研究與教育具有特別重要的意義。于是，筆者常常不由自主地思考和總結(jié)信息與智能科學(xué)領(lǐng)域中的科學(xué)觀與方法論問(wèn)題，得到一些初步的領(lǐng)悟，愿在此與讀者共享并歡迎批評(píng)指正。
1 傳統(tǒng)的科學(xué)觀與方法論
有什么樣的研究對(duì)象，就需要有與之相適應(yīng)的研究方法，而方法論又源于科學(xué)觀。換言之，有什么樣的科學(xué)觀，就會(huì)形成什么樣的方法論，科學(xué)觀和方法論是指引人們從事科學(xué)研究的世界觀和方法論。
傳統(tǒng)自然科學(xué)的研究對(duì)象是物質(zhì)系統(tǒng)和能量系統(tǒng)。物質(zhì)觀和能量觀便天然地成為傳統(tǒng)自然科學(xué)的科學(xué)觀，而對(duì)復(fù)雜物質(zhì)和能量系統(tǒng)實(shí)行分而治之、各個(gè)擊破、合成還原則成為傳統(tǒng)自然科學(xué)行之有效的方法論。
近幾百年來(lái)，面對(duì)越來(lái)越多的復(fù)雜物質(zhì)系統(tǒng)和能量系統(tǒng)，傳統(tǒng)自然科學(xué)的科學(xué)觀和方法論指導(dǎo)全球研究大軍頻繁出擊，戰(zhàn)無(wú)不勝，攻無(wú)不克，所向披靡，為近代自然科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與繁榮建立了歷史性的卓越功勛。
2 傳統(tǒng)科學(xué)觀與方法論對(duì)信息領(lǐng)域科學(xué)研究的誤導(dǎo)
傳統(tǒng)科學(xué)觀和方法論雖然在近代科學(xué)實(shí)踐中屢試不爽，但是在一類(lèi)新的研究對(duì)象面前卻產(chǎn)生了一系列相當(dāng)嚴(yán)重的誤導(dǎo)作用。這類(lèi)新的研究對(duì)象就是以信息為主導(dǎo)特征的復(fù)雜信息系統(tǒng)，而智能科學(xué)就是研究這類(lèi)系統(tǒng)的代表性學(xué)科。
2.1 誤導(dǎo)案例之一：探究思維奧秘
一個(gè)最為明顯的誤導(dǎo)例證就是關(guān)于人類(lèi)大腦思維奧秘的探究。按照傳統(tǒng)的物質(zhì)觀和能量觀，人類(lèi)大腦系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的物質(zhì)系統(tǒng)，也是一個(gè)復(fù)雜的能量系統(tǒng)；為了探索大腦思維的奧秘，。應(yīng)當(dāng)對(duì)它實(shí)行分而治之、各個(gè)擊破、合成還原的研究。于是，研究者對(duì)人類(lèi)大腦實(shí)行各種各樣的解剖研究，試圖查明大腦各個(gè)解剖單元的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量關(guān)系，從而解開(kāi)人類(lèi)大腦思維的秘密。
令研究者大失所望的是，盡管通過(guò)解剖研究可以查明大腦各個(gè)局部組織的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量關(guān)系，但是對(duì)于大腦為什么能夠思維以及大腦怎樣進(jìn)行思維這樣一些基本問(wèn)題，仍然始終摸不著頭腦并且一籌莫展。
百戰(zhàn)百勝的傳統(tǒng)方法論出現(xiàn)了什么問(wèn)題？原來(lái)，盡管大腦是復(fù)雜的物質(zhì)系統(tǒng)，也是復(fù)雜的能量系統(tǒng)，但它的本質(zhì)是以信息及其轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)特征的復(fù)雜信息系統(tǒng)。研究者按照傳統(tǒng)科學(xué)方法論將大腦這個(gè)復(fù)雜信息系統(tǒng)分解為相對(duì)簡(jiǎn)單的解剖單元（分系統(tǒng)）時(shí)，就丟失了各個(gè)分系統(tǒng)之間相互聯(lián)系和相互作用的信息，而這些相互聯(lián)系和相互作用的信息正是復(fù)雜信息系統(tǒng)的生命線。舍棄了生命線，當(dāng)然就不可能通過(guò)各個(gè)分系統(tǒng)的合成還原“能夠思維”的大腦。
2.2 誤導(dǎo)案例之二：Shannon信息論
另一個(gè)非常基本的誤導(dǎo)案例是關(guān)于信息概念和理論的研究。按照正常的理解，人們處理和利用的任何信息都是形式、內(nèi)容和效用的三位一體：形式只是信息的外表，效用是信息的價(jià)值，內(nèi)容才是信息的內(nèi)核。人們根據(jù)信息的形式感知它是否存在，根據(jù)信息的效用確定對(duì)它的取舍，根據(jù)信息的內(nèi)容達(dá)成對(duì)它的理解。如果只感知信息的形式而不了解它的內(nèi)容和價(jià)值，就無(wú)法據(jù)此做出正確的決策。
然而，在分而治之方法論的指導(dǎo)下，Shannon信息論僅僅根據(jù)通信過(guò)程的要求（而不是根據(jù)信息運(yùn)動(dòng)全部過(guò)程的要求），就針對(duì)信息的形式（而不考慮信息的內(nèi)容和價(jià)值）建立了后人所稱(chēng)的信息理論。實(shí)際上，正如Shannon自己所說(shuō)，它只是通信的數(shù)學(xué)理論（mathematical theory ofcommunication），而不是完全的信息理論。
這種誤導(dǎo)的結(jié)果使Shannon信息論雖然在通信等統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，但對(duì)于整個(gè)信息科學(xué)（特別是對(duì)于其中的智能科學(xué)）領(lǐng)域而言卻難以有所作為。現(xiàn)今人們對(duì)于信息的煩惱便是網(wǎng)絡(luò)上信息的魚(yú)龍混雜，良莠難分，而Shannon信息論對(duì)此卻不能提供任何有效的解決方法，原因就在于它只是關(guān)于信息形式的統(tǒng)計(jì)理論，完全沒(méi)有考慮信息的內(nèi)容與效用。同樣，Shannon信息論對(duì)于智能科學(xué)的研究難有作為，這都是傳統(tǒng)科學(xué)方法論誤導(dǎo)信息研究所造成的結(jié)果。
2.3 誤導(dǎo)案例之三：智能模擬的方法
還有一個(gè)同樣基本的誤導(dǎo)案例是關(guān)于人類(lèi)智能的機(jī)器模擬（人工智能）問(wèn)題。按照分而治之的傳統(tǒng)科學(xué)方法論，人工智能研究者認(rèn)為：人類(lèi)智能系統(tǒng)可以分解為結(jié)構(gòu)、功能、行為3個(gè)基本層面，因而可以分別從結(jié)構(gòu)、功能、行為3個(gè)不同的角度對(duì)人類(lèi)智能進(jìn)行模擬。于是，基于結(jié)構(gòu)模擬的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究、基于功能模擬的物理符號(hào)系統(tǒng)研究、基于行為模擬的感知?jiǎng)幼飨到y(tǒng)研究隨之出現(xiàn)，成為人工智能研究的3大主流方法。
這樣引發(fā)的問(wèn)題是，雖然3種研究方法都具有相同的研究目標(biāo)，即希望成功地在機(jī)器上模擬人類(lèi)的智能，并且各自都取得了不少令人鼓舞的研究成果，但是人們卻不知如何才能把三者集成起來(lái)并形成和諧的合力，以便更好地促進(jìn)人工智能研究的進(jìn)步。
事實(shí)上，長(zhǎng)久以來(lái)，3種方法不僅沒(méi)有能夠形成和諧的合力，反而偶有互相否定、互相激烈抨擊的事件發(fā)生，終于形成三足鼎立的不和諧局面，這種狀態(tài)顯然很不利于人工智能研究的整體發(fā)展，這也是分而治之方法論誤導(dǎo)所產(chǎn)生的不良后果。
2.4 誤導(dǎo)案例之四：人工智能的理論模型
更為典型的誤導(dǎo)案例是人工智能的理論模型。常理告訴我們，意識(shí)是智能的直接基礎(chǔ)。如果一個(gè)人連意識(shí)的能力都沒(méi)有，他怎么可能具有智能呢？同樣的常理告訴我們，人的智能有兩個(gè)基本方面：情感與理智。如果一個(gè)人沒(méi)有情感，他怎么可能具有完整的智能呢？而且，意識(shí)、情感、理智是相互聯(lián)系、相互作用、密不可分的三位一體。
然而，按照分而治之的傳統(tǒng)科學(xué)方法論，人工智能理論的研究硬是把意識(shí)和情感因素從智能的研究領(lǐng)域中排除出來(lái)。于是，人工智能理論一方面長(zhǎng)期回避對(duì)意識(shí)的研究，另一方面又忽視對(duì)情感的探索，最終變成一個(gè)既不完整又不真實(shí)的人工智能理論模型。分而治之傳統(tǒng)科學(xué)方法論導(dǎo)致人們不能深入和完整地理解人工智能。
總之，面對(duì)以信息及其轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)特征的開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)（智能系統(tǒng)是這類(lèi)系統(tǒng)的典型代表）的研究，基于物質(zhì)觀和能量觀的分而治之方法論不但不再有效，而且還會(huì)產(chǎn)生許多后果相當(dāng)嚴(yán)重的誤導(dǎo)。
3 開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)需要的科學(xué)觀與方法論
正反兩方面的研究實(shí)踐啟示我們，以智能系統(tǒng)為代表的開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的研究，不能照搬我們?cè)人煜さ膫鹘y(tǒng)科學(xué)觀和方法論，而是迫切需要全新的科學(xué)觀和方法論。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐和探究，我們認(rèn)為開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的科學(xué)觀包括以下4個(gè)基本觀念。
1）信息觀。
既然貫穿開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)全局的主導(dǎo)因素是信息和信息運(yùn)動(dòng)過(guò)程，那么開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的研究首先就必須遵循信息觀，即研究的關(guān)注點(diǎn)必須聚焦于系統(tǒng)的信息和信息運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而不應(yīng)當(dāng)只盯著系統(tǒng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量關(guān)系。
2）系統(tǒng)觀。
開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的研究必須遵循明確的系統(tǒng)觀：一方面，人們所關(guān)注的信息應(yīng)當(dāng)是形式、內(nèi)容、價(jià)值三位一體內(nèi)涵完整的信息，而不是僅考慮形式因素的信息；另一方面，信息運(yùn)動(dòng)的時(shí)空過(guò)程必須保持完整性，人們不能只關(guān)注信息傳遞這樣一個(gè)局部的過(guò)程，也不能只關(guān)注理智這樣一個(gè)局部的方面。
3）生態(tài)觀。
開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一種“活的系統(tǒng)”，因此人們必須遵循清晰的生態(tài)觀，也就是說(shuō)必須把開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)中信息運(yùn)動(dòng)過(guò)程的來(lái)龍（本體論信息）去脈（知識(shí)、基礎(chǔ)意識(shí)、情感、理智、智能策略和智能行為）作為一個(gè)有序的生態(tài)過(guò)程進(jìn)行一體化的研究，而不應(yīng)當(dāng)把信息、知識(shí)、智能看作一個(gè)各行其是的拼盤(pán)。
4）機(jī)制觀。
既然開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)是一類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)它的研究就必須遵循機(jī)制觀，即必須把關(guān)注點(diǎn)放在信息如何生成知識(shí)與如何生成智能的生成機(jī)制（即生長(zhǎng)規(guī)律）上，而不應(yīng)當(dāng)把關(guān)注點(diǎn)放在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為上。這是因?yàn)橄到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都是為實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)機(jī)制而服務(wù)，行為則是系統(tǒng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的外顯結(jié)果。
總之，信息觀可以呈現(xiàn)開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的生命脈絡(luò)；系統(tǒng)觀可以抓住開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的信息全局特征；生態(tài)觀可以把握開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的有機(jī)聯(lián)系；機(jī)制觀可以理解開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的生成規(guī)律，它們構(gòu)成了開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)科學(xué)觀的四位一體。
那么，開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的科學(xué)研究方法論是什么呢？一般而言，有什么樣的科學(xué)觀就會(huì)形成什么樣的方法論。科學(xué)觀是認(rèn)識(shí)所研究對(duì)象的基本觀念，方法論是體現(xiàn)基本觀念的研究方法，因此任何一種科學(xué)研究方法論都可以（而且應(yīng)當(dāng)）從科學(xué)觀中自然引申出來(lái)。
根據(jù)這個(gè)基本原理，研究以智能系統(tǒng)為代表的開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)的科學(xué)方法論就可以表述為：遵循信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀和機(jī)制觀的根本原則，考察信息資源（本體論信息）生成相關(guān)產(chǎn)品的生態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律。具體地說(shuō)，就是要系統(tǒng)地（系統(tǒng)觀）、聯(lián)系地（生態(tài)觀）、深刻地（機(jī)制觀）考察本體論信息（信息觀）生成認(rèn)識(shí)論信息：知識(shí)和智能的規(guī)律，或者更簡(jiǎn)潔地說(shuō)就是要系統(tǒng)地、聯(lián)系地、深刻地考察信息轉(zhuǎn)換的規(guī)律。：總之，信息轉(zhuǎn)換是針對(duì)一切開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)研究都適用的科學(xué)方法論。
4 新的科學(xué)觀方法論和研究成果
20世紀(jì)80年代以來(lái)，筆者逐漸領(lǐng)悟到信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀、機(jī)制觀四位一體的科學(xué)觀和信息轉(zhuǎn)換方法論，并將其用于指導(dǎo)自己的信息科學(xué)和人工智能基礎(chǔ)理論研究，獲得了如下一些重要的創(chuàng)新成果。由于篇幅所限，筆者敘述從簡(jiǎn)。
4.1 全信息理論
傳統(tǒng)方法論令Shannon信息論存在嚴(yán)重局限。我們根據(jù)新科學(xué)觀提出語(yǔ)法信息、語(yǔ)義信息、語(yǔ)用信息三位一體的全信息概念，其中，語(yǔ)法信息用“肯定度”參數(shù)表征，用概率論和模糊集合理論描述；語(yǔ)義信息用“邏輯真實(shí)度”參數(shù)表征，用模糊邏輯理論描述；語(yǔ)用信息用“效用度”參數(shù)表征，用模糊集合理論描述。
這樣，原先各自獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的信息獲取（檢測(cè)與識(shí)別）、信息傳遞（通信與存儲(chǔ)）、信息處理（計(jì)算）、信息認(rèn)知和信息決策（人工智能）、信息執(zhí)行（控制）就得到了統(tǒng)一的描述和處理，形成了完整統(tǒng)一的信息科學(xué)理論。
4.2 本體論信息到全信息轉(zhuǎn)換：第一類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理
根據(jù)新方法論，我們發(fā)現(xiàn)并闡明了圖1所示
的由本體論信息到全信息的轉(zhuǎn)換原理（又稱(chēng)第一信息轉(zhuǎn)換原理），證明全信息理論不僅在理論上合理，而且在技術(shù)上可行。
圖1表明，人們利用傳感系統(tǒng)可以把本體論信息映射為相應(yīng)的語(yǔ)法信息，利用語(yǔ)法信息可以從知識(shí)庫(kù)檢索l出（或者通過(guò)與目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算計(jì)算出）與之相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)用信息，通過(guò)對(duì)語(yǔ)法信息和語(yǔ)用信息的邏輯運(yùn)算可以演繹出語(yǔ)義信息。所有這些操作都在技術(shù)上可行。
4.3 知識(shí)的外生態(tài)學(xué)理論
知識(shí)在信息和智能科學(xué)中扮演著極其重要的角色，但是在分而治之傳統(tǒng)方法論的影響下，知識(shí)被孤立地分割出來(lái)，在人工智能理論研究中沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。在新科學(xué)觀和方法論指導(dǎo)下，我們發(fā)現(xiàn)知識(shí)并不是一種孤立和靜止的研究對(duì)象；恰恰相反，它是一個(gè)極其活躍的生態(tài)學(xué)系統(tǒng)。
一方面，知識(shí)不斷由認(rèn)識(shí)論信息的歸納而來(lái)；另一方面，知識(shí)又在系統(tǒng)目標(biāo)的制導(dǎo)下通過(guò)演繹的方法向智能生長(zhǎng)而去。換言之，“信息_÷知識(shí)_智能”轉(zhuǎn)換是知識(shí)的外部生態(tài)系統(tǒng)。這一發(fā)現(xiàn)的意義不僅揭示了知識(shí)的生成機(jī)制，而且揭示了智能的生成機(jī)制，直接導(dǎo)致新的人工智能模擬方法問(wèn)世。
4.4 信息一知識(shí)轉(zhuǎn)換：第二類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理
知識(shí)外生態(tài)學(xué)原理表明：知識(shí)由全信息轉(zhuǎn)換而來(lái)。信息是現(xiàn)象，知識(shí)是大量相關(guān)現(xiàn)象所蘊(yùn)含的共同本質(zhì)，因此實(shí)現(xiàn)由全信息到知識(shí)的轉(zhuǎn)換算法，原則上是歸納型算法。由大量信息現(xiàn)象到知識(shí)本質(zhì)的歸納過(guò)程是由量變到質(zhì)變的過(guò)程，也稱(chēng)為“涌現(xiàn)”過(guò)程。這是知識(shí)外生態(tài)學(xué)提供的一項(xiàng)重要啟發(fā)。
4.5 智能的共性核心生成機(jī)制
知識(shí)外生態(tài)學(xué)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)不僅揭示了知識(shí)的生成規(guī)律（第二類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理），而且還啟迪了智能的共性核心生成機(jī)制：信息知識(shí)智能的轉(zhuǎn)換。具體來(lái)說(shuō)就是在任何情形下，智能的核心生成機(jī)制都是由信息（關(guān)于問(wèn)題的信息、關(guān)于問(wèn)題求解目標(biāo)的信息、關(guān)于先驗(yàn)知識(shí)的信息）到知識(shí)（求解問(wèn)題所需要的專(zhuān)門(mén)知識(shí)）再到（求解問(wèn)題的）智能策略的轉(zhuǎn)換，顯然，這是一切智能（包括人類(lèi)智能和人工智能）的共性核心生成機(jī)制。
4.6 人工智能的機(jī)制模擬方法
受到智能共性核心生成機(jī)制的重要啟發(fā)，我們提出人工智能的新的模擬方法，這就是機(jī)制模擬方法：信息_知識(shí)-÷智能的轉(zhuǎn)換，這是區(qū)別于已有的結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬方法的全新方法。
眾所周知，系統(tǒng)的生成機(jī)制統(tǒng)管系統(tǒng)全局，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都為生成機(jī)制服務(wù)，而行為則是機(jī)制實(shí)現(xiàn)所產(chǎn)生的結(jié)果，因此人工智能的機(jī)制模擬方法比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬方法具有更深刻和更本質(zhì)的意義。
4.7 知識(shí)的內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)
運(yùn)用新的科學(xué)觀和方法論，我們又發(fā)現(xiàn)了知識(shí)的內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)：知識(shí)內(nèi)部不是如鐵板一樣凝固的對(duì)象，而是一個(gè)充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)；認(rèn)識(shí)論信息（全信息）首先生長(zhǎng)成為欠成熟的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，接著后者通過(guò)驗(yàn)證和完善生長(zhǎng)成為成熟的規(guī)范知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和規(guī)范知識(shí)又進(jìn)一步凝聚成為超成熟的常識(shí)知識(shí)。簡(jiǎn)而言之，經(jīng)驗(yàn)知識(shí)規(guī)范知識(shí)常識(shí)知識(shí)是知識(shí)的內(nèi)生態(tài)學(xué)系統(tǒng)。知識(shí)內(nèi)生態(tài)學(xué)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致人工智能3大主流方法的統(tǒng)一。
4.8 人工智能的統(tǒng)一理論
人工智能的結(jié)構(gòu)模擬方法（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，后來(lái)發(fā)展成為計(jì)算智能）利用的是訓(xùn)練得到的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)；功能模擬方法（物理符號(hào)系統(tǒng)，后來(lái)收縮成為專(zhuān)家系統(tǒng)）利用的是人工輸入的規(guī)范知識(shí)；行為模擬方法（感知?jiǎng)幼飨到y(tǒng)，后來(lái)發(fā)展成為機(jī)器人）利用的是人工輸入的常識(shí)知識(shí)。知識(shí)的內(nèi)生態(tài)學(xué)系統(tǒng)表明，經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、規(guī)范知識(shí)、常識(shí)知識(shí)是知識(shí)的3個(gè)相生（而不是相克）狀態(tài)，因此原先鼎足三分的人工智能3大主流方法在機(jī)制模擬方法的框架內(nèi)也呈現(xiàn)出相生關(guān)系，達(dá)到了和諧的統(tǒng)一。這顯然是人工智能理論研究的重要進(jìn)展。
4.9 全信息—智能轉(zhuǎn)換：第三類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理
第一類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理是信息內(nèi)部轉(zhuǎn)換的原理，即由本體論信息到認(rèn)識(shí)論信息（全信息）的轉(zhuǎn)換；第二類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理是由全信息到知識(shí)的轉(zhuǎn)換；第三類(lèi)信息轉(zhuǎn)換則是全信息向基礎(chǔ)意識(shí)、情感和理智的轉(zhuǎn)換。
我們運(yùn)用新的科學(xué)觀和方法論后發(fā)現(xiàn)：基礎(chǔ)意識(shí)的生成機(jī)制是在全信息的激勵(lì)下啟動(dòng)，在本能知識(shí)和常識(shí)知識(shí)支持下展開(kāi)，在系統(tǒng)目標(biāo)導(dǎo)控下實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換；情感的生成機(jī)制是在全信息的激勵(lì)下啟動(dòng)，在本能知識(shí)、常識(shí)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)支持下展開(kāi)，在系統(tǒng)目標(biāo)導(dǎo)控下實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換；理智的生成機(jī)制是在全信息的激勵(lì)下啟動(dòng)，在本能知識(shí)、常識(shí)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和規(guī)范知識(shí)支持下展開(kāi)，在系統(tǒng)目標(biāo)導(dǎo)控下實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)換。與全信息一知識(shí)轉(zhuǎn)換過(guò)程類(lèi)似，這些轉(zhuǎn)換也存在量變到質(zhì)變（涌現(xiàn)）的過(guò)程。
4.10 高等人工智能原理
受到傳統(tǒng)方法論的影響，現(xiàn)有人工智能理論的智能模型是一種既不完整又不真實(shí)的模型。基于上面所述的第一、第二、第三類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理，我們提出圖2所示的高等人工智能理論的研究模型，圖中的符號(hào)G表示系統(tǒng)的目標(biāo)；K1表示本能知識(shí)和常識(shí)知識(shí)的集合；K2表示本能知識(shí)、常識(shí)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的集合；K3表示本能知識(shí)、常識(shí)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和規(guī)范知識(shí)的集合；K4表示本能知識(shí)、常識(shí)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、規(guī)范知識(shí)和決策藝術(shù)知識(shí)的集合。
從圖2中可以看出，高等人工智能系統(tǒng)直接面向開(kāi)放的外部世界，后者不斷產(chǎn)生各種事物的本體論信息；感知系統(tǒng)（而不是簡(jiǎn)單的傳感系統(tǒng)）按照第一類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理把本體論信息轉(zhuǎn)換成為認(rèn)識(shí)論信息（全信息）；認(rèn)知系統(tǒng)按照第二類(lèi)信息轉(zhuǎn)換原理把全信息轉(zhuǎn)換成為知識(shí)；基礎(chǔ)意識(shí)、情感和理智系統(tǒng)則分別在知識(shí)K1、K2、K3支持并在目標(biāo)G導(dǎo)控下完成第三類(lèi)信息轉(zhuǎn)換，把全信息分別轉(zhuǎn)換成為基礎(chǔ)意識(shí)、情感和理智；決策系統(tǒng)則在知識(shí)K4支持并在目標(biāo)G導(dǎo)控下把情感表達(dá)和理智表達(dá)綜合成為解決問(wèn)題的智能策略；執(zhí)行系統(tǒng)把智能策略轉(zhuǎn)換成為智能行為，反作用于外部世界。
如果智能行為產(chǎn)生的結(jié)果與目標(biāo)一致或可以接受，這種策略就作為一種正確的知識(shí)補(bǔ)充到知識(shí)庫(kù)；如果智能行為產(chǎn)生的結(jié)果與目標(biāo)之間存在比較明顯的誤差，那么這個(gè)誤差就成為一種新的信息反饋到感知系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)后續(xù)處理，補(bǔ)充知識(shí)，優(yōu)化策略，使新的智能行為產(chǎn)生更好的結(jié)果，如此循環(huán)往復(fù)，直到滿意為止。這是一個(gè)完整而真實(shí)的人工智能模型，對(duì)于人工智能未來(lái)的發(fā)展具有重要意義。
5 結(jié)語(yǔ)
研究不同的對(duì)象，需要有不同的科學(xué)觀和方法論。基于物質(zhì)觀和能量觀的分而治之、各個(gè)擊破、合成還原方法論曾經(jīng)指導(dǎo)人們?cè)谖镔|(zhì)科學(xué)領(lǐng)域取得過(guò)歷史性的輝煌成就，但是在以信息和信息轉(zhuǎn)換為主導(dǎo)特征的開(kāi)放復(fù)雜信息系統(tǒng)這類(lèi)研究對(duì)象面前卻顯露出嚴(yán)重的缺陷。
人工智能模擬仿真算法危機(jī)
1引言
人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫(xiě)為AI。它是用于研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的科學(xué)技術(shù)。“人工智能”的提起最早大致是在19世紀(jì)中葉的Dartmouth學(xué)會(huì)上被提出來(lái)的。它是計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、電子技術(shù)學(xué)、語(yǔ)言科學(xué)等多個(gè)學(xué)科互相影響促進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合類(lèi)的學(xué)科。從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度出發(fā)，人工智能是研究如何制造智能或智能化的機(jī)器來(lái)仿真人類(lèi)智能活動(dòng)的，以模擬人們智能的科學(xué)系統(tǒng)。目前，人類(lèi)社會(huì)已處于信息時(shí)代，也可以說(shuō)是信息爆炸的時(shí)代。
人類(lèi)的科學(xué)演變已從單一的“數(shù)值計(jì)算”發(fā)展到系統(tǒng)的“邏輯計(jì)算”。人類(lèi)正在將信息工程學(xué)逐步提入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，從而出現(xiàn)了“信息管理”“和“信息交換”等科學(xué)的迫切需求。而加速擴(kuò)大“信息處理”層面來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)的處理數(shù)據(jù)能力是匹配不了的，缺少領(lǐng)域?qū)I(yè)“智能”。這樣的“計(jì)算機(jī)科學(xué)”已無(wú)法適應(yīng)信息科學(xué)的發(fā)展需求。全球的信息科學(xué)正在逐步形成，Al作為現(xiàn)代信息科學(xué)發(fā)展的核心。從古至今人們對(duì)提及智能相關(guān)的問(wèn)題就很感興趣，只不過(guò)在計(jì)算機(jī)沒(méi)有發(fā)明之前，沒(méi)有任何高科技輔助工具能解開(kāi)智能的奧秘。
2“數(shù)據(jù)處理”與“知識(shí)處理”
巨大的信息處理能力是計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的巨大動(dòng)力。計(jì)算機(jī)可以輔助人們?nèi)轿坏慕馕隹茖W(xué)未知智能領(lǐng)域，信息處理的發(fā)展大致分為兩個(gè)重要階段：
（1）數(shù)值計(jì)算階段，大量文件數(shù)據(jù)處理和管理。這些都有明確算法和科學(xué)的管理方法，這個(gè)層面中的顯著特征是“數(shù)據(jù)處理分析”階段。體顯出對(duì)眾多學(xué)科領(lǐng)域?qū)W術(shù)發(fā)展的積極促進(jìn)作用，逾越了許多的計(jì)算領(lǐng)域界限，使原本許多不可解決的問(wèn)題迎刃而解。
（2）邏輯與符號(hào)處理實(shí)質(zhì)階段，這就必須讓計(jì)算機(jī)具有超強(qiáng)的處理分析能力。在這一階段的主要研究是對(duì)知識(shí)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了這些Al就基本呈現(xiàn)在眼前了。
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是不斷探索未知領(lǐng)域的漫長(zhǎng)過(guò)程，也是孕育而生新算法智能工具的過(guò)程。探索未知的科學(xué)領(lǐng)域需要智能的輔助工具，這就使人類(lèi)對(duì)未知科學(xué)領(lǐng)域探索的腳步越來(lái)越快。
3人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域
（1）地質(zhì)勘探、石油化工等領(lǐng)域是人工智能的主要發(fā)展使用領(lǐng)域。1978年美國(guó)斯坦福國(guó)際研究所會(huì)議中曾經(jīng)討論研發(fā)后來(lái)制成了礦產(chǎn)勘探開(kāi)采系統(tǒng)（PROSPECTOR），該系統(tǒng)主要用于勘探礦產(chǎn)、分析種類(lèi)以及礦產(chǎn)容量等，是工程領(lǐng)域依靠人工智能的一個(gè)典型案例。
（2）人工智能和專(zhuān)家系統(tǒng)理論和技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。形成醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)，他具有極大的科學(xué)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，醫(yī)生診斷復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問(wèn)題集中使用都靠它來(lái)解決。人工智能促進(jìn)醫(yī)學(xué)發(fā)展方面起著重要作用，并應(yīng)用于多個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)階段發(fā)展趨于完善。
4計(jì)算機(jī)及人工智能的發(fā)展方向
計(jì)算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的性能受到挑戰(zhàn)，開(kāi)始從基本原理上尋找計(jì)算機(jī)發(fā)展的領(lǐng)域，新型計(jì)算機(jī)的研發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。未來(lái)量子、光子和分子計(jì)算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的語(yǔ)言表達(dá)能力，使計(jì)算機(jī)走進(jìn)人工智能時(shí)代。
現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)每天都在飛速發(fā)展，人工智能的發(fā)展空間領(lǐng)域越來(lái)越大。但從目前的一些尖端的科學(xué)領(lǐng)域的研究可以看出，人工智能未來(lái)的發(fā)展可能會(huì)向更高層次的科學(xué)領(lǐng)域深入人工智能的發(fā)展作為一種高輔技術(shù)實(shí)現(xiàn)與人類(lèi)智能對(duì)接是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的高效催化劑，人工智能科學(xué)整體性的研究探索可以說(shuō)才剛剛起步，但是它的迷人魅力會(huì)促使科學(xué)家們前仆后繼的投入到研究探索的工作當(dāng)中去。相信人工智能領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)會(huì)離我們的期望目的越來(lái)越近。
5結(jié)語(yǔ)
計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)處于第五代的研發(fā)當(dāng)中，其中最核心技術(shù)便是人工智能，可以說(shuō)，人工智能的研究一旦取得突破，那么第五代計(jì)算機(jī)就有可能研發(fā)成功，同時(shí)在世界范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信息科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重大的意義，乃至對(duì)人類(lèi)文明的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。由人腦科學(xué)、認(rèn)知能力科學(xué)、人工智能等共同研究智能的潛在本質(zhì)，形成模擬智能科學(xué)。而對(duì)于人工智能學(xué)科整體層面而言，要有所突破前進(jìn)，必需要有多個(gè)學(xué)科合作協(xié)同，在眾多學(xué)科研究中實(shí)現(xiàn)主動(dòng)創(chuàng)新。
由于人工智能與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展，對(duì)人類(lèi)社會(huì)、人類(lèi)認(rèn)知智能等科學(xué)的深入研究，形成了研究人腦及思維等學(xué)科。電腦與人腦、人工智能與人類(lèi)智能，特別是智能計(jì)算機(jī)高度模擬人腦的研究，全面推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì)認(rèn)知世界的發(fā)展，人工智能的深入研究使計(jì)算機(jī)更加智能聰慧。計(jì)算機(jī)發(fā)展的未來(lái)值得注意的是，人類(lèi)使計(jì)算機(jī)更加接近自己，人工智能科學(xué)領(lǐng)域帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的聰明才智更接近人類(lèi)，智能的計(jì)算機(jī)大大滴提高了人類(lèi)認(rèn)知世界改造世界的能力，人類(lèi)發(fā)明使用智能的計(jì)算機(jī)推動(dòng)全人類(lèi)社會(huì)文明的飛躍發(fā)展。
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關(guān)鍵詞:專(zhuān)家系統(tǒng);課程建設(shè);教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn)教學(xué);CLIPS
“專(zhuān)家系統(tǒng)”課程是本科專(zhuān)業(yè)“智能科學(xué)與技術(shù)”的特色課程之一,該專(zhuān)業(yè)是由北京大學(xué)在2004年率先自主建立的[1]。此后,國(guó)內(nèi)很多大學(xué)也都陸續(xù)基于各自的特色建設(shè)開(kāi)設(shè)了該專(zhuān)業(yè),如北京郵電大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、首都師范大學(xué)、西安郵電大學(xué)、北京科技大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、中南大學(xué)等。基于一個(gè)新興本科專(zhuān)業(yè)設(shè)立的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)特色課程,應(yīng)該如何建設(shè),實(shí)施教學(xué)與改革,突出專(zhuān)業(yè)特色?各類(lèi)學(xué)校都在摸索中。中南大學(xué)的“專(zhuān)家系統(tǒng)”課程是國(guó)家級(jí)“智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”主干課程之一,它由國(guó)家級(jí)教學(xué)名師領(lǐng)銜,以雙語(yǔ)建設(shè)為教學(xué)基本手段,以精品意識(shí)為指導(dǎo)[2],培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí),發(fā)掘?qū)W生興趣潛能,非常具有專(zhuān)業(yè)特色。
1課程建設(shè)情況
專(zhuān)家系統(tǒng)使用人類(lèi)專(zhuān)家推理的計(jì)算機(jī)模型處理現(xiàn)實(shí)世界中需要專(zhuān)家做出解釋的復(fù)雜問(wèn)題,并得出與專(zhuān)家相同的結(jié)論[3]。其最大特點(diǎn)是不僅可以幫助人們處理信息,還能說(shuō)明處理的方式和理由[4]。我們結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)課程特色與學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程特點(diǎn),采取認(rèn)知教學(xué)作為專(zhuān)家系統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)[5-6],根據(jù)智能科學(xué)與技術(shù)系列課程教研經(jīng)驗(yàn),融合雙語(yǔ)教學(xué)方式,初步提出課程定位和建設(shè)目標(biāo),給出了教學(xué)基本要求。
1.1課程定位與建設(shè)目標(biāo)
在學(xué)習(xí)本課程之前,學(xué)生最好已經(jīng)選修過(guò)離散數(shù)學(xué)、人工智能和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)課程,本課程32個(gè)學(xué)時(shí),2個(gè)學(xué)分,其中實(shí)驗(yàn)課6學(xué)時(shí)。此外,“專(zhuān)家系統(tǒng)”還可作為自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)有興趣的學(xué)生的選修課程。可為學(xué)生提供一種新的手段和方法求解傳統(tǒng)方法難解問(wèn)題,也為學(xué)生們了解智能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域知識(shí)提供良好的窗口。
專(zhuān)家系統(tǒng)成為智能科學(xué)與技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程,目的在于培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)的基本觀念、基本理論和智能科學(xué)方法;并靈活設(shè)計(jì)和構(gòu)建不同領(lǐng)域的專(zhuān)家系統(tǒng),解決實(shí)際問(wèn)題,為學(xué)習(xí)后續(xù)課程奠定方法基礎(chǔ)。通過(guò)教學(xué)過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生善于分析繼承已有的科學(xué)進(jìn)步成果、激勵(lì)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的自主科學(xué)創(chuàng)新精神。
1.2課程教材設(shè)計(jì)
本校專(zhuān)家系統(tǒng)課程選用了蔡自興編寫(xiě)的《高級(jí)專(zhuān)家系統(tǒng):原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用》[3]一書(shū),該教材包括專(zhuān)家系統(tǒng)的基本理論、技術(shù)方法和實(shí)際應(yīng)用的諸多內(nèi)容,知識(shí)點(diǎn)介紹全面詳盡,同時(shí)列舉了諸多實(shí)例,便于課堂分析與課后理解。
根據(jù)雙語(yǔ)教學(xué)的要求,外文參考教材[7]選用了Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書(shū),該書(shū)對(duì)CLIPS語(yǔ)言分析透徹,有大量的課后習(xí)題與資料,適合學(xué)生作為主要參考書(shū)目進(jìn)行課后學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)教材選用了電子工業(yè)出版社出版的《決策支持與專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》一書(shū),主要利用了同時(shí),根據(jù)雙語(yǔ)教學(xué)的要求,外文參考教材選用了China Machine Press出版的Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書(shū),該書(shū)對(duì)CLIPS語(yǔ)言分析透徹,有大量的課后習(xí)題與資料,有利于學(xué)生作為主要參考書(shū)目進(jìn)行課后學(xué)習(xí)。我校實(shí)驗(yàn)教材選用了電子工業(yè)出版社出版的《決策支持與專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》一書(shū)。主要利用了該書(shū)后半部分內(nèi)容。目前,國(guó)內(nèi)基于CLIPS的“專(zhuān)家系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)教材在國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有容,專(zhuān)家系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)及其教材建設(shè)還需進(jìn)一步改革與探索。
1.3教學(xué)要求與知識(shí)框架
通過(guò)學(xué)習(xí),使學(xué)生了解和掌握專(zhuān)家系統(tǒng)的相關(guān)原理和方法,。要求學(xué)生掌握知識(shí)表示方法、搜索推理技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容,熟悉和了解常見(jiàn)的專(zhuān)家系統(tǒng)解釋機(jī)制、開(kāi)發(fā)工具和評(píng)估方法,學(xué)會(huì)基于規(guī)則專(zhuān)家系統(tǒng)、基于框架的專(zhuān)家系統(tǒng)、基于模型的專(zhuān)家系統(tǒng)和基于Web專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)建立和應(yīng)用,掌握專(zhuān)家系統(tǒng)的常用編程語(yǔ)言――CLIPS,了解專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和研究課題。經(jīng)過(guò)對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)課程知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi),可分為以下6個(gè)模塊,如表1所示。。
經(jīng)過(guò)對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)課程知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi),可分為以下6個(gè)模塊,如表1所示。
模塊一專(zhuān)家系統(tǒng)的定義、發(fā)展歷史、研究?jī)?nèi)容、類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)以及構(gòu)建步驟;。
模塊二熟悉專(zhuān)家系統(tǒng)時(shí)可能采用的人工智能的知識(shí)表示方法和搜索推理技術(shù),結(jié)合傳統(tǒng)人工智能方法和計(jì)算智能的一些方法;。
模塊三了解專(zhuān)家系統(tǒng)的解釋機(jī)制、開(kāi)發(fā)工具和評(píng)估方法;。
模塊四熟悉基于規(guī)則專(zhuān)家系統(tǒng)、基于框架的專(zhuān)家系統(tǒng)、基于模型的專(zhuān)家系統(tǒng)和基于Web專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、推理技術(shù)、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用示例;。
模塊五掌握人工智能和專(zhuān)家系統(tǒng)的編程語(yǔ)言――CLIPS,了解其他LISP,PROLOG和關(guān)系數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言等;。
模塊六展望專(zhuān)家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和研究課題,并了解新型專(zhuān)家系統(tǒng)的特征與示例。
從教學(xué)要求角度出發(fā),模塊一、模塊三和模塊六的教學(xué)要求相對(duì)一般,但卻是學(xué)生涉及專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)的必備知識(shí)模塊。相對(duì)而言,模塊五是基本教學(xué)條件要求中最高的一個(gè)模塊,因?yàn)槟K二與模塊四的深刻理解與系統(tǒng)設(shè)計(jì)需通過(guò)模塊五而實(shí)現(xiàn)的。
從教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)角度出發(fā),模塊二是重點(diǎn)部分之一,但因有人工智能課程的基礎(chǔ),相對(duì)而言,教學(xué)實(shí)施過(guò)程中較為順暢。模塊四與模塊五是專(zhuān)家系統(tǒng)課程重點(diǎn)闡述部分,其中模塊五也是難點(diǎn)部分,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中,由于大部分學(xué)生初次接觸推理性的編程語(yǔ)言,所以需要一定的入門(mén)時(shí)間和練習(xí)次數(shù)。
2專(zhuān)家系統(tǒng)課程教學(xué)改革實(shí)施
2.1基于多媒體的專(zhuān)家系統(tǒng)課程教學(xué)
教學(xué)應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心,以先進(jìn)教育技術(shù)為手段,相輔相成,促進(jìn)教學(xué)效果。人類(lèi)的感官功能中視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)器官起到了94%作用[78],而視聽(tīng)覺(jué)的協(xié)同作業(yè)能大大提高學(xué)習(xí)效率,而。多媒體教學(xué)就是一種集聲、文、圖、色于一體的教學(xué)手段之一,其實(shí)施。多媒體教學(xué)的關(guān)鍵實(shí)施內(nèi)容就是教學(xué)設(shè)計(jì),而教學(xué)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就是在不增加學(xué)生信息加工系統(tǒng)中工作記憶負(fù)荷的前提下,用促進(jìn)生成的方式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料,包括教材、課件、講義、課堂講解、課后習(xí)題等。
結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)課程教學(xué)情況,教學(xué)設(shè)計(jì)分為以下3個(gè)方面進(jìn)行詳盡闡述:。
1) 把握好課堂教學(xué)知識(shí)量。
專(zhuān)家系統(tǒng)課程相對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)第六期的學(xué)生而言是非常新穎的一門(mén)非常新穎的課程,學(xué)生們相對(duì)的學(xué)習(xí)熱情比較高,但這里還需仍然需要對(duì)學(xué)生的先前知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力有個(gè)簡(jiǎn)單的估計(jì)。教師需考慮學(xué)生的工作記憶容量,并對(duì)學(xué)生的長(zhǎng)期記憶有個(gè)估計(jì),把握學(xué)習(xí)材料內(nèi)在負(fù)荷。學(xué)習(xí)材料并非越多越好,關(guān)鍵在于精華,給學(xué)生留下深刻印象。“專(zhuān)家系統(tǒng)”課堂教授部分以原理性與推理性知識(shí)為主,應(yīng)增加實(shí)踐技術(shù)實(shí)例,這樣讓學(xué)生緊密聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行學(xué)習(xí),。多媒體視頻就是一個(gè)很好的表現(xiàn)手段。將制作好的實(shí)例視頻,向?qū)W生們展示,不但讓課程氛圍活躍,還激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)的興趣;不但沒(méi)有增加課堂的知識(shí)負(fù)荷,還可以留給學(xué)生課后對(duì)比學(xué)習(xí)。
2) 多元化課件制作呈現(xiàn)形式。
專(zhuān)家系統(tǒng)是一門(mén)推理性知識(shí)要求很強(qiáng)的課程,同時(shí)也需要掌握一門(mén)有利的開(kāi)發(fā)工具方能使學(xué)生做到靈活應(yīng)用。經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐與課后調(diào)查發(fā)現(xiàn),學(xué)生們對(duì)知識(shí)表述與相關(guān)畫(huà)面共同呈現(xiàn)的形式比單一媒體呈現(xiàn)形式學(xué)習(xí)效果好,知識(shí)和畫(huà)面也必須是關(guān)聯(lián)的,呈現(xiàn)位置和各部分的比例也需考慮充分。為此,課件制作是一個(gè)“改無(wú)止境”的工程,因?yàn)槊恳粚玫膶W(xué)生具有自己的特點(diǎn),且專(zhuān)家系統(tǒng)課程知識(shí)點(diǎn)的不斷更新,每一年都要對(duì)課件進(jìn)行大量的補(bǔ)充與改進(jìn)。
3) 基于認(rèn)知教學(xué)的課堂講解過(guò)程。
認(rèn)知教學(xué)模式中,是以學(xué)生為主體,教學(xué)教師起主導(dǎo)作用。課堂講解是面對(duì)面教學(xué)活動(dòng)中的重要環(huán)節(jié),,它是多媒體中聯(lián)系言語(yǔ)與畫(huà)面的橋梁,是減少學(xué)生工作記憶負(fù)荷的有效手段。
專(zhuān)家系統(tǒng)課程知識(shí)可分為表示性知識(shí)與推理技術(shù)性知識(shí),根據(jù)相關(guān)認(rèn)知心理學(xué)理論,可將知識(shí)分為兩類(lèi):陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)[5]。其中在教育心理學(xué)中“陳述性知識(shí)”是指?jìng)€(gè)人具有有意識(shí)的提取線索,能夠直接加以回憶和陳述。其實(shí)就是關(guān)于“是什么”的知識(shí),包括對(duì)事實(shí),規(guī)則,事件等信息的表達(dá)。教育心理學(xué)中“程序性知識(shí)”是指?jìng)€(gè)人沒(méi)有有意識(shí)的提取線索,其存在只能借助某種作業(yè)形式簡(jiǎn)介推測(cè)的知識(shí)稱(chēng)為程序性知識(shí),而現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)為程序性知識(shí)以產(chǎn)生式及產(chǎn)生式系統(tǒng)來(lái)表征的。所以可將陳述性知識(shí)采用“專(zhuān)家系統(tǒng)”中的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)形式為基礎(chǔ)地表征,而程序性知識(shí)的表征形式可用“專(zhuān)家系統(tǒng)”中的產(chǎn)生式系統(tǒng),以“ifthen”形式表示條件這一關(guān)系。眾多形式的產(chǎn)生式規(guī)則相互聯(lián)系就組成了復(fù)雜的產(chǎn)生式系統(tǒng)。基于認(rèn)知理論的“專(zhuān)家系統(tǒng)”知識(shí)教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,首先應(yīng)選定系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容,掌握開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)所需的知識(shí)與工具,;其次分析問(wèn)題,并根據(jù)系統(tǒng)的具體特征轉(zhuǎn)化知識(shí)。而后;接著對(duì)問(wèn)題模型進(jìn)行求解,建立和構(gòu)造知識(shí)庫(kù),;最后,利用實(shí)現(xiàn)工具編寫(xiě)代碼,系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。
2.2專(zhuān)家系統(tǒng)課程雙語(yǔ)教學(xué)的實(shí)施
專(zhuān)家系統(tǒng)課程是信息學(xué)科新興發(fā)展的一門(mén)課程,有許多關(guān)鍵性進(jìn)展相關(guān)研究進(jìn)展和成果的資料均源于英文文獻(xiàn),因而提高學(xué)生雙語(yǔ)水平是一種大勢(shì)所需,。同時(shí),雙語(yǔ)教學(xué)提高了對(duì)教師整體素質(zhì)的要求,在雙語(yǔ)教學(xué)過(guò)程中,有意識(shí)的增強(qiáng)教學(xué)互動(dòng),以問(wèn)題啟發(fā)式教學(xué)與課堂辯論形式教學(xué),學(xué)生通過(guò)查閱主題文獻(xiàn)進(jìn)行針對(duì)性的演講或討論,教師對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)加以評(píng)述,并進(jìn)行補(bǔ)充。這種形式可擴(kuò)大教師的知識(shí)面,使得任課老師了解前沿的研究成果。也可培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新能力,使得課程具有鮮活的生命力。雙語(yǔ)教學(xué)對(duì)教師,特別是教師的其外語(yǔ)水平及其口語(yǔ)表達(dá)能力,,。促進(jìn)了師資整體水平的提高。專(zhuān)家系統(tǒng)的雙語(yǔ)教材已在1.2中介紹,但實(shí)驗(yàn)教材的設(shè)計(jì)與編寫(xiě)工作現(xiàn)仍處于空缺,這也是雙語(yǔ)教學(xué)的需完善的內(nèi)容工作之一。由于雙語(yǔ)教學(xué)增加了授課難道難度,進(jìn)而影響了授課的進(jìn)度,應(yīng)充分發(fā)揮多媒體先進(jìn)教學(xué)手段對(duì)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和難以理解的內(nèi)容,進(jìn)行注解,幫助于學(xué)生理解。在貫徹雙語(yǔ)教學(xué)的過(guò)程中,除了指定適當(dāng)英文參考短文或參考書(shū),開(kāi)發(fā)雙語(yǔ)課件外,還應(yīng)使學(xué)生接觸國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料,開(kāi)闊眼界,拓寬知識(shí)面,強(qiáng)化雙語(yǔ)的意識(shí),激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性,使學(xué)生找到課程學(xué)習(xí)的歸屬感。
2.3改革“專(zhuān)家系統(tǒng)”課程實(shí)時(shí)交互活動(dòng)
專(zhuān)家系統(tǒng)課程是一門(mén)理論與實(shí)踐關(guān)系密切的課程之一,課堂留下的作業(yè)大多需要計(jì)算機(jī)編程或計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)方能較好的地完成。根據(jù)此特點(diǎn),改革傳統(tǒng)的作業(yè)形式與批審方法可節(jié)約反饋時(shí)間,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)“低碳無(wú)紙化”辦公。利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行作業(yè)上交,教師批閱后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)返回給學(xué)生,不但能提高老師的辦公效率,也使學(xué)生得到快速與準(zhǔn)確的反饋。
針對(duì)多校區(qū)的現(xiàn)狀,我們利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,采用了多種交互式策略,通過(guò)Email和群討論組等方式進(jìn)行在線交流,也可傳遞參考資料,交流課外成果,實(shí)現(xiàn)只要老師在實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生在任何有網(wǎng)絡(luò)終端PC機(jī)處,就能進(jìn)行了實(shí)時(shí)交流或批改作業(yè)。避免了學(xué)生為了課后的困惑問(wèn)題積壓至下一堂課的矛盾,同時(shí)也節(jié)約了學(xué)生往返路程上耗費(fèi)的時(shí)間。
為了進(jìn)一步體現(xiàn)教學(xué)效果,我們下一步擬進(jìn)行考試方式的變革,應(yīng)綜合考慮課堂出勤情況、平時(shí)正式作業(yè)成績(jī)、課堂討論情況和期末課程考試進(jìn)行綜合評(píng)分。還應(yīng)考慮以雙語(yǔ)形式進(jìn)行筆試,當(dāng)面交卷后進(jìn)行雙語(yǔ)發(fā)問(wèn)。若有課程論文或創(chuàng)新作品表現(xiàn)突出者,可免參加最后的課程考試。使考試不再是學(xué)生的負(fù)擔(dān),而成為衡量與培養(yǎng)創(chuàng)新能力。和口試。
3基于CLIPS的專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)
3.1專(zhuān)家系統(tǒng)與CLIPS語(yǔ)言
CLIPS(C Language Integrated Production system)是由美國(guó)航空航天局約翰遜空間中心(NASA’’s Johnson Space Center)開(kāi)發(fā)的一種專(zhuān)家系統(tǒng)工具,由C語(yǔ)言編寫(xiě)而成。早期的專(zhuān)家系統(tǒng)工具大都用LISP、Prolog等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā),共同問(wèn)題是運(yùn)行速度慢,可移植性差,解決復(fù)雜問(wèn)題的能力差。CLIPS是基于Rete算法的前向推理語(yǔ)言,其優(yōu)點(diǎn)包括:①邏輯推理方面的強(qiáng)大功能強(qiáng)。②、可移植性好。③、可擴(kuò)展性好。④、有利于和其他語(yǔ)言聯(lián)合使用等。
3.1專(zhuān)家系統(tǒng)與CLIPS語(yǔ)言
專(zhuān)家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)有著完全不同的體系結(jié)構(gòu),通常它由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取機(jī)制、解釋機(jī)制和人機(jī)接口等幾個(gè)基本的、獨(dú)立的部分所組成,其中尤以知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)相互分離而別具特色。用clips語(yǔ)言能夠更好地熟悉專(zhuān)家系統(tǒng)的整個(gè)組成。CLIPS可為基于規(guī)則、面向?qū)ο笠约斑^(guò)程的編程提供支持(rule-based, object-oriented, and procedural programming)。
以基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)利用CLIPS工具編程作為實(shí)例闡述。在CLIPS中找到專(zhuān)家系統(tǒng)基礎(chǔ)的組成部分――Fact List、Knowledge Base、Inference Engine。Fact List中存放用于推理的事實(shí),而Knowledge Base包含所有的規(guī)則,Inference Engine控制所有的進(jìn)程。圖1所示為專(zhuān)家系統(tǒng)框架示意圖。專(zhuān)家系統(tǒng)中最核心的就是知識(shí)庫(kù),知識(shí)庫(kù)中包含了大量某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)。,為了使計(jì)算機(jī)能運(yùn)用專(zhuān)家的領(lǐng)域知識(shí),必須要采用一定的方式表示知識(shí) 。目前常用的知識(shí)表示方式有產(chǎn)生式規(guī)則、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、框架、狀態(tài)空間、邏輯模式、腳本、過(guò)程、面向?qū)ο蟮取；谝?guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實(shí)現(xiàn)知識(shí)運(yùn)用最基本的方法。
3.2專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
通過(guò)CLIPS軟件環(huán)境提供了的驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和開(kāi)發(fā)性實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生更好地熟悉和掌握專(zhuān)家系統(tǒng)的基本原理和方法;,通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力,使之對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的相關(guān)理論有更深刻的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表2所示:。
其中,實(shí)驗(yàn)1為實(shí)驗(yàn)2的基礎(chǔ),這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)與講授課程穿插,使得學(xué)生利用課堂學(xué)到的理論聯(lián)系實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作,通過(guò)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)能夠掌握專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程、掌握用產(chǎn)生式規(guī)則繪制推理樹(shù)的方法、掌握、編寫(xiě)CLIPS應(yīng)用程序的方法以及程序運(yùn)行環(huán)境的應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)3是一個(gè)有難度的實(shí)驗(yàn),需要大量的課余準(zhǔn)備時(shí)間,所以在完成實(shí)驗(yàn)3的時(shí)候,必須預(yù)留3周的時(shí)間,提前布置給學(xué)生,讓學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備,這樣方能取得較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。這些被挑選出來(lái)的CLIPS專(zhuān)家系統(tǒng)的代碼應(yīng)是經(jīng)典的學(xué)習(xí)內(nèi)容,通過(guò)該實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析與開(kāi)發(fā)完整的專(zhuān)家系統(tǒng)的能力。
3.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例分析
1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)和理解CLIPS編程語(yǔ)言,通過(guò)分析用CLIPS編寫(xiě)的“野人過(guò)河”的程序,深入理解專(zhuān)家系統(tǒng)的編程技巧,加深對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解。
2) 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明:野人過(guò)河問(wèn)題屬于智能學(xué)科中的一個(gè)經(jīng)典問(wèn)題,問(wèn)題描述如下:,有三3個(gè)牧師傳教士和三3個(gè)野人過(guò)河,只有一條能裝下兩個(gè)人的船,在河的任何一方或者船上,如果野人的人數(shù)大于牧師的人數(shù),那么牧師就會(huì)有危險(xiǎn)。
假設(shè)問(wèn)題的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài),假設(shè)和分為1岸和2岸: 。
初始狀態(tài):1岸,3野人,3牧師;2岸,0野人,0牧師;船停在1岸,船上有0個(gè)人;。
目標(biāo)狀態(tài):1岸,0野人,0牧師;2岸,3野人,3牧師;船停在2岸,船上有0個(gè)人;。
整個(gè)問(wèn)題就抽象成了如何從初始狀態(tài)經(jīng)中間的一系列狀態(tài)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。問(wèn)題狀態(tài)的改變是通過(guò)劃船渡河來(lái)引發(fā)的,所以合理的渡河操作就成了通常所說(shuō)的(算符)就是問(wèn)題求解的關(guān)鍵。,根據(jù)題目要求,可以得出以下5個(gè)算符:渡1野人、渡1牧師、渡1野人1牧師、渡2野人、渡2牧師,。根據(jù)渡船方向的不同,也可以理解為10個(gè)往還算符。定義算符知道以后,剩下的核心問(wèn)題就是搜索方法了,。本程序采用深度優(yōu)先搜索,通過(guò)不斷擴(kuò)展后繼結(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn),逐步找出下一步可以進(jìn)行的渡河操作,;如果沒(méi)有找到則返回其父節(jié)點(diǎn),看看是否有其它其他兄弟節(jié)點(diǎn)可以擴(kuò)展。
搜索中采用的一些規(guī)則如下:
(1.) 渡船優(yōu)先規(guī)則:1岸一次運(yùn)走的人越多越好(即1岸運(yùn)多人優(yōu)先),同時(shí)野人優(yōu)先運(yùn)走;2岸一次運(yùn)走的人越少越好(即2岸運(yùn)少人優(yōu)先),同時(shí)傳教士?jī)?yōu)先運(yùn)走;。
(2.) 不能重復(fù)上次渡船操作,避免進(jìn)入死循環(huán)。;
(3.)任何時(shí)候 河兩邊兩岸的野人和牧師數(shù)在任何時(shí)候均分別大于等于0且小于等于3;
(4.) 由于只是找出最優(yōu)解,所以當(dāng)找到某一算符(當(dāng)前最優(yōu)先的)滿足操作條件后,不再搜索其兄弟節(jié)點(diǎn),而是直接載入鏈表。
(5.) 若擴(kuò)展某節(jié)點(diǎn)a的時(shí)候,沒(méi)有找到合適子節(jié)點(diǎn),則從鏈表中返回節(jié)點(diǎn)a的父節(jié)點(diǎn)b,從上次已經(jīng)選擇了的算符之后的算符中找最優(yōu)先的算符繼續(xù)擴(kuò)展b。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例分析,總結(jié)了出應(yīng)用于在許多專(zhuān)家系統(tǒng)項(xiàng)目中的線性生命周期模型,如圖32所示。這個(gè)模型包括從計(jì)劃到系統(tǒng)評(píng)估的許多階段,對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的描述一直到功能評(píng)估這種程度上。之后,生命周期不斷重復(fù):從計(jì)劃到系統(tǒng)評(píng)估,直到系統(tǒng)交付正常使用。
4結(jié)語(yǔ)
專(zhuān)家系統(tǒng)課程的發(fā)展開(kāi)發(fā)過(guò)程是教學(xué)研究和教學(xué)改革實(shí)踐相結(jié)合的過(guò)程,需要不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。本文從總結(jié)了專(zhuān)家系統(tǒng)課程定位與、建設(shè)目標(biāo)、教材的選用設(shè)計(jì)和課程知識(shí)框架等方面的總結(jié)了“專(zhuān)家系統(tǒng)”課程建設(shè)情況。在,并就教學(xué)改革過(guò)程中注重多媒體教學(xué)的效果、雙語(yǔ)的實(shí)施和課程互動(dòng)活動(dòng)的改革等問(wèn)題進(jìn)行比較深入的介紹與探討。通過(guò)CLIPS語(yǔ)言與專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合,闡述了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的、CLIPS實(shí)驗(yàn)特色及和實(shí)驗(yàn)方法,體現(xiàn)了基于CLIPS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與特色。在未來(lái)的教育領(lǐng)域,專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)將成為信息時(shí)代教育發(fā)展的新生力軍,專(zhuān)家系統(tǒng)也將成為新世紀(jì)人類(lèi)智能管理與決策的得力助手。
致謝注 :本文受?chē)?guó)家級(jí)智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2008)支持,感謝本文得到中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院智能所的大力支持,特別感謝蔡自興教授的鼓勵(lì)與幫助。
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Exploration in Course Construction and Teaching Reform of Expert System
YU Ling-li, WEI Shi-yong
(Institute of Information Science & and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
