大數(shù)據(jù)時(shí)代信科專業(yè)信息處理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探索

馬姍姍，楊小冬

（中國礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，徐州 221116）

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。從概念來看，大數(shù)據(jù)不僅包括海量數(shù)據(jù)，還涵蓋數(shù)據(jù)信息的重復(fù)性、復(fù)雜性、多樣性等問題。從海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，到海量數(shù)據(jù)的開發(fā)利用，如何降低大數(shù)據(jù)應(yīng)用成本、提升大數(shù)據(jù)運(yùn)算速度，都需要從計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)著手[1]。因此，在大數(shù)據(jù)背景下，信息處理技術(shù)，尤其是智能信息處理技術(shù)愈來愈受到重視。在此背景下，應(yīng)及時(shí)調(diào)整高等院校的教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)體系，以適應(yīng)時(shí)代的需求和技術(shù)的發(fā)展。

信息處理課程設(shè)計(jì)是面向信科專業(yè)開設(shè)的實(shí)踐課程，著重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立分析算法和編寫復(fù)雜程序的能力，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，為以后從事信息科學(xué)與技術(shù)行業(yè)的應(yīng)用和創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。由于信科專業(yè)是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的交叉學(xué)科，其專業(yè)基礎(chǔ)決定了其在大數(shù)據(jù)背景下能夠得到充分的發(fā)展[2]。而課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[3]。由于教學(xué)大綱總是先于學(xué)生入學(xué)時(shí)制定，而課程設(shè)計(jì)又是在學(xué)生上到高年級(jí)時(shí)才開設(shè)。信息技術(shù)發(fā)展飛快，導(dǎo)致大綱所制定的題目不能與市場(chǎng)的應(yīng)用需求進(jìn)行很好地對(duì)接，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和教學(xué)效果?；谀壳暗慕虒W(xué)情況和當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展，我們對(duì)本課程的實(shí)踐教學(xué)作了一些探索與改革，效果良好。

1 教學(xué)內(nèi)容改革

由于課程設(shè)計(jì)的大部分題目都是教師根據(jù)先修課程的知識(shí)點(diǎn)總結(jié)提出的，如濾波器設(shè)計(jì)、圖像增強(qiáng)算法、圖像水印算法等。這些題目在相關(guān)課程講授時(shí)，教師已經(jīng)詳細(xì)給學(xué)生講解了算法并做了部分程序的演示和實(shí)驗(yàn)，題目難易程度一般，驗(yàn)證性較強(qiáng)，綜合性較弱；還有一些綜合型較強(qiáng)的題目，比如車牌字符識(shí)別算法、基于內(nèi)容的圖像檢索、手寫體數(shù)字識(shí)別等，題目又過于陳舊，網(wǎng)上和各種參考書上都有現(xiàn)成的程序?qū)嵗芏鄬W(xué)生都直接從網(wǎng)上拷貝程序，不求甚解，同樣達(dá)不到實(shí)踐教學(xué)的目的。基于上述情況，我們對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容作了如下修改。

1.1 題目更新

考慮到大數(shù)據(jù)時(shí)代，智能信息處理是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，故增加部分大數(shù)據(jù)和智能信息處理的相關(guān)題目，如：人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、行人檢測(cè)、語音識(shí)別、文本分類器、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、網(wǎng)絡(luò)輿情分類、路徑規(guī)劃等。這些題目都是目前的研究熱點(diǎn)，題目具有一定難度，需要學(xué)習(xí)遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、蟻群算法、聚類算法等人工智能算法，貼近市場(chǎng)需求，能夠引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)的就業(yè)和繼續(xù)深造打下一定的基礎(chǔ)。

1.2 要求更新

考慮到學(xué)生的人數(shù)眾多，且學(xué)習(xí)能力和編程基礎(chǔ)都存在著一定的差異，如果把所有的題目都更換掉，并不現(xiàn)實(shí)。一方面是難免部分學(xué)生題目重復(fù)，存在作弊和抄襲的嫌疑，驗(yàn)收時(shí)無法準(zhǔn)確區(qū)分；另一方面是個(gè)別學(xué)生學(xué)習(xí)能力有限，題目難度增大，則無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成課題要求，從而影響教學(xué)效果，打擊學(xué)生的自信心。因此我們保留了現(xiàn)有的題目，只是在要求上增加了擴(kuò)展要求和挑戰(zhàn)要求，如表1所示。擴(kuò)展要求通過增加功能增大題目難度，擴(kuò)展要求是要求學(xué)生必須實(shí)現(xiàn)的；而挑戰(zhàn)要求具有一定的難度，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)市場(chǎng)流行的智能算法和編程語言，非必選項(xiàng)。學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇題目和要求，在學(xué)習(xí)算法的同時(shí)，提高編程能力，適應(yīng)市場(chǎng)需求。

2 教學(xué)過程改革

原來課程設(shè)計(jì)的管理流程是：教師布置題目和要求，學(xué)生選題，完成后教師驗(yàn)收，根據(jù)驗(yàn)收結(jié)果和設(shè)計(jì)報(bào)告，給出成績(jī)。存在的問題有：課時(shí)量有限，時(shí)間較短，學(xué)生的設(shè)計(jì)結(jié)果簡(jiǎn)單；多人選擇同一題目，算法相同，編程語言相同，無法正確區(qū)分工作量；分班驗(yàn)收，存在個(gè)別學(xué)生拿著別班同學(xué)的設(shè)計(jì)成果渾水摸魚的情況。針對(duì)以上問題，我們?cè)诮虒W(xué)過程中，我們從時(shí)間上、管理環(huán)節(jié)上和考核方式上，進(jìn)行了如下改革。

2.1 時(shí)間改革

信息處理課程設(shè)計(jì)共32課時(shí)，雖然上課課時(shí)較少，但學(xué)生課下所花費(fèi)的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)時(shí)間才更為重要?？紤]到題目難度加大，但課時(shí)量不變的情況下，將原來的6周結(jié)課改為8周結(jié)課，即每周僅安排1次課，每次4課時(shí)。

2.2 管理環(huán)節(jié)改革

指導(dǎo)教師須在第1次課時(shí)為學(xué)生講解設(shè)計(jì)題目和題目的相關(guān)要求。學(xué)生需要在第1次課結(jié)束前，根據(jù)教師講解和網(wǎng)上查找的資料情況，選定題目，報(bào)給指導(dǎo)教師。為避免學(xué)生題目相重較多，工作量無法準(zhǔn)確區(qū)分，規(guī)定每一題目最多只能被3位學(xué)生選定。但此時(shí)學(xué)生對(duì)題目的了解還不夠深入，對(duì)題目的算法和設(shè)計(jì)難度都不能準(zhǔn)確掌握。若不加約束或監(jiān)督，往往會(huì)出現(xiàn)最后做不出來，臨時(shí)更換題目草草了事的；或者多人合作一題，個(gè)別學(xué)生濫竽充數(shù)的情況。因此將選擇相同題目的學(xué)生認(rèn)為是一個(gè)團(tuán)隊(duì)，在第2次課時(shí)，同時(shí)叫來一起指導(dǎo)。根據(jù)學(xué)生的具體情況和題目的難易程度，對(duì)每個(gè)人進(jìn)行詳細(xì)分工和合作。選擇同一題目的學(xué)生要求從一開始就有區(qū)分度，如采用的算法不同、或編程語言不同、或?qū)崿F(xiàn)功能不同等。在第4次課時(shí)，進(jìn)行中期檢查，要求學(xué)生提交軟件設(shè)計(jì)的功能模塊圖和算法的程序流程圖。中期檢查后不允許學(xué)生再更改題目。具體的管理流程和內(nèi)容安排如圖1所示。通過加強(qiáng)管理環(huán)節(jié)的監(jiān)督，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

表1 要求更新對(duì)照表

圖1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容安排和管理流程

2.3 考核方式改革

課程設(shè)計(jì)總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、軟件設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)報(bào)告三部分組成。其中平時(shí)成績(jī)由平時(shí)表現(xiàn)和中期檢查兩部分組成，更好地體現(xiàn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)效果。軟件設(shè)計(jì)在驗(yàn)收時(shí)改變以前分班驗(yàn)收的方式，而采用統(tǒng)一驗(yàn)收方式。一個(gè)專業(yè)4個(gè)班統(tǒng)一驗(yàn)收，相同的題目一起由熟悉這類課題的指導(dǎo)教師，根據(jù)學(xué)生采用的算法、語言的難易程度，功能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度、理論掌握的深入情況，給出設(shè)計(jì)成績(jī)。這種驗(yàn)收方式既避免了學(xué)生作弊的情況，又避免由于指導(dǎo)教師的知識(shí)不夠全面而導(dǎo)致的成績(jī)偏差，從而能夠統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，更客觀地體現(xiàn)學(xué)生的設(shè)計(jì)成績(jī)。

3 結(jié)語

以上一系列的改革措施，從信科2015級(jí)學(xué)生起開始實(shí)施，至今已執(zhí)行了兩屆，取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度端正，學(xué)習(xí)能力、編程能力和團(tuán)隊(duì)合作能力都有了較大的改善。激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新能力，為學(xué)生的就業(yè)和繼續(xù)深造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。