模式识别与智能系统专业实验室建设设想

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1、模式识别与智能系统专业实验室建设设想　　摘要：实验教学工作是高等学校人才培养体系的重要组成部分。阐述了构建模式识别与智能系统专业实验室的必要性与迫切性，针对模式识别与智能系统专业课程体系的特点，提出构建以工程教育为主导的模式识别与智能系统专业一体化实验室，并介绍了综合实验设计。该实验室的构建可以让学生得到从构思、设计、实施到运行的一整套工程实践，有助于增强学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。　　关键词：实验教学；CDIO；工程教育；模式识别与智能系统；一体化　　作者简介：张佳（1980-），女，北京人，北京理工大学自动化学院，实验师。（北京100081）　　基金项目：本文系北京市教育委

2、员会共建项目专项项目（项目编号：XK100070532）的研究成果。　　中图分类号：G482文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）07-0181-028　　实验教学是培养高素质人才的一个重要途径，[1]特别是在培养理工科学生实践能力和创新精神、提升学生的工程素质方面有着不可替代的作用。[2]由于近年来高校规模的迅速扩张，教学资源紧张的矛盾更加突出，生源结构的多样化也使得高校的实验教学组织更加困难，各校在实验室建设和管理方面也存在一些薄弱环节，这些因素都导致了实验教学的弱化倾向，对大学生创新能力和工程素质的培养十分不利。[3]因此，加强实验教学的力度，提高大学生的科技创新能力和

3、工程素质成为高校教学改革的重要任务。　　目前，北美已经出现了构思、设计、实施、运行为一体的CDIO工程教育改革模式。CDIO教学大纲提出了对工程师能力方面的要求。CDIO教学模式的特点是主动式和经验式学习，并通过稳健的质量评估过程不断予以改进。[4]　　为加快培养造就一批创新能力强、适应经济和社会发展需求的各类工程科技人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势，教育部在61所高校组织实施了“卓越工程师教育培养计划”。[5]我国的教育行政主管部门、大学和教师同时也开展了一系列的工程教育改革，旨在培养符合社会需要的工程技术人才。　　一、构建实验室的必要性　　“模式识别与智能

4、系统”二级学科以各种传感器为信息源，以信息处理与模式识别的理论技术为核心，以数学方法与计算机为主要工具，研究对各种媒体信息进行处理、分类和理解的方法，并在此基础上构造具有某些智能特性的系统。[6]　　从全国各高校来看，西安理工大学的“模式识别”实验课是以MATLAB为工具，以“总体概率密度分布的非参数方法”、“感知器准则算法”等为实验内容。北京信息科技大学的“模式识别”实验课是以MATLAB为工具，以“贝叶斯最小错误分类器设计”、“Fisher准则”等为实验内容。江苏科技大学电子信息学院的“智能控制技术”实验课设置了“模糊控制与传统PID控制的性能比较”、“神经元自适应PID控制仿真研究”8

5、等基于MATLAB的仿真实验。郑州大学的国家级精品课程“智能控制基础”配套的实验课是以“虚拟现实与虚拟实验室”、“典型摆问题的模糊控制仿真”为实验内容。综上所述，我国高校中这两门课程的实验课较少，且大多是用MATLAB、Simulink等工具进行的针对某一知识点的仿真验证性、演示性实验，缺乏以提高学生工程实践性、创新性为目的综合性实验。　　目前，北京理工大学还没有建设“模式识别与智能系统”的专业教学实验室，无法为学生提供相关的实验环境和工程实践机会。然而，当今时代是一个对高等教育，尤其是对高等工程教育过程日益关注的时代，培养卓越工程师型的人才是高等学校最重要的任务。因此，必须为学生提供工程实

6、践的环境，构建专业教学实验室，设计一体化的实验课程计划，将工程知识和实践能力有效结合。　　二、综合实验设计　　“模式识别与智能系统”专业教学实验室应以工程教育为主导，开发一体化、综合性实验课程，保证学生能够全天候、多学期的在实验室进行实验、巩固知识，提高学生的工程实践能力、创新能力及团队合作能力，进而提高本科工程教育的质量，培养合格的工程技术人才。因此，本文提出了3套综合实验系统，以此为基础进行实验的设计。　　1.光电跟踪转台伺服系统实验　　光电跟踪转台伺服系统是在科研项目中设计的一套自制设备，包括精密伺服平台（双向转台）、图像采集卡、DSP和仿真器、数据采集卡、直流伺服驱动器和计算机等部分

7、。其中的精密伺服平台包含了CCD摄像机、镜头和测角板。其总体框图见图1。8　　该实验装置可以开设如下三类实验：一是转台的伺服控制实验。转台是一种常见的被控对象，常常要求精确、稳定、快速控制，常用的控制方法有经典PID控制、智能控制以及非线性控制。二是目标跟踪（计算机视觉）实验。转台带有高清彩色CCD摄像机和电动变焦镜头，可以实时采集到清晰图像，经图像采集卡传输给计算机，进行目标检测与识别。对采集回来的视频流，