先知還是先行?——關于智能科學與技術專業的課程改革

　　摘要：智能科學與技術專業是國內新增開設的面向前沿高新技術的基礎性本科專業。與其他專業相比，該專業更要求教學內容的基礎性、實用性和前沿性。本文針對該專業的現有課程設置和教學方法問題進行闡述和分析，提出改革的措施和方法，核心是將傳統的“以知為主、先知后行”的教育方式改變為“以行為主，知行合一”的教育方式，調整相應的教學內容，使智能科學與技術專業的教育具有更高的水準。
　　關鍵詞：智能科學與技術；課程設置；知行合一
　　
　　1傳統課程的分析
　　智能科學與技術專業是我國高等院校的新興專業，是面向前沿高新技術的基礎性專業。自北京大學首次提出并成立“智能科學與技術”專業以來，已先后有近二十所院校增設了該專業。目前，國內高校傳統的課程設置都是基于先知而后行的理論，即先學習書本上的理論知識，然后再進行相關內容的實驗和課程設計。智能科學與技術的專業課程覆蓋面較廣，涵蓋更多的開放性理論知識，如何做到知行合一，將這些前沿、開放的教學內容生動而深刻地傳授給學生，是筆者的主要研究目標。
　　20世紀以來，在教育界廣泛流行、影響較大的幾種教育理論有行為主義理論、認知發展理論、建構主義理論和多元智能理論[1]。它們從不同角度提出了教育思想和方法，每種理論的提出對當時的教育界都具有十分重要的影響。建構主義的學習理論被稱做是教育心理學的一場革命，它強調學習的主動性和情景性，主張教育的本質是對人的經驗改造；教育的職能就是延續社會生命、傳遞人類的經驗，增強經驗指導生活和個人適應社會的能力。由于經驗的改造只能在生活中進行，與生活密不可分，因此，脫離了生活和經驗的教育將變成為空洞的教育[2]。
　　傳統教育采用直接傳授知識的方式，學生常常被動地接受與自己生活毫無關系的書本知識。即使理論課程完畢后有實驗和課程設計等環節，但是由于先入為主的厭倦和望而生畏，使學生對實驗也并不感興趣，在進行設計和實驗時感到無從下手、無所適從。因此，應改革傳統的封閉式教學、灌輸式教學的弊端，培養學生良好的思維習慣，使他們能夠主動思維，為創新能力的培養打下堅實的基礎。
　　2課程改革的思路和原則——知行合一
　　目前，各高校正在努力創辦具有本校特色的智能科學與技術專業，北京大學的智能專業以視聽覺感知和多媒體信息方面的硬件資源及長期的研究基礎為優勢，形成了以機器感知、計算智能為核心的課程體系結構；西安電子科技大學以傳統的電子和信息處理方面的優勢為基礎，形成了以“智能+信息處理”為核心專業課程體系的課程群；南開大學將“智能技術+智能工程”作為課程的主要側重點[3-4]。無論是前沿的機器視覺、信息處理，還是傳統的自動控制，這些與自動化、電子、計算機密切相關的課程都離不開動手實驗環節，都是為了能夠更好地將智能理論應用到實際工程中去，使機器從形式上、功能上具有更像人的“智能”。因此，我們的課程應以解決問題為出發點和貫穿始終的線索，引導學生用不同的方法實現工程目的。這樣既能從最開始激發學生的興趣，讓他們感到學有所用，又能充分調動其積極性，主動學習書本上的理論知識，讓學習理論成為學生解決實際問題的手段。“在做中學”也是美國教育家杜威的核心教學論思想之一。他認為教學不應該直接灌輸知識，而是引導學生投入各種活動中，無意識地獲815e5f70e30fd86254ed6027a4c58215afbf5ce1b91806c6e65782d461d6886e取經驗和知識，在做中學習。“做”是根本，失去了“做”，學生的學習就失去了依托和根本[1]。因此，課程改革應強調學生在實際操作中學習知識，強調教學設計應遵循學生心理發展的規律。在解決實際問題中不斷鍛煉和提高學生提出問題、分析問題和解決問題的能力和素養，做到知行合一。
　　3課程改革的具體措施
　　教育改革是否成功，除了要有正確的改革思路和目標外，還要具有有效的改革措施，以確保改革目標的實現。下面針對教學模式、教學內容、教學方法和教學評估等幾個方面詳細闡述我校教學改革的具體措施。
　　3.1教學方式的改革
　　目前，國家和各省市地區已經設置了與數學、自動化、電子和計算機等密切相關的各類競賽。這些競賽致力于激發學生的興趣、鍛煉動手能力、與人溝通的能力、提高學生解決實際問題的能力。它們都與智能科學與技術專業有著密切的聯系，參與這些競賽的學生獲益匪淺，因為它們以實際應用為導向。然而，由于各專業的經費限制、學生的時間和興趣使然，不可能所有學生都通過競賽來提高和進步。為了讓絕大多數學生受益，我們必須在課堂教學模式上有所改革。
　　為此，我們提出改變傳統的“以知為主、先知后行”的模式為“以行為主，知行合一”的方式。以智能控制課程為例，我們在課程之初先設置與模糊控制、神經網絡控制、專家控制等相關的初級實驗，這些實驗的特點是簡單、直觀，易操作，讓學生了解智能控制算法在不同領域中的應用和用途，明確學習動機和目的，再安排相應的課堂教學，讓學生帶著問題學習書本上的理論知識。
　　隨著對課程內容的逐漸深入，再進入到中級實驗階段，要求學生針對具體的項目進行整體設計和構思，利用相應的專業程序初步實現。中級實驗的目的是讓學生了解解決問題的具體流程和方法，并能小試牛刀，將這些手段和方法用于實際的問題解決中去。在這個環節中，教師要遵循因材施教的原則，針對不同學生的問題給予輔導，言傳身教，使學生了解分析問題的技巧和方法。進一步完善和改進實驗，實現理論和實踐的真正統一，改革后的教學流程如圖1所示。
　　3.2教學內容的改革
　　首先，課程內容的改革需要以“做”為目的，教學內容的設置都應該與“做”有直接或間接的聯系，同時兼顧知與行的目的，在“做”中學，邊學邊做。依然以智能控制課程為例，目前大部分教材只給出了模糊算法、神經網絡、遺傳算法等算法的原理，而對于如何實現這些算法，以及這些算法的優勢和實際工程中的應用則少之又少。因此，在新的教學內容中，應該增設算法的編程實現環節及實際用途的內容，以及這些智能算法與傳統控制算法相比的優勢所在，這樣才能讓學生感覺到學有所用，有的放矢。
　　其次，在新的教學內容中，還特別需要增設培養學生解決實際問題的教學內容，例如問題的提出、資料的搜集和查找、問題的分析和解決方案的對比等。這些“軟”的教學內容相比書上的知識點，對于學生來說是更為寶貴的。畢竟，書本上的知識也無法解決所有現實中遇到的問題，很多技巧、方法和經驗需要學生通過不斷探索找到答案。很多問題的答案并不是唯一的，這就更加提高了學生開闊思維的能力。
　　最后，專業課程群中各課程之間的內容應本著系統性原則[5]。每個課程既是一個獨立而完整的個體，又是整體課程群中有機的一部分，正所謂“一沙一世界，一人一塵埃”。要在智能科學與技術的核心專業課程體系中體現整體性和互補性。例如我校開設的智能控制、智能信息處理和智能系統等課程，就可以重新整合和梳理，以控制和信息處理這兩個不同應用和類型的任務為導向，分別在課程中設置從算法原理到實現過程，再到實際系統的授課內容和步驟。
　　3.3考核方法的更新與完善
　　如何對學生進行考核，一直是一個開放性研究問題。傳統的考核方式以教師作為唯一的考核者，而學生完全是被動的被評審者。高校教師也僅僅通過出勤率、回答問題情況、作業、卷面成績等給學生評分。這些因素局限于學生表現的表象上，未必能夠真正代表學生的實際能力，而且此種評分方式沒有互動的效果，僅僅是單方向的評閱而已。
　　針對以上問題，筆者提出一些新的考核方法。
　　
　　1) 改變僅由教師一人定分數的情形，以教師考核和學生相互考核相結合的方式確定學生的最終考核結果。在整個課程學習中設置若干個實驗設計環節，讓學生分小組完成這些課題，并在設計和實驗后按小組展示成果，讓全體學生共同評分。這既可以避免片面評定，更能體現公平、公正、公開的評定原則；也可以在學生之間形成一種競爭機制，通過本組內及組間的溝通和交流，更好地解決實際問題。
　　2) 改變以卷面分數定成績的方式為分階段、分任務類型的考核方法。在課程學習階段，教師可以分層次地設置不同難度、不同類型的設計題目，讓學生自主選擇。這樣能最大程度地避免教師受個人偏好和能力的影響。另外，在分階段考核過程中，要形成一種明確的獎勵和懲罰機制，以監督學生的學習進程，使學生不斷調整學習策略和方法。
　　3) 改變僅僅注重知識水平的測試，注重學生發展潛力的測試。測試時要注意學生的整體基礎和每個學生的個體基礎，在適當范圍內增加難度大些、更復雜些的任務，關注不同學生在教師或其他輔助條件下完成超出知識范圍問題時的情況，挖掘不同學生的學習潛力。
　　4結語
　　目前，我國各高校的智能科學與技術專業都處于起步階段，教學內容和方法都處于摸索階段。所有的改革都應以解決實際問題為導向，立足培養學生的學習興趣和動腦、動手能力。我們在核心專業課程智能控制中初步嘗試了部分改革內容，確認了以“做”為主的課程設置的合理性。需要進一步完善的是實驗內容的階梯型設置，以保證其從易到難，循序漸進地被學生接受，進而推廣到本專業的其他課程及類似的專業中去。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 歐