新工科背景下智能科學與技術專業學生創新實踐能力培養研究

胡偉平

（廣西科技大學 計算機科學與通信工程學院，廣西 柳州 545006）

0 引 言

自2017年教育部積極推動新工科建設以來，各高校均在考慮如何將現有專業培養模式向新工科轉型的問題，“天大行動”[1]為新工科如何建設指明了方向，特別是對于新建專業來說，這是一個非常有用的綱領。智能科學與技術專業是北京大學智能科學系在2003年提出成立的[2]，此后跟進的高校越來越多，2017年開始有爆炸性增長的趨勢。智能科學與技術專業對于技術更新十分敏感，與其他學科的結合緊密，具備工科的交叉復合優勢，是新工科中的一個非常典型的專業。但由于其交叉性與多樣性，各高校的課程體系、培養模式均有很大的區別，如何開展該專業的建設，尚在學界的研究之中。

創新實踐能力是對新工科專業培養學生提出的一個基本要求，也是智能科學與技術專業的一個重要畢業要求，但是從目前大學專業教育的實際情況來看，效果并不樂觀，學生高分低能的現象較為普遍，分析和解決實際問題的能力還較差，畢業生未得到用人單位的普遍認可。為此，有必要開展如何提高智能科學與技術專業學生的創新實踐能力的研究，以適應新工科背景下對專業學生的要求。

1 國內外創新教育與創新能力的研究現狀

在創新能力培養模式上，美國十分重視對大學創新能力培養的資助，2009年，美國總統奧巴馬發起名為“創新教育”的行動，旨在提升全美學生的創新能力[6]；日本強調創新能力培養，重視學生思維訓練和創新性表現力，把培養學生的創造能力作為基本教育國策，實行“二十一世紀卓越研究基地計劃”[7]；德國大學教育多以培養學生創新能力為中心，注重完善學生的人格個性，培養學生的創造性、主動性，注重培養全面發展的學術人才和高級專門人才[8]。在大學里，美國麻省理工學院注重課堂教育與課外學習生活的融合，實施本科生研究工作機會計劃，大大促進了學生創新思維的發展和創新實踐能力的增強；東京工業大學把學生創新能力培養融入教育目標和課程設計上，鼓勵學生自行選擇專題進行制作，增強學生創新意識，同時注重學生的個別需求，實行彈性教學；慕尼黑工業大學在學校開展入學傾向性測試，疏通學生個性化發展渠道，突出產學研一體化，采用教研訓相結合的模式，把最新科技成果和實踐訓練融入人才的培養過程中；歐林工學院提出了“歐林三角”培養模式，旨在幫助學生建立工程和現實世界之間的聯系[9]。西方國家對大學生創新能力的培養十分重視，在課程設計、創新實踐等方面給予大學生更多選擇的空間和自由，這點與國內有很大的區別。

我國由于基本國情與傳統習慣的原因，在創新意識培養和創新能力訓練方面較為落后，但近年來我國學術界對創新的研究逐漸增加，在2013年達到高峰，既有從我國教育模式、教育環境、社會氛圍、政策倡導等宏觀方面進行研究的文章，也有從創新意識、創新動機等微觀方面進行研究的闡述。而在大學生創新能力的培育方面，也呈現出百花齊放的景象。一方面，各類專業關于創新能力的研究逐漸地細化，從自身的專業特點出發進行研究，比如楊闖從材料科學與工程專業出發，結合該專業的特點進行研究，提出強化校企合作，加強企業與學校的聯系等建議[10]；陳登宇基于新能源與工程專業的社會需求與現狀，對該專業學生創新能力的不足進行了反思，并提出了打造與新能源企業緊密相關的科技創新平臺，構建開放性實踐教學體系的解決措施[11]；安建強以電子信息工程專業學生為研究對象，以成果導向理論為主要理論基礎,構建了成果導向的“創新訓練”體系[12]。另一方面，大學生創新能力研究呈現學科融合、學科相互借鑒、研究視角更微觀精準的趨向，周葉中提出學科的交叉與綜合不僅是科學技術創新的源頭活水，也是提高學生創新能力的必由之路[13]；劉映升將創新與創業相結合，闡述了大學生創新能力培養在企業3個生命周期階段的提升策略[14]；朱強[15]探討交叉學科的特征對培養大學生創新能力的作用,總結了交叉學科培養大學生創新能力的成果、問題，最后從明確理念、建立指標、確定保障和整合資源等方面談到了交叉學科視野下大學生創新能力培養的途徑。

我國的創新教育與創新能力的研究雖然開展較晚，但目前極受重視，而且各大高校和科研院所均在開展相關研究，因此有望縮小與國外研究的差距。

2 目前存在的問題

智能科學與技術專業雖然是新專業，但由于仍然需要利用現有師資和管理體制，所以在創新能力培養方面仍然存在一些問題，主要體現在以下3個方面。

1）課程體系與傳統教學體系較為接近，創新實踐類課程較少。

雖然智能科學與技術專業的課程體系在學生創新實踐方面有所偏向，但總的來說，理論教學仍然占了相當大的比重，創新實踐類課程比例較低，并未脫離傳統教學的體系。

2）教學模式以傳統的填鴨式為主，學生學習主動性不強。

美國協作暑期圖書館項目（Collaborative Summer Library Program，簡稱為CSLP）始于1987年，是一個由各州共同組成的聯盟，共同為兒童提供高質量的暑期閱讀計劃材料，以最低的成本為公共圖書館服務。目前CSLP擁有來自美國全部50個州的代表，包括哥倫比亞特區、美屬薩摩亞、百慕大等地區的代表也加入其中。雖然是一個公益性組織，但CSLP具有嚴格的組織體系，有董事會和各種委員會。

目前大部分教師仍然以傳統的課堂講授為主，與實際項目結合較少，學生學習興趣不高，主動性不強，上課懶于思考。這不是一門課或者幾門課的問題，是大部分課程均采取填鴨式教學模式而形成的大環境下的必然結果。部分教師采取了一些諸如項目式教學、互動式教學等教學模式方面的有益嘗試，但個人努力很難對抗整個大環境，這些教師往往努力幾年之后就放棄了。

3）教學內容更新緩慢，與實際應用技術有較大差距。

智能科學與技術專業畢業生所需要的技術更新非常快，滿足摩爾定律對于信息技術飛速發展的預測，而課堂教學的內容以理論為主，實驗也以驗證性實驗為主，這使得智能科學與技術專業畢業生畢業之后往往有“大學所學的內容沒什么用”的感慨。教學內容不能隨著技術進步而更新，這是培養出來的學生與市場需求脫軌的重要原因之一。

3 解決途徑

目前不少高校已經開展了智能科學與技術專業建設的研究，取得了一些成果，在學習吸收這些成功經驗的基礎上，結合一些具體的實際情況，提出以下3個方面的建議，以提高學生的創新實踐能力。

3.1 以需求為導向，以工程為主線，設計理論課程體系和實踐教學體系

創新實踐能力的培養需要以市場需求為導向，為此，需要從用人單位實際需求出發，重新考慮專業課程體系的架構問題，著力培養學生的工程實踐能力和創新能力，進而形成一個融理論教學、工程實踐、創新能力培養為一體的整體化培養機制，讓學生的基礎知識、科學素養、專業知識、創新能力、工程能力和職業素質都能得到全面均衡的發展。具體來講，分為理論教學體系和實踐教學體系兩部分。

智能科學與技術專業是一個應用性很強的交叉專業，除了一些大學英語、馬哲、思政等通識課之外，還包括數學基礎、電路設計基礎、編程基礎、數據結構與算法、計算機系統等5個核心基礎，與之對應的是復變函數與積分變換、模擬電子技術基礎、數字電路與數字邏輯、高級語言程序設計、數據結構、算法分析與設計、微機原理等課程。

在這些核心基礎之上，還應該根據學校的辦學特色和實際需求，選擇合適的方向來開設核心專業課程。目前在已經開設該專業的學校中，北京大學偏向于“信息處理”，開設有腦與認知科學、人工智能基礎、信息論基礎、生物信息處理、智能信息處理等課程；湖南大學偏向于“智能系統”，開設有信號與系統、操作系統、嵌入式系統、人工智能、模式識別、智能控制導論、機器人學等課程；首都師范大學偏向于“智能機器人”，開設有人工智能原理、虛擬現實技術、自然語言處理、智能信息獲取技術、智能機器人、智能游戲、智能管理等相關課程。其他開辦高校基本都是依托本校優勢專業有所傾向，但尚未形成被廣泛認同的體系。

目前專業實踐教學體系中的課程設計、課程實驗、項目實訓等由于主講教師不同，教學的傾向有所差異，課程內容難免有重疊和脫節之處，不利于學生的學習。因此在實踐教學體系方面，建議以工程為主線，以1～2個大項目貫穿所有的課程設計、課程實驗、項目實訓，強化工程理念，并以此為中心來設計實踐教學課程體系。例如，偏向于智能機器人方向的高校，可以以“機器人足球”這一個大項目為核心，所有課程的實驗、實訓均圍繞它展開，自然語言處理課程設計該項目中的自然語言處理模塊，智能信息獲取技術設計該項目中的傳感處理模塊，智能管理課程設計該項目中各模塊的協同模塊，等等。這一改動可以將整個實踐教學環節有機地串聯起來，形成一個整體，有利于提高學生的創新實踐能力。

3.2 校企深度合作，優化教學模式

在教學模式方面，傳統的填鴨式教學效果差是大家的共識，但是目前所有課程教學還基本使用這種模式，原因何在？一是師資的問題，高校師資的來源和高校師資的考核方式使得高校雙師型隊伍的建成十分艱難；二是學生本身的問題，學生從基礎教學開始形成的被填鴨式的學習習慣使得學生沒有創新意識，而且大學整體氛圍如此，除非所有課程一起改革，否則一兩門的課程改革不會有太大的作為。

為了破局，建議從與企業開展深度合作出發，開展一系列的相關深入合作，由點及面，帶動自有師資素養的提升。基本思路是不斷創新與企業的交流機制，由學校精心挑選一批知名度高、行業背景深厚、綜合實力強、能接受大量學生的企業進行多方位合作，聘請企業相關人員以多種形式全程參與學生的培養。

首先是在培養方案上，可以邀請企業相關人員一起制訂和修訂培養方案，有條件的企業可以開展訂單式培養。其次是與企業聯合進行實習實訓基地建設，讓學生有更多的機會進入到企業的生產一線，提升學生實習的質量。第三是與企業聯合開展創新實驗室建設，即企業在高校建立創新實驗室，吸收在校學生參與產品設計與開發工作，這種創新實驗室能大大提高學生應用專業知識的能力，也能讓學生盡早了解行業背景，為企業提供技術力量。

同時，鼓勵現有師資開展教學模式的改革工作，外聘部分企業技術骨干，推進基于問題的學習、企業教師專題報告、基于項目的學習、案例教學等多種研究性學習方法，訓練學生的創新能力。教學模式如圖1所示。

3.3 面向社會需求，多措并舉，優化課程內容

智能科學與技術專業面向新興的智能技術產業，強調應用導向，其內容更新問題需要深入研究，建議從以下幾個方面進行。

圖1 教學模式示意圖

1）通過修改培養方案，淘汰老舊課程，新增與實際應用結合緊密的課程。

由于智能科學與技術專業是新出現的專業，培養的學生定位于應用型人才，其課程應該隨著技術的發展不斷調整。因此，有必要通過調整課時和學分的方式弱化理論課程，新增應用性實踐性較強的課程，如智能檢測綜合實踐、機器視覺綜合實踐、智能決策支持系統等。通過這種方式逐步置換課程，達到更新教學內容的目的。

2）通過改革教學方式，為教學內容更新提供良好的環境。

一些實踐性強的課程，比如高級語言程序設計、算法設計與分析等，可以修改為在機房上課，邊講案例邊實踐；智能機器人課程，則可以選擇在實驗室上課，提高教學效果。一些擴展知識面的課程，可以以講座形式進行，聘請不同企業的工程師，介紹當前的最新技術。通過這種改革，對傳統教學方式進行調整，從而更新教學方式。

3）通過調整考核方式，為教學內容更新提供導向。

調整原有的課程期末考試的考核方式，根據課程內容不同，增加過程性考核環節，引導學生重視實踐，將實踐能力的培養落到實處。將課外興趣小組、科研與科技創新活動、各類比賽、暑期實訓、企業實習等方式均納入考核方式的選擇范圍，為任課教師進行教學內容的更新提供導向。

4 結 語

智能科學與技術專業方興未艾，對學生創新能力培養的研究也如火如荼，如何破解高分低能現象，為社會提供合格的人才，也是各大高校一直在考慮的問題。筆者立足實際，對如何提高智能科學與技術專業學生的創新實踐能力進行了思考，提出了一些解決途徑，為同行提供思路，為智能科學與技術專業向新工科的要求靠攏做好準備。