智能科学与技术本科专业“小学期”制教学思考

　　摘要：针对湖南大学智能科学与技术专业现行本科教学计划专业特色、学科交叉性等问题，在分析新的小学期制度基础上，本文阐述新制订的智能科学与技术专业本科教学计划，并探索了小学期制度下教学改革的部分举措，以期通过调整和改革使湖南大学智能科学与技术本科专业的建设更上一个台阶，为本专业的人才培养作出积极贡献。
　　关键词：智能科学与技术；小学期；教学计划
　　
　　2008年湖南大学智能科学与技术专业开始招生，根据三年的建设教训和经验，2009年制订的教学计划有许多需要调整和优化之处，其存在的弊端阻碍了教师教学的展开和专业特色的体现，这是本文得以成文的内因。另一方面，为了有利于能力培养工作的展开，国内多所高校借鉴国外暑期学校的成功案例，提出了“小学期”制度。旨在利用学期结束后若干周时间，采用开放灵活多样的教学方式，扩大学生的知识面，启发学生的创新思维，增强学生的动手能力。2011年湖南大学也将“小学期”这一制度引入本科教学计划中。在以上内外因的诱发下，对智能科学与技术专业的本科教学进行了总结，并针对湖南大学新实施的“小学期”制度，以本科专业教学计划的制订为契机探索了智能科学与技术本科专业教学新思路。
　　1本科专业教学现状
　　信息产业智能化趋势充分表明该专业强烈的社会需求和发展前景[1]。湖南大学智能科学与技术专业是集众多老师特长和成果，在成立伊始，甚至申请之时，对其人才培养模式就进行了深入讨论和广泛考量。在本院其他专业的现行教学方案基础上，针对智能科学与技术专业的自身特点，制订了该专业的培养方案和教学计划[2]。2008年招收的第一批本科生实施了该方案。表1是该方案的学分和课程计划。
　　该培养方案包含4个阶段，前3个阶段以课程学习为主，辅以一定的课程实验。最后集中实践阶段训练学生的知识运用能力，巩固学生对知识的掌握。全校公共通识教育主要包括哲学、历史、人文、法律、英语等课程。学科通识教育围绕整个学科的基础核心课，分为两个部分，第一部分主要指学科学习的相关基础先修课程，如物理、高等数学、概率论、程序设计基础等。第二部分只要指计算机学科的基础核心课程，如离散数学、数字电路与逻辑设计、计算机组成与结构、数据结构，这部分课程的确定是综合考虑计算机科学与技术专业、通信工程专业、信息安全专业、智能科学与技术专业的结果。
　　专业教育阶段体现了专业之间的区别，分为专业核心课程、专业选修课程、专业拓展课程。智能专业的专业核心课程有高等程序设计、电路分析基础、信号与系统、应用统计与随机过程、微电子电路导论、电磁场和电磁波、计算机网络、操作系统8门课程。专业选修课根据课程之间的相关性，分为两个课程组，学生自由选修其中一个课程组，不同的课程组体现了专业不同的侧重点，有侧重智能控制的，有智能信息处理的，等等。专业拓展课程是在最后一个学年学生根据指导教师的意见，结合毕业设计题目设计领域，在其方向课程组中选择相应学分的课程门数。根据我院教师的科研领域，包括先进计算、生物信息、智能系统、媒体计算、模式识别5个方向。专业选修课程为专业知识的深入学习，学生可根据个人专业兴趣及发展方向自行选择一组课程修读；专业拓展课程(要求至少修读8学分以上)为学生知识面的横向拓展或纵向的继续深入，学生可自全院范围内选择以加强专业学科交叉。
　　集中实践环节由实验教师对低年级开设软硬件基础实验课程、高年级学生开设综合实验课程。毕业实习与毕业设计也纳入到集中实践环节。
　　1.1存在的问题
　　1) 专业核心课没有体现专业特色。
　　在专业成立之初，考虑到教师对专业课程的教学不够成熟，因此，采用了保守的做法：沿用了老专业——计算机科学与技术和通信工程的核心课程，从上文的描述，不难发现这些课程不能充分体现智能科学与技术专业的特色，智能专业的学生也常常感叹体会不到自己所选专业与其他专业的不同之处。随着智能专业教学经验的积累，科研工作的展开，几个优势的方向和课程(如自动控制、图形图像处理、脑与认知科学等)逐渐清晰，将这些基础的、专业关联较为紧密的课程作为核心课程可谓时机成熟。
　　2) 专业选修课课程组限选模式约束了学生的涉猎范围。
　　在2008、2009届学生的教学和培养过程中，发现很多学生对专业知识有广泛涉猎的心理和基础，另外，一些学生可能对课程组中若干课程有兴趣，而对其他课程没有学习动力，而现行的培养计划中选修课的限选模式限制了学生的涉猎范围，未能充分开启和挖掘学生的学习兴趣和动力，因此，任选的模式可能更符合学生的需求，学院只需提供丰富多样的专业选修课程，由学生自主决定修读哪些课程。
　　3) 缺乏对智能科学与技术专业的学科交叉性的重视。
　　交叉性是智能科学与技术专业所具有的一个重要的学科特点。智能学科融合了物理、化学、生物学等理学学科，与管理学、经济学、社会学等人文学科也有广泛的联系。这种学科之间的交叉性自然也就要求学生对多个学科都需要有一定的了解。而现行的培养计划是学院封闭式的，除了通识教育阶段，没有给学生提供学习其他学科专业课程的平台，这阻碍了学生素质的培养和智能专业的发展。跨专业选修为学生提供了了解交叉学科知识的渠道。
　　1.2 “小学期”新特点
　　目前，国内大部分高校都设立了集中实践环节，在教学计划中安排2～3周的时间专门用于学生的实践、实习。近来，从美国学来的“小学期”也悄然在国内高校流行起来，所谓“小学期”是指在理论教学结束后利用假期的部分时间集中进行实验实践教学活动。如何高效地利用这种“小学期”，能够真正培养学生的创新能力，锻炼学生的实践水平，是当前实验教学所急需探索的重要问题。只有当实验教学从理论教学的从属地位中跳脱出来，自身建立起一套完善健全的教学模式和课程体系，有重点有目标有计划地进行人才的培养，才能实现为社会输送高层次创新人才的目标。
　　“小学期”里，学生没有课程学习和考试的压力，在假期完全自由放松的氛围下，进行兴趣拓展和能力锻炼，能够收到事半功倍的效果。“小学期”的课程体系如何设置，教学方式如何安排，是发挥“小学期”作用的关键。好的课程和教学计划，使学生不会感觉是另一个学期的提前开始，而是一个夏令营，学生愿意主动参与其中，在娱乐的环境下习得知识，提升能力。
　　2专业实验室建设进展
　　依据长期以来，我院大批教师及研究生所从事的智能科学技术相关研究，凝练了几个基础较厚实、成果较丰硕的子方向，并由此制订了本科选修课程及群组。为了使实验室建设重点明确、特色突出，将智能科学与技术专业实验室划分为5个子方向实验室相对独立建设，如图1所示[3]。
　　在三年的智能科学与技术专业的发展过程中，在专业实验室建设中不断投入，目前该专业实验室仪器设备及数量如表2所示。
　　该专业实验室具备以下规模和能力：
　　1) 可以支撑80%智能科学与技术专业的相关课程实验。
　　2) 能够开出机器视觉、小型仿真机器人等综合性实验项目。
　　3) 由1名教授、2名博士等6人组成的实验教师队伍。
　　研究生创新基地、嵌入式系统与网络实验室将大力支持智能专业实验室的建设。我们正在积极申请985学科建设经费，购买电梯调度实验平台等仪器设备，提高实验室的实验开出率和覆盖面。以上的软硬件环境，体现了本专业的建设特色，实验室条件的完善和增强，也需要进行人才培养模式的修订。
　　3专业培养方案和教学计划
　　
　　针对以上存在的问题和“小学期”新特点的出现，我们探索和制订了新的培养方案和教学计划[4-5]，下文将从培养方案、课程计划、和实践教学3个方面分别进行描述。
　　3.1培养方案
　　表3给出了新制订的培养方案。通识与文化素质教育与以往基本保持不变，但在学科门类教育中涉及的学类核心课程增加，相比于之前的理科B组课程增加了微电子电路、电路分析、操作系统、计算机网络等课程。变化较为显著是专业教育部分，首先专业核心课程由C++程序设计、信号与系统、脑与认知科学、人工智能基础、科学计算导论、算法设计与分析、控制理论基础、计算机图形图像处理八门课程取代。此外，开设了种类更丰富的专业选修课程，涉及数据挖掘、生物信息处理、机器人、物联网等，为学生提供了更多广的选择。
　　未来发展教育从就业和深造两个角度进行考虑，设定的分组课程充分结合了智能科学与技术专业实验室的条件，设立了生物信息学、智能信息系统、智能控制和机器人、媒体计算与机器视觉4个方向课程组，通过利用专业实验室的资源，将这些高级课程与毕业设计有机结合起来。
　　值得特别提出的是跨专业限选课程，这正是对学科交叉性考虑的结果。学生有机会去接触到更多的学科知识，有利于对智能有更为全面深刻的认识。尽管这是一个新的尝试，并且这扇门现在打开的还有限，如果实践证实这是必需和有效的，这扇门还将为学生更加敞开。
　　3.2课程计划
　　在以上培养方案的指导下，根据课程之间的先后关系，具体的课程计划如图2所示。
　　从该本科4年的课程教学计划来看，第一学年以学校通识课程为主，第二学年包括与信息学科相关的基础课程，和信息学科的核心基础课程。第三、四学年以专业课程为主，最后一个学期，学生根据毕业设计方向选择课程组里相应课程。整个课程的时间分布遵循循序渐进、由易到难的学习过程，通过最后的毕业设计反映学生对整个专业的理解和把握。在毕业设计阶段，从学生的未来发展着手，分为深造和就业两部分，每一个课程组都按照这两个类别设立了相应的课程。学生根据自身发展的定位，选择适当的课程。
　　3.3实践教学
　　实践教学作为理论教学的补充，根据学生专业知识学习的深度，分为3个阶段展开：
　　1) 实训、通识实践(编程实训、仿真实训)安排在第一学年的小学期。
　　2) 专业实训(软件技术基础实训、硬件技术基础实训)安排在第二学年的小学期。
　　3) 综合实践(专业综合设计)安排在第三学年的小学期。
　　“小学期”的实施，可以把过去那些集中实践的内容放到“小学期”中进行。然而“小学期”有其自身的特点和形式，过去的集中实践内容和教学方式等可能都需要做出相应的调整优化，下面将在教学改革部分阐述我们所进行的有益尝试和探索。
　　4教学改革
　　1) 多姿多彩的“小学期”。
　　“小学期”绝不应该是过去集中实践的改头换面，只是简单地将集中实践换个时间而已，应该走教学内容丰富多样、形式活泼轻松的路子。
　　(1) 邀请在学生群体中有影响力和号召力的知名人士来校讲座和交流，在学生中刮起头脑风暴，集思广益。
　　(2) 安排学生走进生产第一线，深入社会底层，真切体会大学生应该具有的技能和素质，结合所学专业，积极思考人生定位。
　　(3) 当然，集中实践的内容也不可少，如何让学生享受了假期又增长了知识是接下来将进行的第二个改革的目标。
　　2) 活泼有趣的集中实践。
　　现行的集中实践环节是老师布置若干题目，学生选择其中几个完成，学生普遍觉得这种教学内容和方式枯燥无味。可以通过以下3个途径，使得集中实践环节变得活泼有趣，提高学生的积极性。
　　(1) 实验平台。配置可自由装配的设备，或者说基本的零器件，而非成型的仪器，便于学生动手动脑，自由设计。实验室实行开放式运行管理。
　　(2) 实验内容。开设具有专业特色的实验课程。请一些有丰富经验的教师面向全校学生开设门槛低、趣味性浓厚的公共实验课。对于一些有优势的学科竞赛，定期开设面向所有学生的培训，吸收有潜力的学生组队参赛。
　　(3) 教学方式。改革实验课程的教学方式，减少教师设计实验内容，增加学生自主设计实验的比重，使学生有相对充分的时间思考并在教师指导下，从实验原理、系统设计、仪器选用、实验数据采集与分析等环节入手，自主开设实验。
　　5预期目标与效益
　　通过在2011年入学的新生中实施该计划，我们期待达到以下目标和效果。
　　1) 培养出具有良好的智能科学人文素养与数理能力，系统掌握信息与智能科学的理论与方法，熟练掌握程序与软件设计方法、数字系统设计能力、多媒体信息与生物信息处理技术、机器感知与智能控制技能的科学研究、工程技术与技术管理专业人员。
　　2) 充分结合专业实验室的建设，通过教学内容和方式的改革，充分发挥“小学期”的作用，使得“小学期”制度能够真正使学生受益。
　　3) 体现出我院智能科学与技术专业的自身特色，人才培养能够发挥出我院在生物信息处理、智能控制、图形图像处理、计算智能等领域上的优势。
　　6结语
　　在三年智能科学与技术专业建设实践中，我们根据学生培养实际情况，总结了当前培养方案存在的不足，专业特色缺乏、选修范围受限、学科交叉性忽视，并重新修订了该专业培养方案。在学校新实施的“小学期”制度下，通过汲取其他高校的经验教训，抓住“小学期”的特点，在课程内容和教学方式上提出了改革思路。通过以上的探索，我院在专业建设、人才培养等方面更上一个台阶。
　　
　　参考文献：
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