先知还是先行?——关于智能科学与技术专业的课程改革

　　摘要：智能科学与技术专业是国内新增开设的面向前沿高新技术的基础性本科专业。与其他专业相比，该专业更要求教学内容的基础性、实用性和前沿性。本文针对该专业的现有课程设置和教学方法问题进行阐述和分析，提出改革的措施和方法，核心是将传统的“以知为主、先知后行”的教育方式改变为“以行为主，知行合一”的教育方式，调整相应的教学内容，使智能科学与技术专业的教育具有更高的水准。
　　关键词：智能科学与技术；课程设置；知行合一
　　
　　1传统课程的分析
　　智能科学与技术专业是我国高等院校的新兴专业，是面向前沿高新技术的基础性专业。自北京大学首次提出并成立“智能科学与技术”专业以来，已先后有近二十所院校增设了该专业。目前，国内高校传统的课程设置都是基于先知而后行的理论，即先学习书本上的理论知识，然后再进行相关内容的实验和课程设计。智能科学与技术的专业课程覆盖面较广，涵盖更多的开放性理论知识，如何做到知行合一，将这些前沿、开放的教学内容生动而深刻地传授给学生，是笔者的主要研究目标。
　　20世纪以来，在教育界广泛流行、影响较大的几种教育理论有行为主义理论、认知发展理论、建构主义理论和多元智能理论[1]。它们从不同角度提出了教育思想和方法，每种理论的提出对当时的教育界都具有十分重要的影响。建构主义的学习理论被称做是教育心理学的一场革命，它强调学习的主动性和情景性，主张教育的本质是对人的经验改造；教育的职能就是延续社会生命、传递人类的经验，增强经验指导生活和个人适应社会的能力。由于经验的改造只能在生活中进行，与生活密不可分，因此，脱离了生活和经验的教育将变成为空洞的教育[2]。
　　传统教育采用直接传授知识的方式，学生常常被动地接受与自己生活毫无关系的书本知识。即使理论课程完毕后有实验和课程设计等环节，但是由于先入为主的厌倦和望而生畏，使学生对实验也并不感兴趣，在进行设计和实验时感到无从下手、无所适从。因此，应改革传统的封闭式教学、灌输式教学的弊端，培养学生良好的思维习惯，使他们能够主动思维，为创新能力的培养打下坚实的基础。
　　2课程改革的思路和原则——知行合一
　　目前，各高校正在努力创办具有本校特色的智能科学与技术专业，北京大学的智能专业以视听觉感知和多媒体信息方面的硬件资源及长期的研究基础为优势，形成了以机器感知、计算智能为核心的课程体系结构；西安电子科技大学以传统的电子和信息处理方面的优势为基础，形成了以“智能+信息处理”为核心专业课程体系的课程群；南开大学将“智能技术+智能工程”作为课程的主要侧重点[3-4]。无论是前沿的机器视觉、信息处理，还是传统的自动控制，这些与自动化、电子、计算机密切相关的课程都离不开动手实验环节，都是为了能够更好地将智能理论应用到实际工程中去，使机器从形式上、功能上具有更像人的“智能”。因此，我们的课程应以解决问题为出发点和贯穿始终的线索，引导学生用不同的方法实现工程目的。这样既能从最开始激发学生的兴趣，让他们感到学有所用，又能充分调动其积极性，主动学习书本上的理论知识，让学习理论成为学生解决实际问题的手段。“在做中学”也是美国教育家杜威的核心教学论思想之一。他认为教学不应该直接灌输知识，而是引导学生投入各种活动中，无意识地获815e5f70e30fd86254ed6027a4c58215afbf5ce1b91806c6e65782d461d6886e取经验和知识，在做中学习。“做”是根本，失去了“做”，学生的学习就失去了依托和根本[1]。因此，课程改革应强调学生在实际操作中学习知识，强调教学设计应遵循学生心理发展的规律。在解决实际问题中不断锻炼和提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力和素养，做到知行合一。
　　3课程改革的具体措施
　　教育改革是否成功，除了要有正确的改革思路和目标外，还要具有有效的改革措施，以确保改革目标的实现。下面针对教学模式、教学内容、教学方法和教学评估等几个方面详细阐述我校教学改革的具体措施。
　　3.1教学方式的改革
　　目前，国家和各省市地区已经设置了与数学、自动化、电子和计算机等密切相关的各类竞赛。这些竞赛致力于激发学生的兴趣、锻炼动手能力、与人沟通的能力、提高学生解决实际问题的能力。它们都与智能科学与技术专业有着密切的联系，参与这些竞赛的学生获益匪浅，因为它们以实际应用为导向。然而，由于各专业的经费限制、学生的时间和兴趣使然，不可能所有学生都通过竞赛来提高和进步。为了让绝大多数学生受益，我们必须在课堂教学模式上有所改革。
　　为此，我们提出改变传统的“以知为主、先知后行”的模式为“以行为主，知行合一”的方式。以智能控制课程为例，我们在课程之初先设置与模糊控制、神经网络控制、专家控制等相关的初级实验，这些实验的特点是简单、直观，易操作，让学生了解智能控制算法在不同领域中的应用和用途，明确学习动机和目的，再安排相应的课堂教学，让学生带着问题学习书本上的理论知识。
　　随着对课程内容的逐渐深入，再进入到中级实验阶段，要求学生针对具体的项目进行整体设计和构思，利用相应的专业程序初步实现。中级实验的目的是让学生了解解决问题的具体流程和方法，并能小试牛刀，将这些手段和方法用于实际的问题解决中去。在这个环节中，教师要遵循因材施教的原则，针对不同学生的问题给予辅导，言传身教，使学生了解分析问题的技巧和方法。进一步完善和改进实验，实现理论和实践的真正统一，改革后的教学流程如图1所示。
　　3.2教学内容的改革
　　首先，课程内容的改革需要以“做”为目的，教学内容的设置都应该与“做”有直接或间接的联系，同时兼顾知与行的目的，在“做”中学，边学边做。依然以智能控制课程为例，目前大部分教材只给出了模糊算法、神经网络、遗传算法等算法的原理，而对于如何实现这些算法，以及这些算法的优势和实际工程中的应用则少之又少。因此，在新的教学内容中，应该增设算法的编程实现环节及实际用途的内容，以及这些智能算法与传统控制算法相比的优势所在，这样才能让学生感觉到学有所用，有的放矢。
　　其次，在新的教学内容中，还特别需要增设培养学生解决实际问题的教学内容，例如问题的提出、资料的搜集和查找、问题的分析和解决方案的对比等。这些“软”的教学内容相比书上的知识点，对于学生来说是更为宝贵的。毕竟，书本上的知识也无法解决所有现实中遇到的问题，很多技巧、方法和经验需要学生通过不断探索找到答案。很多问题的答案并不是唯一的，这就更加提高了学生开阔思维的能力。
　　最后，专业课程群中各课程之间的内容应本着系统性原则[5]。每个课程既是一个独立而完整的个体，又是整体课程群中有机的一部分，正所谓“一沙一世界，一人一尘埃”。要在智能科学与技术的核心专业课程体系中体现整体性和互补性。例如我校开设的智能控制、智能信息处理和智能系统等课程，就可以重新整合和梳理，以控制和信息处理这两个不同应用和类型的任务为导向，分别在课程中设置从算法原理到实现过程，再到实际系统的授课内容和步骤。
　　3.3考核方法的更新与完善
　　如何对学生进行考核，一直是一个开放性研究问题。传统的考核方式以教师作为唯一的考核者，而学生完全是被动的被评审者。高校教师也仅仅通过出勤率、回答问题情况、作业、卷面成绩等给学生评分。这些因素局限于学生表现的表象上，未必能够真正代表学生的实际能力，而且此种评分方式没有互动的效果，仅仅是单方向的评阅而已。
　　针对以上问题，笔者提出一些新的考核方法。
　　
　　1) 改变仅由教师一人定分数的情形，以教师考核和学生相互考核相结合的方式确定学生的最终考核结果。在整个课程学习中设置若干个实验设计环节，让学生分小组完成这些课题，并在设计和实验后按小组展示成果，让全体学生共同评分。这既可以避免片面评定，更能体现公平、公正、公开的评定原则；也可以在学生之间形成一种竞争机制，通过本组内及组间的沟通和交流，更好地解决实际问题。
　　2) 改变以卷面分数定成绩的方式为分阶段、分任务类型的考核方法。在课程学习阶段，教师可以分层次地设置不同难度、不同类型的设计题目，让学生自主选择。这样能最大程度地避免教师受个人偏好和能力的影响。另外，在分阶段考核过程中，要形成一种明确的奖励和惩罚机制，以监督学生的学习进程，使学生不断调整学习策略和方法。
　　3) 改变仅仅注重知识水平的测试，注重学生发展潜力的测试。测试时要注意学生的整体基础和每个学生的个体基础，在适当范围内增加难度大些、更复杂些的任务，关注不同学生在教师或其他辅助条件下完成超出知识范围问题时的情况，挖掘不同学生的学习潜力。
　　4结语
　　目前，我国各高校的智能科学与技术专业都处于起步阶段，教学内容和方法都处于摸索阶段。所有的改革都应以解决实际问题为导向，立足培养学生的学习兴趣和动脑、动手能力。我们在核心专业课程智能控制中初步尝试了部分改革内容，确认了以“做”为主的课程设置的合理性。需要进一步完善的是实验内容的阶梯型设置，以保证其从易到难，循序渐进地被学生接受，进而推广到本专业的其他课程及类似的专业中去。
　　
　　参考文献：
　　[1] 欧