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1、第4章 自动化教育的内涵与体系,本章内容,自动化教育概述 国外自动化教育的现状及发展 我国自动化教育的发展历程和发展趋势 自动化教育的培养目标与定位 自动化专业的知识结构与课程体系,一、自动化教育概述,自动化教育主要有三种类型： 面向大学生的课程教育； 面向中、小学生及一般民众的 体验认识教育和科普教育； 针对自动化工程技术人员 的继续教育。,大学阶段的学习是目前 自动化教育的主体，具体又可分为3种情况：自动化专业，类自动化专业，非自动化类专业。,大学三种自动化教育的重点,自动化专业需要全面而系统地学习自动化的相关知识； 对于类自动化专业，如电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化、测控技术
2、与仪器、过程装备与控制工程、轨道交通信号与控制、 探测制导与控制技术、农业机械化及其自动化等，则主要学习与各自领域密切相关的自动化知识； 对于非自动化类的很多工科及管理、经济等专业，重点是学习系统、控制和优化的知识；,自动化教育内涵的变化趋势,由于目前很多自动化系统在“数字化”的基础上实现了“网络化”、“智能化”、“管理控制一体化”以及“综合自动化”，因此自动化教育的内涵也随之发生了较大的变化。 总的变化趋势是不断拓展专业口径，除了加强“网络控制”、“人工智能”、“智能控制”等内容外，还增加了复杂产品设计过程的自动化、管理与决策过程的自动化、综合自动化等方面的内容，为学生今后的发展创造更大的空
3、间。,二、 国外自动化教育的现状及发展,自动化教育一般有两种模式： 专门设置了自动控制或自动化的学科、系及专业； 将控制与自动化的内容融入到相关的学科、系及专业中，实行更宽口径的培养。,模式的典型代表有俄罗斯和中国，欧美等国家的部分学校也采用了第一种模式，但大部分学校实行的是模式。,在全世界的大学中，尽管有的设置了自动化领域的本科专业，有的没有，但在研究生教育方面，普遍都独立设置有自动化领域的硕士和博士培养计划。,国外自动化教育的主流模式,目前越来越多的学校采用第2种模式，也就是将自动化教育融入到的更宽口径的学科和专业中，通常是放在“电气工程”、“电气工程与计算机”、“电气与电子工程”这一类系
4、和专业中。 这实际上反应了目前大学教育一个总的发展趋势，即专业面越来越宽，专业界限越来越淡化，学科的交叉综合越来越明显，本科阶段的人才培养越来越“通才化”。,虽然欧美的大部分学校没有专门设置自动化专业，但这些学校的电气、电子、计算机、机械、化工、航空等很多学科和专业都包含了自动化和自动控制的内容，同时还面向全校的大部分专业开设自动化基本原理和方法的入门课程。 例如，美国斯坦福大学（Stanford University）的电气工程系面向全校开设有很多自动化的课程，既有入门性课程，也有前沿领域和最新研究动向的课程，范围几乎涵盖了自动化的所有领域。,斯坦福大学电气工程系开出的自动化课程举例,Sig
5、nal Processing and Linear Systems （信号处理与线性系统） Feedback Control Design（反馈控制设计） Introduction to Control Design Techniques （控制设计技术概论） Control System Design and Simulation （控制系统设计与仿真） Optimal Control and Hybrid Systems （最优控制与混杂系统） Modern Control Design（现代控制设计）,Analysis and Control of Nonlinear Systems （
6、非线性系统的分析与控制） Introduction to Linear Dynamical Systems （线性动态系统概论） Embedded System Design Laboratory （嵌入式系统设计实验） Introduction to Computer Networks （计算机网络概论） Introduction to Communication Systems （通信系统概论）,Introduction to Digital Image Processing （数字图象处理概论） Advanced Topics in Computation for Control （关于
7、控制计算的前沿话题） Introduction to Computer Vision （计算机视觉概论） Mathematical Methods for Robotics, Vision and Graphics（机器人、视觉和图像的数学方法） Digital Processing of Speech Signals （语音信号的数字处理）,Digital Video Processing（数字视觉处理） Artificial Intelligence: Principles & Techniques（人工智能：原理和方法） Probabilistic Models in Artificia
8、l Intelligence（人工智能中的概率模型） Machine Learning（机器学习） Information Theory（信息理论） Adaptive Signal Processing（自适应信号处理） Adaptive Neural Networks（自适应神经网络）,Global Positioning Systems（全球定位系统） Radar Remote Sensing（雷达遥感） Mobile and Wireless Networks and Applications（移动无线网络及其应用） Wireless Sensor Networks Concepts a
9、nd Implementation（无线传感网络的概念及实现） Internet Routing Protocols and Standards （互联网路由协议和标准） Dynamic Programming and Stochastic Control（动态规划与随机控制）,Approximate Dynamic Programming （近似动态规划） Convex Optimization with Engineering Applications（凸优化方法及其工程应用） Stochastic Decision Models（随机决策模型） Business Management f
10、or Electrical Engineers and Computer Scientists （针对电气工程师和计算机专家的经营管理）,国外自动化教育的改革动态,具有自动化背景的工程技术人员在工程项目中常常扮演“系统集成者”的角色，对项目的成败至关重要，因此很多国家的自动化教育不断加强管理方面的课程，培养交流、沟通、合作及协调的意识与能力，提高决策能力及决策水平。 自动化教育虽然涉及众多领域，但普遍认为，应将广泛了解和深入学习其中一个领域相结合，或者讲“通才”与适当的“专才”相结合。只有这样，才能将所学的知识融会贯通，深入理解相互的关系和联系。,作为自动化核心的反馈控制，已经扩展到了工科以外
11、的很多专业，因为反馈控制的原理和方法对所有的科技工作者和大部分管理人员都是必需的。 为了使更多的人对自动化产生兴趣，很多国家都在大力加强自动化的科普教育，例如，广泛宣传自动化所取得的各种成就、针对不同层次的人群编写引人入胜的科普书籍、在中学 教材中适当地引入一些自动 化的内容、在科技馆中设置 与自动化相关的互动和演示 装置、举办各种科技竞赛等。,三、我国自动化教育的发展历程和发展趋势,20世纪40年代，我国的一些大学就开设了自动控制方面的课程，但设置自动化类的专业则是20世纪50年代才开始的。 起步阶段主要是借鉴了前苏联的培养模式和课程设置，专业面比较窄，专业划分比较细，自动化对应不止一个专业
12、，并要求学生专业对口，招生和分配都有严格的计划，学生毕业后绝大多数都能“专业对口”。,自动化本科专业的演变,前身是“工业企业电气化”和“自动控制”专业，分别组建于1952年和1956年；前者在60年代改为“工业电气化及自动化”，后又改为“工业电气自动化”，同时还衍生出“生产过程自动化”、“检测技术与自动化仪表”等多个专业。 到了80年代，为了拓宽专业口径，各高校将原有的多个自动化类专业合并为“工业自动化” 和“自动控制”，1998年又进一步合并为宽口径的“自动化”专业，在本科专业目录中归属“电气信息类”。,由于自动化专业规模越来越大，而且与电气工程类专业在学科基础、应用背景、培养目标和专业基础
13、课程等方面存在较大的差异，2012年在本科专业目录中单独设立了“自动化类”，下设“自动化”等专业，使其真正成为了一个跨多个学科、多个行业的宽口径专业。 毕业生的就业也逐步“多元化”，无论专业是否对口，超宽口径的培养模式、信息论的基础、反馈控制的方法、系统的观点和综合优化的思想造就了适应力很强、适应面很广的人才。,自动化学科研究生教育的演变,20世纪50年代，举办过一些自动化专业的研究生班，并派遣了学生和教师去前苏联学习或攻读研究生学位，但规模都不大。 20世纪6070年代因全国性政治运动的原因，研究生教育处于完全停滞状态。 从1978年开始，一批重点大学开始招收自动化学科的研究生，在首次颁布的
14、专业目录中，一级学科为“自动控制”，其下设有5个二级学科，分别为：自动控制理论及应用，工业自动化，自动化仪表及装置，系统工程，模式识别与智能控制。,1997年重新修订了研究生的学科专业目录，一级学科名称改为“控制科学与工程”，由5个二级学科组成，分别是： 控制理论与控制工程， 检测技术与自动化装置， 系统工程， 模式识别与智能系统， 导航、制导与控制。 与自动化相关的研究生专业还有： 运筹学与控制论 系统分析与集成 机械制造及其自动化 电力系统及其自动化 农业电气化与自动化等。,研究生教育的特点,专业划分比较细，不再属于“通才教育” ，硕士研究生是“通才”和“专才”教育相结合，博士研究生则偏重
15、于“专才教育”。 硕士阶段是课程学习与研究并重，研究要求达到一定深度，并培养较强的独立研究能力； 博士阶段则主要培养研究能力，要求研究有相当深度，毕业后通常就成为某个领域的专家。 硕士毕业后仍具有较强的“可塑 性”，就业选择面较宽，而博士 则通常会“专业对口”。,自动化教育的专业结构和规模,我国两千多所普通高校中，工科类和综合性大学 有500多所，其中450余所设有4年制本科“自动化”专业，每年招收3万多人，在校生规模达15万多人。 另外还有400多所专科院校设有专科自动化专业，每年招生约1万多人，在校生规模为3万多人。 在设有“自动化”本科专业的 450余所高校中，有近300所 可以培养自动
16、化学科的硕士 或博士研究生。,从层次结构上看，拥有自动化学科硕士点、但没有博士点的高校近100所；有相应博士点的高校近200所，其中拥有一级学科“控制科学与工程”博士学位授予权的单位目前共51个（注：“一级学科授予权”指一级学科下的所有二级学科专业都可以招生、培养和授位）。 研究生的办学规模近十年增长较 快，目前已达到每年招收约 1万 人的自动化学科研究生，在校生 规模达 3 万多人。,四、自动化教育的培养目标与定位,培养目标分政治培养目标和业务培养目标。政治培养目标主要指思想品德方面，各个学校大同小异。 下面主要介绍业务培养目标，综合了很多学校的情况，并参照了普通高等学校本科专业目录和专业介绍、授予博士硕士学位和培养研究生的学科专业简介、自动化学科专业发展战略研究报告等。,本科自动化专业的业务培养目标,使学生具备电工电子、控制理论、自动检测与仪表、信息处理、系统工程、计算机技术与应用和网络技术等较宽广领域的工程技术基础和一定的专业知识，能在运动控制、工业过程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、 电子与计算机技术、信息 处理、管理与决策等领域
