新時代“思”“?！币惑w化課程建設
——基于《多傳感器信息融合》

金學波，蘇婷立，姜露，孔建磊，白玉廷

（北京工商大學 人工智能學院，北京）

一 “多源信息融合”課程建設的必要性

近年來，由于多傳感器技術的快速發展及其在信息化、智能化領域中的廣泛應用，關于信息融合的相關研究已經在多個軍用和民用領域取得了重要的應用價值。作為研究生及高年級本科生的重要專業知識，清華大學、北京大學、北京理工大學、西安交通大學、北京工商大學等幾十所高等院校開設了“多傳感器信息融合”相關課程。筆者作為主講教師已經講授該課程10余年，積累了豐富的教學經驗，并和各大院校該課程的講授教師進行廣泛而深入的交流。經過探討，我們認為該課程已經有了較好的教學基礎，為了適應新時期課程思政的教育任務和目標，進一步夯實學生掌握多傳感器信息融合理論、方法和技術，該課程的課程改革與建設仍不容忽視。目前在以下幾個方面急需進行建設：

（一） 構建課程思政體系

2020年5月，教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》，明確指出“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人是教育的根本問題，立德樹人成效是檢驗高校一切工作的根本標準[1]?！爆F階段，“課程思政”的教學改革主要實踐于本科教育階段，與研究生相關的“課程思政”已經成為新時代教育教學研究的重要方向[1-3]。教育者們已經達成共識，研究生思政教育不容忽視，作為新時代創新體系人才的主力軍，研究生思想政治教育內容和質量更是社會主義建設中教育的內容重要組成部分[4]。研究生的課程思政設計的關鍵在于科學的融入專業課程，高效發揮課程的育人功效[5]。

（二） 重塑教學知識框架

信息融合技術[6]是由美國國防部三軍實驗室聯合理事，覆蓋檢測級融合、位置級融合、目標識別（屬性）融合、態勢估計和威脅估計等融合級別，是一個非常典型的軍事應用。隨著傳感器技術的發展，目前多傳感器信息融合技術已經應用到了很多民用系統中，例如物聯網系統，無人系統等[7]。因此，該課程的講授內容，既應包括傳統的信息融合軍事應用背景的知識，也應包括民用多傳感器智能系統所需的知識。另一方面，信息融合理論和方法包括信號處理技術、估計理論和方法、智能決策等，內容多、理論深、難度大。因此，需要進行合理的內容選擇，培養學生具有“多傳感器融合與感知技術”的科技前沿視角，使學生構建多傳感器相關理論、方法及技術的整體知識框架，保證學生能夠掌握多傳感器融合與感知技術的重要知識點。

（三） 增加創新實驗和實踐

由于信息融合技術，知識體系龐大且涉及估計、決策等理論方法，使得該門課程對學生的數學基礎要求高。在學習的過程中，學生普遍反映該課程理論難度較大。另一方面，近年來，信息融合技術在多個實際系統中取得了較好的應用效果，多傳感器信息融合技術的工程意義逐漸凸顯。教學實踐表明，僅包含理論教學會導致學生學習過程中要么眼花繚亂、理不清頭緒，導致一學期過后，還是不知道學了什么；要么只學會了幾個公式，卻無法掌握多傳感器融合技術的整體框架，無法舉一反三、真正解決實際問題。必須加強該課程的實驗教學設計，選擇合適的實驗內容及創新訓練方式。因此，信息融合技術教學重點既應該包含理論知識的傳授，又包含解決實際問題的創新能力的培養。

（四） 建設完善的課程資料

雖然該課程在多所院校進行了多年的講授，但是從教學資料來看，還需要進行全面統一的建設。例如，在教材方面，已經出版的教材和資料多是以軍事背景為主，不適合大多數民用背景的普通高等院校。其他教學資料包括課程網站、電子教材、習題庫、案例庫、實驗等內容也較為缺乏。近年來，無人系統等新智能體的涌現、人工智能等技術的廣泛應用，使得多傳感器系統在實際應用中隨處可見，信息融合及感知技術已經成為后信息時代的關鍵技術，掌握該技術的人才需求極大。因此，優秀的課程體系及慕課等資料的建設具有極大的教學意義和必要性。

二 課程建設內容

北京工商大學《多傳感器信息融合》教學團隊積極總結教學與實踐的成果，形成了穩定的“多傳感器融合”課程組。課程團隊負責人2010年成為“中國航空學會信息融合分會”委員，并以多傳感器融合為主要研究內容先后獲得了4項“國家自然科學基金”項目。依托這些科學研究，我們確立了“以科研為支撐，以多源傳感器融合技術為主線”來建設該課程。提出了以“課程思政”為支撐點、涵蓋“介紹整體-立足關鍵-展望未來”的“三層次”教學內容、以及“創新案例開發與MATLAB仿真實驗相結合”實驗訓練的“一點三層兩結合”的創新型“多傳感器信息融合技術”教學模式（如圖1所示），并付諸于建設與實踐。

圖1 “一點三層兩結合”的創新型“多傳感器信息融合技術”教學模式

具體的工作包括如下幾個方面：

1.挖掘多傳感器信息融合技術思政元素，構建課程思政知識體系。信息融合，既是一門現代傳感器系統的技術，也是人們智慧的一種表現。其基本原理為綜合多方面的知識來解決實際問題的能力。從應用的角度，既可以從軍事方面給出具有深遠意義的應用實例，也可以從現代IT技術，如無人車、無人機等智能系統中闡述創新應用。因此，可以從體現中國人民智慧方面的中國傳統文化、軍事應用及前景、民用創新技術等方面來構建思政知識點，表1給出該課程思政知識點框架的主要內容。

表1 部分課程思政知識點剖析

2.對教學內容進行科學梳理，形成模塊化，保證課程的整體性。構建涵蓋“介紹整體-立足關鍵-展望未來”的“三層次”教學內容、對整個課程的內容進行的研究并合理分割，建立大框架的知識架構。在講授課程時注意了課程的分布性，考慮時間上的因素，做必要的回顧與銜接。在每個知識點講授時，注意提及其與其他知識模塊的關系、以及在課程框架中的位置，有助于打下伏筆，讓學生有所期待。表2給出了“三層次”課程知識點的列表。

3.通過開放性案例實驗課程，讓前沿知識不再“天馬行空”，而是“掌握手中”。加強實踐環節建設，特別是開放性、綜合性、設計性案例教學實驗。在課堂教學中引入軟、硬件工程案例，不但能提高學生的興趣，還可以加深學生對理論知識的理解，增強課堂教學的有效性和可觀性，對于提高前沿知識的教學質量有重要作用。將多傳感器融合技術的相關前沿知識設計為具有確定應用背景的工程案例，例如智慧糧倉、室內環境監控、智慧運動手表等，先進行理論方面的講解，然后使用開放性問題的形式讓學生繼續思考，應用本課程教學的內容進行解決的方案和策略。進而，設計開發與MATLAB相結合的軟、硬件工程實例實驗。為了使學生能掌握關鍵知識點，不至于因為難度而“望而卻步”，采用了半開放式案例教學，即給出部分答案，并讓學生進行完善。通過MATLAB進行實驗，利用計算機模擬、數值方法等解決“貝葉斯估計優化過程”數學模型的建立及其方程求解的問題，把學生從繁瑣的手工計算中解脫出來，使其精力主要放在對物理意義和理論本質的理解上。

4.構建立體化教學資源，利用現代教學手段突出重點內容的教學。我們認為，研究生教學應該突出其在理論方面的深入性，因此對于重點內容首先進行理論方面的詳細推導及說明，并通過習題確保學生在理論方面打下必要的基礎。按照一流課程的要求，深入研究現代教育理論在建設與教學中的體現方式，樹立先進的教學理念，通過組織教師研討、與學生對話、進行示范教學等活動予以落實。所做的工作包括：

（1）針對課程特點制作了多媒體課件，幫助學生理解抽象的理論教學內容，并據此建成專門的課程教學網站[8-9]，網站上提供了豐富的教學資源。

（2）改進《多傳感器信息融合》課程電子教案，研究進一步研究各知識點之間的關系，增加最新研究成果和習題的素材，完成課程試題庫及電子書的編制工作，構建了試題庫、電子教材、電子課件和習題庫。

（3）重視素質培養落實到課程教學的過程中，規劃并積累案例素材，設計具有實操性和實際應用意義的教學案例，提高學生解決實際問題的能力，形成具有軟、硬件載體案例庫。

（4）錄制該課程的完整慕課。

三 課程建設成效

綜上所述，我們已經進行了較有成效的建設并積累了豐富教學經驗，在新時期課程思政的要求下，夯實、發展“一點三層兩結合”的教學模式，研究以“前沿技術的最新發展趨勢、本領域的知識體系整體框架及關鍵知識模塊等為主”的教學內容，采用創新型實驗教學手段來提高教學效果，確保學生既能“高屋見頂、遠見卓識”、又能“腳踏實地、解決問題”。我們使用了先進的教學方法與手段，整合國內外教學資源，將本課程在理論體系、教學方法、教學質量上均提高到新的層次。

經過課程建設，取得了以下成效：

1.學生對課程的滿意度有了顯著的提升。課程組教授針對融合的意義和定義、信息融合技術的發展、傳感器的特點、估計融合、證據融合、應用實例、仿真實驗以及項目開發等知識點的講授內容及方式進行了調查問卷。結果表明，與2018年相比，學生的滿意程度大幅度提升（見圖2和圖3，由于2018年并沒有應用實例、仿真實驗和項目開發的教學內容，因此圖中沒有對比數據），充分體現了教學內容的思想性、前沿性與時代性，以及教學方法的先進性、互動性與針對性。以融合意義的定義為例，在該知識點的講授中，我們增加了思政方面的教學內容，講述了我國古代戰爭中，多傳感器信息融合思想在將領的指揮智慧中的體現。在講述方式上增加了舉例說明、視頻等教學形式。數據表明，經過教學改革和建設，該部分的講授內容的滿意度提升了5%，講授方式滿意度提升了10%。

圖2 教學內容滿意度對比

圖3 講授方式滿意度對比

2.學生的成績有了普遍提升，對難點的掌握程度有所提高。經過課程建設，選擇合理的教學內容、設計科學的教學方法，化解了狀態估計融合、貝葉斯融合估計識別等難點，使學生既能了解多傳感器融合技術的整體知識框架、又能有效掌握本課程的關鍵知識及必要難點。在同樣難度的考試前提下，學生的期末試卷成績普遍提高，及格率達到100%，85分以上占比提高了50%。

3.學生的學習興趣有了較大提高，申請黨員積極分子的比率接近100%。課程準確把握了“堅定學生理想信念，教育學生愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體”主線，結合“多傳感器信息融合”的課程目標和特點，從傳統文化和我國科技創新角度深入挖掘了蘊含的思政教育資源，優化了課程思政內容供給。實踐表明，課程思政不僅提升了學生學習興趣及對知識點的深入了解，更激發了學生的愛國、愛黨、愛人民的熱情，以及對中國的傳統文化、中國歷史的極大興趣，激發了學生對我國科技現狀社會現狀的充分關注。通過對軍事方面的介紹和了解，使他們充分了解到我國在世界上的位置和作用，讓他們對我國的未來充滿信心和責任感。因此，課程思政不僅僅提高了學生的學習興趣，更激發了他們對國家、民族的熱愛。

四 結語

以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，落實立德樹人根本任務，我們對《多傳感器信息融合》進行全面、深入的課程建設，將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體，將顯性教育和隱性教育相統一，構建了以“一點三層兩結合”為特色的教學模式：以“課程思政”為支撐點、涵蓋“介紹整體-立足關鍵-展望未來”的“三層次”教學內容、以及“科技創新案例開發與MATLAB仿真實驗相結合”實驗訓練的“一點三層兩結合”的創新型“多傳感器信息融合”教學模式。

該模式體現了新時代黨的教育方針，加強了科學研究素質、厚重基礎知識體系，重視創新能力培養，并恰當采用現代教學技術、方法和手段，顯著提高教學效果，形成具有鮮明特色及教學優勢的示范性及推廣性。歷時3年的教學實踐表明，課程改革與建設成果顯著，培養了學生創新實踐能力，有效地提升了學生正確的價值觀，將思政教育有機地融入了教學課程，達到了潤物無聲的育人效果。