智能信息化教學改革模式探析
——以智能信息處理課程群為例

黃社安 張亞須

智能信息處理課程是智能科學與技術專業的重要基礎課程，具有兩個鮮明的特點。一是涵蓋知識范疇廣，涉獵技術多。包括但不限于神經計算、數字圖像處理、模糊計算、云計算、量子計算等理論、方法和技術。二是學習難度大。由于包含對最熱門、最前沿信息技術、理論的學習，因此對學生本身的綜合素質和學習水準提出了很高的要求，注重創新性人才的培養。鑒于以上課程特點，智能信息處理課程群教學改革勢在必行。所謂課程群，是指由三門以上性質相關或相近的單門課程所組成的具有承前啟后作用、可以互為補充的連環式課程群體。智能信息處理類的相關課程在教學任務、教學內容和方式等方面具有強烈的邏輯耦合性，因此可以構成一個獨立的課程群進行專業人才培養。

一、智能信息處理課程概述

自2004年北京大學開設智能科學與技術專業以來，到2021年為止，全國已有50余所高校設置了智能科學與技術專業[1]。雖然該課程群在我國大部分高等院校中均有開設，但各院校在課程名稱方面存在不同之處，相關課程的學分也不盡相同。此外，各高校的開課性質也分為必修和選修。在開設時間方面，有的高校在大三階段開設智能信息處理課程，而有的高校則是在大四階段才開設該門課程。

從專業教材方面看，智能信息處理包含的知識范疇比較廣，《智能信息處理》和《計算智能》是目前已出版且被廣泛使用的教材。總體而言，智能信息處理類教材包含了模糊理論、粗集理論、神經網絡、進化計算和群體智能等內容，所涉及的知識領域比計算智能類教材內容更廣泛。

二、智能信息處理課程群教學存在的問題

（一）課程教學次序安排缺乏合理性

一般情況下，同一體系下的課程之間往往是有銜接關系的，智能信息處理課程群作為一個獨立的課程體系，也不例外[2]。在該課程群下，MATLAB程序設計則需作為其他課程的先導課程，而人工智能作為總論課程，亦應先于其他幾門課程開設。但目前高校的普遍做法卻是在大四階段才開設相關課程，學生難以系統全面學習課程內容，學生的知識點掌握也因對整個課程體系缺乏統一認識而支離破碎。

（二）課程相對獨立，知識點缺乏銜接性

同一課程群下的課程之間往往存在著密切的關聯性，然而，目前在該課程群的教學活動中，知識的承接與流動過程未能得到充分體現，教學改革活動一般情況下也是緊緊圍繞某一門具體課程而開展。這種硬性割裂開本身具有相互承接關系的知識點的做法，顯然會影響教學效果和質量[3]。

（三）授課教師對該課程群缺乏統一的認識，教師團隊缺乏合理化的配置

例如，各門課程的授課教師存在各自為戰的情況，只關注自己所講授的某門具體課程，對整個課程群知識結構缺乏清晰的認識和全面的掌控。此外，教師之間也缺乏密切配合，在教學過程中缺乏充分的事前溝通。

（四）實驗教學內容安排不夠合理，學生智能信息處理綜合能力訓練不足

眾所周知，任何課程都離不開實驗教學活動，實驗教學旨在更好地培養學生知識綜合運用和實踐的能力。目前，智能信息處理課程群在實驗教學內容的設置方面不夠合理，缺乏創新性和前瞻性，實用化的綜合性實驗偏少，這不利于培養學生的知識綜合運用能力，不利于應用型人才的培養。

三、智能信息處理課程群教學改革模式的實踐路徑

（一）完善課程內容設置，提升育人實效

以往對于智能信息處理課程群的教學內容設置未能充分考慮各個課程的連貫性和銜接性，基本上是各門課程單打獨斗的課程改革，沒有將智能信息處理課程群所涉及的智能信息處理、MATLAB程序設計、人工智能、數字圖像處理、機器學習等課程置于整體性、連貫性理念之下，所以，學生的知識、實驗技術獲取較為分散，沒有產生良好的育人實效。因此，智能信息處理課程群教學內容改革要按照由淺入深、由一到多的原則開展。

其一，做好課群劃分，合理安排課時。智能信息處理課程群的相關課程很多，因此勢必要對各門課程進行梳理，在此基礎上完善課程教學次序。總的來說，按照智能信息處理課程群中各門課程內容的關聯性，將課程劃分為核心基礎課、專業基礎課、拓展課、研究新技術課。基于核心基礎課與專業基礎課同步進行，二者先于拓展課和研究新技術課的原則，將該課程群的教學工作按照教學次序安排連續的3—4個學期進行[4]。

其二，構建知識點互聯體系，促進教學工作的連貫性和系統性。課堂教學要注重各門課程之間的相關性與承接性，為此課程教學正式開始之前，就需要教師預先構造出課程群相關知識點的互聯網絡，并以此制定符合教學實際的教學大綱，使學生能夠對整個教學內容建立起系統的認知。比如，在講授數字圖像處理中的圖像分割技術時，同時關聯性講解模式識別中的聚類算法和機器學習中的非監督學習，使學生對課程形成完整認知，并學會用聯系的、發展的辯證思維進行課程學習。

（二）創新課程教學方式，打造體驗式課堂

一是采用情景模擬教學。首先，師生互換身份，鼓勵學生以授課人的身份講課，根據自身所學講重點知識，對于其余知識，學生可以提出問題與教師共同探討。比如學生講智能算法的基本應用時，可提前請教授課教師，在網上學習相關內容，經過整理后形成自己的知識體系，在課堂上進行內容輸出，從問題分析和定義、問題建模和編碼、算法初始參數設定、算子基本定義、算法設計等各個方面講述智能算法的基本應用方法和步驟，其他學生根據講述內容提出問題，授課學生進行解答。對于難以解答的難點，由教師補充，從而使學生在自我體驗教學中更加扎實地掌握知識。其次，以小組作業的形式組織學生進行應用設計，并在課堂中進行集體展示，使學生將理論知識同技術應用結合起來，教師予以評價指導，幫助學生更好地理論聯系實際。

二是感知體驗教學。由于智能科技在生活中已被廣泛應用，因此教師可以利用生活中的智能應用，引導學生在感知體驗中達到最佳教學效果。比如，就人工智能課程而言，教師可以搭建智能家居教室，通過分析智能音箱、語音翻譯筆、掃地機器人等學生日常生活中常見的智能產品，幫助學生理解人工智能課程相關理論和應用設計。

（三）開發輔助教學網站，發揮學生主觀能動性

由于智能信息處理課程群知識點繁多，高校有必要根據自身實際情況開發設計輔助教學網站，尊重學生自身的學習習慣，以彰顯人文性的特點，使輔助教學網站體現課程群的相關性和綜合性，幫助學生自主學習，充分激發學生的積極性和主動性。

其一，智能信息處理課程群輔助教學網站的整體結構包括前臺功能和后臺功能。具體而言，前臺功能的使用主體是師生，內容為師生常常使用的板塊，包括課程概況、課程資源和師生互動，通過專業簡潔的前臺設計為學生提供良好的網絡學習體驗；后臺功能的使用主體是網站管理員，管理員可由教務處教師和專業課教師組成，后臺可進行的操作包括管理員登錄和驗證，用戶驗證和刪除，信息的上傳、修改和刪除管理，留言的查看、識別篩選和過濾刪除功能等，通過后臺管理幫助學生更好學習[5]。

其二，智能信息處理課程群輔助教學網站的主要內容。這主要是針對前臺功能而言，即在課程概況、課程資源和師生互動三大內容板塊之下分設不同的子欄目，將內容細化、具體化，幫助學生更好地理解課程群內容。一是課程概況，下設教學內容、教學團隊、教學大綱及實驗大綱四個子欄目。其中，教學內容按照由粗到細、由專到多的原則進行設計，即分設智能信息處理、MATLAB程序設計、人工智能、數字圖像處理、機器學習等課程欄目，介紹課程主要教學任務和內容重點，設置鏈接功能，關聯各課程有聯系的內容，學生點擊鏈接就能了解課程內容的串聯之處。二是課程資源，這是三大板塊中最重要的一部分，關系學生學習的效果。這一部分包括教學課件、參考教材和課外資源三個子欄目，教師提前將教學課件上傳至教學網站，使學生能夠提前預習相關知識。參考教材包括教師自身使用的授課教材以及參考教材的相關信息，如出版社、出版日期、作者、版次和價格等，為學生尋找參考教材提供科學合理的選擇依據。課外資源即高校同本校以外的高校、行業組織機構、網課資源（如慕課、微課）等形成良好合作，學生可以通過資料下載、代碼下載及鏈接下載獲取所需信息，通過自主學習擴大知識面和開闊眼界。三是師生互動，下設信息發布和互動交流兩個子欄目，通過評論區、交流區打造社群交流模式，形成教學相長的良好互動局面[6]。

（四）打造全方位實踐平臺，促進能力轉換

其一，校企合作。采用校企合作實踐培養模式，既能夠把企業的科研人員作為師資引進高校，解決智能信息處理課程群教學師資短缺問題，又能夠盡早對大學生進行社會工作教育，使學生在社會化的實踐中更好掌握未來崗位需要的技能和素養，在不斷實踐中完善自我，提升綜合素質，從而在畢業時減少適應社會的過渡期，以最快的速度進入工作狀態。比如，重慶郵電大學自2017年成立了人工智能學院后，就開始探索引企入校的教學模式，隨后在重慶市政府牽線下，與科大訊飛開展合作。自開展合作以來，科大訊飛為該校學生提供項目資源教學，組織公司的工程師參與授課，還與重慶郵電大學共同打造了圍繞大學生個性化培養的人工智能智慧學習平臺，讓師生能夠參與人工智能的產、學、研，使高校和企業都得到了很好的共同學習的機會，真正實現培養過程與產業無縫對接。

其二，教賽融合。高校可通過建立教賽融合實踐教學模式，提升教學水平。首先，智能信息處理課程群主要包括一些應用性、實踐性很強的課程，競賽過程本身也是對學生綜合應用能力最直接的鍛煉和考驗[6]。為此，各大高校要密切關注信息科學、人工智能等賽事，鼓勵學生參加全國性、地區性和校際間的競賽，圍繞所學課程的應用方向，開展作品命題、討論、設計、開發、集成、優化和演示，在合理的競爭中提升專業知識運用能力，加深對基于傳感器、物聯網和人工智能技術的信息裝備系統的認識，同時在競賽中增強團隊協作能力、社交能力。其次，優秀的競賽作品可以作為后續課程教學的鮮活素材，難忘的競賽經驗也能不同程度地提升學生的技術素養。

在新時代，面對新挑戰，高校要致力于智能信息處理課程群建設，通過完善課程內容設置，增強各課程的關聯性和承接性，以提升育人實效；創新課程教學方式，打造體驗式課堂，不斷激發學生學習的主動性；開發輔助教學網站，發揮學生主觀能動性，為學生學習提供更為廣闊的天地；打造全方位實踐平臺，促進學生能力轉換，培養出專精尖人才。通過有力的舉措打造人才培養的沃土，為我國科技事業的發展不斷提供智力支撐。