智能科學與技術本科專業“小學期”制教學思考

　　摘要：針對湖南大學智能科學與技術專業現行本科教學計劃專業特色、學科交叉性等問題，在分析新的小學期制度基礎上，本文闡述新制訂的智能科學與技術專業本科教學計劃，并探索了小學期制度下教學改革的部分舉措，以期通過調整和改革使湖南大學智能科學與技術本科專業的建設更上一個臺階，為本專業的人才培養作出積極貢獻。
　　關鍵詞：智能科學與技術；小學期；教學計劃
　　
　　2008年湖南大學智能科學與技術專業開始招生，根據三年的建設教訓和經驗，2009年制訂的教學計劃有許多需要調整和優化之處，其存在的弊端阻礙了教師教學的展開和專業特色的體現，這是本文得以成文的內因。另一方面，為了有利于能力培養工作的展開，國內多所高校借鑒國外暑期學校的成功案例，提出了“小學期”制度。旨在利用學期結束后若干周時間，采用開放靈活多樣的教學方式，擴大學生的知識面，啟發學生的創新思維，增強學生的動手能力。2011年湖南大學也將“小學期”這一制度引入本科教學計劃中。在以上內外因的誘發下，對智能科學與技術專業的本科教學進行了總結，并針對湖南大學新實施的“小學期”制度，以本科專業教學計劃的制訂為契機探索了智能科學與技術本科專業教學新思路。
　　1本科專業教學現狀
　　信息產業智能化趨勢充分表明該專業強烈的社會需求和發展前景[1]。湖南大學智能科學與技術專業是集眾多老師特長和成果，在成立伊始，甚至申請之時，對其人才培養模式就進行了深入討論和廣泛考量。在本院其他專業的現行教學方案基礎上，針對智能科學與技術專業的自身特點，制訂了該專業的培養方案和教學計劃[2]。2008年招收的第一批本科生實施了該方案。表1是該方案的學分和課程計劃。
　　該培養方案包含4個階段，前3個階段以課程學習為主，輔以一定的課程實驗。最后集中實踐階段訓練學生的知識運用能力，鞏固學生對知識的掌握。全校公共通識教育主要包括哲學、歷史、人文、法律、英語等課程。學科通識教育圍繞整個學科的基礎核心課，分為兩個部分，第一部分主要指學科學習的相關基礎先修課程，如物理、高等數學、概率論、程序設計基礎等。第二部分只要指計算機學科的基礎核心課程，如離散數學、數字電路與邏輯設計、計算機組成與結構、數據結構，這部分課程的確定是綜合考慮計算機科學與技術專業、通信工程專業、信息安全專業、智能科學與技術專業的結果。
　　專業教育階段體現了專業之間的區別，分為專業核心課程、專業選修課程、專業拓展課程。智能專業的專業核心課程有高等程序設計、電路分析基礎、信號與系統、應用統計與隨機過程、微電子電路導論、電磁場和電磁波、計算機網絡、操作系統8門課程。專業選修課根據課程之間的相關性，分為兩個課程組，學生自由選修其中一個課程組，不同的課程組體現了專業不同的側重點，有側重智能控制的，有智能信息處理的，等等。專業拓展課程是在最后一個學年學生根據指導教師的意見，結合畢業設計題目設計領域，在其方向課程組中選擇相應學分的課程門數。根據我院教師的科研領域，包括先進計算、生物信息、智能系統、媒體計算、模式識別5個方向。專業選修課程為專業知識的深入學習，學生可根據個人專業興趣及發展方向自行選擇一組課程修讀；專業拓展課程(要求至少修讀8學分以上)為學生知識面的橫向拓展或縱向的繼續深入，學生可自全院范圍內選擇以加強專業學科交叉。
　　集中實踐環節由實驗教師對低年級開設軟硬件基礎實驗課程、高年級學生開設綜合實驗課程。畢業實習與畢業設計也納入到集中實踐環節。
　　1.1存在的問題
　　1) 專業核心課沒有體現專業特色。
　　在專業成立之初，考慮到教師對專業課程的教學不夠成熟，因此，采用了保守的做法：沿用了老專業——計算機科學與技術和通信工程的核心課程，從上文的描述，不難發現這些課程不能充分體現智能科學與技術專業的特色，智能專業的學生也常常感嘆體會不到自己所選專業與其他專業的不同之處。隨著智能專業教學經驗的積累，科研工作的展開，幾個優勢的方向和課程(如自動控制、圖形圖像處理、腦與認知科學等)逐漸清晰，將這些基礎的、專業關聯較為緊密的課程作為核心課程可謂時機成熟。
　　2) 專業選修課課程組限選模式約束了學生的涉獵范圍。
　　在2008、2009屆學生的教學和培養過程中，發現很多學生對專業知識有廣泛涉獵的心理和基礎，另外，一些學生可能對課程組中若干課程有興趣，而對其他課程沒有學習動力，而現行的培養計劃中選修課的限選模式限制了學生的涉獵范圍，未能充分開啟和挖掘學生的學習興趣和動力，因此，任選的模式可能更符合學生的需求，學院只需提供豐富多樣的專業選修課程，由學生自主決定修讀哪些課程。
　　3) 缺乏對智能科學與技術專業的學科交叉性的重視。
　　交叉性是智能科學與技術專業所具有的一個重要的學科特點。智能學科融合了物理、化學、生物學等理學學科，與管理學、經濟學、社會學等人文學科也有廣泛的聯系。這種學科之間的交叉性自然也就要求學生對多個學科都需要有一定的了解。而現行的培養計劃是學院封閉式的，除了通識教育階段，沒有給學生提供學習其他學科專業課程的平臺，這阻礙了學生素質的培養和智能專業的發展。跨專業選修為學生提供了了解交叉學科知識的渠道。
　　1.2 “小學期”新特點
　　目前，國內大部分高校都設立了集中實踐環節，在教學計劃中安排2～3周的時間專門用于學生的實踐、實習。近來，從美國學來的“小學期”也悄然在國內高校流行起來，所謂“小學期”是指在理論教學結束后利用假期的部分時間集中進行實驗實踐教學活動。如何高效地利用這種“小學期”，能夠真正培養學生的創新能力，鍛煉學生的實踐水平，是當前實驗教學所急需探索的重要問題。只有當實驗教學從理論教學的從屬地位中跳脫出來，自身建立起一套完善健全的教學模式和課程體系，有重點有目標有計劃地進行人才的培養，才能實現為社會輸送高層次創新人才的目標。
　　“小學期”里，學生沒有課程學習和考試的壓力，在假期完全自由放松的氛圍下，進行興趣拓展和能力鍛煉，能夠收到事半功倍的效果。“小學期”的課程體系如何設置，教學方式如何安排，是發揮“小學期”作用的關鍵。好的課程和教學計劃，使學生不會感覺是另一個學期的提前開始，而是一個夏令營，學生愿意主動參與其中，在娛樂的環境下習得知識，提升能力。
　　2專業實驗室建設進展
　　依據長期以來，我院大批教師及研究生所從事的智能科學技術相關研究，凝練了幾個基礎較厚實、成果較豐碩的子方向，并由此制訂了本科選修課程及群組。為了使實驗室建設重點明確、特色突出，將智能科學與技術專業實驗室劃分為5個子方向實驗室相對獨立建設，如圖1所示[3]。
　　在三年的智能科學與技術專業的發展過程中，在專業實驗室建設中不斷投入，目前該專業實驗室儀器設備及數量如表2所示。
　　該專業實驗室具備以下規模和能力：
　　1) 可以支撐80%智能科學與技術專業的相關課程實驗。
　　2) 能夠開出機器視覺、小型仿真機器人等綜合性實驗項目。
　　3) 由1名教授、2名博士等6人組成的實驗教師隊伍。
　　研究生創新基地、嵌入式系統與網絡實驗室將大力支持智能專業實驗室的建設。我們正在積極申請985學科建設經費，購買電梯調度實驗平臺等儀器設備，提高實驗室的實驗開出率和覆蓋面。以上的軟硬件環境，體現了本專業的建設特色，實驗室條件的完善和增強，也需要進行人才培養模式的修訂。
　　3專業培養方案和教學計劃
　　
　　針對以上存在的問題和“小學期”新特點的出現，我們探索和制訂了新的培養方案和教學計劃[4-5]，下文將從培養方案、課程計劃、和實踐教學3個方面分別進行描述。
　　3.1培養方案
　　表3給出了新制訂的培養方案。通識與文化素質教育與以往基本保持不變，但在學科門類教育中涉及的學類核心課程增加，相比于之前的理科B組課程增加了微電子電路、電路分析、操作系統、計算機網絡等課程。變化較為顯著是專業教育部分，首先專業核心課程由C++程序設計、信號與系統、腦與認知科學、人工智能基礎、科學計算導論、算法設計與分析、控制理論基礎、計算機圖形圖像處理八門課程取代。此外，開設了種類更豐富的專業選修課程，涉及數據挖掘、生物信息處理、機器人、物聯網等，為學生提供了更多廣的選擇。
　　未來發展教育從就業和深造兩個角度進行考慮，設定的分組課程充分結合了智能科學與技術專業實驗室的條件，設立了生物信息學、智能信息系統、智能控制和機器人、媒體計算與機器視覺4個方向課程組，通過利用專業實驗室的資源，將這些高級課程與畢業設計有機結合起來。
　　值得特別提出的是跨專業限選課程，這正是對學科交叉性考慮的結果。學生有機會去接觸到更多的學科知識，有利于對智能有更為全面深刻的認識。盡管這是一個新的嘗試，并且這扇門現在打開的還有限，如果實踐證實這是必需和有效的，這扇門還將為學生更加敞開。
　　3.2課程計劃
　　在以上培養方案的指導下，根據課程之間的先后關系，具體的課程計劃如圖2所示。
　　從該本科4年的課程教學計劃來看，第一學年以學校通識課程為主，第二學年包括與信息學科相關的基礎課程，和信息學科的核心基礎課程。第三、四學年以專業課程為主，最后一個學期，學生根據畢業設計方向選擇課程組里相應課程。整個課程的時間分布遵循循序漸進、由易到難的學習過程，通過最后的畢業設計反映學生對整個專業的理解和把握。在畢業設計階段，從學生的未來發展著手，分為深造和就業兩部分，每一個課程組都按照這兩個類別設立了相應的課程。學生根據自身發展的定位，選擇適當的課程。
　　3.3實踐教學
　　實踐教學作為理論教學的補充，根據學生專業知識學習的深度，分為3個階段展開：
　　1) 實訓、通識實踐(編程實訓、仿真實訓)安排在第一學年的小學期。
　　2) 專業實訓(軟件技術基礎實訓、硬件技術基礎實訓)安排在第二學年的小學期。
　　3) 綜合實踐(專業綜合設計)安排在第三學年的小學期。
　　“小學期”的實施，可以把過去那些集中實踐的內容放到“小學期”中進行。然而“小學期”有其自身的特點和形式，過去的集中實踐內容和教學方式等可能都需要做出相應的調整優化，下面將在教學改革部分闡述我們所進行的有益嘗試和探索。
　　4教學改革
　　1) 多姿多彩的“小學期”。
　　“小學期”絕不應該是過去集中實踐的改頭換面，只是簡單地將集中實踐換個時間而已，應該走教學內容豐富多樣、形式活潑輕松的路子。
　　(1) 邀請在學生群體中有影響力和號召力的知名人士來校講座和交流，在學生中刮起頭腦風暴，集思廣益。
　　(2) 安排學生走進生產第一線，深入社會底層，真切體會大學生應該具有的技能和素質，結合所學專業，積極思考人生定位。
　　(3) 當然，集中實踐的內容也不可少，如何讓學生享受了假期又增長了知識是接下來將進行的第二個改革的目標。
　　2) 活潑有趣的集中實踐。
　　現行的集中實踐環節是老師布置若干題目，學生選擇其中幾個完成，學生普遍覺得這種教學內容和方式枯燥無味。可以通過以下3個途徑，使得集中實踐環節變得活潑有趣，提高學生的積極性。
　　(1) 實驗平臺。配置可自由裝配的設備，或者說基本的零器件，而非成型的儀器，便于學生動手動腦，自由設計。實驗室實行開放式運行管理。
　　(2) 實驗內容。開設具有專業特色的實驗課程。請一些有豐富經驗的教師面向全校學生開設門檻低、趣味性濃厚的公共實驗課。對于一些有優勢的學科競賽，定期開設面向所有學生的培訓，吸收有潛力的學生組隊參賽。
　　(3) 教學方式。改革實驗課程的教學方式，減少教師設計實驗內容，增加學生自主設計實驗的比重，使學生有相對充分的時間思考并在教師指導下，從實驗原理、系統設計、儀器選用、實驗數據采集與分析等環節入手，自主開設實驗。
　　5預期目標與效益
　　通過在2011年入學的新生中實施該計劃，我們期待達到以下目標和效果。
　　1) 培養出具有良好的智能科學人文素養與數理能力，系統掌握信息與智能科學的理論與方法，熟練掌握程序與軟件設計方法、數字系統設計能力、多媒體信息與生物信息處理技術、機器感知與智能控制技能的科學研究、工程技術與技術管理專業人員。
　　2) 充分結合專業實驗室的建設，通過教學內容和方式的改革，充分發揮“小學期”的作用，使得“小學期”制度能夠真正使學生受益。
　　3) 體現出我院智能科學與技術專業的自身特色，人才培養能夠發揮出我院在生物信息處理、智能控制、圖形圖像處理、計算智能等領域上的優勢。
　　6結語
　　在三年智能科學與技術專業建設實踐中，我們根據學生培養實際情況，總結了當前培養方案存在的不足，專業特色缺乏、選修范圍受限、學科交叉性忽視，并重新修訂了該專業培養方案。在學校新實施的“小學期”制度下，通過汲取其他高校的經驗教訓，抓住“小學期”的特點，在課程內容和教學方式上提出了改革思路。通過以上的探索，我院在專業建設、人才培養等方面更上一個臺階。
　　
　　參考文獻：
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