智能科學與技術專業本科實驗教學模式探討

　　摘要：針對新興智能科學與技術專業綜合性和快速發展的專業特性，在分析北京信息科技大學本科生實驗教學理念與實踐的基礎上，闡述了適應于這一新興專業的實驗教學模式新思路。結合本科生能力培養實際，在實驗教學體系、開放式實驗教學、組建科研小組、舉辦比賽、考評方式等方面進行了有益探索。實踐表明，這種實驗教學模式在我校智能科學與技術專業的本科教育中取得良好效果。
　　關鍵詞：智能科學與技術；本科實驗教學模式；實驗教學體系
　　
　　“智能科學與技術”是面向前沿高新技術的基礎型本科專業。它融合了機械、電子、傳感器、計算機軟硬件、人工智能、智能系統集成等眾多先進技術，是現代檢測技術、電子技術、計算機技術、自動化技術、光學工程和機械工程等學科相互交叉和融合的綜合學科[1]。北京信息科技大學智能科學與技術專業于2005年開始申請，2006年獲教育部批準設立，2007年開始正式招收本科生，至2009年，規模已擴大到每屆3個班[2]。
　　智能科學與技術是集哲學、生命科學、電子、信息處理和計算機以及數學、物理等多學科為一體的交叉綜合性學科。同時，智能科學又是一個不斷發展的學科，它的技術成果和研究動向更新得很快[3]——這就給智能科學與技術的專業教育提出了很大的挑戰。
　　因此，智能科學與技術專業應更加注重學生實踐應用能力和研究思考能力的培養，培養本科生發現問題、分析問題、解決問題的能力，注重本科生整體素質的提高。實驗教學不僅可以使學生把實踐同課本知識聯系起來，而且能夠培養他們的實際動手能力、獨立思考能力和科學研究能力，對專業教學能起到很好的作用。本文主要介紹本專業在本科生實驗教學模式方面的思考。
　　1實驗教學理念與思路
　　我校的智能科學與技術專業結合自動化、信息網絡、航空航天和機器人開展。本著培養工程領域的應用型、復合型、創新型人才，實驗教學理念歸納如下。
　　1) 堅持以能力培養為核心，以學生為本，學習、實踐、創新相互促進，知識、能力、素質協調發展的實驗教學思想。
　　2) 培養厚基礎、寬口徑的“大電類”人才，培養具有創新意識、綜合素質高的應用型人才[4]。
　　為了能夠適應時代要求，更好地實施《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)》，在實驗教學理念與思想的指導下，我們對智能科學與技術專業的實驗教學進行了深化改革，展開創新模式的探討[5]。
　　2完善實驗教學體系，堅實實驗教學基礎
　　我校智能科學與技術專業分四個實驗層次，由淺入深地培養學生的自學能力、動手能力和創新能力。
　　它們分別為基礎實驗、專業實驗、工程應用實踐、科學研究實驗。
　　基礎實驗包括基本元器件的認知、基本實驗儀器的使用、基本操作技能的訓練、重要原理的驗證、實驗數據的處理分析等，夯實學生的基礎理論，為后續的專業實驗和創新能力培養打下堅實的基礎。我們以電路理論、模擬電路、數字電路為基礎，以電子工藝實習為平臺，設計制作小型實物型作品，如簡易數字表、機器貓、小收音機等。這些基礎實驗利于學生將基本理論與實際結合起來，提高學生對實驗的興趣，使學生有親手制作簡單電路的成就感。
　　專業實驗分為課堂實驗和課外實驗。課堂實驗包括教學內容和一些擴展內容。比如對檢測傳感器的性能、電機的驅動方式等進行實驗，讓學生把抽象理論落實到實際應用環境中，促進學生對學習內容的掌握。同時，擴展實驗內容，利用開放實驗室環境，學生小組在教師的指導下，在一學期內完成一項設計作品。經過選擇元器件、購買元器件、選擇電路、搭建電路、實驗結果比較整個過程，學生對工程應用有較系統的了解，提高發現問題、解決問題的能力。
　　對于工程應用實踐，雖然專業實驗也已經涉及到一些具體內容，但這與真正走出校園不同。我們鼓勵學生在暑假期間實習，并專門組織大三和大四學生去公司實習，體驗社會工作氣氛，培養他們的團隊合作精神、社會責任感和嚴謹的工作作風。
　　科學研究實驗是學生在工程應用實踐基礎上參與教師科研課題、申請科研項目等，提高學習積極性和主動性，并進一步提高工程實踐能力和創新思維能力。
　　3開放式網絡化實驗教學提高自主學習能力
　　智能科學與技術專業的實驗教學分為課堂和課外兩部分。課堂實驗主要在課上完成，課外實驗采用開放式網絡化管理，學生根據興趣愛好選擇一些開放式實驗，提高實踐能力。實驗室為學生創造了一個儀器設備先進、資源共享、開放服務的實驗教學環境，并提供了豐富的實驗教學資源，滿足學生的各種需求。網絡平臺為實驗室的開放式教學提供了良好保障，開放式實驗教學從以下幾個方面進行。
　　1) 實驗室實行開放式管理，學生可以網上預約，教師會處理學生的申請，為學生分配實驗室。教師在網絡平臺上提出實驗要求，并布置實驗作業，學生將實驗結果與報告提交到網絡平臺，由教師驗收，從而達到“教”與“學”的互動。
　　2) 為了便于學生學習，教師已經把實驗項目中的關鍵步驟和重點難題錄制成視頻文件，放在網絡平臺上，學生可以根據需要下載。學生進入實驗室前，可以從網絡平臺上了解實驗的整個過程，利于實驗的進行和自身素質的提高。
　　3) 進入預約的實驗室后，學生根據課前的預習進行實驗。每個實驗室都有專人現場指導，幫助學生解決實驗中的問題，使學生更好地完成實驗。
　　4組建科研小組，培養學生創新能力
　　組建專業科研小組，有針對性地對本科生的專業學習加以引導和幫助，可以調動學生的興趣和積極性，使學生學到更多的學科前沿知識，為將來的發展打下良好的基礎。科研小組既有助于學生在“開放、自由、輕松”的環境中學有所得，學有所長，又可以幫助教師結合學生的實際情況深化教學改革，營造更好的學習環境，培養學生的自主學習能力和創新思維能力。
　　科研小組的成立在學生中引起了熱烈反響。學生踴躍報名，通過查閱資料、實踐調研等方式確定科研課題，結合實驗室提供的設備進行實驗或驗證，最終印證自己的想法。最終學生以小組為單位，向教師和全體學生作專題報告，評比后給予一定獎勵。這種小組研究的教學方式能充分調動學生的積極性，提高學生獨立分析與思考的能力。
　　5舉辦機器人比賽，提高學生實際操作能力
　　機器人大賽是我校智能科學與技術專業重點舉辦的一項比賽。實驗室中有參與比賽所必需的機器人，如舞蹈機器人、智能小車、足球機器人等。教師指導學生解決實際操作中的問題，學生也組成幫帶小組，甚至對新生進行培訓。通過學校的選拔賽后，學生還有機會參加全國大學生機器人大賽，提高專業興趣和實踐能力。舉辦機器人大賽的優點如下。
　　1) 幫助學生了解本專業的基本知識框架和專業方向，在培養學生運用基礎知識能力方面有很重要作用。
　　2) 在激發興趣和提高動手能力的基礎上，培養學生的自學能力及外文文獻閱讀理解能力，提高綜合應用知識的能力，加強團隊協作。
　　3) 不僅可以使學生強化硬件實踐能力，如焊接傳感器、光電編碼器等電子元器件及相關電路板，而且使學生對尚未系統學習的一些知識，如單片機和信號采集及處理電路的特征及性能有直觀的認識，為以后學習相關理論知識奠定認識基礎。
　　4) 實戰訓練可以很好地提高學生編程能力，使學生能面向問題、面向對象進行編程設計，開發出實用的機器人程序。包括使用Java、Visual C++/C、VBasic、QBasic、MSWLOGO、PROLOG等編程語言實現機器人控制，達到理想的效果。
　　
　　6多種考核方法結合，完善考評體系
　　智能科學與技術專業的實驗著重培養學生發現問題、研究問題、解決問題的創新思維與動手能力。綜合考慮該專業特點，我們采用以下綜合考核方式。
　　1) 實驗預習報告審閱。根據實驗要求，學生提交預習報告，教師審閱合格后學生方能進入實驗室。
　　2) 現場演示實驗。學生完成實驗后，可由教師現場觀看實驗演示，以確保真實實驗的效果。對于未達到實驗標準的學生，教師幫助學生重新完成。
　　3) 提交實驗報告，申請優答辯。如學生對自己的實驗結果滿意，并對實驗有獨到的實際操作過程，則可申請優答辯，以爭取更好的成績。
　　4) 期末課堂測試。全面考核學生的基本概念、基本理論與技能等，充分調動學生自主學習的積極性和主觀能動性，為成績的評定提供理論依據。
　　結合考核結果，我們對所做實驗的內容和過程進行效果評價。采用三種評價方式，即問卷調查、網上反饋、師生交流。通過效果評價，我們對實驗教學進行改進，提高教學質量。
　　7結語
　　北京信息科技大學智能科學與技術專業本科生教學的幾年實踐表明，實驗教學模式的改革使學生的實踐能力有了較大提高，創新思維得到了鍛煉和發展，自主學習和邏輯表達能力也有了一定提高。當然，智能科學與技術是一門新興的、不斷發展的新學科，我們需要不斷提高教學水平，以培養出更適應社會發展的應用型人才。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 北京信息科技大學. 2009級智能科學與技術專業本科培養計劃[G]. 北京:北京信息科技大學