SCI论文（www.lunwensci.com）:
Research and Practice of Transforming Traditional Electrical Automation Specialty into Intelligent "New
Engineering"
YANG Zheng-xiang 1, XU Gui-min 2
(1. School of Intelligent Manufacturing of Wuhan Technical College of Communications, Wuhan Hubei; 2.
Engineering and Technology College of Hubei University of Technology, Wuhan Hubei)
Abstract: We will transform the traditional electrical automation specialty into a “new engineering discipline”, face the cutting-edge high and new technology, and cultivate talents who have science and technology based on computer technology, intelligent system method, sensor information processing, etc., to acquire, transmit, process, optimize, control, organize
and complete system integration.To train senior technical personnel with corresponding engineering implementation ability, scientific research, development and management work engaged in interdisciplinary integration and intelligent characteristics in the field of electrical automation, wide caliber knowledge, strong adaptability and modern scientific innovation awareness.The characteristics and existing problems of the integration of artificial intelligence in electrical automation specialty are studied, and the teaching content is optimized, the teaching mode is improved, and the teaching means and methods are enriched with the help of modern teaching resources.
Key words: Electrical automation; Artificial intelligence; New engineering
一 引言
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”。
目前，社会人力成本日益走高，企业生产自动化比重不断加大，富士康等大型企业大力推广使用机器人。为了建设工业强国，加快转型升级步伐， 我国机电和装备行业对专业技术人员的需求量将大幅增加。随着超大规模集成电路等电子电气技术的发展，特别是远程 I/O 和网络通信、数据处理以及图像显示、人工智能等技术的不断革新，PLC 电气控制技术向用于柔性化、智能化、网络化方向发展。学校的教学内容往滞后于企业的生产现状，教学手段单一枯燥缺少实训。
二 人工智能与新工科
人工智能（Artificial intelligence， 简称 AI） 是在计算机理论和技术的基础上逐步发展起来的一种跨学科的综合交叉技术，涉及数学、生物学、逻辑学、认知科学等多个领域。它使用计算机模拟人脑，应用人的意识或思维，使一些机器设备具有人的智能，代替人发送指令来完成各种操作，胜任人的工作，扩展人的智能，满足高水平的应用需求，属于多领域研究成果的融合，具有广阔的应用空间。例如，智能建筑、智能机器、智能电器、智能物流等，对人类生活的方方面面都有重要影响 [1]。人工智能于 1956 年达特茅斯会议上正式提出，至今已有 60 多年的历史 [2]。人工智能是自然科学领域多学科交叉的综合学科，涉及到计算智能、机器学习、模式识别、数据挖掘等 [3]。
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，可以达到高效、低耗、精准的效果，使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应用日益广泛，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。人工智能技术利用智能程序能实现复杂的控制逻辑，并降低电气设备的操作复杂性 [4]。此外， 人工智能技术还可以实时采集、分析和处理电气自动化机械设备日常运行中的信息数据，并对设备的工作指标进行监控。如有异常可及时预警，自动维修和维护电气设备的运行 [5]。
“新工科”具有多学科交叉融合与智能化特征，涵盖了机械、电子、传感器、计算机软硬件、人工智能、智能系统集成等众多先进技术，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。根据教育部的提炼，“新工科”的内涵有“五新”，即新结构、新质量、新理念、新体系和新模式，如图 1 所示。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 [6]。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， 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。
三 改革措施
（一） 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、复合型人才。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。
（二） 人才培养方式的改变
传统上标准化的“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。所以，为实现在同等时间条件下提升人才培养质量，我们相应地改进人才培养方式。采取工学交替、现代学徒制等方式，校内导师和企业导师相结合，不仅使学生具备较好在学术功底，还对生产实践有较深入在了解和掌握。
（三） 精选教学内容，体现学科发展现状
人工智能内容丰富、综合性和实践性很强、应用领域广泛，因此首要任务是确定教学内容 [7]。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 [8]。
（四） 顺应时代发展，调整编程语言
自 2017 年末，伴随人工智能与机器学习的兴起，Python 程序语言逐渐取代 Java，成为编程界的主要语言。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。
（五） 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，利用实验室现有资源为基础，以实践带动理论学习，强化学生自主学习的理念，重点培养学生动手能力和分析问题的能力，使学生在从硬件连接到软件编程再到研究性学习的过程中培养独立思考和协同工作的能力。开展创新型实验项目，培养知识迁移与创新能力，创新评价形式，完善学生激励机制，达到创新应用型人才培养的目的 [9]。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[10]。
（六） 采用现代教育技术，改善课堂教学效果
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，达到学生、教师、学校三方共赢的效果。如图 2 所示， 采用基于教学资源库的翻转课堂教学模式，使教学过程生动活泼，更能吸引学生。
图 2 翻转课堂教学模型
四 改革效果
（一） 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、发展“新工科”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。
（二） 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，能提高学生兴趣，端正学习态度。
（三） 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、查找资料的能力、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可以有效培养学生对学生的创新思维和创新能力，对学生是一种启蒙和熏陶。
参考文献
[1]孟青泉 . 人工智能教育研究及应用中的问题剖析与发展建议 [J]. 人工智能 , 2019, 110-118.
[2]张广斌. 人工智能时代基础教育课程现代化转型的认识与思考 [J]. 人民教育 , 2019(11) 25-30.
[3]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, 20(23):127-128.
[4]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, 412(07):133-134.
[5]冯竞慧. 刍议电气自动化控制中的人工智能技术[J]. 科技资讯, 2017(36):20-21.
[6]孙红 , 蒋念平 , 陈玮 , 等 . 智能科学与技术专业理论教学与工程实践的融合 [C]. 全国智能科学与技术教育暨教学学术研讨会 . 2012.
[7]杨高明 , 陆奎 , 方贤进 . 人工智能教学研究探索 [J]. 教育教学论坛 , 2018, 377(35):12-13.
[8]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.
[9]尹向艳 . 人工智能时代学生竞争力的培养路径与策略研究 [J]. 教育现代化 ,2019,6(27):16-18.
[10]杨正祥 .“现代电气设备与 PLC 控制”课程改革教学设计 [J]. 湖北广播电视大学学报 , 2019, 39(01):19-22.
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