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【关键词】 人工智能 大脑智能 智能机器人
0 引言
人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI,是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考、规划等)的学科,主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机。二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一(空间技术、能源技术、人工智能)。也被认为是二十一世纪(基因工程、纳米科学、人工智能)三大尖端技术之一。
1 人工智能的发展历程
(1)人工智能的思想萌芽可以追溯到十七世纪的巴斯卡和莱布尼茨,他们较早萌生了有智能的机器的想法。十九世纪,英国数学家布尔和德摩尔根提出了“思维定律”,这些可谓是人工智能的开端。十九世纪二十年代,英国科学家巴贝奇设计了第一架“计算机器”,它被认为是计算机硬件,也是人工智能硬件的前身。1936年,24岁的英国数学家图灵提出了“自动机”理论,把研究会思维的机器和计算机的工作大大向前推进了一步,在定义智慧时,图灵做出了解释,如果一台机器能够通过称之为图灵实验的测试,那它就是智慧的,图灵实验的本质就是让人在不看外型的情况下不能区别是机器的行为还是人的行为。(2)上世纪三四十年代,维纳、弗雷治、罗素的数理逻辑,和丘奇、图灵的数字功用以及计算机处理发展促使了1956年夏Dartmouth会议上人工智能学科(由“人工智能之父”麦卡锡提出,麦卡锡曾是Stanford人工智能实验室主任)的诞生20世纪60年代以来,采用生物模仿来建立功能强大的算法,包括进化计算等,人工生命以进化计算为基础,研究自组织、自复制、自修复以及形成这些特征的进化和环境适应。70年代以来,Conrad等研究人工仿生系统中的自适应、进化和群体动力学,提出不断完善的“人工世界”模型。80年代,人工神经网络再度兴起促进人工生命的发展。(3)1992年贝兹德克提出计算智能。专家系统在90年代兴起,模拟人类专家解决领域问题。
2 人工智能的研究
强人工智能的观点认为有可能制造出真正能推理和解决问题的智能机器,并且,这样的机器能将被认为是有知觉的,有自我意识的。弱人工智能的观点认为不可能制造出能真正地推理和解决问题的智能机器,这些机器只不过看起来像是智能的,但是并不真正拥有智能,也不会有自主意识。现在主流科研集中在弱人工智能上,强人工智能的研究则处于停滞不前的状态下。
目前人工智能主要研究内容是:知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面,分布式人工智能与多智能主体系统、人工思维模型、知识系统、知识发现与数据挖掘、遗传与演化计算、人工生命应用等等。未来人工智能可能会向以下几个方面发展:模糊处理、并行化、神经网络和机器情感。
3 人工智能的应用
IBM公司“deep blue”电脑击败了人类的世界国际象棋冠军,美国Sandia实验室建立了国际上最庞大的“虚拟现实”实验室,拟通过数据头盔和数据手套实现更友好的人机交互。国际各大计算机公司相继开始将人工智能作为其研究内容,几乎包括所有IT企业,以及很多金融巨头,纷纷建立自己的人工智能产业部,利用“智能”来解决问题。无人驾驶车的诞生,打破了汽车靠人驾驶的时代。
MIT开发出了SHRDLU,STUDENT系统可以解决代数问题,而SIR系统则开始理解简单的英文句子了,SIR的出现导致了新学科的出现:自然语言处理。在70年代出现的专家系统成了一个巨大的进步,它头一次让人知道计算机可以代替人类专家进行工作。在理论方面,计算机开始有了简单的思维和视觉,而不能不提的是人工智能语言Prolog语言诞生了,它和Lisp一起几乎成了人工智能工作者不可缺少的工具。
4 人工智能的影响及发展必须注意的问题
(1)人工智能对自然科学的影响。在需要使用数学计算机工具解决问题的学科,AI带来的帮助不言而喻。更重要的是,AI反过来有助于人类最终认识自身智能的形成。(2)人工智能对经济的影响。专家系统更深入各行各业,带来巨大的宏观效益。AI也促进了计算机工业网络工业的发展。但同时,也带来了劳务就业问题。由于AI在科技和工程中的应用,能够代替人类进行各种技术工作和脑力劳动,会造成社会结构的剧烈变化。(3)人工智能对社会的影响。AI也为人类文化生活提供了新的模式。现有的游戏将逐步发展为更高智能的交互式文化娱乐手段,今天,游戏中的人工智能应用已经深入到各大游戏制造商的开发中。
伴随着人工智能和智能机器人的发展,不得不讨论是人工智能本身就是超前研究,需要用未来的眼光开展现代的科研,因此很可能触及伦理底线。作为科学研究可能涉及到的敏感问题,需要针对可能产生的冲突及早预防,而不是等到问题矛盾到了不可解决的时候才去想办法化解。
5 智能机器人
智能机器人具有类似于人的智能,它装备了高灵敏度的传感器,因而具有超过一般人的视觉、听觉、嗅觉、触觉的能力,能对感知的信息进行分析,控制自己的行为,处理环境发生的变化,完成交给的各种复杂、困难的任务。而且有自我学习、归纳、总结、提高已掌握知识的能力。目前研制的智能机器人大都只具有部分的智能,和真正的意义上的智能机器人,还差得很远。
6 结语
当然,虽然人工智能一直都处于计算机技术的最前沿,但人工智能的发展也并不是一帆风顺的,并不象我们期待的那样迅速,也曾因计算机计算能力的限制无法模仿人脑的思考以及与实际需求的差距过远而走入低谷。人工智能的问题的在于,一方面哲学、认知科学、思维科学和心理学等学科所研究的智能层次高而抽象;另一方面AI逻辑符号、神经网络和行为主义所研究的智能层次太基本。由于对中间机制知之甚少,这种背景下提出的各种AI理论,就只能是或者完全不同于人类思维,与人类的思维模式相距太远,同时在人类思维方式的理解上也有待突破,不然很难形成更新的AI框架和理论体系。尽管如此,多学科的联合协作研究也带来了足够引人注目的增长。因为人工智能的基本理论还不完整,我们还不能从本质上解释我们的大脑为什么能够思考,这种思考来自于什么,这种思考为什么得以产生等一系列问题。但经过这几十年的发展,我们相信它会给世界带来难以预料的变化。
参考文献:
[1][美]StuartJ.Russell[美]PeterNorvig人工智能:一种现代的方法(第3版).
[2]人工智能及其应用蔡自兴徐光佑.
[3]游戏人工智能编程案例精粹[美]MatBuckland.
在AlphaGo之前,人们曾经认为,围棋是AI永远不可能碾压人类的地盘。因为围棋每走一步都会带来250种新的可能,一盘棋可以下到150个回合。这是人类与AI对抗中最大的优势,也可以说是人类在围棋上和人工智能抗争最后的尊严。
因此,当人工智能在围棋界获得胜利时,有些人将此视为人工智能吹响了战胜人类的号角,开始罗列哪些行业将被人工智能取代。但更多的中国围棋人对此都有开放的心态,甚至感到欣喜,他们表示,既然可以得到这样一个强劲的对手,就可以通过与之比赛提高自己的水平,并重新认识围棋。
事实上,再强的人类高手都有自身的不足,一位大师的传世名谱中总有另一位大师发挥不佳的黯然。30秒一步的快棋更是将人工智能的优势发挥的淋漓尽致,人工智能距离颠覆人类生活还遥远的很。某种程度上,“Master”可以被视为人类棋手的最佳陪练员,帮助人类棋手弥补自己的弱点,塑造更完美的自己。
随着人工智能的发展,也许会逐渐消灭一个又一个过去由人工完成的行业或者职业,就像蒸汽机火车替代了马车,而使得马车不再是一种普通的交通工具,马夫这一职业逐渐消失一样。类似的例子还有很多,比如纺织机代替了人工织布,计算器代替了算盘等等。
随着科学技术的进步,工人取代了农民,服务业取代了工业,在服务业占就业人口较大比例的美,过去底特律辉煌时期的大规模制造业流水线工作早已经消失。但这都不是人们恐惧人工智能的借口。
事实上,人工智能的进步其实是人类智力的进步,就目前的人工智能而言,它更多是建立在大数据分析和深度机器学习的基础之上,它所有的智力来源更多是对现有人类智慧的总结和提炼,离机器的自我认知和进化还有很大一段距离。
关键词:人工智能;全英文教学;教学内容改革;教学模式改革
1 实施全英文教学的必要性
随着国际学术交流的日益活跃以及国际化办学的趋势发展,借鉴国外著名大学的办学理念和管理模式,利用世界优质教育资源,提升教育教学水平,造就具有国际竞争能力的复合型创新人才,正成为我国教育改革与发展的新方向。
智能化是人类社会技术发展的必然趋势。作为计算机科学与技术专业课程体系中的核心课程之一,人工智能的地位正随着该学科的不断发展和其技术的广泛应用迅速提高,而且在非计算机领域,具有不同专业背景的学者也通过这个年轻的领域发现新思想和新方法。由于人工智能课程内容涉及计算机科学以及边缘学科的新理论、新方法与新技术,因此在该课程中开展全英文教学不仅可以让学生充分了解人工智能日新月异的发展,还可以促进本科教学与国际接轨,在培养国际化创新人才方面具有十分积极的现实意义。
2 当前国内全英文教学存在的主要问题
笔者对当前国内高校人工智能课程全英文教学的现状进行调查分析,调查对象为软件工程专业本科三年级学生,调研问卷共58份。调查项目、内容及结果见表1。
从项目1和2的调查结果看,大部分学生认为开展全英文教学有必要,其在提高英语应用能力、增强自己的就业竞争力以及了解国际前沿等方面有很大帮助。然而,由于全英语教学在我国尚处于起步阶段,进行全英语教学的效果并不十分理想,其教学试点与实践尚存在一些亟待解决的问题,主要表现在如下几个方面。
(1)对全英文教学的理解存在偏差。从项目3~5的调查结果看,教师不能正确处理好全英文教学与专业英语课教学的关系,使全英文教学变为纯英语课教学或专业英语课的翻版。大部分学生还是希望教学授课语言以双语为主或以中文为主、英文为辅,多媒体课件形式为中英文相结合。
(2)全英文教学达不到预期的教学效果。从项目6和7的调查结果看,虽然一些大学花了很大代价邀请国外一流教授专家讲授课程,但由于人工智能课程理论性强、难度大,学生很难适应全英文课程教学。
(3)缺乏内容全面和难度适中的教材。从项目8和9的调查结果看,一些大学在实施人工智能课程全英语教学时直接引进原版英文教材,但这对本科生来说,原版英文教材内容偏多、难度较大,学生学习时不免有诸多畏难情绪。
(4)师资匮乏。从项目10的调查结果看,学生对承担全英文教学教师的满意程度普遍不高。实际上,全英文教学对承担课程教学的教师要求很高,他们不仅需要具备专业知识,而且还要掌握英语应用技能,而现阶段国内高校中能承担全英语教学的师资仍然十分匮乏。
综上所述,如何改革全英文教学模式,讲授哪些教学内容,采用何种科学的教学方法与手段,是值得我们思考和关注的教学改革重点和难点。
针对以上这些问题,我们深入研究人工智能课程的特点,对现有教学模式、内容及方法进行全方位探索和改革,制订全英文教学计划,对促进教学工作、提高教学质量、培养国际创新型人才起重要作用,其重要意义具体体现在以下3个方面。
(1)探索如何将理论知识传授、综合能力培养与英语交流运用三者有机结合,建立全英文教学的新型模式,这将对更新教学理念和探索适合于计算机软件人才培养的教学方法产生深远影响。
(2)全英文课程教学能够让学生掌握最先进的人工智能国际前沿技术,开阔国际视野,有利于培养复合型、实用型、具有国际竞争力的高层次创新人才。
(3)全英文教学改革的探索与实践能够促进国内教育向国际教育迈进。
3 全英文教学内容改革
建立完善的全英语教学体系,需要有系统而完整的教学内容。我国计算机科学与技术本科专业人工智能课程课时一般只有36学时,因此我们需要考虑从什么角度组织教学内容,才能让学生比较容易地理解、熟悉和掌握人工智能的原理、方法与技术,从而显著提高教学效果。
与国内教学内容相比,国外教学更注重分析问题的思维方法和解决问题的应用能力,对提高学生的学习兴趣以及培养学生的创新能力十分有益,但是原版内容过多,且大多以国外政治、经济、文化、社会和生活为背景,对于我国学生来说,理解某些内容和背景比较困难。因此直接套用原版教学内容往往存在一定问题,我们需要在引进、消化和吸收国外经典教材内容的基础上,有选择性地挑选合适内容。国外经典教材编写思路不尽相同,一些经典人工智能教材及主要内容见表2。
人工智能的基本思想和主要内容是研究人类智能活动规律和用于模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。从表2中可以看出它们的共同点,即人工智能应围绕“智能”这个核心,但由于智能本身非常复杂,难以用单一的理论与方法描述,需要从不同的抽象层次刻画智能这个主题。我们认为,人工智能的主要内容可按图1所示划分为不同层次并确定讲授顺序。
在最底层,神经网络与演化计算(适应性原理与仿生机制等)辅助感知以及与物理世界的交互;抽象层反映知识在智能中的角色和创建以及围绕问题求解的知识的抽象、表示和理解;更高层则提出学习、规划、推理的模型和方式;应用层构造智能化智能体以及具有一定智能的人工系统,让计算机实现以往需要人的智力才能完成的工作。除了将人工智能课程的教学内容划分为这4个层次,为保证教学内容的循序渐进性,还可按照抽象层更高层最底层应用层顺序安排教学内容。
4 全英文教学模式改革的实施关键
针对以上国内全英文教学中存在的主要问题,我们提出人工智能课程全英文教学模式改革的实施关键,包括全英文课堂教学模式的重定位,“二三二”模式教学方法的改革,集先进性、前沿性和实用性为一体的教学内容创新以及全专业英语教学团队的打造。
4.1 全英文课堂教学模式的重定位
人工智能课程教学以培养学生掌握专业基础知识、培养实践动手与应用能力以及提高英语交流水平三者相结合为主要目标,分两个阶段进行,国内教师与国外教师共同授课。首先,国内主讲教师讲授人工智能课程的基础原理、模型和方法,可采用集中授课、案例教学和课堂实践等教学方式,使学生掌握人工智能的一般基础知识;在此基础上,再邀请国际知名外籍教师为学生讲授人工智能国际前沿技术,包括集中授课和专题研讨。经过基础学习,学生一般已掌握人工智能基础知识,因此对于外籍教师所讲授的学科前沿等内容能够准确理解和把握。与单纯采用全英文教学或单纯邀请外籍教师授课相比,该模式能收到较好的预期效果。“1+1”全英文双课堂教学模式如图2所示。
4.2 “二三二”模式教学方法的改革
实行全英语教学后,由于使用英文教材及中外教育背景存在差异等因素,我们在教学过程中对教学方法进行一定程度的调整和改进,包括全英文授课形式、案例教学、教学内容以及教学手段等方面;配合“1+1”全英文双课堂教学模式,提出图3所示的“二三二”模式教学方法,培养学生成为具有综合能力、创新能力、国际视野和英语技能的复合型人才。
该教学方法模式包括:(1)过渡式全英文与沉浸式全英语两大英语教学方式;(2)激励自主式、启发互动式、体验学习式三大学习法,激发学生学习兴趣,使学生牢固掌握人工智能基础理论与方法;(3)参与学习式和自我展示式两大学习法,培养学生综合运用知识的能力和创新能力。
在全英文课堂授课过程中,我们需要注重把握英语与专业的比例。首先,不能一味地追求全英文授课的形式而忽视教学效果;其次,还需要为学生提供一个良好的语言学习环境,在实际教学中注重培养学生良好的英语思维习惯,从根本上提高学生的英语水平。
人工智能课程包含大量概念,内容抽象,算法复杂,学生往往难以理解与掌握。将案例教学方法引入课程教学能有效提高学生的学习兴趣,获得较好的预期教学效果,但要达到理想的教学目标,仅仅靠课堂教学远远不够,还需要拓展第二课堂。有计划地邀请国外人工智能专家和教授到大学进行专题讲座,鼓励学生参加相关的课外科研/科技活动,使得学生能够体验式地、自主地学习,更好地了解人工智能新技术,从而进一步激发学生的学习热情。构建案例教学和课堂实践的双课堂教学模式,不仅能够丰富教学内涵,而且可以充实学科前沿知识并拓宽学生的国际视野。
4.3 集先进性、前沿性和实用性为一体的教学内容创新
除了引进、消化和吸收国外经典教材内容以外,我们还需要逐步建立起具有自身特色的教学内容,以保证教学内容集先进性、前沿性和实用性为一体。
(1)先进性。我们提出教学与科研相结合,以科研带动教学发展的新思路。教师可结合自己的人工智能及其相关领域的科研项目,将科研最新研究成果以及学科前沿知识进行梳理与优化并有机融入课程教学中,确保教学内容的先进性,有效提高教学改革的质量。
(2)前沿性。对人工智能发展较快的领域,如智能计算、数据挖掘等,还需更新和补充全英文教学内容,同时可以邀请国际知名大学教授共同研究与探讨教学内容,保证课程内容具有一定的前沿性,通过实现全英语教学保证课程与国际接轨。
(3)实用性。在讲授基础理论知识的基础上,还应注重实践的应用,增强学生的动手操作能力,以符合素质教育必须注重实践的要求。教师可结合教学中的基本理论知识,适当补充案例与实例,使得教学内容与实际相联系,丰富课程内涵并提高教学效果。
4.4 全专业英语教学团队的打造
师资力量直接影响教学效果。师资的匮乏是现阶段全英语教学面临的主要问题之一。虽然一些教师具有较扎实的人工智能学科功底,但不能熟练地运用英语进行授课,而有些教师则知识结构单一,缺少人工智能及其相关学科间的交叉与融合,因此我们需要多渠道、多层次地打造既具备专业知识,又具有学科交叉与融合能力,同时掌握英语技能的全英语教师队伍。将科研与教学相结合,利用与国外人工智能及相关领域学术带头人建立的合作关系优势加强交流与合作,争取申请国际合作科研项目,利用科研提高教师的教学质量、专业水平和英语技能。
5 全英文教学的具体实施
我们在软件工程专业本科三年级学生的人工智能课堂上实施全英文教学,具体实施过程如下。
(1)国际软件学院成立教学主管部门领导小组、从事教学研究的骨干教师组成的全英文教学工作小组以及由教学督导组成的监管小组,三者之间相互配合并共同促进,保障全英文教学工作的顺利推进与落实。领导小组对全英文教学的师资培训、人才引进、多媒体网络资源开发、实验室建设、教材编写等予以政策支持;教学工作小组制订全英文教学工作规划和年度计划;监管小组定期对工作小组的教学完成情况进行评估。
(2)在课程教学中,打破国内常规教学方式,建立开放式全英文教学模式,教学形式多种多样。教学方式以“1+1”双课堂教学模式为核心,以讲授与专题讨论相结合的方式,围绕基本原理、方法与技术展开教学,激发学生自主学习与创新学习的热情。
(3)国际软件学院在人工智能相关领域承担并完成了一批国家与省部级科研课题,而且取得了一些有影响的研究成果,形成了自己的学科特色和优势。2006年,国际软件学院聘请被誉为世界“人工大脑”领域先驱的美国犹他州州立大学计算机系Hugo de Gaffs教授担任武汉大学全职教授和学院国际人工智能研究室主任。
(4)聘请与国际软件学院有合作协议的国立首尔大学计算机科学与工程学院Bob McKay教授专职来校为本科生讲授人工智能技术前沿。同时,利用国外学者来武汉大学顺访的机会,请其为学生作学术报告,使学生了解国际最新人工智能技术,如邀请曾经在麻省理工学院从事过7年博士后研究的宋森研究员进行“理解大脑与仿制大脑”的讲座等。
(5)国际软件学院在遴选教师到与学院有教学和科研合作的国外大学进修时,优先考虑给本科生授课的全英文教师,并将全英文教学能力作为选拔条件,以教师的学术进修带动全英文教学建设,使学科和专业建设与全英语教学队伍打造相结合,全面推进全英语教学工作的开展。
6 结语
人工智能是计算机科学与技术专业的重要课程,目前正面临着知识更新和教学改革的紧迫任务。笔者以实施全英文教学为契机,针对目前国内全英文教学中存在的亟待解决的主要问题,提出人工智能全英文教学内容与教学模式改革的新思路。
(1)以智能为核心,从不同抽象层次刻画智能主题,构造人工智能最底层、抽象层、更高层以及应用层4大模块内容。
(2)突破传统教学模式,对全英文教学模式进行重定位,提出“1+1”全英文双课堂教学模式。
(3)提出“二三二”模式教学方法的改革方案,培养具有综合能力、创新能力、国际视野、英语技能的复合型人才。
(4)提出教学与科研相结合,以科研带动教学发展的新思路,进行集先进性、前沿性和实用性为一体的教学内容创新。
关键词:智能科学基础;系列课程;国家级教学团队;改革;建设
在国家教育部质量工程的支持下,中南大学信息科学与工程学院对国家级精品课程人工智能[1-2]和智能控制[3]、全国双语教学示范课程人工智能和国家级智能科学基础系列课程教学团队[4]等进行持之以恒的改革与建设,取得一些成果。
“智能科学基础系列课程教学团队”的教学队伍是一支由国家级教学名师领衔[5],知识结构、梯队结构和年龄结构比较合理,具有明显的学科优势、课程优势、人才优势和教学科研优势的颇具特色与影响力的教学团队。该团队以中南大学智能科学研究中心为核心,主要承担人工智能基础、智能控制导论、机器人学、专家系统等本科基础和专业基础课程,硕士学位课程人工智能、智能控制和机器人控制技术以及留学生硕士学位课程Artificial Intelligence和博士生学位课程智能系统原理与应用的教学。
教学团队在建设过程中,注重教学改革,加大课程建设和教材建设力度,不断改进教学方法,在课程改革、教材建设、教学手段、队伍建设以及交流合作等方面取得一些进展。本文拟就教学团队的改革与建设的相关理念与实践问题加以总结,谈谈我们的见解。
1创新教学方法
教学是教师的本职和核心工作。本教学团队一直致力于教学方法与教学模式的改革与创新,虚心学习国内外先进教学经验和方法,积极探索教学新路,形成了“以趣导课、以疑启思、以法解惑、以律求知”的教学模式和教学方法[6-7]。充分激励学生的学习积极性和主动性,发挥独立思考和创新思维,多方位培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。我们在教学过程中应用了课堂演示、课堂互动、课堂辩论、课后网络教学、网络实验等一系列现代化全方位的教学新模式。此外,为提高学生的动手能力和理论水平,让学生直接参与部分教师课题,理论联系实际,为毕业后的工作学习打下良好基础。具体措施如下:
1) 举行课堂讨论会,营造自由探索氛围。
为调动学生的积极性,我们在授课过程中多次开展课堂讨论会和辩论会等活动,让学生自己查阅资料,分析整理,提出自己的观点,使学生全方位地接触所学课程,培养学生的研究能力,真正实现师生互动,并鼓励学生用英语讨论。学生对有些问题展开了激烈的争论,激发了学习潜能,明确了学习目标。课程中还经常请来在科研工作中担任主要任务的教授和博士生来给学生介绍最前沿的科学动态,激发学生们对所学知识和科学研究的兴趣。在研究生教学方面,我们更进一步通过举办课程课堂学术研讨会,让学生在一年级就开始接触学科前沿,自己查阅资料和动手写科技论文,并在研讨会上宣读讨论,培养独立工作能力和从事学科前沿研究的能力,为将来的高层次研究打下基础。
2) 倡导启发式教学,培养学生学习能力。
注意采用面向问题的启发式方法进行教学,启发学生求解问题能力,强化学生的参与意识,提高他们的学习积极性。教学中还注意采用了多种交互式策略,如课堂教师提问、鼓励或指定学生用英语提问、学生就某个知识点进行主题发言后老师点评等。此外,师生通过互联网进行交互,方式包括Email、BBS和QQ谈和交换文件等。
根据学生的兴趣和创新潜力,对有专业特长的本科生,在自愿情况下,挑选2~3名参与国家级项目研究工作,进行中长期培养试点,实现本科培养过程与硕士、博士研究生培养过程的衔接。
3) 增强课程实验教学环节,筹建智能专业实验室。
智能科学基础课程的概念性较强,初学者感到比较抽象,而实验教学又是薄弱环节。因此,结合学生实际情况,我们对实践教学环节十分重视,设计了一些新的实验项目,探索新颖的实验方法。新开实验项目包括人工智能实验、智能控制实验、专家系统实验、机器人学实验、人工智能课程设计等。对相关课程的原有实验,我们也进行了一些改革,增设了个性化的实验,使得学生的实验数据和实验结果分析既有格式要求,又给学生报告自己研究的过程和结果留有空间。这些做法能够鼓励学生进行独立性研究,满足他们学习的需求。通过实验教学,学生能够理论联系实际,验证所学理论知识和概念,加深理解,充分调动了学生的学习积极性,培养了他们的创造能力。
除课堂实验外,我们还充分发挥虚拟实验的优点,设计了网络虚拟实验,让学生在课外上网练习。通过虚拟实验,学生可以了解算法的具体运行过程,调整参数和过程,并进行验证以加深对知识的理解,提高学习兴趣,从而达到教学目的。
结合科研,购进和自制部分新设备、新系统,计划建设智能专业实验室,为教学提供更多的优良实验设备。例如,已研制“中南移动一号”和“中南移动二号”自主移动机器人共7台,已购进RCB-1型教学机器人20套等。
教学团队教师还指导学生参加全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛活动、大学生创新性实验计划及创新教育计划项目等,取得优秀成果。
2推进课程改革
教学改革是课程建设和学科发展的生命线。我们把国家级精品课程和全国双语教学示范课程放在优先建设的位置,并以它们带动其他课程建设,完善系列课程建设,同时新办了智能科学与技术专业。
2.1搞好精品课程建设,改进双语示范课程教学,稳步推进系列课程建设
本团队着力搞好已有的2门国家级精品课程、1门全国双语教学示范课程,更新精品课程网站,丰富课程内容。为了及时反映上述课程中相关科学技术的最新进展,我们调整了教学体系和教学内容,修订了教学大纲,并对教学内容进一步优化和更新,极大充实了各课程教学内容。同时,通过校际教学活动和网上资源共享对精品课程、双语教学示范课程进行交流和推广,起到较好的辐射作用[8-9]。
为加强精品课程建设,完善和拓展课程体系,在总结现有精品课程的建设经验的基础上,又建成省级精品课程1门,校级精品课程1门。
为提高学生的专业英语水平和学习兴趣,使得学生能够开拓眼界,追踪国际前沿科学研究,本团队长期对双语教学进行研究和实践。除改进人工智能双语教学示范课程外,团队承担的其他课程,如智能控制、机器人学、专家系统、数据结构等也实行了双语教学,并为该课程引进英文辅助教材。例如,对人工智能课程,我们先后采用Nilsson和Russell等编著的国外影响较大的英文原版教材作为主要教学参考书[10-11],供学生学习参考。在双语教学中,一般以汉语讲授为主,英语为辅,并对一些关键词同时用汉语和英语表示。对部分章节或某个专题,采用纯英语教学或以英语为主汉语为辅的教学。对PPT课件的编写分为纯汉语、纯英语和英汉混合几种方式。英语教学比例要根据教学内容和学生英语水平而定,其检验标准是学生的接受程度与学习效果,根据这一点来适时调整双语教学中英语对汉语的比例。
通过教改实践,我们承担的智能科学基础课程逐步形成为具有明显特色的课程体系。我们讲授的课程从智能科学的基础课程到专业基础课程,再到专业实践课程,形成了配置合理、特色鲜明、循序渐进、优势互补、协调发展的智能科学与技术学科从基础到应用的系列课程体系。
2.2新办智能科学与技术专业
智能科学与技术是当代科技发展的前沿学科和重要组成部分,其人才需求日益增加,超出了目前高校的培养能力[12]。我校的智能科学与技术学科方向经过近20年的发展,已形成了具有自身优势和特点的学科,在国内具有一定的知名度和优势。为了促进智能科学与技术学科的发展,经过多年积极准备,我们于2009年申报了智能科学与技术专业并获得教育部批准。通过向兄弟学校学习调研,了解该专业人才需求、专业建设规划,设定适应培养目标的教学计划与课程设置方案。虽然我们开办“智能科学与技术”专业较晚,但我们从2002年开始,就一直关注和积极参与国内智能科学的学科的讨论与新专业筹备工作[13]。
我校于2009年申报获准,在自动化专业增设了智能科学与技术专业方向,目前已招收2届学生共84人。我们为选读智能科学与技术本科专业方向的每个学生选定指导老师。每个学生都可以参加指导老师的课题,指导老师也可以利用自己的学识、经验和责任心来更好地管理呵护学生。这一做法取得明显效果,不仅受到同学们的普遍欢迎,也得到了学校的肯定。我们还多次召开师生见面会并通过指导老师走访宿舍,了解每个人的情况。为了消除代沟,努力融入同学当中,学习熟悉他们的语境和思维想法。我们的目标就是不让一个学生掉队。
创建与建设智能科学与技术新专业,将为智能科学基础系列课程教学建设提供一个更加宽广的平台,并对计算机、自动化和电子信息等学科的专业建设和课程建设提供一个新的增长点。我们将以智能科学与技术专业建设为契机,虚心学习兄弟学校的专业建设的做法和经验,进一步规范智能科学与技术的基础课程教学,让智能科学基础课程教学建设登上一个新的台阶。
3加强教材建设
教材是教学的重要工具和资源,其水平直接影响教学效果和教学质量。在教学过程中,我们与时俱进,对教学内容不断优化与更新,精益求精地编写反映学科发展的教材[14]。
我们对原有编写出版的教材进行修订,反映新世纪学科发展水平和发展趋向,以适应教改需要。把这些最新内容用于教学,使学生了解到国际前沿动态和本学科的最新成果。
以相关系列课程为平台,注重教材配套,服务因材施教,着眼长远教材建设。仅2007年以来我们已出版的相关教材及专著如下:
《智能控制原理与应用》,国家级精品课程配套教材,2007;《智能控制导论》,国家级精品课程配套教材,2007;《未知环境中移动机器人导航控制理论与方法》,2008;《机器人学》,第二版,国家级教学团队配套教材,2009;《机器人学基础》,国家级教学团队配套教材,2009;《人工智能及其应用》,第四版,国家级“十一五”规划教材,国家精品课程配套教材,2010;《人工智能基础》,第二版,国家级“十一五”规划教材,国家精品课程配套教材,2010;《移动机器人协同理论与技术》,2010。
4优化队伍结构
师资队伍建设是团队建设的源头,没有一流的教师队伍就没有一流的教学团队。在师资队伍建设上,我们一直采取引进优秀人才和在职培养相结合的做法。对于人才的引进主要通过办专业和办学科点等方式吸引人才,还通过创造教学和科研条件,稳定教师队伍,解决个人的发展问题。
采取有效措施,提高主讲教师的学术积累和教学水平。一是教研组教师,特别是中青年教师积极参加重要科研项目,提高学术水平。二是派中青年教师赴国外研修访问,了解和学习发达国家同类课程的先进教学经验、相关课程设置情况与发展趋势,将国外教学思想引入课程教学。
教学始终是教师的第一要务,为了提高青年教师的教学素质,我们实施并完善了一系列管理措施和制度。
1) 设立名师工作室,实现名师资源共享形成多元化的带教制度,安排高年资的教师对年轻教师进行传、帮、带,可以有业务方面的指导,也可以有认识方面的交流。通过老教师对年轻教师全方位的指导,使老教师的教学理念和经验得以继承,加快了年轻教师的成长。
2) 有计划地安排年轻教师虚心旁听有经验教师的讲课。通过听课,不仅使年轻教师进一步掌握课程的内容,更重要的是使年轻教师学到了老教师的教学方法和经验,对其今后从事教学工作起到了积极的指导作用。
3) 对于第一次上课和第一次上某门新课程的年轻教师,团队都要在课前组织他们试讲。试讲前,安排老教师进行指导,传授教学经验。试讲时,由团队的教师参加听课并对其进行讲评,肯定其优点,指出其不足,帮助青年教师尽快掌握课程的重点,找到更合适的讲授方法。此外,我们还备课,统一基本教案,帮助年轻教师成长。
近两年来本教学团队获得的主要教学奖励就有徐特立教育奖、茅以升教学专项奖等。
5扩大交流合作
我们在做好自身团队建设的同时,增进与全国相关高校和教学团队的交流,学习兄弟团队的建设经验,在课程示范、教材推广、网络资源辐射等方面发挥积极作用。我们还开展校内合作,联合不同院系进行教学和精品课程的申报与建设,在校内推广改革成果;发表了一系列教改论文;发起筹备《全国智能科学技术课程教学研讨会》;邀请企业界科技精英做本科生就业指导相关报告。
1) 增进校际交流,发挥辐射作用。
我们经常以讲座报告形式在许多兄弟院校进行教学与教改交流。例如,最近一年来就应邀先后到上海交通大学、同济大学、东华大学、东南大学、国防科技大学、中国矿业大学、北京科技大学、清华大学等校就智能科学技术课程的教学、教改和建设问题作专题报告,在兄弟院校师生中引起热烈反响。已有数以百计的高等院校采用我们编著的教材和网络课程进行教学,国内已有众多的从事人工智能课程和智能控制课程教学的教师,来信来函索取我们开发的课程教案、课程演示和网络课程相关资料等,我们一直尽力地搞好推广和服务工作。
2) 撰写课程改革论文,进行国内外交流。
本团队成员仅近一年多来,就在中国教育开放资源网、中国人工智能学会13届年会、计算机教育、高等理科教育、计算机与现代化等会议及刊物上发表10篇教改论文,在国内外进行交流,起到介绍情况,交流信息和经验的积极作用。
3) 筹备全国相关课程教学研讨会。
为了更好地交流经验,扩大影响和辐射作用,我们发起并联合中国人工智能学会教育工作委员会、中国计算机学会人工智能与模式识别专业委员会、中国人工智能学会智能机器人专业委员会、中国自动化学会智能自动化专业委员会、中国人工智能学会人工智能基础专业委员会,筹备召开了首届《全国智能科学技术课程教学研讨会》[15]。围绕各个学校在智能科学与技术本科专业的课程改革与建设、课程和专业教学计划制定和未来发展设想等方面进行交流研讨。通过交流研讨,认真学习兄弟学校的经验,并尽可能汇报我们的经验。我们相信,在与会全体代表的共同努力下,本次课程教学研讨会一定能够取得积极的成果。
注:本研究获得教育部国家级精品课程人工智能(2003年)和智能控制(2006年)、全国双语教学示范课程人工智能(2007年)、国家级智能科学基础系列课程教学团队(2008年)等项目支持。
参考文献:
[1] 中国高等教育学会. 中国高校国家精品课程,工学类,(上册),2003-2007[M]. 北京:北京大学出版社,2008:433-436.
[2] CAI Zixing,LIU Xingbao,LU Weiwei,et al. Comparative Study on Artificial Intelligence Courses Between CSU and MIT[EB/OL]. [2010-5-1]. CORE (China Open Resources for Education),.cn/.
[3] 中国高等教育学会. 中国高校国家精品课程,工学类,(上册),2003-2007[M]. 北京:北京大学出版社,2008:426-429.
[4] 国家教育部和财政部关于立项建设国家级教学团队、国家级精品课程、全国双语教学示范课程的通知[EB/OL]. [2010-5-1]. http///转高等教育司.
[5] 中华人民共和国教育部高等教育司. 名师风采,第一届高等学校教学名师奖获奖教师集锦[M]. 北京:地质出版社,2006: 152-153.
[6] 李广川. 丹心育桃李,妙手谱春秋[M]//名师颂.北京:教育科学出版社,2007:397-401.
[7] 及立平. 笃定平和:访国家级教学名师蔡自兴[M]//春风化雨:中南大学教师风采. 长沙:中南大学出版社,2006:119.
[8] 蔡自兴,肖晓明,蒙祖强,等. 树立精品意识,搞好人工智能课程建设[J]. 中国大学教学,2004(1):28-29.
[9] 陈爱斌,肖晓明,魏世勇,等. 智能控制的学科发展与学科教育[J]. 现代大学教育,2006(3):102-105.
[10] Nilsson N J. Artificial Intelligence:A New Synthesis[M]. New York:Morgan Kaufmann Publishers,1998.
[11] Russell S, Norvig P. Artificial Intelligence:A Modern Approach[M]. London:Prentice Hall Publishers,2005.
[12] 王万森,钟义信,韩力群,等. 我国智能科学技术教育的现状与思考[J]. 计算机教育,2009(11):10-14.
[13] 蔡自兴,贺汉根. 智能科学发展的若干问题[C]//中国自动化领域发展战略高层学术研讨会论文集. 自动化学报,2002, 28(增刊1):142-150.
[14] 蔡自兴,谢斌,魏世勇,等.《机器人学》教材建设的体会[C]//2009年全国人工智能大会(CAAI-13). 北京:北京邮电大学出版社,2009:252-255.
[15] 2010年全国智能科学技术课程教学研讨会征文通知[J]. 计算机科学,2010,37(6):封3.
Construction of State Teaching Group of Series Course for Intelligence Science Basis in CSU
CAI Zi-xing, CHEN Bai-fan, LIU Li-jue
(Institute of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
(岭南师范学院 信息科学与技术学院,广东 湛江 524048)
摘要:结合岭南师范学院计算机科学技术专业及东软睿道软件学院的建设过程,介绍地方师范院校在办学过程中协同创新改革的有效解决方案及实施过程中需要注意的若干问题,提出建立一系列质量保障机制。
关键词 :计算机专业;人才培养;协同创新;师范院校;地方院校
基金项目:广东省高等学校教学质量与教学改革工程项目(粤教高函[2013]113号);教育部人文社科一般项目(14YJCZH161);广东省教育科学“十二五”规划教育信息技术研究项目(11JXN026)。
第一作者简介:吴涛,男,副教授,研究方向为智能信息处理,wutao@whu.edu.cn。
0 引言
当前,我国高等教育竞争日趋激烈,地方师范院校的生存空间面临前所未有的挑战[1-4],迫切需要以协同创新为驱动,进行新型应用工科人才培养模式的改革。随着信息产业的迅速持续发展,目前计算机人才市场呈现伪饱和状态[5],即社会对人才的需求由粗放式向集约式发展,这是一种典型的供求结构性失衡。在这样的背景下,地方师范院校计算机专业人才培养需要把握自身定位,在分析地方实际的基础上,改革人才培养方案,建立能适应地方经济社会发展需求、反映地方院校特色、拥有制度保障并能促进建立师范和非师范方向共赢的、有特色的人才培养模式,新模式的建立在按需调整专业结构、拓展学生就业市场、辅助地方经济产业转型、保障国家经济社会可持续发展等方面具有重要意义。
1 创新特色改革的目标与思路
学院采用国际通行的计算机专业通识教育模式,在现有基础上,根据学生毕业时的流向分为师范教育类、工程技术类、理论研究类3个类别,以培养基础厚、能力强、特长突出的创新型人才为目标,积极研究高等教育和信息技术的发展趋势,以强化学生的创新精神和实践能力为核心,走产学研合作发展道路,从课程体系、教学体系、实践体系、评价体系等4个方面探索创新改革的方案,从学习环境、工程能力、师资队伍等方面保障改革顺利进行,从而实施“宽口径、厚基础、有特长”的创新特色教育。
2 创新特色改革的方案
据调查显示,2009届毕业生认为高校教育最应该改进的3个方面分别为实习实践不够、课程内容不实用或陈旧、培养主动学习能力不够[6],地方师范院校也应从上述几个方面展开创新特色改革。
2.1 课程体系改革
在课程体系的设置上,学院采用“2+2”的培养模式[7]。考生在高考时报考计算机学科,入学后前2年不分专业,只进行学科大类培养,第4学期末开始专业分流,在最后2年接受专业培养。课程以专业限选课为主,按照师范教育类、工程技术类、理论研究类等方向拓展学生知识面。
1)兼顾基础性与前沿性,保证教学与科研协同创新。
计算机专业具有理科和工科交叉的特性,表现出科学与技术并重、理论与实践并存等特点。计算机本科教育人才培养计划必须具有超前性,学院要设置一些当前计算机行业发展前沿的课程,以便学生毕业工作时能够迅速适应行业的发展,如计算机前沿知识讲座、物联网概论、云计算、计算机游戏开发技术、手机开发等。
2)兼顾科学性与技术性,保证专业与学科协同创新。
作为典型的应用型工科专业,该学科需要较深的理论基础,也具有极强的实践背景。以数据库系列课程为例,从基本的数据库原理到实用的数据库技术,再到商用大型数据库技术以及高级数据仓库和数据挖掘,甚至是最新的大数据,内容深浅不一、繁简有别。
3)兼顾师范性与综合性,保证师范与非师范协同创新。
地方师范院校的一个鲜明特点就是在同一专业中,既有面向传统教师教育的师范类方向,也有面向工程教育的非师范方向。以人工智能新技术为例,中小学信息技术课程培养学生对信息技术的兴趣和意识,让学生了解和掌握信息技术基本知识和技能,了解信息技术的发展及其应用对人类日常生活和科学技术的深刻影响,因此,师范教育类学生主要开设机器人课程,阐释与人工智能有关的新技术,同时也有非师范类技术课程讲授。与此对应,软件工程类的课程以人工智能算法设计与软件应用为主,网络工程类的课程以云计算、物联网等智能应用为主,同时,也要兼顾地方师范院校的特色,增加与师范教育有关的部分课程。
4)兼顾地方性与区域性,保证高校与企业协同创新。
粤西是广东省信息化产业发展相对落后的地区,隶属于泛珠三角的边缘,IT企业较少,信息技术人才缺乏,信息产业发展缓慢。岭南师范学院地处粤西,主要培养应用本科人才,服务粤西的地方经济发展。随着广东省新一轮产业转移,大批重点项目开始启动,计算机专业迎来了新的发展契机。新的人才培养模式将把学生培养成为具备较高的信息技术素养、能够服务于各行各业信息化建设、参与和推动粤西IT信息产业快速发展的高级计算机技术人才,为泛珠三角地区同类高校的计算机人才培养提供示范作用。
2.2 教学体系改革
学院将学生按照教学体系定位分成师范类和非师范两种,建立灵活的选课机制。在师范类学生的培养中,我们强调以实习基地为载体,加强与中小学或职业学校的协同创新;在非师范类学生的培养中,强调以实训基地为载体,加强与企业的协同创新。针对珠三角等发达地区中小学广泛需要机器人足球、机器人灭火竞赛方面指导教师的情况,我们新建了机器人实验室,并建设有软酷卓越实验室、奥翔湛师实验室、湛江市软件研究所专业实习基地以及湛江市档案局大学生实践基地;加强与湛江市教育局、科技局以及信息产业局合作,建立若干个中小学信息化示范基地。针对非师范类软件外包服务方向学生的需要,我们以广东省示范性软件学院的建设为契机,进一步加强与东软公司的协作;培养方案的制定以企业(东软广州基地)为主、学校辅助,教学人员由校企双方共同提供;学生在大学四年级进企业进行顶岗实习和项目实践,在校企双导师指导下完成毕业设计。
2.3 实践体系改革
学生应用能力培养主要来自于实践教学环节,本专业在加强学科基础和专业基础教育的同时,增加实践教学环节的比例,强化实践教学与创业教育,设立创新学分和创业教育学分;构建课程实验—综合设计—实习实训—第二课堂4个层次的实践教学体系,将学生的实习实训和毕业设计与产业发展及企业岗位需求进行适应性融合。同时,学院从计算机学科专业实践教学和培养工程实践能力强的软件人才需求出发,引进东软集团、东聚电子科技集团、广州传智博客有限公司、广州拓胜科技有限公司等知名业内企业的实训人才培养体系、教学管理以及质量保证体系,利用正常教学学期的期末和寒暑假结合,每学年构成4~8周的实践小学期,基于专业基础实践能力、专业单项实践能力、专业综合实践能力、专业实践创新能力4个不同层次能力,建立包含实验教学、工程实训、课程设计和课外科技实践活动在内,覆盖计算机类基础课和专业基础课的多层次开放式的模块化实践教学体系;由公司和企业独立实施专业课程的教学,确保实践上实现零距离就业;此外,成立大学生创新基地,为学生搭建创业及创新发展平台。在开展通识教育的同时,更加注重拔尖学生的个性化教育,努力为拔尖学生创造精英型人才的培养环境与实践条件,积极培养精英型人才和特色人才。
2.4 评价体系改革
学生评教已经成为当前高校教学管理的主要方式之一[8],这既是学生作为教育受众的权利,也符合学校提高教学质量的管理要求,但却与教师教学的自由存在内在关联与矛盾。因此,学院需要改革现有评价体系,将学生分为师范教育类、工程技术类、理论研究类,对于不同的培养定位,采取不同的评价体系。以工程技术类为例,针对非师范应用工科人才的特点,我们在现有的专业培养方案基础上,以学生为主体,以能力为主旨,以职业规格要求为指导思想,以企业需求为根本,以就业为导向,学习借鉴国际软件人才的培养经验,按照产业发展的需求设置灵活的课程体系,更新教学内容,重组和优化软件服务外包专业的课程结构;建立科学的教学监控和保障机制,建立有效的教学管理、评估与激励体系,规范教学工作,提高教学管理水平,保障人才培养质量。
3 创新特色改革的实施
岭南师范学院与东软集团共建广东省示范性软件学院,在计算机科学技术专业中开设软件服务外包新方向,2013年9月正式招收首届学生,试图实施校企联合办学,推进学校计算机专业转型,加快新型应用工科人才培养。在建设过程中,学院以信息技术产业的市场需求为导向,以校企合作、协同创新为切入点,探索和构建新型人才培养模式,保证基础理论教育和专业知识教育,强化校企联合实践培养,将校企合作引入人才培养的全过程,重新赋予理论、实验、实践、实训、毕业设计等各个教学环节以新的内涵。
3.1 保障学习环境的构建
学院以信息学院大学生创新实践基地和被评为全国优秀校园活动的IT科技节为载体,强化计算机科学与技术专业学生能力与特长的培养;依托广东GDICPC软件设计大赛、中国软件设计大赛、国际ACM程序设计竞赛等学术科技活动以及国家计算机软件水平认证,提升学生创新能力与团队意识,建立专业素质拓展体系;在现有实验条件的基础上,将软件工程、信息安全技术、通信技术等专业实训基地建设成融科研、教学、创新活动、培训、技能鉴定与技术开发和服务功能于一体的示范性开放性实训基地;新建软件开发校内实训中心,按实际软件开发流程对学生进行实际软件开发训练;加大校企合作力度,与东软集团等共建一批校外实习、实训基地以及研发中心,通过订单式培养使人才培养的规格和质量贴近岗位的要求。
3.2 保障工程能力的培养
学院大幅度增加企业实际应用内容和实际案例课程,摒弃过时落后的标准化的教材与课件;按照校企合作、工学结合的人才培养模式,以计算机科学与技术专业建设为核心,扎实推进人才培养模式、教育教学改革、课程体系、教材建设、实训条件、师资队伍、专业教学资源及社会服务等工作并达到一个较高水平,实现计算机科学与技术专业教学资源与专业群内其他专业的共享,计算机科学与技术专业的发展对相关专业的建设与发展起到辐射与带动作用。
3.3 保障师资队伍的建设
学院大量兼职聘请在工业界一线资深工程师作为教师授课和指导,构建专兼结合、校企结合、内外结合、多元结构的师资队伍,不断加大人才培养和引进力度,优化专职师资队伍结构,通过有计划地安排教师到企业参加工程培训和软件项目开发等方式,不断提高专职教师的工程知识和工程实践能力,逐步建设具有双师型特长,学历结构、职称结构、学缘结构、年龄结构合理,能与兼职教师相结合满足计算机人才培养需要的高水平教师队伍;聘请国内外的专家学者以及企业工程技术人员作为兼职授课教师或兼职指导教师,使兼职教师的比例达到要求。
4 创新特色改革的成效
在协同育人方面,学院通过举办IT科技节引入企业,进一步丰富校园科技文化生活,推动IT前沿知识的学习和传播,树立正确的校园IT理念,促进学生与IT产业的沟通,营造良好的产学研氛围;使大学生理解科技内涵,了解科研规律,感悟设计智慧、激发创新思维,不断提高综合素质,为实现零距离就业奠定坚实的基础。此外,协同育人的实验教学特色鲜明,提高了学生在实验、实训、设计等实践环节的动手能力、创新能力,效果显著,科技创作与竞赛成绩优良。近年来,学生考研率明显增长,就业率稳步上升,就业质量逐年提高,在校生在各项科技作品竞赛中取得了良好成绩,领先于同类院校,其中省级以上竞赛获奖80余项,如全国电子设计大赛、全国蓝桥杯Java/C/C++软件开发本科组竞赛、全国多媒体大赛、全国软件专业人才设计与创业大赛、广东省挑战杯竞赛、广东机器人大赛等。
5 结语
伴随着地方师范院校办学质量的提高、办学规模的扩大、办学内涵的延伸,学院努力建立并完善能适应地方经济社会发展需求、反映地方师范院校人才培养特色、拥有制度保障并且能促进师范和非师范专业和谐共赢发展的创新性专业人才培养模式。我们结合岭南师范学院的实际,探索了计算机专业人才培养方面若干行之有效的解决方案,对一般的地方性本科师范院校计算机专业人才培养模式具有普遍性的参考意义。下一步笔者将以建设岭南师范学院东软示范性软件学院为契机,以软件服务外包方向为载体,探索校企合作为基础、实践主导的特色人才培养模式,为其他专业方向人才培养提供示范。
参考文献:
[1] 金其桢. 论盛宣怀“西学中用”“实学实用”的教育观和人才观[J]. 江南大学学报: 人文社会科学版, 2005, 4(5): 90-94.
[2] 金义富, 邓明, 孔艺权. 地方院校计算机师范本科专业培养模式探索[J]. 计算机教育, 2011(14): 12-16.
[3] 彭昱忠, 元昌安, 李文敬, 等. 西部民族地区普通院校IT人才培养的策略思考[J]. 计算机教育, 2013(15): 98-102.
[4] 文斌, 吴丽华, 韩冰, 等. 师范院校软件工程专业特色定位与学生实践创新能力培养[J]. 计算机教育, 2013(11): 91-94.
[5] 麦可思研究院. 2010年中国大学生就业报告[M]. 北京: 社会科学文献出版社, 2010.
[6] 麦可思研究院.中国2009届大学毕业生求职与工作能力调查[EB/OL]. (2013-09-30)[2014-09-13].http://mycos.com.cn.
[7] 金义富, 胡文泰, 杨志华. 地方院校计算机类专业人才培养模式探讨[J]. 湛江师范学院学报, 2001,22(6): 100-103.
关键词:机电一体化;数控技术;机械加工;应用;研究
随着现代科学技术的不断进步,市场竞争日益激烈,传统的机械加工制造行业已经没法满足需要。为了顺应这种现象,机电一体化数控技术开始在机械加工过程中应用起来,实现制造加工的智能化、网络化以及自动化的发展进程。通过对系统的组织及结构进行合理的优化配置,使设备更加合理运用,提升机械加工质量及效率,使企业可以在竞争者中处于不败的地位,获取最大的经济效益。
1机电一体化数控技术简介
机电一体化技术指的是把电工电子、机械、微电子、信息机电的一体化、接口、传感器、信号变换等诸多技术有机进行结合,并在实际中予以运用的综合性很强的技术。它可以合理地对资源进行配置,可以在高质量、低能耗以及多功能等意义上将特定的功能方面的价值予以实现,实现整个系统的最优化配置的技术。数控技术指的是通过数字信息对工作的过程以及机械的运动予以控制的相关技术,平时所说的数控装备指的是通过利用数控技术对传统和新型的制造业进行相互渗透而形成的新产品。机电一体化和数控技术的有机结合叫做机电一体化数控技术,这一结合可以实现制造加工的智能化、网络化及自动化,数控技术具有非常高的效率、高精度、高柔性且自动化特点。
2机电一体化及数控技术的区别
机电一体化主要包括可编程控制器(PLC)技术、工厂电气控制设备、机械制图、AutoCAD、单片机应用技术、机械制造技术、数控加工与编程、液压与气动技术、电工电子技术、电机及拖动、机电一体化系统技术、工厂供配电技术、机械设计基础、传感器与检测技术等课程。就业方向主要是机电设备的维护、调试及安装、操作和控制,技术和生产管理、机电产品的设计与制造、质量管理及检测、销售及售后的服务。数控技术主要包括计算机绘图、电工电子技术、机械制图、数控机床、CAXA、机械制造基础、MasterCAM、公差配合与测量、机械设计基础、Pro/E、模具设计与制造、数控机床电气控制、传感器与检测技术、金属工艺学、数控加工编程与操作等课程。就业方向主要是数控编程方面的工艺人员、数控机床方面的操作人员、数控设备方面的维修人员以及销售人员、模具制造及设计方面人员。此技术的目标是培养出可以熟练对数控加工工艺予以掌握及对数控程序予以编制的专业人员,培养出操作及维护数控加工设备技术方面的应用型专业人才,更好地为社会服务。
3机电一体化数控技术在机械加工中的应用
(1)实现在线监控、故障的自诊以及自动报警。也就是说,在线对机械传动的系统、装置、电动机、液压及制动系统进行监控,一旦故障发生,可以自动进行报警并将故障确切的位置找出来,操作员工作的条件也因为故障被发现而变得更加完善,机械工作的效率因此也会得到更大的提高,设备检查及维修工作也变得更加简化,维修费用降低,维修时间缩减,设备的使用寿命也相应得到延长。(2)实现了节能及降耗,提高了生产效率和自动化或半自动化的程度。由于实现了自动化或半自动化的生产进程,操作者的劳动强度被降低,生产效率被提高。(3)制造加工的智能化。未来制造及加工需要智能化,它可以实现对计算机的辅助制造和设计、运筹分析及机械转动学等很多学科的综合。可以在制造单位、计算机集成化及柔性的制造系统里面体现出来,使它们之间有效结合,最终达到加工目的。(4)制造加工的网络化。在制造加工过程中需要很多方面的互相合作并全方面的沟通,一台总的机械控制车间里面上百个设备,经过网络将指令下达到执行单元,依据指令相关的执行单元就可以有序配合加工过程。数控加工在实现网络化的过程中,需要电子化的设计,把控制系统总体集合到控制总机上,每台相关设备之间需要电子控制单元,这体现了机电一体化数控技术的有机结合过程。(5)智能加工的自动化。传统数控加工是通过加工程序实现对机床自动化的加工过程。但是这种加工过程是非常模式化的操作过程,程序写好了就去编写,加工也是按照程序编写去开展,即使加工操作过程出现了问题,在执行程序的过程中机床还是会按部就班地进行,事故发生了也没法提早自我去停止整个操作的过程。随着高质量、高效率以及高科技化的发展进程,加工过程已经上升到需要自我分析与测量,及时将问题在萌芽状态发现并及时予以处理。这就对其提出了更高的要求,需要系统和集成技术做辅助。机电一体化可以实现人和机械的一体化制造系统,将柔性及制造单位这些技术进行有机结合,制造出现代化的自动化生产模式,来适应现代化的发展需要。这也是实现自动化、智能化、敏捷化的前提条件。
4机电一体化数控技术在机械加工中应用的重要意义
科技在不断发展,在机械加工过程中增加了更多新的工艺和技术,企业可以独立完成零部件的各种复杂且精细的加工活动。相比发达国家,我国的机械加工仍存在很多不足。我国的中小型企业资金不是很充足,没法承担安装机电一体化数控技术的费用。现在一些企业使用的都是传统机床,若是用机电一体化数控把这些传统设备替换下来势必需要很多资源,所以一定要加大传统机械向机床机电一体化的发展进程,合理对资源进行优化配置,确保加工进度。机电一体化数控技术可有效增加机械加工的速度,提高资源的利用效率,减少资源浪费,设备使用的次数也能明显减少,加工周期也缩短了很多,零部件的精准度也得到有效提高。机电一体化数控技术已经取得了很大的成绩:基本奠定了数控技术的基础,对现代化的数控技术已经基本掌握,部分技术更加产业化及商业化;初步的数控产业基地开始形成,慢慢建立起像航天及华中等方面的数控技术,已经可以批量对数控产品进行生产,生产技术不断提升;已经建立起一个可以对机电一体化数据技术进行研究、开发、管理的综合素质很高的队伍。
5机电一体化数控技术发展方向概述
(1)机电一体化数控技术运用向更高效及精度方向发展。产品质量评价指标是精度、效率及速度,很多像CPU控制系统及芯片等的大量应用提高了制造效率及精度,伴随控制技术及计算机等技术的发展也大大促进了机电一体化数控技术的高速度发展。(2)机电一体化数控技术向更加柔软的方向发展。其技术柔软的特性具体表现为:数控技术本身是具有柔软的特性以及群体整体是具有柔软的特性。对数控技术来说,其功能非常丰富,系统的设计具有模块化且很高的可塑特性,这些特性可以满足很多客户的不同需求。此外,在实际操作过程中,群体的控制系统可动态对信息流进行调整,以实现对不同生产的条件予以适应。(3)机电一体化数控技术向实时的智能化方向发展。一些刚出现的实时性系统普遍适合的是比较理想的环境,所以只能解决掉一些比较简单的问题。人工智能技术的出现,研究人员着手研究智能化的产品相对应的运动过程,这些研究普遍建立在研究计算的模型上。研究人员尝试将人工智能和实时系统进行巧妙结合,可以使这两项技术之间互相促进,人工智能促进实时系统顺应时代的革新,而实时系统则促进人工智能更加高效率的向前发展。
6结语
随着制造业不断发展,机电一体化数控技术在机械加工过程中得到广泛运用,这一技术的应用可以有效提高生产效率,将机械维修的次数减少,出现故障可以及时发现并合理解决,降低企业投资成本和生产周期,延长设备的使用寿命,有效降低产品生产周期,促进企业发展。所以,企业一定要从实际出发,加大投资引进新的技术,加大技改力度,将企业自身的竞争力提升起来,将生产效率及质量不断提高,促进企业快速向前发展。
参考文献:
[1]周丽丽.机电一体化数控技术在我国机械加工中的应用[J].湖南农机,2012,07:92+98.
[2]庞岩.研究机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用[J].科技展望,2016,30:131.
关键词:课程体系;实验体系;教学平台
中图分类号:G642 文献标识码:A、
1 引言
智能科学的理论、技术及其应用已经发展成为信息技术创新的重要生长点,“智能科学与技术”本科专业是面向21世纪、具有广阔发展前景和巨大应用需求的新型专业。该专业旨在培养具有信息科学、智能科学、脑与认知科学、现代科学方法学的基本理论知识,掌握计算机、人工智能、信息网络、信息处理、自动控制、系统优化专业知识和综合技能的高级复合型人才。2004年,北京大学开始在“智能科学与技术”本科专业招生,开创了“智能科学与技术”专业本科教育的先河。随后,国内更多院校陆续开设该专业,现在“智能科学与技术”本科专业在全国已初具规模。
尽管“智能科学与技术”本科专业被誉为“操纵未来的专业”,但将其纳入本科教育,仍处于探索阶段,可供参考的资料和形成的教学经验和体系非常有限,仍需要开拓创新,努力探索,大胆实践。本文结合我校在专业建设过程中的一些探索和想法,就教学平台建设谈一些体会,重点谈课程体系、实验体系、学生创新能力培养方面的问题。
2 课程体系建设
计算机和通讯技术的结合,形成了以计算机为核心的信息网络,由此引发的信息革命也是一场数字化革命,智能革命的时空动力是网络革命,促使信息网络发展为智能网络。“智能科学与技术”专业的课程体系建设应以计算机科学的内涵为逻辑起点,以数字信息获取、处理和响应的本质属性为中心,由浅入深地推理和演绎出一套完整的理论体系,在理论框架的指导下科学合理地建立一套完整的课程体系。结合我院的实际,我们在对学生、学科和社会需求研究的基础上,确定了课程内容。我们把对学习主体的尊重、学科的发展和社会的需要协调起来,在课程体系建设方面重点考虑了以下内容:
(1)面向应用
我院是以教学为主的高等院校,重点培养应用型人才,学生应具有较强的实践动手能力。
(2)以学生为中心
课程体系的建设应树立以学生为本、为学生服务的思想,有利于学生素质教育和创新能力的培养。
(3)突出特色
信息通信是我院的传统和特色,它和测控技术、自动化技术、计算机技术、信息技术密切相关。根据我院的办学特色,参考其他兄弟院校的培养方案,我们将该专业培养的重点放在智能信息处理、智能机器人两个方向上。
按照课程设置的原则,遵循国家的相关规定,参考其他院校的经验,我院智能科学与技术专业的课程体系围绕“三个平台,两个方向,一个目标”进行建设。三个平台分别为公共基础课平台、专业基础课平台、专业课平台;两个方向分别为智能信息处理和智能机器人;一个目标为培养有特色、面向就业的工程应用型人才。具体如图1所示:
3 实验体系建设
“智能科学与技术”是一个新兴专业,实验教学体系尚处于探索阶段。总结近年来智能信息处理和智能机器人理论研究成果和实验设备开发已有素材的基础上,我们在“智能科学与技术”专业的实验教学体系建设上重点考虑了以下几方面:
(1)层次化
实验教学一方面是为了配合理论教学而设置的验证性实验,一方面是为了提高学生的综合能力而进行的综合设计性实验。此外还应面向学生就业,通过各种方法和手段开展实训、创新性实验。
(2)开放性
开放性包含两个层面的含义,一是开放实验时间和实验场地,让学生自己选择实验时间和实验场地;二是开放实验内容,让学生自己选择部分实验项目,提高学生理解和解决问题的能力,加强学生的动手实践能力。
(3)有特色
立足我院信息通信特色,强化智能信息处理、智能机器人方向的实验设置。
为此,我们的实验室建设体系围绕“三个层次,两个方向”进行建设。三个层次是配合理论教学的验证性实验、提高学生能力的综合设计性实验、强调创新的开放性实验。两个方向是奇偶智能信息处理和智能机器人,智能信息处理以图形图像为主要处理对象,进行图像处理、模式识别等内容的实验,以软件设计为主、部分结合硬件;智能机器人重点放在了以硬件设计为主的嵌入式系统设计。具体的教学实验平台如图2所示:
4 创新能力培养
在高等学院质量工程建设中,国家明确提出了培养创新型人才。作为新兴的专业,“智能科学与技术”专业更是应该从一开始就抓住这个机遇,制定创新型人才培养的新模式。我们认为,培养创新精神需要坚持“一个中心”、“三个结合”,即以学生为中心,课内与课外相结合,科学与人文相结合,教学与研究相结合,逐渐形成独具特色的创新人才培养模式。重点考虑做好以下几方面的工作:
(1)加强学生集中实践环节的教学,建立实习基地,加强认识实习、课程设计、开放实验、科研训练、生产实习和毕业设计实践环节的教学,提高学生的团队协作、认真求实和独立思考的创新意识。
(2)增加选修课、跨学科课程和素质拓展类课程,提高学生的求知欲、进取心、挑战欲、自信心、意志力等。
(3)积极引导和鼓励学生参加各种竞赛,参加学科竞赛是引导学生努力学习、灵活创新的有效途径。
(4)组织素质高、能力强学生参与教师的科研活动,使学生的能力在真正的科研活动中得到锻炼和提高。
关键词:人工智能;教育变革;智慧教育
近年来大数据、云计算等信息技术飞速发展,人工智能在一些特殊领域(如图像识别、语音识别、自然语言等)不断取得突破性进展。人工智能作为新的技术驱动力正引发第四次工业革命,为医疗、教育、能源、环境等关键领域带来新的发展机遇。人工智能专家预测,人工智能在通用技术领域可能尚不能替代人类,但在一些特殊领域,人工智能将会淘汰现有的劳动力。在国外,许多国家纷纷把人工智能作为国家发展的重要竞争战略,我国学者也密切关注着人工智能的最新理论进展和实践应用,国务院于2017年7月颁布《新一代人工智能发展规划》,明确人工智能发展的重点策略。“人工智能变革教育”的潮流,引发了教育研究领域的“人工智能热”。当前全球范围内,人工智能在教育领域的大量研究和应用催发形成了教育人工智能概念。目前梳理学术上关于研究人工智能与教育的文献主要集中于:
(一)教育理念的革新。“人机一体”将成为未来新的教育方式[1],由新技术和新手段的出现所应运而生的智慧教育[2],将对原有教育进行改进和完善。智能技术在改变教育的手段和环境的同时,还有利于构建出系统解决教育问题的教育新体系,从而真正触及教育的根本[3]。
(二)关注技术的革新。机器深度学习、智能学习的算法、视觉识别以及智能语言识别这些基础技术的突破,为人工智能的教育应用奠定了坚实的基础[4]。
(三)探究教育的应用。人工智能在学校教育中的学业测评、交叉学科、角色变化等应用领域具有巨大潜力,教师角色内涵也将在与人工智能的协同共存中发生改变。AI监课系统能够数据化、可视化评估教师的授课情况,将人工智能技术的运用渗透到整个教学过程中,教师可以根据评分实时调整授课内容,以促进个性化学习,从而提升教学效果。教育深受技术发展的影响,新技术融入教育并促进教育方式的转变已成为必然趋势。一方面技术为教育提供了新的、更加广阔的可能性;另一方面技术具有变革人类的教育方式与学习方式的能力。然而,技术是一把“双刃剑”,如何获取或实现以人工智能为代表的新兴信息技术所拥有的特征、优势与功能,使其在教育中最大限度地发挥其应有的价值呢?人工智能技术如何继续被安全使用到教育领域?如何通过教育变革来促进新兴信息技术在教育教学中的广泛与深入应用,实现教育深层次革命等问题,是目前需要关注和探讨的主要问题。
1人工智能时代下教育变革的背景
1.1人工智能的内涵及具备的强大能力
人工智能最早由美国达特茅斯学院于1956年提出,其研究主要包括机器人、图像识别、自然语言处理、语音识别等,实质是一种自动感知、学习思考并做出判断的程序。人工智能具有自主学习、推断与革新的能力,推动了图像识别、自然语言处理等方面的技术突破。人工智能同时具有理性判断力、超强的工作力,只要电力供应不断,几乎可以无限制地工作下去,而且适应不需要情感投入的工作。它的超强能力,源于三个重要的技术:深度学习、大数据和强算力。
1.2人工智能时代的机遇和挑战
人工智能在精力、记忆力、计算力、感知力以及进化力等方面与人类相比,具有突出优势。在医药领域,人工智能的出现使普通民众可以享受更为高效、稀缺的医疗资源,解决医疗诊断领域诊断质量不均衡、医生资源不足等问题。在教育领域,人工智能促进教学质量进一步提升、教师角色多样化、学生学习能力的提升;为教育研究提供新技术和数据支撑;极大拓展了教育研究新视域;使教育在立德树人方面、教育方法创新方面、教育手段和环境方面以及教育服务供给方式方面均发生改变。然而,看到人工智能以其强大的处理能力带来机遇的同时,也需要正视人工智能带来的新挑战。在人工智能浪潮冲击下,如何借助人工智能发展的机遇推进教育的变革与创新?人工智能技术如何继续被安全使用?首先,人工智能专家大都认为,人工智能将会淘汰大量现有的依靠非脑力劳动为生的劳动力,需要培养人工智能时代的新型劳动力。而且,人工智能技术本身的不太成熟使很多人工智能技术只是应用在儿童教育领域,再者,人工智能潜在的道德伦理问题缺乏法律制度规范。除此之外,人工智能时代将对社会结构以及人的地位构成挑战。综上所述,人工智能时代所带来的机遇是大于挑战的。教育需适应人工智能技术所带来的突破和飞跃,不断调整和更新教育的方向和目标,实现育人成人的发展目标。
2人工智能与教育变革
2.1人工智能与教育目的的变革
人工智能带来的巨变不仅影响人类未来如何发展,而且极大释放了人类的生产力,这些在一定程度上使得人类需要重新思考教育是何目的。人工智能影响教育目的的变革主要表现在:第一,人工智能可能会使人类陷入精神危机。这源于两方面的结果:一方面,人工智能将取代大部分人的工作岗位,工作的丧失将会导致人的价值和尊严丧失。另一方面,人工智能技术的发展将可能导致所有基于自由主义的想法破产,转而人类所拥有的价值和尊严可能转化为一种“算法”,人工智能带来的职业替代风险在教育领域同样存在,主要是对教师角色的挑战。第二,人工智能有利于培养人的学习能力。从某种角度上讲,人工智能剥夺人的就业机会,但同时,人工智能助教机器人将协助教师实现个性化指导,从而有利于将学习的过程视为寻求自我价值和意义的过程。除此之外,人工智能有利于使教育注重培养人的精神能力,这种精神能力大致包括实践动手能力、价值追求能力以及创造能力,从而有利于学生知识以便于更好地完善自我、丰富自我,使教育跳脱“知识为本”的陷阱,发挥“立德树人”的正向作用。
2.2人工智能与学习方式的变革
第一,深度学习。深度学习也称为深度结构学习或者深度机器学习,是一类算法的集合。深度学习概念的提出,一方面尊重了教学规律,另一方面也是应对人工智能时代下的挑战。深度学习在机器学习、专家系统、信息处理等领域取得了显著成就,提倡学教并重、认知重构、反思教学过程,进而达到解决问题的目的。第二,个性化学习。个性化学习区别以往传统班级课堂授课,尊重学生的个性发展,因材施教。人工智能技术与大数据的应用有利于学生享受个性化的学习服务,可提供个性化的学习内容,可视化分析学生的学习数据,快速提高学生的学习效率。第三,自适应学习。自适应学习是指人工智能基于对个体学习进行快速反馈的基础上,根据学习者特征,为其推荐个性化的学习资源和学习路径,从而最大程度上适应学生的学习状态,是实现个性化学习的重要手段。人工智能技术有利于快捷、科学地判断学生的学习状态,进行学习反馈;持续收集学生的学习数据,其中包括学习目标、学习内容;高效地为学生提供海量的学习资源。
2.3人工智能与学习环境的变革
首先,有利于搭建灵活创新的学校环境。不仅可以使空间规划更具弹性,而且可以调节性增强物理环境。其次,人工智能时代的教育区别于以往传统教育强调的统一秩序,更注重个体的用户体验。创客空间、创新实验室等学习环境的不断增加以及人工智能技术的不断发展,个性化的空间环境与学习支持将改变目前学习的学习空间环境。除此之外,随着对话交互技术的逐渐成熟与不断普及,有利于实现虚实结合的立体化实时交互。VR、AR等技术的同步协作也有利于搭建新的学习环境,满足学习者的一系列要求。脑机互动技术的突破有利于实现将人工智能植入人脑,从而改变人类自然语言的交流方式。最后,人工智能通过即时、准确、高效的大数据分析有利于进行精准且个性的学习评价与反馈。人工智能将综合收集所有同学的学习记录,互相比对、优化,从而进行综合提升。更为重要的是,人工智能的人脸识别以及语音识别技术可以运用到教师的教学过程中,进行学生的学习情绪感知,学习状况的了解,从而促进学生学习的科学化;智慧校园、智慧图书馆等的出现,为教学环境的建设提供重要参考。
3人工智能在教育领域的应用
人工智能被认为是最有潜力和影响力的教育信息化技术,将通过人工智能数据挖掘分析、3D打印、模拟仿真等技术的应用,实现人工智能与教育的深度融合,对计算机辅助教学、个性化教育服务、教育人工智能生态环境等产生根本影响。2018年《地平线报告》(高等教育版本)指出了教育领域的信息化发展,未来一段时间内将通过人工智能与信息技术的结合,进而影响教育阶段的不同过程。具体见表1所示。
关键词:智能科学与技术;人才培养;课程体系;“关节点”课程
自2004年教育部批准公布北京大学设立“智能科学与技术”本科专业以来,我国到目前为止已有近20所高校设立了该专业。随着社会对智能科学技术人才需求的急剧增长,将来会有越来越多的高校申办该专业。由于该专业在我国开办的时间不长,各高校在进行人才培养时,基本上都是依托现有专业办学,因此专业特色不够明显。然而,智能科学技术专业不是现有任何其他专业,因而探索一整套区别于其他专业的本专业课程体系具有特别重要的意义。
结合“智能科学与技术专业”的特点,谷学静、王志良等对本专业课程体系的建设提出了一些有意义的建设思路,如课程衔接、课程分级等[1]。李冠宇等从智能科学与技术的内涵出发,提出了本专业的6门主干课程[2]。本文主要结合重庆邮电大学的实际情况,从课程体系建设入手,就如何凸显专业特色、优化教学资源、提高人才培养质量等问题进行分析研究。
重庆邮电大学是一所以信息技术为特色的教学研究型大学。2008年,学校向教育部申办了“智能科学与技术”本科专业并获批准,2009年,我校招收了第一批学生,并明确了“应用型人才为主,兼顾研究型人才”的培养目标。其中,应用型人才的培养主要针对社会对智能软件与系统研发工程技术人才的需求,研究型人才则结合学校在智能信息处理方面的学科优势,在培养方案中设置了“智能软件与系统”和“智能信息处理”两个专业特色方向。
课程体系建设是专业建设的重要内容之一,也是决定人才培养成败的关键因素。在2009年全国智能科学技术教育研讨会上,我们结合重庆邮电大学的学科优势和人才优势,初步探讨了本专业的培养目标、课程体系、师资队伍建设和就业前景等问题,其中关于尽快形成本专业课程体系的想法得到了与会者的赞同[3]。近1年来,我们就如何在课程体系中体现专业特色,共享相关专业优质资源,培养学生综合素质等问题进行了进一步探讨。
通过讨论,我们将课程设置分为4个层次,即通识教育、专业教育、特色教育和提升教育。然后根据这4个层次将课程分类,并从每一个层次中筛选出对人才培养起关键作用的“关节点”课程,构建以“关节点”课程为支撑的“关节骨架”课程体系。下面将对这一课程体系的建设思路及具体内容进行介绍。
基金项目:重庆市高等教育教学改革研究重大项目(09-1-004)。
作者简介:胡军(1977-),男,讲师,在读博士,研究方向为粗糙集、粒计算与知识获取;王国胤(1970-),男,教授,博士,研究方向为智能信息处理、粒计算、知识技术、神经网络、数据挖掘等;夏英(1972-),女,副教授,在读博士,研究方向为数据库与数据挖掘、时空数据处理、普适GIS应用等;瞿中(1974-),男,副教授,博士,研究方向为计算机系统结构设计、计算机图形图像处理、工业计算机层析技术(ICT)、网络多媒体等;吴渝(1970-),女,教授,博士,研究方向为计算智能、网络智能、数据挖掘、多媒体技术等。
1课程体系的4个层次
根据智能科学与技术专业的内涵和社会对本专业人才知识结构的要求,我们将该专业的知识结构分为4个层次,并基于此构建了4个层次的课程体系,它们是公共基础课程、专业核心课程、专业方向课程和专业拓展课程,如图1所示。它们是一种递进关系,前期课程是后续课程的基础,后续课程是前期课程的延续和扩展。
图1课程体系的4个层次
其中,公共基础课程主要培养学生在英语、数学、计算机等方面的基本能力,属于通识教育;专业核心课程是本专业相关的基础课程,培养学生在本专业的基本能力,属于专业教育;专业方面课程是根据本专业的方向开设的课程,培养学生在特定方向上的能力,属于特色教育;专业拓展课程是在本专业和特定方向上开设的高级课程,培养学生的拓展能力,属于提升教育。根据这四个层次的课程体系要求,我们将“智能科学与技术”专业开设的所有课程分类如下:
1) 公共基础课程。
公共基础课程包括英语、数学、物理和计算机基础等课程,如大学英语、高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理、数字电路与逻辑设计、电子电工、大学计算机基础、C语言程序设计、信号与系统、数字信号处理等。
2) 专业核心课程。
专业核心课程包括离散数学、数据结构、数据库原理、软件工程、计算机网络、计算机图形学、数字图像处理、面向对象程序设计、算法分析与设计、微机原理与接口技术、智能科学技术导论、脑与认知科学、机器智能、智能机器人等。
3) 专业方向课程。
专业方向课程体现了学校的办学特色。在设置专业方向时,我们拟定“智能软件与系统”和“智能信息处理”两个特色方向。其中,智能软件与系统方向主要面向就业,培养学生本专业系统设计与开发能力;智能信息处理主要面向研究型人才的培养,注重学生在信息处理方面基本理论知识的学习,为以后深造打下坚实基础。在学习的过程中,学生根据自己的特长和喜好选择感兴趣的专业方向课程学习。根据专业特色方向的需要,智能软件与系统方向开设了多媒体技术、机器视觉、人机交互技术等课程,智能信息处理方向开设了数据挖掘、智能计算技术等课程。
4) 专业拓展课程。
为了更好地拓展学生的专业知识,提高学生的实践和动手能力,我校按照两个专业特色方向设置了专业拓展课程。其中,智能软件与系统方向开设有模式识别、虚拟现实、智能游戏与开发、Visual C++案例开发、嵌入式系统设计等课程,智能信息处理方向开设有专家系统、商务智能、生物信息处理、智能科学新技术等课程。
2课程体系的“关节骨架”
在人才培养过程中,我们发现并不是所有的课程都具有同等重要的地位。而且,随着专业的增加和学生人数的增加,师资、实验条件等教学资源显得日益紧张。因而,不加区分地将所有教学资源平均分配到每一门课程,不能实现教学资源效用的最大化,也无法体现办学特色。
我们寻找在课程体系中对学生素质和能力培养起到关键作用的课程,将其作为“关节点”课程,并基于“关节点”课程构建“关节骨架”课程体系[4]。在人才培养过程中,通过将优势教学资源向“关节点”课程倾斜,重点保证“关节骨架”课程体系中课程的教学质量,从而最终提高人才培养质量――这即是基于“关节点”课程的“关节骨架”课程体系建设思路。这一思路最先在计算机科学与技术专业中实施,并为将该专业建成为国家级特色专业建设点起了重要作用。
根据“关节骨架”课程的建设思路,并凸显“智能软件与系统”和“智能信息处理”这两个专业特色方向,我们综合考虑本专业的培养目标、社会需求和学科优势等,分别在公共基础、专业核心、专业方向和专业拓展4层次课程体系中逐层选取“关节点”课程,具体课程如表1所示。
表1 “关节骨架”课程体系
课程层次 关节骨架课程
公共基础课程 大学英语、高等数学、线性代数、C语言程序设计、大学物理、数字电路与逻辑设计
专业核心课程 数据结构、算法分析与设计、数据库原理、软件工程、计算机网络、脑与认知科学、机器智能
专业方向课程 多媒体技术、数据挖掘
专业拓展课程 智能游戏设计与开发、商务智能
在公共基础课程中,“关节点”课程的选择注重学生在英语、数学、计算机等方面的基础能力培养,为后续专业学习提供支撑。其中大学英语强化学生的英语听、说、读、写能力,高等数学和线性代数加强学生的数学能力,大学物理和数字电路与逻辑设计为学生的硬件设计打下基础,C语言程序设计培养学生程序设计方面的基本能力。
在专业核心课程中,我们选择了体现专业特色的脑与认知科学和机器智能,其中脑与认知科学主要让学生认识自然智能的表现形式和形成机制,机器智能让学生学习人工智能的基本理论和方法。同时还选择了强化程序设计和系统开发方面的相关课程,如数据结构、算法分析与设计等。
在专业方向课程中,我们则根据智能软件与系统和智能信息处理两个专业方向的特色,分别选择了多媒体技术和数据挖掘,其中多媒体技术针对智能软件与系统,特别是智能游戏软件的设计与开发,数据挖掘则是智能系统处理中的一个典型问题。
在专业拓展课程中,我们选择了智能游戏设计与开发和商务智能两个能分别体现两个专业特色方向应用的课程。
3课程体系的运行及保障体系
为保证“关节骨架”课程体系的实施,我们建立了相应的运行及保障体系。在课程的运行管理上,我们采取了课程群的管理模式,即根据内容将所有课程分成若干课程群。在现有课程群的设置中,与智能科学与技术专业相关的课程群有10个,如图2所示。其中,基础类课程群等8个课程群是与计算机科学与技术、网络工程、信息安全等其他相关专业共有的课程群,智能软件课程群和智能信息处理课程群是本专业独有的2个课程群,它们分别是本专业两个专业特色方向课程的教学与建设课程群。
图2课程群的设置
在课程群管理上,我们发挥团队优势,为每个课程群配置负责人,为每门课程配置课程负责人。课程群负责人负责整个课程群的运行管理,课程负责人则负责某门课程的教学管理。我们制定了课程群建设任务,例如各课程群负责的“关节点”课程以建成相应级别的精品课程为目标。为突出实践能力的培养,在课程内容的设置上,对于有实践性内容的“关节点”课程,我们要求必须设置综合实践环节,并鼓励教师采用课赛结合[5]、科教互动、校企共建等新的实践教学模式。
为了保障和激励教师做好相关课程群及课程建设工作,我们以立项建设方式予以保障和支持,同时将是否担任课程群负责人和课程负责人作为相关岗位聘任和考核的条件之一。同时,为了鼓励学生学好相关“关节点”课程,我们制定了相关激励措施,如为关节点课程提供更好的开放实验环境,加大“关节点”课程成绩在奖学金评分中的权值等。
4结语
本文对“智能科学与技术”专业的课程体系建设作了探讨,通过建立基于“关节点”课程的“关节骨架”课程体系,并建立相应的课程建设保障机制和激励机制,共享优质教学资源,保证专业人才的培养质量。由于社会对本专业人才的需求具有多样性,各高校办学层次和人才培养定位也不同,各高校课程体系的建设不可能、也没有必要完全一样。但作为一种课程体系的建设思路,我校的“关节骨架”课程体系对其他同类院校具有借鉴意义。
参考文献:
[1] 谷学静,王志良,黄晓红.“智能科学与技术”专业课程体系建设的思路[J]. 计算机教育,2009(11):108-111.
[2] 李冠宇,黄映辉. 智能科学与技术的知识体系:语义分析的结论[J]. 计算机教育,2009(11):61-67.
[3] 胡军,李伟生,王国胤,等. 重庆邮电大学“智能科学与技术”专业建设中的若干问题探讨[J].计算机教育,2009(11):57-60.
[4] 王国胤. 与通信结合的计算机特色专业建设的探索与实践[R]. 香港:第十二届全国高校计算机系主任论坛,2009.
[5] 胡军,夏英,王国胤.“赛课结合”在数据库原理实践教学中的探索[J]. 实验室研究与探索,2007(12):267-269.
Research on Skeleton Curriculum in Intelligence Science and Technology Specialty
HU Jun, WANG Guo-yin, XIA Ying, QU Zhong, WU Yu
(Department of Computer Science and Technology, Chongqing University of Posts & Telecommunications, Chongqing 400065, China)