时间：2023-08-29 09:17:57
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇人工智能科研课题，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
一、人工智能
人工智能（Artificial Intelligence，缩写为AI），是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它试图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。养老服务业人工智能的应用主要体现在家居扫地机器人、语音沟通服务、家庭体检、药物使用建议、家居厨师、家居智能陪伴服务。
二、养老服务人才培养“人工智能化”
人工智能上升为国家高级战略后，国家发展服务性制造和生产性制造，同时尽可能的通过服务业的再造和完善，改进我国经济产业结构，发挥技术、人才、产业的对接联动效应。人、机器、智能机器将共生共存，成为养老服务工具的新常态。未来的养老服务人才不是笨干、累干、苦干，而是实干+巧干，实现脑力劳动的智能机械化，尽可能地减少人力的倦怠感，提高服务效率、质量和速度。智能化，体现在养老服务人才应具备传播人工智能基础知识，客观了解人工智能，有效实现人与机器、智能机器的有效配对组合应用，充分发挥智能机器的保健医生、保姆、玩伴、老伴、子女多重功能，倡议自养老。
三、人工智能养老服务人才培养模式
（一）广播电视大学远程教育模式――音像媒体
配备养生、人工智能国内一流专家，发挥国家音像媒体的作用，将人工智能家居应用的途径、方式、手段通过网络微视频的形式进行普及。发挥社区教育指导中心、社区大学和社区教育学院、社区学校、社区学习站四级社区教育办学网络体系的作用，建立社会养老大学，使老年人自己会应用人工智能，减低对子女的时间依赖。
（二）公众号社会宣传普及模式――微媒体
国家、企业、社区应建立专题公众号进行微媒体培训。从国家层面，要建立人工智能养老服务应用技术发展历程方面的公众号；从企业层面，要建立人工智能机器人养老服务应用说明类的公众号；从社区层面，要基于一些鳏寡孤独建立社群委托服务型人工智能服务策略的公众号。
（三）职业技术学院培训模式――专题高端培训
目前，人工智能服务还不能完全普及，故而职业技术学院的后备人才首先要建立自我提升的潜意识，此外，职业技术学院自身要引进国内外的人工智能专家，进行家庭陪护、游戏娱乐、医疗、做饭、洗衣、洗漱、保健、锻炼等多重人工智能方面的高端培训。
（四）民政部门、老龄委联合推广模式――社会传媒
作为养老服务的主管部门，民政部门和老龄委要利用广播、电视、报纸、杂志等对人工智能的发展趋势、前景、作用、功能、效益、方式进行宣传。民政部门要侧重于养老服务的社区组织协调，老龄委要侧重于制度、规定、采购人工智能机器方面的政策优惠的制定。
（五）社会民间家政服务组织培养模式――养老院、福利院自组织模式
民间社会力量建立有养老院、福利院，这就对相关服务人员的素养提出了时代性的要求。其一，人的社会角色多，时间、精力、体力有限；其二，人工智能是趋势，必须适应并学会使用；其三，要加强前瞻性人才培养，解决劳动倦怠问题，即民间组织自己解决自己的问题，通过人工智能，减少雇员，降低劳动力雇佣成本。
四、人工智能养老服务人才培养对策
（一）广播电视大学养老服务人才培养对策
依托远程教育系统，发挥网络平台的作用，将人工智能的技能培训与社区教育、社会养老大学的建设并举；发挥广播电视大学的社会服务功能，与人工智能机器生产企业搭建战略伙伴关系；积极推进产培用一体化建设，形成网络平台特色模块；推出广播电视大学养老服务精品课教程，以优质教育品牌打开培训窗口。
（二）人工智能机器制造企业养老服务人才培养对策
基于居家养老的社会需求利益取向，把脉居家老人和其子女的时间要求，积极开发、完善人工智能机器的特殊功能，加大资金投入力度，特别加强对情感交互、图像识别、语音功能的完善；重点做好人工智能机器使用说明，要具有便捷实用性的操作指南，方便人们学习。
（三）职业技术学院养老服务人才培养对策
职业技术学院作为专职教育机构，首先，要提前与职业高中接轨，进行专职意向高中生的录取，为养老服务人才培养获取意向生。其次，要突出人才培养的实践应用性，购置高端智能机器，让学生能够迅速掌握技能，并且能够进行社会的二次培训，对购置的智能机器进行租赁和应用培训。
（四）民政部门、老龄委养老服务人才培养对策
民政部门和老龄委要培养高级管理人才，建立养老服务人才智库，积极推进国家、企业、社会的养老服务人才人工智能化联动培养；加大对家庭贫困并且有意向致力于养老服务的青年才俊的培养支持力度；对人工智能养老服务高端研发海归人才给予政策优待；建立城市养老服务专家群组，定期召开学术研讨会议，增进智慧交流。
（五）社区养老服务人才培养对策
社区要加强人工智能养老服务人才的典型宣传，利用宣传画的形式传播人工智能应用的优势；积极打造人工智能特色服务团队，开展社区公益性专题培训，并募集资金购置人工智能机器为特殊群体献爱心；努力构建人工智能养老社区，采用人工智能的形式鼓励老年人进行文体娱乐，增强体质。
总的来说，在计算机技术不断发展的现代社，人工智能技术的普及给养老服务带来了巨大的便捷。随之而来的人工智能化养老服务人才的培养成为了发挥人工智能养老服务效用的关键环节。要培养人工智能化养老服务人才，可以从远程教育、社会宣传普及、学院培训、政府推广等模式入手，实现人工智能化养老人才培养模式的多元化。同时，开展远程教育的过程中运用产品一体化模式，在满足老人需求的基础上提升人工智能设备的人性化操作，重点开展职业技术院校的人才培养方式，与民政部门开展紧密合作，积极培养人工智能化养老服务人才。社区方面强化人才的教育宣传工作，全力搭建人工智能养老社区。
关键词：计算机科学与技术；人工智能；智能机器人；实验室建设
智能机器人作为一个最为典型的工程系统对象，涵盖了机械、电气、信息、通讯、控制、系统等所有现代工程专业的内容，因此机器人作为一个典型的系统对象，是所有创新工程专业教育改革的理想载体，可以贯穿工程训练、专业基础教育和专业创新教育的全过程，是教学实验和研究的最理想的平台。智能机器人实验室是一个涉及多学科，测、控充分结合的实验室，集各种传感与执行机构于一体，又是一个测控一体化的综合实验对象。
首都师范大学智能机器人实验室是专门服务于智能科学与技术专业本科教学和实践的系统平台，是高年级智能机器人、模式识别等专业课程的实践创新基地。经过近10年的建设发展，我们在实验室建设、实验体系研究、目标定位等方面积累了一定的经验。
1 实验室建设定位和配置
智能机器人与模式识别是智能科学与技术专业的特色，其中，智能机器人重点培养学生在智能机器人设计与开发、智能机器人传感器技术、智能控制、多传感器信息采集与融合等方面的实际应用能力；模式识别是基于信号处理、人工智能、计算机等技术，用机器代替人去识别和辨识客观事物，用数学技术方法来研究模式的自动处理和判读的学科内容，其相关系统理论和方法的研究近年来迅速发展，因此实验室的建设主要围绕这两门课程的实践教学和科研活动展开。
实验室自2005年创建，占地面积约150m2。根据教学实践需要，实验室设备配置包括通用计算机系统、小型组足球机器人、轮式智能移动机器人平台、大学生创新实践中级套件、示教型教学工业机器人、各种传感器等。软件系统包括Matlab、机器人编程系统、通用编程语言环境、模式识别工具箱等，在这些设备的基础上，开展智能科学与技术的实践教学。随着设备的老化，根据课程发展的需要，实验室即将购进人形机器人、灭火机器人、游历机器人以及自主设计机器人的各类配件。
2 实验室创新实验体系
2.1 通用创新实验体系
根据智能科学与技术的学科特点，智能机器人实验室提供循序渐进的系统训练课程：初级课程、中级课程、高级课程，具体开课情况见表1。
（1）针对低年级学生的系统化基础工程训练：学生可以利用该平台，进行学科基本能力的培养，包括计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计能力、开发应用能力等；并能够动手组装和调试简单电路；编写控制软件；获得全方位的、系统化的基础工程训练。
（2）针对中年级学生：可以利用该平台，进行系统能力的培养，要求学生能够站在系统的全局去看问题、分析问题和解决问题，从而更加深入地学习并实践自动控制、电子电路、微机原理接口技术及应用、单片机原理与应用等学科知识与试验学习结合起来。
（3）针对高年级学生：利用该平台，深入研究目前前沿的学科知识，进行人工智能、图像处理、语音识别、机器人自主导航、运动控制、机械设计、机械电子学、电机拖动、机器人学、自动控制、数字控制、先进控制、智能控制、传感器、传感器信息融合、信号处理、模式识别、人工智能、面向对象编程、软件工程、图像处理、语音识别、神经网络、遗传算法等多学科的研究验证，进行创新能力培养。
2.2 智能机器人课程实践教学体系
智能机器人是首都师范大学智能科学与技术高年级学生的重要专业课程，涉及的学科范围包括力学、机器人拓扑学、机械学、电子与微电子学、控制论、计算机、生物学、人工智能、系统工程等诸多课程，是理论性、实践性和综合性很强的课程，也是培养学生具有机械设计能力、能够直接解决实际问题的课程。该课程授课课时为36学时，实验课时为36学时，达到了1：1的比例。
第一阶段，教师以最为典型的能力风暴机器人、示教—再现机器人为教学对象，让学生掌握基本程序的编制，掌握电机的控制方法，掌握最简系统的组装、编程、调试的方法，能够实现基本系统的各种控制，实现机器人走正方形、机器人边唱边跳等经典控制项目，从而对机构设计、软件编制以及优化有一定的认识。
第二阶段，设计和开发自己的机器人运动机构，完成机器人综合组装、调试工作，在第一阶段的基础上增加一些标准传感器知识，学生可以通过对典型传感器，如红外传感器、光敏传感器、碰撞开关、光电编码器等使用学习，完成机器人跟人走、避障等实验。另外，学生熟练掌握完整智能控制系统的编程与应用方法，为拓展其他各种传感器与功能模块的应用打下基础。
第三阶段，学生可以在以上基础上增加其他各种扩展芯片、传感器、大学生创新模块套件及执行机构，熟练应用不同传感器，设计方案以及试验环境来实现不同功能，例如完成语音控制机器人小车、加工车床等试验。通过这个环节，学生可以深入掌握不同传感器及执行机构的工作原理与应用方法，培养学生解决实际问题的能力。
第四阶段，面向竞赛和学生科研课题，学生独立进行自主创意或完成指定项目的设计。在这个阶段，学生可以对人工智能、图像处理、自主导航、遗传算法等前沿学科进行深入研究及验证，例如火星陨石标本采集概念机器人的设计、智能图书存取系统设计等。
2.3 模式识别课程实践教学体系
模式识别课程是首都师范大学智能科学与技术高年级学生的重要专业课程，其目的是通过对模式识别基本理论、概念和方法的学习，使学生能够灵活运用所学知识，借助计算机解决实际工程应用中的自动识别问题，其主要任务是使学生掌握对物体进行分类的有关理论和方法。实验课是本课程重要的教学环节，目的是使学生掌握模式识别基本分类方法的算法设计及其验证方法。提高学生分析问题、解决问题的能力。本课程授课课时36学时，实验课时时。
第一类实验是安装并使用模式识别工具箱。本次实验可以让学生了解模式识别软件的具体形态、基本设置以及运行流程，了解基本识别方法的工作过程。
第二类实验使用常用分类算法进行实验，例如，贝叶斯分类算法的原理和使用、最近邻算法的分析试验。
第三类实验为课程设计，例如用支持向量机进行人脸识别。本次实验可以让学生掌握支持向量机的运行机理、参数选择与快速算法等，了解在实际分类中学习样本库的重要性。
3 实验室发展成果
3.1 提高科研水平，促进实验室良性发展
实践证明，科研项目的研究对改善学科软硬件条件作用重大。在带动实验室建设上，科研课题以优势、特色学科为基地，购置大量先进的仪器设备，构建起坚实的实验条件，在完成科研任务的同时，转化为学科教学、科研发展的基础设施，为培养高水平本科人才提供物质支撑。首都师范大学智能科学与技术专业先后申请主持国家自然科学基金项目等国家级项目4项、省部级项目近20项，校级项目若干，发表包括SCI、EI检索在内的学术论文一百多篇，从而极大促进了智能机器人的实验室建设，为实验室的长期发展创造坚实的物质基础和持续的科研动力。
3.2 开展学生科研，培养学生创新能力
智能科学与技术专业坚持以智能机器人实验室为依托，鼓励学生申报、开展各级各类学生科研项目，进行专业实习、完成毕业设计，并按照本科生的学习发展阶段，为学生规划科研申报体系，如图1所示。
近四年来，我们积极组织学生申请全国级大学生创新实验计划6项，参与学生近30人。申请校级各类学生科研项目近20项，参与学生近百人。通过有组织地、循序渐进地开展学生科研，学生极大地发挥了钻研精神和创新能力。
3.3 通过学科竞赛，调动学生实践积极性
实验室为学生提供了一个开放的平台，并以培养学生的创新思维、科研素质和实践能力为目标，为学生的成长提供良好的条件。学科竞赛富有挑战性、探索性和趣味性，是学生综合能力培养的重要手段。参赛的过程，就是学生独立分析问题、解决问题的能力得到锻炼和提升的过程。近年来，学校通过组织学生参与竞赛，先后获得2012年全国大学生仿真比赛一等奖、2011年全国大学生仿真比赛二等奖2项、历年全国Scilab竞赛二等奖以上奖项；学生设计的“火星陨石碎片采集概念机器人”“智能图书归还平台”分别获得2011年全国首届大学生智能设计竞赛二等奖；学生设计的智能小车获得2012年北京市挑战杯二等奖。
机器和人类、现实和科幻、邪恶和美好的分界从来没有像今天这样如此模糊。眺望未来30年，智能革命的壮阔波澜，将改写人类社会对智商的理解和定义。
从AlphaGo说起：Have to win
关于这场围棋大赛，先引用一段博士老板Alan Yuille教授(美国顶级机器智能科学家，霍金理论物理学博士)的判断：
Go is a complex game but still it is finite so with enough computer power，and clever algorithm，the computers will have to win(if not this year，then next year)。(围棋是一套复杂但有内在逻辑和明确计算量的游戏，所以只要计算机遵循围棋的推演路径并拥有充裕的运算能力就必然能够赢得人类、取得胜利，AlphaGo的胜利对于计算机而言只不过是时间问题。)
AlphaGo战胜人类，美国学术界早有准备
伴随着摩尔定律的不断实现和几十年来人工智能的软硬件技术积累，人工智能其实已经悄然改变了我们生活中的许多方面，当我们还在感慨电影中各种AI的强大时，未来已经悄然而来，AlphaGo只是这场人工智能大浪潮中的一朵璀璨浪花。
在过去的5年里，人工智能已经在语音识别、计算机视觉、语言理解、医疗健康等领域取得了巨大进展，并在某些领域里超过了人类，比如语音识别、人脸识别等等方面。
以计算机视觉为例，人工智能已经发展出了突破肉眼精度的图像识别技术并已被广泛的应用于公安、金融、信息安全等领域，产生了巨大的价值。而这些进展之所以没有引起社会轰动，是因为社会中大部分非专业人员会通过直觉和自身感受而推论出机器识别“人脸”、识别“苹果”等图像信息是一件容易的任务，是一件不同年龄、不同教育背景、不同文化背景的人都能胜任的任务，在这其中体现不出人工智能的“智能”来。
但站在人工智能发展的角度，从围棋和图像识别的复杂性和不确定型来说，图像的变化比棋盘的变化要大得多。
围棋是有可遵循的逻辑、可衡量的计算量的游戏，对于人类大脑的难度在于庞大的计算量和对棋盘宏观形势的敏感度；而图像识别则会在信息抓取和逻辑分析层面呈现出更广泛意义上的随机性和不确定性。
通过机器学习将图像中的信息进行分类解析、最终提取有价值的结构化数据是极难的科研课题，从学术界到工业界的转化耗费了几十年的时光。
然而相比于计算机视觉、语言语音理解等其他的进步，AlphaGo的划时代意义在于它不仅仅缩短了机器与人的智能距离，还将颠覆人与人智商差异的感知。
未来人与人的智商差距不再会是不可弥补的先天差距，而将成为一种可以通过工具而后天获取的能力，这带来的会是人类自我价值评估的一次大颠覆，智商对于人的意义将会在一定程度上有所下降。这就像从前算术不好的，现在用计算器就能补上；未来下棋不好的，可能只是加个AlphaGo就能补上。“智商”这个词的定义可能会被迫从形容人和动物差异，变成由人和机器的差异所定义。
第一个十年的变化：The rich get richer(富人更富，强者更强)
从短期来看，让我们畅想一下在这场大浪潮中，谁会成为最大的受益者呢？
当我们回顾推动人工智能发展的关键因素时，有三个要素极为重要：数据、算法和计算。
AlphaGo这次在全社会范围内对人工智能进行了一场大面积的认知普及，会使得拥有成熟商业模式和海量数据优势的BAT等巨头重金投入这片市场，彼此间的互相追赶将在市场中形成像google收购deep mind一样的并购风潮。
同时伴随着计算能力的不断提升和算法的持续优化，这将带来人工智能史上的第一次大规模应用实践，各巨头的业务将因为人工智能带来的效率提升而加速拓展，他们相较其它竞争者的优势也会因此不断加大，这就正如今天的google相对于其他公司一样。
当资本成为这场竞逐游戏的驱动力时，获得先发优势的公司雪球也必将越滚越大，优势将在成长中愈发明显，The rich get richer。
未来的思考：人类将重新理解知识、智慧、人性
从远期来看，人工智能的进步将改写人类对自我、知识和教育的理解。
倘若，90%的医生、律师、教师、程序员能被机器所代替，人们将需要重新开始讨论“人”的自我定义和“知识”的新时代价值。
当旧时代下的知识已成为机器人仅需拷贝和执行的简单命令，而“为什么要学法律、学编程等”的疑问及背后对自我价值的疑惑就必将引发社会教育结构的变革。
过往人与人之间通过知识组合的不同而形成的差异将被人工智能抹平，“高考”等考试测评手段作为广义上的游戏(game)，就像围棋一样，将不再能作为准确评价智慧和学识的方式而被修正。
当在体力劳动和脑力劳动里独立的人类相对于机器都不再具备经济优势时，人的存在形态、存在价值和机器的交互融合将成为未来前沿学术研究的重要课题，这会是一次人类社会的集体迷思、也会是人类价值的再次追寻。
人类的希望？
有人曾说，机器和人的差异是艺术的创作和欣赏。但这对于人工智能而言，已经并不是什么特别难的事情，大概在10年前就已有成熟的学术成果来用计算机创作梵高风格的作品，在这背后的艺术风格提炼、学习和再造并不是什么新鲜的技术。
也有人说，机器和人的差异是情感。但我不确定现今的人类社会对情感的定义是否像对智商一样，有着广泛的共识而能成为人类独特性的特征。情感诞生于本能和动物性，只是在人身上闪烁出了更加多彩的光芒，悲欢喜乐、嬉笑怒骂，这本就是人性中最难以捉摸而妙不可言的部分。
所以，机器和人的区别最终会是什么呢？在这个恐怕哲学家也难以回答的终极问题下，我想起了最近读到的这样一句话，“如果机器认为这场战斗必败，那么机器会选择投降；如果人认为这场战斗必败，那么有人会选择义无反顾的战斗，直至战死为止。”
或许，这句话里已经轻轻道出了我们与机器的区别。
本资源库包括系列化的教育专家优质原创教学资源。针对各个学科的特点以及教师教学和学生学习的需要，为每个学科的每个章节设计了教材解析、精品教案、精品课件、精品习题、精品课堂、教师辅导、单元复习、知识拓展等模块，与教材同步，覆盖了从小学到高中各个阶段的主要学科，旨在为广大教师提供全面的、系统的优质教学资源，提高教师的信息化水平。
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2. 心神电子教学网络平台。
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城域网校间互动功能依托互联网实现，解决了传统城域网功能实现需建专网的弊端。
设备、教学集中管理，方便学校领导和网络管理人员。
3. 全自动录播系统。
全自动课程录播系统集多媒体技术、网络流媒体技术、人工智能和自动控制技术于一体，将授课电脑VGA信号、教师授课和师生互动场景以及课堂板书等进行智能化的跟踪切换录制，自动生成课程资源。它将教学设备、教学理念和教学手段相结合，实现课堂教学活动全面完整的再现，形成常态化、自动化、智能化的课堂资源建设和应用平台。
心神全自动录播系统有全景模式、电影模式、资源模式的录制平台，满足不同学校、不同课程、不同场景的录制需求。从应用上包含课程录制、课堂直播、资源管理、课程点播、微格评估、后期编辑的完整的录播应用体系，最终实现录播教室、微格教室、多媒体教室、演播室“四室合一”。
应用系统：
1. 优质课程资源建设5. 数字微格教研评估
2. 网络课件制作 6. 教学技能训练
3. 优质课程示范教学 7. 专家报告、会议录制
研修班邀请到华中科技大学徐锦芬教授、上海外国语大学沈骑教授、湖南大学刘正光教授、北京外国语大学王文斌教授以及西安外国语大学王和平教授。专家们分别做了以《学术文献的批判性阅读与分析》、《高校外语青椒科研成功之路》、《外语研究之形而上与形而下》、《跨学科研究：外国语言文学研究的必然趋势》为题的四场精彩报告。11日晚，刘正光教授给大家带来了《申报项目案例分析》，他采用诊断式分析形式，手把手教给老师们国家社科基金申报书撰写的方法和技巧。12日下午的科研沙龙将本次研修班推向了，大家就论文和课题撰写及科研工作中出现的其它问题向专家进行现场请教。专家们风格各异，或娓娓道来，或生动形象，他们的学术精神令人敬佩，让我受益匪浅。
本次研修班的学习让我受益颇丰，至少让我在以下三个方面醍醐灌顶，深入思考：
一、 自身学习态度的问题。
专家们以自身的经历谈外语教育研究，发现专家为什么是专家，他们有
一个共同的特点是“勤”：勤学习，勤钻研。而我却是懒，思想懒惰，行动更懒惰。作为教师，这是致命的缺点。大家都知道一个道理：给人一碗水，自己至少要有一桶水。徐锦芬老师说她是一个全职的家庭主妇，做完家庭主妇该做的事情后，比如中午从厨房收拾完后，直接走进书房。而我却是直接躺倒床上，睡得着就睡了，睡不着就玩手机，这就是区别，学习，做学问的态度不端正。做学问就是要能够静下心来去多读书，广泛的阅读，积累一定的综合知识，再广泛阅读与自己专业领域的书籍，边读边悟，读多了，自然而然对领域内某些问题感兴趣，再深入研究，走向学术的道路。所以通过本次研修班的学习让我明白，只要自身学习态度端正了，搞学术离我们并不遥远，是自然而然的道路。
二、职业危机感及责任感使命感与外语学术研究的关系。
随着信息社会的不断发展，智能世界正向我们走来。我们的外语教学作以后会不会被人工智能所取代，这是一个涉及到我们以后还有没有谋生的本领技能的现实性的问题。学术是智能不能取代的，是立身之本。沈骑教授和王文并教授就这个问题谈到:外语教师自身未把外语教学工作搞清楚，只是简单地备课，教书，未把学科发展纳入自己的职业使命中来；当前的外语教学者缺少形而上的素养；一心只教自己的圣贤书，世界在迅速发展，不关注外语这门学科外部世界在发生什么。这些我都对照了，自身都存在这样的问题。把教书当做一种谋生的工具，不关注自己所从事的专业行业最新研究动向，更别说为社会的发展在自己从事的领域做出自己的贡献 。思想是行动的先导，思想境界高，内在提高，能够看见很多问题。只有当我们把外语学科的发展当做自己职业的责任和使命，我们搞好学术才有真正的内动力。
三、论文撰写和科研申报书的方法
Abstract： This design uses Sunplus SPCE061A microcontroller to control four-phase stepper motor， complete the rod drive of smart car front wheel， then drive front wheel steering； through microcontroller to control power amplifier circuit， drive rear wheel shaft of the DC motor， complete forward rewind function； the various traveling control are accomplished by voice recognition， including forward， backward， stop， turn left， turn right. In front of the car is equipped with two intelligent light sensor， which can identify whether will collide an obstacle in front through the changes of left and right lights， and then fed back to the microcontroller for steering control， complete the function of avoiding obstacles.
关键词： SPCE061A单片机；步进电机；语音小车
Key words： SPCE061A microcontroller；stepper motor；voice car
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）14-0040-02
0 引言
随着电子工业的蓬勃发展，各种电子产品和智能设备层出不穷，在人工智能的领域里单片机的应用有着不可忽视的作用，其硬件结构与计算机软件的完美结合，使嵌入式开发得以实现，C语言和汇编语言的相互配合使得软硬件的开发有了更深层次的理念。单片机以其良好的嵌入性能，结构的简易，及低廉的价格在电子市场上占有一席之地。
对于智能小车的开发和应用早已成为一项多层次多角度的启发性科研课题，其可以完成的任务有很多，大则航空登月的探索采集任务，小则完成寻迹智能声控等工程及娱乐任务。
1.3 功率放大电路 由于单片机的输出端功率远远不够，带不动直流电机，所以只能做使能端，做电机的控制引脚。L293就是典型的功率放大芯片，由两个输入端的正反相高低电平作为输入，分别控制直流电机的正转和反转，而两个输出端直接接在电机的两个引脚上，实现功率放大的功能。本设计就是利用L293功率放大芯片，放大功率，以完成单片机对直流电机的控制。
1.4 电源电路 本设计电源采用集成7805稳压电路，1脚接12伏电压并需要10欧电阻分压，且电阻两端分别需要两个并联电容100uf 和0.1uf 做瞬时电流缓冲电容
2 软件部分
本设计的关键就是利用1k时基中断的调用，编写一个可控频率和可控个数的脉冲，以此来控制步进电机的左转和右转的turn函数。再把turn函数加入语音识别中，完成声控小车转向；同理加入传感器程序，把turn函数作为判断到传感器的触发信号之后的动作函数，完成小车遇到障碍物的躲避功能。
3 结束语
小车的机械连动部分还不是十分稳定，齿轮的咬合偶尔还会出现打滑的现象；轮子和轴的固定都是用手钻打孔，水平精度不是很高，连杆的传动轴也是手工打的孔，用螺丝固定作轴，摩擦力较大，还需要进一步调试和改进。
参考文献：
[1]李映波.集成电流反馈放大器的应用设计[J].电子技术，1997.
[2]雷思孝.凌阳16位单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，2004.
关键词：研教融合；以研促教；人才培养体系建设
1 专业简介及学科基础
桂林电子科技大学是广西壮族自治区重点建设高校，由工业和信息化部与广西壮族自治区共建。学校以工为主，电子信息特色鲜明、优势突出，多学科交叉渗透、协调发展，培养具有特色的优秀应用创新型人才是各专业的主要目标之一。
基于学校已有优势和社会需求，桂林电子科技大学开设了智能科学与技术专业，并于2008年9月首次招生，目前在校生共231人。该专业现有14名专职教师和2名实验师，其中，教授（研究员）7人、副教授（副研究员）4人、讲师3人、高级实验师2人；7人拥有博士学位，还有博导2人，硕导11人；人选广西“新世纪十百千人才工程”1人，广西百名中青年学科带头人1人，广西高校优秀人才1人，在专业建设上具备了雄厚的师资力量。
智能科学与技术专业归属自动化系，成立初期，本着“资源共享、交叉协调发展”的原则，在师资力量和教学平台等方面，得到了控制理论与控制工程、计算机应用、信息与通信工程、仪器科学与技术、应用数学、生物医学工程等广西区重点学科的支持。但是，在建设过程中，我们也发现智能科学与技术专业并不是自动化、计算机等现有专业的简单组合，而是面向前沿高新技术，具有自己独特定位和完备教学计划的新兴交叉专业，在建设上需要探索求新，呈现自身特色，为社会提供优秀人才。经过近5年的探索和实践，我们在智能专业已形成面向地方产业的3个特色人才培养方向：智能控制与智能系统、智能信息处理与智能计算、智能传感与检测。在科学研究方面，智能专业也获得了丰硕成果，已获广西科技进步二等奖2项，国家发明专利授权10余项，承担了多项国家自然科学基金、广西自然科学基金等纵向课题和为地方经济发展服务的大量横向科研项目。
2 人才培养体系建设思路与目标
智能专业具有雄厚的师资力量，已在科研方面取得了良好的成绩，同时在人才培养上存在应用创新人才的诉求，这启发了我们形成科研创新与教学内容相融合的人才培养模式。为了在本科教学上实现教学内容和科研实践的有效衔接，一方面我们要求从事科研的教师将前沿知识、新思想引入课堂，开阔学生的视野，提升学生的创新思维能力；另一方面，充分利用学科建设平台，建设高水平、高性能的智能专业研究室和实验室。两者结合，将教师科研活动和学生实践活动进行有机融合，互相服务，争取利益最大化。
智能科学与技术专业人才培养体系建设的思路为：依托学科优势，以科研团队为龙头，以培养应用创新人才为核心，将课程教学和教师承担的科研项目紧密结合，进行以研促教、以教促学的专业人才培养体系建设。建设目标为：夯实学生专业理论基础，融合专业相关知识，激发专业学习兴趣，明确专业方向。提升学生的创新和应用能力，培养具有高素质的、有特色的智能科学与技术专业人才。
3 以科研创新为导向的人才培养体系建设
为了体现科研在人才培养中的导向作用，首先，我们根据社会需求和本专业的科研特长凝练出3个研究方向，并充分利用3个研究方向指导智能专业的人才培养体系建设。培养体系保证学生具有明确的学习目标和方向，有效锻炼学生的创新思维和应用能力，进而提升学生的培养质量。
3.1 研教融合的专业课程设置
根据该专业现有的教学基础、科研项目以及中长期的教学和研究目标，我们在专业课程设置上主要分为3个培养方向。
（1）智能控制与智能系统专业人才培养。针对该领域的培养需求，我们开设了最优控制、智能控制、嵌入式系统技术、工业通信与控制网络、智能机器人等相关课程。
（2）智能信息处理与智能计算专业人才培养。在该领域，我们开设了人工智能、模式识别、机器学习、智能信息处理、生物信息处理、数据仓库与数据挖掘等相关课程。
（3）智能传感与检测专业人才培养。基于社会在该领域的人才需求现状，开设了图像处理、机器视觉、智能传感器与检测等相关课程。
上述课程设置是从智能专业教学和科研团队目前承担的项目中凝练出来的。智能专业的教师队伍有着丰富的科研经验，所开展的科研项目紧跟广西区域经济建设需求，和广西知名企事业单位有着大量的合作，同时研究问题面向学科的前沿高新技术。这些课程能有效支持学生在复杂系统建模与智能控制、嵌入式系统的软硬件协同设计技术、精密制造系统中微/纳米级智能控制、汽车行驶状态智能监控和实时故障诊断、智能轮胎系统和车身平衡/稳定系统、汽车网络通信协议及实现、汽车运动控制与队列协同、人体脉络建模与分析及疾病诊断、传感器网络及其微协议、玻璃和橡胶等化工流程的智能控制、药物检测、原油评价及环境智能监测等方面进行初级研究和实践。研教融合的课程设置使学生的学习目标更加明确，而且能感受到理论知识的具体应用场景，激发了学生的学习兴趣和探索精神，收到了良好效果。
3.2 以研促教、以教促学的专业教学实施方案
为了将教师丰富的科研经验转换到智能专业的本科教学中，培养基础理论扎实、实践创新能力强的智能专业人才，我们同时在教师的队伍建设、授课内容优化方面进行了改革，制定订了以研促教、以教促学、切实可行的专业教学实施方案，主要体现在以下几个方面。
（1）教师队伍建设。按照制订的3个研究方向，将教师队伍划分为3个团队。团队成员根据自己的特长，在本方向的科研工作和教学工作上各有侧重，即科研队伍与教学队伍有机融合在一个团队中。为避免教学和科研有所脱节的现象，要求以教学为主的教师，必须参与科研的讨论和设计环节，这样既保证其工作重心在教学任务上，又保证其视野的开阔性，能够及时地将前沿知识、创新思维训练等带入课堂。
（2）授课内容优化。在夯实理论基础的同时，专业授课内容紧跟科研、技术、应用前沿，注重知识的交叉融合。通过凝练科研中的前沿问题和应用问题，选出学生可理解甚至可解决的内容，将这些内容引入到教学过程中，激发学生的学习兴趣。同时，教学队伍融入科研队伍保证了授课内容的前沿性和启发性，在以教学为中心的前提下，在基础知识的讲授和前沿知识的引导方面起到了很好的平衡作用。在专业课程内容上，每门课程从科研项目中有针对性地选取5-10个案例，从而在现实应用场景下为理论教学提供现实案例。在授课过程中，教师也注意观察对研究真正感兴趣的学生，让他们进入课题组，进一步提升他们的动手实践能力。
以研促教、以教促学的教学实施过程让学生感受到理论学习和现实应用的紧急结合，找到知识与问题的对应，让专业相关知识得到综合应用，加强了学生对本专业的内涵认识，提升了学生的成就感、自信心和使命感。
3.3 教研相长、协同创新的专业实践教学体系
2010年，学院投资200余万元建成了智能科学与技术本科专业实验室，与原有的自动化区级实验示范中心的多个实验室一起，共同满足智能专业相关课程的教学实验需要。然而，随着智能专业的深入建设，我们在实验教学方面，还要紧密结合科学研究成果，利用学科、专业积累的科研实践反哺实验教学，建设教研相长、协同创新的专业实践教学体系。
（1）依托科研平台建设，提高本科实验教学条件层次。近年来，学校对重点学科的科研条件建设增加了大量投入，然而，本科实验教学条件与科研条件建设是相辅相成的，科研平台上购置的大型仪器设备，在设备论证、申购和采购、使用管理上既要满足科研实际需求，又要兼顾教学需要，以此提高设备使用效率和综合利用率，同时提升了本科实验条件层次。例如，2013年利用中地共建资金，我们进一步完善了先进控制与智能控制实验室、新能源汽车电子与智能控制实验室，新建了基于视觉的机器人控制实验室，这些实验室的建设充分考虑了对本科生开放，进行大学生创新实验项目研究的需求。
（2）走校企合作共建之路，拓宽实践环节的渠道。人才培养要符合社会需求，企业对人才的要求是具体的，我们利用教师手上大量的横向课题，结合当地产业结构，通过与企业合作共建实验室、研究中心和培训基地的形式，为学生的课程设计、课程实习提供场所，拓宽实践渠道，推动实践教学与社会经济发展的需求并轨。通过有效地校企合作，学生不仅具备了一定的工程实践经验和应用能力，在创新能力上也得到较大提升。
（3）成熟的科研项目向实践环节转化。为了使学生的实践能力和创新能力得到充分训练，智能专业鼓励教师开发基于科研项目的实践类教学项目。科研项目既具有时效性又具有现实意义，教师从横向和纵向科研项目中选取合适的题材，进行设计，转换成实践类课程，让学生选择、参与或独立解决。来源于实践科研课题的实验教学项目凝聚了教师多年的科研经验和心得，这些取材于学科前沿的实验项目在实验教学中收到良好效果，例如学生在全国大学生电子设计大赛、中国机器人大赛暨RoboCup公开赛机器人武术擂台赛、飞思卡尔智能车大赛、国家级创新实验项目中都取得了优异的成绩。
4 结语
桂林电子科技大学智能科学与技术专业近5年来的建设实践中，我们坚持科研创新在人才培养中的导向作用，进行研教结合的人才培养方案制订，以科研方向引导课程设置，以科研内容丰富课程内容、以科研平台提高实践环节建设层次，为达到以研促教、以教促学、教研相长、协同创新的建设目标，努力探索出一条具有特色的智能科学与技术本科专业应用创新人才培养之路。截止2013年6月，桂林电子科技大学智能科学与技术专业共有两届毕业生毕业，首届毕业生就业率为90%，第2届毕业生除逢全国大学生就业形式最为严峻的2013年，但是第1次就业率就比去年增长了18%。
关键词:基础力学实验，土木工程，实验教学，结构创新
大赛对土木工程专业来说，基础力学实验是相关课程中的重要一环。实验课程可以演示及论证力学理论，建立直观的理论与实际结合的范例，有助于学生对力学知识点的深入理解，这对学习基于力学知识体系的后续课程非常重要。国家在2010年推出的2010年—2020年中长期教育改革发展规划与人才发展规划两大纲要的基础上，提出了“卓越工程师教育培养计划”，意在为建设创新型国家及工业现代化积累专业基础人才。2015年国家提出第一个制造强国十年(2015年—2025年)战略“中国制造2025”。2016年我国加入“华盛顿协议”，本科工程学位实现国际互认;同一年“新工科”正式被提出，并迅速产生“复旦共识”“天大行动”“北京指南”，拉开了新工科建设的帷幕［1］。2017年，教育部提出开展示范性虚拟仿真实验教学(2017年—2020年)。面对这些随时代不断重叠变化的指导意见，基础力学实验教学在教学科研型高校土木工程专业中应该如何实施，如何紧跟时代步伐通过实验教学将理论联系实际，都是需要思考的问题。
1基础力学实验教学中的现状
以作者工作所在南通大学(通大)为例，开设基础力学教学的专业除了土木、机械、环工、交通等，随着办学的多样化还包括附属三本院校及联合办学等部门的相关专业。各专业有自己的学科特点和教学要求，因此在教学环节分别构建了不同的基础力学课程体系;力学实验室建设涵盖了理论力学、材料力学和流体力学的相关内容，包含了动手实验和观摩实验。每学年在力学实验室的上课人次有数千人，配备的力学实验室管理教师仅1名，大部分力学任课教师在实验环节需要兼实验指导老师。讲授加实验这样的实验教学模式效率不高，需要分析和调整。1)实验进行时理论基础普遍不扎实。近几年大学加强了人文学科培养及思想政治课程，另外根据前述文件大学课程中的实践教学环节，实验、测量、认知实习及工程训练等课时数基本保持，理论课程学时大都被压缩。比如原先58学时理论课+6学时实验课的材料力学课程现在降到42学时理论课+6学时实验课。本应该每次实验之前先对学生讲授实验理论知识，像材料力学实验相关的应变片桥路、平面应力分析、三种基本变形的应力、设备构造等都需要时间介绍。但因为实验设备日程安排紧凑，常存在理论知识的滞后，若学生未提前预习加之实验后不及时深入巩固，更是达不到实验课的教学目的。2)实验少降低了力学学习及思考的积极性。黄再兴等［2］通过对比国内外工科专业的力学课程设置，发现15年前国内力学课程学分占比约为6．4%，国外土木专业力学学分占比基本在12%左右。而且从力学课程开设上，国外高校机械和土木专业除了理论力学、材料力学和流体力学的必修课外，还突出了弹性力学。国内现在大部分工科专业仅开设理论力学和材料力学，有些干脆合为一门工程力学课程。学分比例上力学的学分比例偏低，理论力学和材料力学总比例低于5%，不到国外的一半;算上结构力学和弹性力学也不超过9%［3］。南通大学土木专业还要学习结构力学、流体力学两门基础力学课，弹性力学在几年前的课程调整中已经删减了。涉及到实验教学需要动手的主要是材料力学和流体力学，分别占大约6学时～8学时;理论力学有部分观摩实验，通常机动进行;土力学是土木工程专业教师指导实验，其实验课现状跟其他力学实验课类似，故合并讨论。力学本身为公认的难学课程，动手机会的削减更会降低学生的学习兴趣。整体来说，南通大学基础力学实验室硬件建设上已取得较大成绩，如何充分利用是当前要思考的问题。3)实验内容主要是传统实验，需要融入创新点。已开设的力学实验大都是验证实验，像材料力学的弯曲正应力、弯扭组合、弹性模量的测定、低碳钢的拉压等实验，流体力学的孔板流速测定、沿程水头损失、雷诺实验等。学生按照实验指导书的步骤进行操作就可以得到预定的结果，对培养学生的自主思考和创新能力不利。这些实验是必要的，但是全中国几乎所有开设了材料力学课程和流体力学课程的学校都可以进行相关的实验。反而随着人工智能、3D打印、纳米科技、新材料等的进步，似乎在实验内容和形式上也需要跟紧技术前进的步伐，让土木专业毕业生能尽快适应社会需求。大连理工大学通过开设一些研究创新型实验，取得了较好的教学效果。其中包括了焊接缺陷损伤、残余应力和结构损伤等的检测［4］，另外还面向学生创新实践开放实验室，值得借鉴。通大历年为参加实验力学竞赛和结构创新大赛而购置的实验装置大多闲置，也造成了资源浪费。
2基础力学实验教学改革探讨
以就业率为导向的培养目标指引下，高校引入专业淘汰机制后，提升毕业生专业素养需要让学生能思考实际问题、提出解决方案并动手实施。基础力学实验活学活用，结合理论基础，能够帮助解决生产过程中的很多问题，这也是2010年后全国基础力学实验竞赛开展的初衷。基础力学实验在高校教学过程中还是要坚持开展、保证学时、强调效果、努力创新。拟采取的改革方案见图1。完成新工科背景下的基础力学实验教学基础力学试验教学现状改革方案错开章节，保证动手前已熟悉理论时间紧，理论不扎实结合互联网加微视频实验项目少融入力学实验竞赛，教师科研中的力学测试，结构创新大赛等传统验证试验多，创新点少++图1基础力学实验教学改革方案1)实验室日程安排紧凑的情况下，可在教学内容的次序上稍作调整。比如说材料力学课本通常会按拉压、扭转、弯曲内力、弯曲应力、弯曲变形、应力状态和强度理论、组合变形等顺序来安排章节。若所有班级都按部就班地照顺序讲，就会存在所有班级短期内均需要使用实验室而造成时间冲突。而拉压、扭转、弯曲三种状态本身理论体系较独立，在讲完截面法后，讲授顺序是可以调整的。教研室内部实施时，可按教师人数1/3来分，错峰教学。弯扭组合实验涉及到的知识点较多，课本组合变形章节又存在拉弯扭、偏心受压等涉及拉压的内容，就需要在小章节顺序上再适当调整了。在课堂上先普及实验理论知识再让学生动手操作，普遍反响良好。流体力学本身开班数较少，教学过程中不需要大调整。一些观摩实验通常是在实验室结合模型即时讲授，再结合实例加深理解。2)当下微课、互联网+教学等层出不穷，力学实验课也可以结合这些手段积累微视频来实施课下学习。21世纪不光是信息技术的时代，当下更是要进一步发展人工智能。学生们日常生活中已离不开智能手机或平板电脑，获取信息的渠道远非20年前可比。微课立足于微视频，近几年如火如荼地开展起来了。基础力学实验主要内容重复率较高，完全可以考虑采用10min以内的微视频来实践课前预习和课后复习。录制专任老师讲解各实验操作的视频，通过网络分发时只配送任课老师自己的视频给学生即可，保证该课程的连续性和完整性。微视频辅助教学因为涉及的内容对学生来说较有趣，学起来轻松。这可以解决课程课时减少的问题，同时也不会给学生太多负担。嘉兴学院尝试进行的力学实验微视频教学实践取得了较好效果，说明其具有可行性［5］。3)授课中可补充力学实验竞赛和老师的科研课题中涉及的力学内容。全国基础力学实验竞赛从2010年至今已举办过几届了。作者也担任过两次江苏省基础力学实验竞赛指导老师。竞赛内容分为笔试部分和动手实验部分。普通高校教学中，常略过弯曲中心、形心主轴、对形心主轴的惯性矩这些概念，而这些内容又会出现在实验力学竞赛中。所以参加实验力学竞赛的学生需要先补充这些知识点。另外，竞赛的题目常涉及异形截面、非常规加载、多样的材料，对学生来说是很好的锻炼与提高的机会，能借此深入体会理论和实践如何联系。力学实验教学中也可以适当将这部分内容分段做成微视频，起到启发学生思考的作用，让他们明白怎么样学以致用;同时能丰富力学实验的内容，提升学习兴趣。任课教师还可以结合自己的科研课题，讲授中普及新材料力学性能、多样的加/承载方式、构件设计、流固耦合、结构振动、结构选材等，引导学生进入老师所进行的实验相关力学环节，既活跃课堂又巩固力学知识。有些能力强的学生还可以提前融入老师的科研团队，尽早开发科研潜力。另外大学生创新训练每年都会开展，适当开放实验室为学生提供实验条件也能一举多得。4)合理利用结构创新大赛的装置开展结构力学拓展实验。南通大学先后参加过多届江苏省结构创新大赛，积攒下不少赛题、配套装置及耗材。配套装置体型不小、设计灵活，有较大的发挥空间，若仅是当届学生校内选拔或练习使用后就闲置，实属浪费。随着专业基础课程学时的减少，结构力学上机课已取消，学生对该课程的普遍反映是印象不深。大部分同学在进入钢结构、结构抗震、桥梁设计等课程学习时，需要回顾结构力学。课堂上可以利用这些竞赛装置和模型，展现荷载的合理分配、结构的优化设计等，寓教于乐，一举多得。
3总结与讨论
力学课程相对枯燥，但是力学实验课是一味很好的调剂方子，学生普遍对基础力学实验课程充满好奇和兴趣。通过力学实验课程积极引导土木专业学生思考并利用力学知识解决实际问题，让他们毕业后能尽快适应工作需求，是值得实践并改革的课题。这需要教学中不拘泥于课本知识、保证动手之前已有理论基础、提供充分的课后力学实验相关资料。学生也应该积极动手、主动学习。教与学两方面加强互动，才能提高基础力学实验课程的效率。在重视实践教学的大环境下，更应牢牢把握基础力学实验课程，在形式和内容上不断改革创新，培养高素质人才来服务社会。当下疫情横行，南通大学基础力学试验教学是通过微视频加理论的方式来完成。这也算是做到了改革方案中的一条，今后教学中应增加竞赛或老师科研试验相关微视频，为疫情期间的基础力学试验教学加点味。
参考文献:
［1］吴莹，徐志敏，张凌．适应“新工科”人才培养需求的力学实验教学新模式［J］．力学与实践，2019，41(1):86-90．
［2］黄再兴，胡海岩．国内外大学工科专业力学课程设置情况对比［J］．力学与实践，2003，25(1):72-73．
［3］马宏伟，张伟伟．新工科力学课程体系的几点思考［J］．高等工程教育研究，2018(3):6-12．
［4］金立强，李书卉，李达，等．基础力学实验教学体系的改革与探索［J］．实验室科学，2017，20(4):143-146．
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