1、职业教育课题申报新时代新技术新工科新发展高职电气自动化专业融合人工智能的研究与实践新时代新技术新工科新发展高职电气自动化专业融合人工智能的研究与实践 学科分类：职业教育 课题类别：重点课题 关键词：新工科；电气自动化；人工智能 预期研究成果： 课题设计论证1、问题的提出、课题界定、国内外研究现状述评、选题意义与研究价值。问题的提出习主席在2018-2019年间的一些重要场合有如下发言：“世界面临百年未有之大变局，新科技革命和产业变革是一次全方位变革，将对人类生产模式、生活方式、价值理念产生深刻影响。新科技革命和产业变革的时代浪潮奔腾而至，如果我们不应变、不求变，将错失发展机遇，甚至错过整个时代
2、。”、“新一轮科技革命和产业变革与中华民族的伟大复兴处于历史交汇期，可能产生同频共振，也可能擦肩而过。高校要加快培养新兴领域工程科技人才，更新改造传统工科专业，主动布局未来战略必争领域人才培养。”、“人工智能是引领新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力，正深刻改变着人们的生产、生活、学习方式，推动人类社会迎来人机协同、跨界融合、共创分享的智能时代。”、“把握全球人工智能发展态势，找准突破口和主攻方向，培养大批具有创新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。”。同时教育部要求发展“新工科”，打造挑战性、研究性“金课”体系，纵深推进“课堂革命”，“理念认识再深化、专业内涵再深化、项目探索
3、再深化、产教融合再深化、组织创新再深化”。当今人工智能发展进入新阶段，物联网、云计算、大数据、移动计算、智能计算、区块链等新兴技术蓬勃兴起，拓展了人类创造和利用信息的范围和模式。“新工科”具有多学科交叉融合与智能化特征，融合了机械、电子、传感器、计算机软硬件、人工智能、系统集成等众多先进技术，正影响着国民经济的很多领域，已成为一个国家科技发展水平和国民经济现代化、信息化的重要标志，是21世纪信息科学研究的制高点和信息产业价值的主要提升点。随着人工智能的发展，“新工科”相关技术在近几年有爆破式的发展趋势，其广泛的应用前景日趋明显，如人工智能、智能化机器、智能化电器、智能化楼宇、智能化物流等，对人
4、类生活的方方面面产生了重要的影响，中国制造2025战略规划把智能制造列为主攻方向。如果说20世纪末期，推动世界发展的引擎是信息化；那么21世纪，引领世界发展的火车头就是智能化。随着国家“一带一路”、“中国制造2025”和“互联网+”三大战略的实施，加之以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对科技人才的要求更进一步提升，传统电气自动化专业转型提升为多学科交叉融合与智能化的“新工科”，培养复合型人才十分重要。目前我校的电气自动化专业的课程设置较为传统，内容主要为电子电气技术和PLC自动控制，控制方法单一，自动化程度较低，新设备和新技术较少涉及，教学内容滞后于企业的生产现状。而近年
5、随着远程I/O和网络通信、数据处理及图像显示、人工智能等技术的不断革新，PLC电气控制技术向着柔性化、智能化、网络化方向发展。由于新设备、新技术、新理念和信息化教学手段的发展，以及生源的变化，有必要探索推进电气自动化专业的人工智能、“新工科”改革。课题界定人工智能，简称 AI，是一种基于计算机理论技术逐步发展起来的涵盖了数学、生物学、逻辑学、认知科学等跨领域的多学科综合交叉技术，它改变了人们传统的生产生活。它通过采用计算机模拟人脑，应用人的意识或思维，使一些机器设备具有人的智能，替代人发出行为指令来完成各种操作，延伸人的智能，胜任人的工作，满足了高层次的应用需要，属于多个领域研究成果的融合，有
6、着广泛的应用空间。将传统电气自动化专业转型提升为“新工科”，面向前沿高新技术，培养具备基于计算机技术、智能系统方法、传感信息处理等科学与技术，进行信息获取、传输、处理、优化、控制、组织等并完成系统集成的，具有相应工程实施能力，具备在电气自动化领域从事多学科交叉融合与智能化特征的科研、开发、管理工作的、具有宽口径知识和较强适应能力及现代科学创新意识的高级技术人才。本课题的方向契合社会和企业的需求，为提高我国的工业化水平贡献一份力量。国内外研究现状述评人工智能于 1956 年在达特茅斯会议上正式提出，距今已有 60 余年历史，人工智能技术与基因工程和纳米科学并被称为 21 世纪世界三大尖端技术。人
7、工智能是自然科学领域多学科交叉的综合学科，涉及的内容非常广泛，如计算智能、机器学习、模式识别、数据挖掘、统计学习理论等，有许多尚待解决的问题需要研究。人工智能为各行业和领域在模拟、延伸和扩展人的智能思维方式和方法的技术方面开辟了新的路径。利用计算机等在图像识别、人工神经网络构建、智能生产和控制等领域应用人工智能技术，能够带来新的行业变革。让机器学会人的思考方式，在不断运行的过程中自我完善和学习，快速建立一套智能运行系统，应用于各行业将产生传统行业技术的颠覆。在当前科技水平不断进步的时代中，人们对人工智能的作用和价值进行充分地挖掘和探索。随着近年来科学技术水平的提高和工业智能化生产的潮流变迁，我
8、国的人工智能技术取得了一些成就，各类人工智能技术的应用不断被开发和利用。将人工智能技术应用到电气自动化上，可以实现高效、低耗、精准的目的，使得电气自动化技术更加适应实际生产需求。人工智能技术在电气工程中运用日益广泛，逐渐实现全自动化控制。人工智能借助计算机完成工作，打破了传统工作在空间和时间上的束缚，解决了很多以往遇到的难题，在大幅度提高工作质量和效率的同时促进了我国电气工程自动化的发展。人工智能技术的作用，首先可以降低电气设备的操作复杂性，利用预置在计算机中的固定程序，能实现复杂的控制逻辑。此外，人工智能技术能够对电气自动化机械设备在日常运行中的信息数据进行实时采集分析处理，并监控设备的各项
9、工作指标，一旦发现异常情况能够及时预警，自动修复，维护电气设备运行。选题意义与研究价值 有利于教师丰富课堂内容教师通过对传统电气控制与PLC教学项目融合人工智能知识的研究和教学资源的开发，能够掌握本领域最新的科技动态，并将相关知识和信息运用于课堂教学，结合具体的实验项目进一步引导学生将新技术运用于工程项目，课堂教学也会变得更加生动形象直观。 有利于提高学生实践动手能力传统电气自动化专业转型提升为“新工科”能有效激发学生学习的潜能。实验室安排的实验项目，主要采用验证型实验向设计型实验逐步推进的模式。从研究控制要求，设计主电路到设计控制电路，再到软件编程，上位机与硬件设备通信，最后看到实际效果，能
10、提升了同学们动手的自信心，提高学生学习的态度和兴趣，调动主观能动性，将被动式学习转变为主动式学习。 有利于提高学生综合能力学生通过对“新工科”化的电气自动化专业的综合学习，参与实验项目的开发和设计，其自学能力、动手能力等综合素质能得到较大提高。融合人工智能的教学有效培养学生分析问题、解决问题的能力，对学生的创新思维和创新能力是一种锻炼和提高，对学生将来工作是一种启蒙和熏陶。2、课题研究目标、研究内容、研究重点和创新之处。研究目标将传统电气自动化专业转型提升为“新工科”,面向前沿高新技术，培养具备基于计算机技术、智能系统方法、传感信息处理等科学与技术，进行信息获取、传输、处理、优化、控制、组织等
11、并完成系统集成的，具有相应工程实施能力，具备在电气自动化领域从事多学科交叉融合与智能化特征的科研、开发、管理工作的、具有宽口径知识和较强适应能力及现代科学创新意识的高级技术人才。利用实验室现有资源为基础，以实践带动理论学习，重点培养学生分析问题的能力，使学生在从硬件连接到软件编程再到课题研究的过程中学会独立思考和协同工作，达到创新应用型人才培养的目的。为电类专业和课程探索新的培养模式，开发新的教学资源，更多地引入信息化教学手段。形成电气自动化专业“新工科”实训项目体系、实训指导书、电子课件、仿真软件、教材、研究论文、研究报告。研究内容对电气自动化专业的课程内容进行“智能化”改造，扩大知识面，多
12、学科交叉融合，响应“智能制造”的时代呼唤，加强工业机器人、自动化生产线等前沿应用技术的教学。课程设计环节采用综合性项目实训的方式进行，针对具体课题完成 PLC电气控制系统的硬件扩展（如继电器、传感器、电动机、变频器、触摸屏、通信模块、模拟量模块等）、接线和配置、编程及调试验证，使学生具备独立完成逻辑较复杂的PLC电气控制系统开发设计能力。实施课内外结合的贯通式创新实践活动，构建立体化综合实践体系。加强产学研课题研究，培养学生工程实践能力。开展创新型实验项目，培养知识迁移与创新能力。同时学生参加教师科研作为常规创新实践活动，进一步发展其在数理基础、逻辑思维与自学能力方面的潜能。研究重点和创新之处
13、课程体系和知识内容上凸显多学科交叉融合与智能化特征，把物联网、无线通信、智能计算等新知识融入教学项目。注重编程教学，夯实学生基础。人工智能技术中最重要的部分就是程序，最复杂的就是编程。通过对人工智能理论的学习，掌握人工智能的定义、内部程序、软硬件设备以及编程环境。跟踪新技术，了解新应用。通过相关公司网站、网上科技论文和专家讲座等途径获得最新知识信息，给学生介绍最新的研究成果及应用领域，开阔学生视野并增强学生的学习兴趣。3、研究思路、研究方法、实施步骤、预期成果形式。研究思路对电气自动化专业融合人工智能的特点和存在的问题做深入研究，并优化教学内容、改进教学模式、丰富教学手段和方法、借助现代化的教
14、学资源，着力于：优化教学过程，开展实践教学。将人工智能教学与课堂教学进程相融合，通过讲解人工智能的软硬件设施，以及智能控制程序，让学生更好地将理论知识与实际操作相结合。设置专门的人工智能实验室，让学生们有充分的空间和时间动手实践。通过对人工智能设备进行拆卸和组装，研究人工智能的传感器，激发学生创新意识。进行人工智能技术的设计比赛，鼓励学生们勇于投身设计制作中，为社会提供实用性技能人才。以学生为课程教学主体，激发学生的学习热情。强化学生的自主学习能力，教学过程采用让学生做中学。充分利用现代化教育技术手段和教学方式，形成立体化的教学体系。研究方法顺应时代发展，调整编程语言。自2017年末，伴随人工
15、智能与机器学习的兴起，Python程序语言逐渐取代 Java，成为编程界的头牌语言。本课题将以往编程入门采用的 C 语言，调整为Python，为后续的场景应用提供基础支持，引入自动化运维技术方面的内容。精选教学内容，体现学科发展现状。人工智能课程内容丰富、综合性高、实践性强、应用领域广泛，因此课程教学的首要任务是确定教学内容。教学内容应包含基础部分和提高部分。基础部分主要涉及基本理论知识，讲解每个专题的来龙去脉；提高部分主要反映人工智能领域的最新发展动态。改进教学方法，启迪创新思维。把重点放在问题的起源、概念的提出与共识的形成、研究的思路与解决的方法上，同时还要介绍最新研究现状及研究热点问题，
16、引导学生把握学科前沿，积极地探索和思考。另外，还要鼓励和引导学生自学和查阅文献资料，培养他们主动获取知识、综合运用所学知解决实际问题的能力。采用现代教育技术，改善课堂教学效果。将现代教育技术和教学手段应用到课堂教学中，建设良好的教学环境以培养学生的创新意识和能力。现代教育方法信息量大，表现形式丰富多样，可以生动、形象地表现教学内容，将抽象、难懂的教学内容以具体形象的方式表现出来，使讲授的知识点更容易被学生理解和掌握，有效地改善教学效果。实施步骤人才培养方向的调整顺应产业发展的趋势和需求跨界、渗透、融合，基于岗位的层次化、差异化，培养更多既熟悉人工智能技术又有创新精神的电气自动化技术能人才、复合
17、型人才。人才培养方式的改变传统的对所有学生设定统一的学习目标，采取标准化“生产线”方式难以培养出满足不同岗位群和工作流程需要的毕业生。为此，人才培养方式进行相应地改进，以实现在同等时间下人才培养质量的提升。采用工作室或者导师制的模式，由专业教师（企业一线工程师）在自己所擅长的领域内成立工作室，以相应领域内的高级职业技能作为培养目标，遴选优秀学生对其进行贯穿整个大学生涯的课余指导。教育教学过程控制采用过程性的评价方式，推动教育教学过程中的质量控制与反馈。例如，采用实时的教学效果预警反馈系统，大幅度提高教学反馈频次。在大数据的支撑下，更清楚和及时准确地掌握学生对职业技能学习的心态与评价，推动教学质
18、量的提升。网络资源建设。增加硬件设备的投入，建立健全教学网站，不断更新教学内容，保证网络资源的信息质量和网站的设计水平，实现教学方法的信息化和智能化。预期成果形式形成电气自动化专业融合人工智能的“新工科”实训项目体系、实训指导书、电子课件、仿真软件、教材、研究论文、研究报告。4、主要参加者的学术背景、前期相关研究成果、核心观点等。主要参加者的学术背景课题项目组由多名年富力强、教学和科研经验丰富、技术积淀深厚、跨校合作的成员组成，整合了本专业领域的优势力量。本研究队伍全部具有中级及以上职称，硕士及以上学位，均有半年以上相关企业工作经历，具备“双师”素质，学习能力强，综合素质高，创新潜力大，是一个
19、充满激情的教科研团队。项目主持人，2011年3月博士毕业于华中科技大学系统分析与集成专业，多年从事电气自动化技术的教学与科研工作，擅长智能算法。在会议The2nd International Forum on Computers, Electronics and Mechatronics (IFCEM 2015)发表论文“Freight Volume Forecast of Wuhan City Circle Based on Wavelet Neural Network”，在国内核心期刊发表教科研论文多篇，主持完成了多个课题。课题主要骨干成员，2012年3月博士毕业于华中科技大学机械科学与工
20、程学院，具有较强的科研能力，主持湖北教育厅科研课题两项、人文社科课题一项；湖北省教育科学规划、湖北职教中心和中国交通教育研究会教育科学研究课题各一项，发表SCI、EI、核心论文多篇。前期相关研究成果电气自动化技术专业为我校特色专业，是我校开办最早的高职专业之一，与武汉地铁集团、华工数控股份有限公司等企业合作，逐步推行“订单培养”，实现了校外顶岗实习制度化，毕业生一次就业率长期保持在95%左右。与德国博世力士乐(Bosch Rexroth)合作共建世界一流的电气自动化与控制技术实验实训中心，并引进德国先进的职业教育理念和教学方法，以大型电气设备的应用与维护岗位技能要求为重点，强化PLC智能控制技
21、术的应用，构建并实施了“工学交替，能力递进”校企合作的人才培养模式。本专业已申报多项专利，并进行了成果转化。老师负责的视觉引导的智能机器人工件分拣系统与武汉创星汇股权投资管理有限公司成功签约，副校长代表学校与武汉市知识产权交易所成功签订了科技成果转化战略合作协议。该系统针对现有机器人柔性和智能水平较低的问题，将视觉引导应用于自动化领域，提供一种基于视觉形状模型的机器人多目标识别方法。核心观点在电气自动化领域，传统的操作方式效率难以保证。人工智能技术的运用主要是制造可替代人从事某项工作的智能设备。在电气工程自动化领域，由于涉及到了大量的电子技术和计算机设备，为人工智能技术的应用提供了天然的沃土，
22、使电子信息及相关的网络控制方式能够便捷的进行功能整合和人工智能网络的构建，有效拓宽了电气自动化的应用领域，发展前景十分广阔。将人工智能技术的互联网思维和高效率全自动操作体系整合进入电气工程自动化当中，能够对现阶段的工业生产和相关技术的研发与提高起到极大的促进作用，成为今后一段时期电气自动化创新发展的重要研究方向。本课题针对人工智能理念在电气工程中的应用可行性进行充分研究，围绕高职教学中人工智能技术与电气工程自动化技术的融合方式和着力点进行大胆设想，并展望人工智能技术的应用场景，希望能为今后的电气自动化教育发展方向提供可供参考的依据。5、开展本课题研究的主要参考文献。王潇宇. 电气工程自动化中人
23、工智能的发展趋势分析J. 科技经济导刊, 2019(4):54-55.孙涛, 王亚芳. 高职院校智能机器人教学的探索J. 科技资讯, 2017(15):184-185.曲衍鹏, 邓安生, 王春立. 面向机器学习课程的教学改革实践J. 计算机教育, No.223(19):88-91.张立平. 浅析电气自动化控制中人工智能技术应用J. 现代制造技术与装备, 2019(1):194-196.孙威. 初探人工智能与电气自动化结合的应用思路J. 价值工程, 2018, v.37；No.502(26):160-162.王战. 人工智能在电气工程自动化中的应用J. 科学技术创新, 2018(17):102-103.陈建业. 探究人工智能在电气自动化领域的应用J. 中国新通信, 2018(12):122-123.万浩. 人工智能与电气自动化结合的应用思路J. 电子测试, 2019(4):131-132.苏洁.电气自动化控制中的人工智能技术运用J. 电子技术与软件工程, 2018(9):243.程辉.基于人工智能技术的电气自动化控制实现J. 自动化与仪器仪表, 2019(3):43-45.杨高明,陆奎,方贤进.人工智能教学研究探索J. 杨高明教育教学论坛, 2018(8):3-4.刘峰.电气自动化控制中的人工智能技术运用自动化应用, 2019(3):131-132.课题编号：6431
