應用驅動型本科基礎技術理論課程建設模式探究

曾宇駿，徐昕，方強

（國防科技大學 智能科學學院，湖南 長沙 410073）

引言

本科基礎技術理論課程建設是高校本科教育的基礎性工程，是本科教育必不可少的重要環節，是培養和造就高層次創新型人才的土壤地基，也是高等院校加強本科學生創新實踐能力培養、走內涵式發展道路的客觀要求。現階段本科學生課程學習已呈現新特點，而本科基礎技術理論課程建設還存在諸多問題。例如，教學空間單一、教學內容抽象乏味、教學效率不高，課程評價模式仍以考試考核為主，從而導致學生學習“重結果、輕過程”“重期末考試分數、輕日常學習積累”；本科基礎技術理論課程逐漸流于形式，課程內容大同小異，甚至出現“雞肋式”發展。究其原因，除課程建設理念落后、課程建設投入不足之外，高等院校中教學與科研發展的不平衡也是極其重要的影響因素。如何有效創新本科基礎技術理論課程建設，提升本科基礎技術理論課程教學質量，是擺在廣大教育改革工作者面前的現實問題。

一、國內外本科基礎理論課程建設研究現狀

在國際上，美國卡內基教學促進會分別在1998年和2001年發布的兩份高等院校本科教育報告（即《重塑本科教育：美國研究型大學發展藍圖》和《重塑本科教育：博耶報告三年回顧》）提出，要在教學理念、教學手段、教學體系等多個層面重塑美國本科教育［1］。《斯坦福大學本科教育研究報告》（2012年）和《斯坦福大學2025計劃》中均強調，新一輪的本科教育改革的關注點不應僅僅指向大學應該教什么，也要關注大學應該怎么教，同時要關注學生應該怎么學、學得怎么樣［2］。麻省理工學院校長在《麻省理工學院教育的未來》和《高等教育改革的催化劑》等報告中說：“我們必須打造以學生為中心的教育，單個的變革主體是不夠的，必須讓全體教師、大學的高級管理層、學科和專業負責人、科研團隊都參與進來。”［3］

在國內，黨的十九大以來，我國高等教育進入新時代。全面振興本科教育、建設世界一流本科是我國新時代高等教育的戰略選擇。我國教育部在新時代全國高等學校本科教育工作會議上，對本科教育提出“三大紀律、八項注意”，強調“以本為本、四個回歸”［4］。由此可見，必須突出學生的主體地位，以學生為中心改革創新教學理念和教學育人機制，以學生最現實的學習就業應用需求為指導，探索和研究應用驅動型本科基礎技術理論課程建設。

國內外高等院校的教學團隊就如何高效開展本科基礎技術理論課程建設、提升學生學習效果和能力素質，紛紛進行了專項研究與實踐探索。如德國應用科學大學研究提出現場教學法，將課堂上的基礎技術理論講授與實驗室、實習基地相融合［5］；英國杜倫大學與當地相關企業建立合作，對于其所開設的工科技術理論課程直接安排學生在企業環境進行學習。

在我國，教育部啟動實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，先后出臺多項政策，支持和引導高校與企業深度合作，通過聯合辦學、創立校企合作基地等形式，開展協同培養、共同育人。在本科基礎技術理論課程教學上，國內高校多采用案例教學法，但所采用的案例常常與學生現實學習和未來就業需求存在差距，雖然在一定程度上激發了學生的學習愿望，但往往只能達到學習目標的中等層次。

除此之外，國內高校對本科基礎技術理論課程的投入還不夠到位，存在“重科研、輕教學”的現象，教學與科研彼此相對獨立，甚至相互脫離，院校自身的科研成果特色沒有很好地融入相關的本科基礎技術理論課程建設工作，從而造成基礎技術理論課程逐漸成為“無本之木”“空中樓閣”，課程建設針對性不強、特色不明顯，欠缺科學性、靈活性及人性化，因而導致學生學習興趣低落、學習結果收效甚微。

二、應用驅動型本科基礎技術理論課程建設模式

具體以筆者所在單位擬將建設的“無人駕駛技術概論”本科基礎技術理論課程為例，其教學目標是通過該課程，使學生能夠對通用方法的具體應用有所了解，培養學生分析問題、解決問題的能力。無人駕駛涉及多學科領域交叉，是當今社會和科技發展的潮流熱點，是當前人工智能相關本科專業學生的重點關切問題，也是筆者所在單位科研工作的亮點特色。

當前，國內外高校、企業都紛紛加入無人駕駛相關基礎技術理論課程的建設隊伍當中。美國麻省理工學院、加拿大多倫多大學等相繼開設“無人/自動駕駛”專項課程，通過本地課堂講授、MOOC課、微課等形式向全球用戶開放，但其教學內容體系欠缺特色，在課程內容設置上更加側重無人駕駛研究本身領域發展趨勢，而非考慮課程學習者的學習應用實踐需求；在課程教學過程中以課堂講授+典型案例仿真實驗為主，教學效果仍然相對受限。鑒于此，中國百度先后聯合Udacity和北京大學，依托其自身的Apollo自動駕駛汽車項目，開設了國內首個落地高校并含學分的“無人/自動駕駛”系列課程，已幫助全球97個國家約9000名學生（其中37%為海外學生）入門自動駕駛與Apollo開源平臺。百度“自動駕駛”課程作為面向大眾的專業技術入門課程，其成功經驗恰恰為基礎技術理論課程建設應用驅動化提供了良好印證，研究和探索應用驅動型本科基礎技術理論課程建設勢在必行。

與傳統的本科基礎技術理論課程不同，應用驅動型本科基礎技術理論課程的目標是以學生最為關切的社會業界應用實例為牽引組織課程教學內容，一方面，從學生將來的崗位應用需求出發，解決學生自身與企業單位最為迫切的技術培養問題；另一方面，期望突破傳統的理論教授模式，將知識理論與具體的項目課題相結合，提升教學內容的實用性，同時進一步激發學生的學習積極性，使其明確學習目標，從而有效促進學生的基礎知識理論學習向實踐應用技能掌握的轉化效率。應用驅動型本科基礎技術理論課程建設，應堅持“以研導教、以教促研”和“以激發學生學習興趣和滿足學生實踐應用訴求為牽引”的指導思想。以“無人駕駛技術概論”人工智能本科專業基礎技術理論課為例，課程內容應圍繞無人駕駛技術的基本原理、核心知識與技能，滿足現實應用需求和學生的學習訴求。具體來說，體現在以下三個方面。

一是在教材教案設計上堅持問題導向。要打破傳統經典知識體系的條塊分割，以學生學習需求為指導依據，用實際應用問題驅動學生主動學習，通過提出現實問題、啟發分析思路、引導構建模型、討論求解算法、反思問題求解成果等方法，促使學生完成問題發現、問題分析、問題求解、問題質疑的閉環過程，加強學生對所學基礎技術理論知識的理解與應用。

以筆者擬將承擔的“無人駕駛技術概論”人工智能本科專業基礎技術理論課為例，教材教案的設計思路主要體現為：選取代表性技術問題作為教材章節內容安排的脈絡牽引，每個章節對應無人駕駛應用中的一個模塊化項目，分別涉及無人駕駛關鍵技術中的感知、規劃、決策、控制及車聯網等；以感知技術為例，選取復雜環境下的目標行為跟蹤預測作為代表性問題，組織串聯其中所包含的系列相關無人駕駛環境感知技術知識內容，如傳感器技術、數據預處理技術、特征選擇與提取技術、目標檢測識別技術等；最終各個章節的模塊化項目，可進一步形成一個更為完整的無人駕駛技術綜合項目體系，為學生將來的崗位應用打下堅實的基礎。

二是在課程教學實施上遵循項目引導。主要體現在兩個方面：一是教學方式要從傳統的系統化講授向項目課題牽引的技術研討轉變；二是教學內容選取要從實際開展的工程項目著眼入手，做到課堂教學從課題項目中來，到課題項目中去，一個教學班同時也是一個課題研究團隊。可以通過抽取相應教學科研團隊現有的研究課題或引導學生發現創新研究項目，在教學內容設置上項目化、在教學實施過程上科研化，逐步引導學生完成問題提出、項目界定、團隊組建、項目分析與分解、項目方案實施及項目答辯等環節，使其在課程學習的過程中不僅能夠深刻學習消化基礎技術理論要點，同時鍛煉和培養學生自主學習、團隊合作及解決現實問題等方面的能力。具體來說，就是要突出學生主體、教師主導，教師主要擔任“領進門”的角色，不斷總結自身所在科研團隊項目攻關過程中所面臨的實際問題及最新研究成果與課程教學內容的聯系，以當下問題需求作為相關教學內容，更要突出學生“修行在個人”的成分比例，將課程講授分解為項目主題的模塊子任務，讓學生在知識內容學習的同時錘煉主動思考、組織協作、動手實踐的能力。由此，真正做到教學科研并重，科研項目進課堂，二者不斷相互滲透、相互促進。

三是在考核評價方式上向能力產出傾斜。考核評價是對學生課程學習的一個牽引性指標，與最終學生學習成果的好壞息息相關。特別是對于應用驅動型本科基礎技術理論課程，更加需要解決學生的課程理論學習向實踐動手能力產出轉化的問題。在當前較為主流的終結性考核與形成性考核相結合的基礎上，應更加突出能力成果產出的比重，調整考核的具體形式，避免學生機械性理解、記憶式應考。可嘗試創新豐富具體的考核形式，如加大高階思維式、崗位應用技能相關的綜合式等考核內容的比重，逐漸弱化諸如卷面考試、書面習題式課后作業等傳統形式，以形成可轉化的科研技術成果——如專利、論文、學科競賽獎勵等——為目標，安排和設置相關的考核內容形式及任務分配，從而與教案教材的問題導向性及教學實施的項目引導性形成一個完整的教學閉環，三者相互補充、相互促進，形成全方位、全過程、立體式的有機整體，在明確學生學習目標、激發學生學習動力的同時，能夠有效助力科研創新，形成相應的實際成果。簡而言之，即對于課程考核，應堅持理論聯系實際、理論面向實際、理論轉化實際的原則，學生崗位任職應具備什么能力，就應重點考查什么能力，考核形式就應進行相應的調整和傾斜，從而確保學生對于基礎技術理論課程的學習不僅僅停留在熟悉和掌握基本概念、理論和原理的層面，而更加在于有效提升知識轉化為實踐能力的效率。

結語

大學本科教育如何培養高質量與高效率兼顧的人才，縮短甚至消除學生從課程學習到崗位能力應用之間的差距，是當前本科基礎技術理論課程建設應當重點關注的問題。越是基礎的基礎理論課，越需要關注課程內容與實際應用之間的相互關系和聯系轉化規律，從而探索有效的改革思路與途徑，促進理論課程教學實踐化、實用化，進而達到技能養成、能力產出、素質構建等目標。對此，本文通過探索應用驅動型本科基礎技術理論課程建設模式，提出了一定的可行思路建議，以期最終促使學生不僅知其然、知其所以然，更能學以致用、所學即所用。