依托科研項目的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)模式探索

摘要：分析專業(yè)特點的基礎(chǔ)上，提出設(shè)置實踐學(xué)期課程的實踐教學(xué)模式，其課程內(nèi)容通過對實際科研項目進行CDIO教學(xué)模式設(shè)計，課程實施進行課內(nèi)外一體化設(shè)計，課程評價借助專業(yè)大賽。

關(guān)鍵詞：智能科學(xué)與技術(shù)；科研項目；實踐教學(xué)；教學(xué)模式

0 引言

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是新興的跨學(xué)科專業(yè)，融合了人工智能、計算機軟硬件、電子等眾多先進技術(shù)。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)始于2003年的北京大學(xué)，到目前為止已有20多所大學(xué)開設(shè)了該專業(yè)。然而該專業(yè)的建設(shè)仍不成熟，有待從事該專業(yè)的高校教師繼續(xù)努力探索和實踐，特別是專業(yè)課程體系和實踐體系的建設(shè)有待進一步完善。筆者根據(jù)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點，結(jié)合多年的專業(yè)辦學(xué)經(jīng)驗，提出針對每學(xué)年的主要專業(yè)課程設(shè)置專門的實踐學(xué)期，其內(nèi)容為一個完整的能夠涵蓋該學(xué)年主要專業(yè)技能的實際項目，在項目實施過程中采用課內(nèi)外一體化設(shè)計，項目的評價除了過程考核、項目報告和答辯等環(huán)節(jié)外，還可借助專業(yè)大賽檢驗學(xué)生技能的提升。

1 設(shè)置專門的實踐學(xué)期

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生的培養(yǎng)仍注重提高工程實踐能力，因此實踐教學(xué)尤為重要，每學(xué)年都應(yīng)該設(shè)置專門的為期4周的實踐學(xué)期。實踐學(xué)期的課程針對每學(xué)年安排的主要專業(yè)課程安排相應(yīng)的實踐項目，通過完成該項目，強化和鞏固理論學(xué)期所學(xué)的課程內(nèi)容，更好地理解和掌握書本上的知識。同時在理解知識的基礎(chǔ)上，通過實踐學(xué)期對所學(xué)知識的應(yīng)用有更具體的了解，明確所學(xué)知識的應(yīng)用領(lǐng)域。除此之外，還要求學(xué)生掌握相應(yīng)知識的實際應(yīng)用能力，能夠在教師的指導(dǎo)下獨立完成所安排的項目，將書本上的知識轉(zhuǎn)化成實際應(yīng)用，培養(yǎng)動手能力和專業(yè)操作能力。實踐學(xué)期的學(xué)習(xí)會提及下學(xué)期的相應(yīng)課程，使學(xué)生在完成項目的過程中將已學(xué)內(nèi)容和將要學(xué)到的內(nèi)容相聯(lián)系，使知識融會貫通。因此實踐學(xué)期課程的主要培養(yǎng)目標是培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和應(yīng)用知識解決問題的能力，在整個課程體系中起到承上啟下的重要作用。

在實踐學(xué)期課程的項目設(shè)計方面，首先需要仔細分析行業(yè)對智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才的崗位責任要求，根據(jù)崗位責任要求分解出對應(yīng)的知識目標和技能目標，進而將知識目標和技能目標分解到各門課程。反過來再整合每學(xué)年專業(yè)課程的技能培養(yǎng)目標，完成實踐學(xué)期的項目規(guī)劃設(shè)計，通過各個實踐學(xué)期項目的層層遞進，從單一技能到綜合性設(shè)計，逐步實現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標。

另外，在實驗和實踐學(xué)期的教學(xué)方式上，應(yīng)注重因果式引導(dǎo)、成果型訓(xùn)練，刺激學(xué)生的成就感，從而激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣與鉆研的好奇心，形成良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣與研究氛圍。這種全方位、系統(tǒng)規(guī)范的實踐教學(xué)模式，可實現(xiàn)課程培養(yǎng)目標和專業(yè)培養(yǎng)目標的有效統(tǒng)一，使所培養(yǎng)人才符合行業(yè)和社會對應(yīng)用型智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才的需要。

因此，如何設(shè)計實踐學(xué)期課程的項目才能使其起到承上啟下的作用，并且刺激學(xué)生的成就感，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，是我們面臨的巨大挑戰(zhàn)。

2 科研項目的教學(xué)模式設(shè)計

實踐學(xué)期課程的培養(yǎng)目標是使學(xué)生熟悉完整的智能系統(tǒng)設(shè)計流程，培養(yǎng)學(xué)生獨立完成算法分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)仿真和系統(tǒng)驗證的能力，使學(xué)生獲得實際的智能系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗。為了實現(xiàn)該培養(yǎng)目標，需要學(xué)生在實際項目設(shè)計平臺上從頭至尾、由淺入深地設(shè)計和實現(xiàn)完整的項目，只有這樣才能培養(yǎng)出企業(yè)立即可用的應(yīng)用型人才。而該類項目應(yīng)源于實際的科研項目，只有這樣才能使實踐學(xué)期的項目具有工程背景和可行性。但是工程項目必須進行教學(xué)模式的設(shè)計才能用于課程中，我們將按照CDIO的教學(xué)模式對實際的科研項目進行提煉和設(shè)計。CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）4個英文單詞的縮寫。CDIO模式以產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng)從研發(fā)到運行的生命周期為載體，通過系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技術(shù)知識、個人能力、職業(yè)能力和態(tài)度、團隊工作和交流能力，培養(yǎng)在企業(yè)和社會環(huán)境下對產(chǎn)品系統(tǒng)進行構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行的能力等綜合素質(zhì)。

按照CDIO教學(xué)模式，把項目劃分成項目需求分析、項目設(shè)計、項目實現(xiàn)和項目驗證4個階段，最后通過提交技術(shù)報告和進行答辯的方式對學(xué)生進行評價。

（1）項目需求分析階段：首先由教師介紹實踐學(xué)期課程所作的項目，以及如何實施一個具體的工程項目，然后介紹項目相關(guān)知識的重要性和應(yīng)用領(lǐng)域。其次，要求學(xué)生學(xué)會收集、檢索、閱讀和分析科技資料，提高相應(yīng)的能力。在閱讀中英文參考文獻后，討論項目應(yīng)具備的功能及涉及的算法，同時需要理解所涉及的算法，并分析項目設(shè)計和實施的可行性。

（2）項目設(shè)計階段：采用由頂至底的方法，對項目逐層分解。首先根據(jù)項目需求確定硬件開發(fā)平臺及所需組件，然后對系統(tǒng)采用的算法進行分析，‘設(shè)計系統(tǒng)流程圖，接下來將系統(tǒng)流程圖逐步細化為系統(tǒng)設(shè)計的最小模塊，要求學(xué)生闡述系統(tǒng)流程以及構(gòu)成系統(tǒng)的模塊功能。

（3）項目實現(xiàn)階段：根據(jù)項目設(shè)計階段劃分的最小模塊設(shè)計，利用相應(yīng)的輔助工具或者軟件編程環(huán)境，采用由底至頂?shù)姆椒ㄟM行實現(xiàn)。

（4）項目驗證階段：根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，先對每個模塊進行驗證，在實現(xiàn)整個系統(tǒng)后，再進行系統(tǒng)驗證，然后按照系統(tǒng)要求對系統(tǒng)進行性能優(yōu)化。

3 課內(nèi)外一體化設(shè)計

由于僅通過課堂的講授和實踐無法完成培養(yǎng)學(xué)生智能系統(tǒng)設(shè)計能力的目標，因此要求學(xué)生課外必須花費一定的時間完成課內(nèi)沒有完成的任務(wù)。然而學(xué)生課外學(xué)習(xí)的主動性參差不齊，為了使學(xué)生充分利用課外的時間，有的放矢，需要對實踐學(xué)期課程進行課內(nèi)外教學(xué)和學(xué)習(xí)的一體化設(shè)計，對項目實施過程進行有效分解，確定適合課內(nèi)外完成的具體內(nèi)容和所花費的時間，并對課內(nèi)外需要學(xué)生完成的任務(wù)進行考核。為了實現(xiàn)實踐學(xué)期課程的培養(yǎng)目標并使學(xué)生有計劃地實施實踐項目，制訂了詳細的課內(nèi)外項目實施的具體時間安排，如表1所示。

在項目實施過程中，采用豐富的教學(xué)方法和教學(xué)手段，其具體教學(xué)方法和組織方式如下：

（1）理論與實際相結(jié)合，教師講授示范，學(xué)生動手操作，并分組討論，以分組研發(fā)的形式開展模擬實際工作場景的實踐教學(xué)，完成智能系統(tǒng)的設(shè)計、驗證與測試，最后完成項目總結(jié)報告，并進行分組答辯。

（2）教學(xué)實施過程中，提供豐富的教學(xué)資源，如課件、參考資料、網(wǎng)絡(luò)資源等。

（3）將學(xué)生分組，2～3人一組，以組為單位完成不同的崗位職責，以課堂講解及項目組研發(fā)相結(jié)合的形式開展教學(xué)。

4 實踐學(xué)期項目的評價

為了評價項目實施的效果，持續(xù)提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，結(jié)合實踐學(xué)期課程的特點，設(shè)計了項目的評價方式和具體標準，如表2所示。

除了上述的項目評價外，還通過舉辦專業(yè)大賽和鼓勵大部分學(xué)生參加全國智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)相關(guān)大學(xué)生競賽的形式，展示學(xué)生對于專業(yè)知識的掌握以及運用專業(yè)知識進行實際項目設(shè)計和實現(xiàn)的能力，從而更直接地對實踐項目的成果進行檢驗。通過參加專業(yè)大賽，充分地展現(xiàn)學(xué)生通過實踐學(xué)期課程的學(xué)習(xí)，提高實際動手能力和解決項目實施過程中遇到問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來的就業(yè)積累寶貴的實際項目開發(fā)經(jīng)驗。

5 結(jié)語

為了培養(yǎng)企業(yè)需要的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才，使學(xué)生在校期間就能獲得真正的工作經(jīng)驗，提出設(shè)置實踐學(xué)期，并從承擔的實際科研項目中抽取并按照CDIO教學(xué)模式設(shè)計適用于學(xué)生實現(xiàn)的子項目，不僅能夠提高學(xué)生工程實踐能力，而且讓學(xué)生對企業(yè)實施工程項目的流程也有深入的了解。在項目實施過程中，對項目進行課內(nèi)外一體化設(shè)計，使學(xué)生合理地利用在校的學(xué)習(xí)時間，發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主體作用。在實踐學(xué)期結(jié)束后，通過舉辦專業(yè)設(shè)計大賽和全國大學(xué)生競賽的方式，充分展示學(xué)生對專業(yè)知識的掌握以及運用專業(yè)知識進行實際項目設(shè)計和實現(xiàn)的能力，對實踐學(xué)期項目的成果進行檢驗。該實踐教學(xué)模式必將提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，實現(xiàn)學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（見習(xí)編輯：劉麗麗）