智能信息化教學(xué)改革模式探析
——以智能信息處理課程群為例

黃社安 張亞須

智能信息處理課程是智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，具有兩個(gè)鮮明的特點(diǎn)。一是涵蓋知識(shí)范疇廣，涉獵技術(shù)多。包括但不限于神經(jīng)計(jì)算、數(shù)字圖像處理、模糊計(jì)算、云計(jì)算、量子計(jì)算等理論、方法和技術(shù)。二是學(xué)習(xí)難度大。由于包含對(duì)最熱門、最前沿信息技術(shù)、理論的學(xué)習(xí)，因此對(duì)學(xué)生本身的綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)水準(zhǔn)提出了很高的要求，注重創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。鑒于以上課程特點(diǎn)，智能信息處理課程群教學(xué)改革勢(shì)在必行。所謂課程群，是指由三門以上性質(zhì)相關(guān)或相近的單門課程所組成的具有承前啟后作用、可以互為補(bǔ)充的連環(huán)式課程群體。智能信息處理類的相關(guān)課程在教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容和方式等方面具有強(qiáng)烈的邏輯耦合性，因此可以構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的課程群進(jìn)行專業(yè)人才培養(yǎng)。

一、智能信息處理課程概述

自2004年北京大學(xué)開(kāi)設(shè)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以來(lái)，到2021年為止，全國(guó)已有50余所高校設(shè)置了智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)[1]。雖然該課程群在我國(guó)大部分高等院校中均有開(kāi)設(shè)，但各院校在課程名稱方面存在不同之處，相關(guān)課程的學(xué)分也不盡相同。此外，各高校的開(kāi)課性質(zhì)也分為必修和選修。在開(kāi)設(shè)時(shí)間方面，有的高校在大三階段開(kāi)設(shè)智能信息處理課程，而有的高校則是在大四階段才開(kāi)設(shè)該門課程。

從專業(yè)教材方面看，智能信息處理包含的知識(shí)范疇比較廣，《智能信息處理》和《計(jì)算智能》是目前已出版且被廣泛使用的教材。總體而言，智能信息處理類教材包含了模糊理論、粗集理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算和群體智能等內(nèi)容，所涉及的知識(shí)領(lǐng)域比計(jì)算智能類教材內(nèi)容更廣泛。

二、智能信息處理課程群教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）課程教學(xué)次序安排缺乏合理性

一般情況下，同一體系下的課程之間往往是有銜接關(guān)系的，智能信息處理課程群作為一個(gè)獨(dú)立的課程體系，也不例外[2]。在該課程群下，MATLAB程序設(shè)計(jì)則需作為其他課程的先導(dǎo)課程，而人工智能作為總論課程，亦應(yīng)先于其他幾門課程開(kāi)設(shè)。但目前高校的普遍做法卻是在大四階段才開(kāi)設(shè)相關(guān)課程，學(xué)生難以系統(tǒng)全面學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)掌握也因?qū)φ麄€(gè)課程體系缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)而支離破碎。

（二）課程相對(duì)獨(dú)立，知識(shí)點(diǎn)缺乏銜接性

同一課程群下的課程之間往往存在著密切的關(guān)聯(lián)性，然而，目前在該課程群的教學(xué)活動(dòng)中，知識(shí)的承接與流動(dòng)過(guò)程未能得到充分體現(xiàn)，教學(xué)改革活動(dòng)一般情況下也是緊緊圍繞某一門具體課程而開(kāi)展。這種硬性割裂開(kāi)本身具有相互承接關(guān)系的知識(shí)點(diǎn)的做法，顯然會(huì)影響教學(xué)效果和質(zhì)量[3]。

（三）授課教師對(duì)該課程群缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，教師團(tuán)隊(duì)缺乏合理化的配置

例如，各門課程的授課教師存在各自為戰(zhàn)的情況，只關(guān)注自己所講授的某門具體課程，對(duì)整個(gè)課程群知識(shí)結(jié)構(gòu)缺乏清晰的認(rèn)識(shí)和全面的掌控。此外，教師之間也缺乏密切配合，在教學(xué)過(guò)程中缺乏充分的事前溝通。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排不夠合理，學(xué)生智能信息處理綜合能力訓(xùn)練不足

眾所周知，任何課程都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)旨在更好地培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用和實(shí)踐的能力。目前，智能信息處理課程群在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置方面不夠合理，缺乏創(chuàng)新性和前瞻性，實(shí)用化的綜合性實(shí)驗(yàn)偏少，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

三、智能信息處理課程群教學(xué)改革模式的實(shí)踐路徑

（一）完善課程內(nèi)容設(shè)置，提升育人實(shí)效

以往對(duì)于智能信息處理課程群的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置未能充分考慮各個(gè)課程的連貫性和銜接性，基本上是各門課程單打獨(dú)斗的課程改革，沒(méi)有將智能信息處理課程群所涉及的智能信息處理、MATLAB程序設(shè)計(jì)、人工智能、數(shù)字圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等課程置于整體性、連貫性理念之下，所以，學(xué)生的知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲取較為分散，沒(méi)有產(chǎn)生良好的育人實(shí)效。因此，智能信息處理課程群教學(xué)內(nèi)容改革要按照由淺入深、由一到多的原則開(kāi)展。

其一，做好課群劃分，合理安排課時(shí)。智能信息處理課程群的相關(guān)課程很多，因此勢(shì)必要對(duì)各門課程進(jìn)行梳理，在此基礎(chǔ)上完善課程教學(xué)次序。總的來(lái)說(shuō)，按照智能信息處理課程群中各門課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，將課程劃分為核心基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、拓展課、研究新技術(shù)課。基于核心基礎(chǔ)課與專業(yè)基礎(chǔ)課同步進(jìn)行，二者先于拓展課和研究新技術(shù)課的原則，將該課程群的教學(xué)工作按照教學(xué)次序安排連續(xù)的3—4個(gè)學(xué)期進(jìn)行[4]。

其二，構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)互聯(lián)體系，促進(jìn)教學(xué)工作的連貫性和系統(tǒng)性。課堂教學(xué)要注重各門課程之間的相關(guān)性與承接性，為此課程教學(xué)正式開(kāi)始之前，就需要教師預(yù)先構(gòu)造出課程群相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并以此制定符合教學(xué)實(shí)際的教學(xué)大綱，使學(xué)生能夠?qū)φ麄€(gè)教學(xué)內(nèi)容建立起系統(tǒng)的認(rèn)知。比如，在講授數(shù)字圖像處理中的圖像分割技術(shù)時(shí)，同時(shí)關(guān)聯(lián)性講解模式識(shí)別中的聚類算法和機(jī)器學(xué)習(xí)中的非監(jiān)督學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)課程形成完整認(rèn)知，并學(xué)會(huì)用聯(lián)系的、發(fā)展的辯證思維進(jìn)行課程學(xué)習(xí)。

（二）創(chuàng)新課程教學(xué)方式，打造體驗(yàn)式課堂

一是采用情景模擬教學(xué)。首先，師生互換身份，鼓勵(lì)學(xué)生以授課人的身份講課，根據(jù)自身所學(xué)講重點(diǎn)知識(shí)，對(duì)于其余知識(shí)，學(xué)生可以提出問(wèn)題與教師共同探討。比如學(xué)生講智能算法的基本應(yīng)用時(shí)，可提前請(qǐng)教授課教師，在網(wǎng)上學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，經(jīng)過(guò)整理后形成自己的知識(shí)體系，在課堂上進(jìn)行內(nèi)容輸出，從問(wèn)題分析和定義、問(wèn)題建模和編碼、算法初始參數(shù)設(shè)定、算子基本定義、算法設(shè)計(jì)等各個(gè)方面講述智能算法的基本應(yīng)用方法和步驟，其他學(xué)生根據(jù)講述內(nèi)容提出問(wèn)題，授課學(xué)生進(jìn)行解答。對(duì)于難以解答的難點(diǎn)，由教師補(bǔ)充，從而使學(xué)生在自我體驗(yàn)教學(xué)中更加扎實(shí)地掌握知識(shí)。其次，以小組作業(yè)的形式組織學(xué)生進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)，并在課堂中進(jìn)行集體展示，使學(xué)生將理論知識(shí)同技術(shù)應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，教師予以評(píng)價(jià)指導(dǎo)，幫助學(xué)生更好地理論聯(lián)系實(shí)際。

二是感知體驗(yàn)教學(xué)。由于智能科技在生活中已被廣泛應(yīng)用，因此教師可以利用生活中的智能應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生在感知體驗(yàn)中達(dá)到最佳教學(xué)效果。比如，就人工智能課程而言，教師可以搭建智能家居教室，通過(guò)分析智能音箱、語(yǔ)音翻譯筆、掃地機(jī)器人等學(xué)生日常生活中常見(jiàn)的智能產(chǎn)品，幫助學(xué)生理解人工智能課程相關(guān)理論和應(yīng)用設(shè)計(jì)。

（三）開(kāi)發(fā)輔助教學(xué)網(wǎng)站，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性

由于智能信息處理課程群知識(shí)點(diǎn)繁多，高校有必要根據(jù)自身實(shí)際情況開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)輔助教學(xué)網(wǎng)站，尊重學(xué)生自身的學(xué)習(xí)習(xí)慣，以彰顯人文性的特點(diǎn)，使輔助教學(xué)網(wǎng)站體現(xiàn)課程群的相關(guān)性和綜合性，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，充分激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

其一，智能信息處理課程群輔助教學(xué)網(wǎng)站的整體結(jié)構(gòu)包括前臺(tái)功能和后臺(tái)功能。具體而言，前臺(tái)功能的使用主體是師生，內(nèi)容為師生常常使用的板塊，包括課程概況、課程資源和師生互動(dòng)，通過(guò)專業(yè)簡(jiǎn)潔的前臺(tái)設(shè)計(jì)為學(xué)生提供良好的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)體驗(yàn)；后臺(tái)功能的使用主體是網(wǎng)站管理員，管理員可由教務(wù)處教師和專業(yè)課教師組成，后臺(tái)可進(jìn)行的操作包括管理員登錄和驗(yàn)證，用戶驗(yàn)證和刪除，信息的上傳、修改和刪除管理，留言的查看、識(shí)別篩選和過(guò)濾刪除功能等，通過(guò)后臺(tái)管理幫助學(xué)生更好學(xué)習(xí)[5]。

其二，智能信息處理課程群輔助教學(xué)網(wǎng)站的主要內(nèi)容。這主要是針對(duì)前臺(tái)功能而言，即在課程概況、課程資源和師生互動(dòng)三大內(nèi)容板塊之下分設(shè)不同的子欄目，將內(nèi)容細(xì)化、具體化，幫助學(xué)生更好地理解課程群內(nèi)容。一是課程概況，下設(shè)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)大綱及實(shí)驗(yàn)大綱四個(gè)子欄目。其中，教學(xué)內(nèi)容按照由粗到細(xì)、由專到多的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即分設(shè)智能信息處理、MATLAB程序設(shè)計(jì)、人工智能、數(shù)字圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等課程欄目，介紹課程主要教學(xué)任務(wù)和內(nèi)容重點(diǎn)，設(shè)置鏈接功能，關(guān)聯(lián)各課程有聯(lián)系的內(nèi)容，學(xué)生點(diǎn)擊鏈接就能了解課程內(nèi)容的串聯(lián)之處。二是課程資源，這是三大板塊中最重要的一部分，關(guān)系學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。這一部分包括教學(xué)課件、參考教材和課外資源三個(gè)子欄目，教師提前將教學(xué)課件上傳至教學(xué)網(wǎng)站，使學(xué)生能夠提前預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)。參考教材包括教師自身使用的授課教材以及參考教材的相關(guān)信息，如出版社、出版日期、作者、版次和價(jià)格等，為學(xué)生尋找參考教材提供科學(xué)合理的選擇依據(jù)。課外資源即高校同本校以外的高校、行業(yè)組織機(jī)構(gòu)、網(wǎng)課資源（如慕課、微課）等形成良好合作，學(xué)生可以通過(guò)資料下載、代碼下載及鏈接下載獲取所需信息，通過(guò)自主學(xué)習(xí)擴(kuò)大知識(shí)面和開(kāi)闊眼界。三是師生互動(dòng)，下設(shè)信息發(fā)布和互動(dòng)交流兩個(gè)子欄目，通過(guò)評(píng)論區(qū)、交流區(qū)打造社群交流模式，形成教學(xué)相長(zhǎng)的良好互動(dòng)局面[6]。

（四）打造全方位實(shí)踐平臺(tái)，促進(jìn)能力轉(zhuǎn)換

其一，校企合作。采用校企合作實(shí)踐培養(yǎng)模式，既能夠把企業(yè)的科研人員作為師資引進(jìn)高校，解決智能信息處理課程群教學(xué)師資短缺問(wèn)題，又能夠盡早對(duì)大學(xué)生進(jìn)行社會(huì)工作教育，使學(xué)生在社會(huì)化的實(shí)踐中更好掌握未來(lái)崗位需要的技能和素養(yǎng)，在不斷實(shí)踐中完善自我，提升綜合素質(zhì)，從而在畢業(yè)時(shí)減少適應(yīng)社會(huì)的過(guò)渡期，以最快的速度進(jìn)入工作狀態(tài)。比如，重慶郵電大學(xué)自2017年成立了人工智能學(xué)院后，就開(kāi)始探索引企入校的教學(xué)模式，隨后在重慶市政府牽線下，與科大訊飛開(kāi)展合作。自開(kāi)展合作以來(lái)，科大訊飛為該校學(xué)生提供項(xiàng)目資源教學(xué)，組織公司的工程師參與授課，還與重慶郵電大學(xué)共同打造了圍繞大學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)的人工智能智慧學(xué)習(xí)平臺(tái)，讓師生能夠參與人工智能的產(chǎn)、學(xué)、研，使高校和企業(yè)都得到了很好的共同學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)過(guò)程與產(chǎn)業(yè)無(wú)縫對(duì)接。

其二，教賽融合。高校可通過(guò)建立教賽融合實(shí)踐教學(xué)模式，提升教學(xué)水平。首先，智能信息處理課程群主要包括一些應(yīng)用性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，競(jìng)賽過(guò)程本身也是對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力最直接的鍛煉和考驗(yàn)[6]。為此，各大高校要密切關(guān)注信息科學(xué)、人工智能等賽事，鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)性、地區(qū)性和校際間的競(jìng)賽，圍繞所學(xué)課程的應(yīng)用方向，開(kāi)展作品命題、討論、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、集成、優(yōu)化和演示，在合理的競(jìng)爭(zhēng)中提升專業(yè)知識(shí)運(yùn)用能力，加深對(duì)基于傳感器、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的信息裝備系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在競(jìng)賽中增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、社交能力。其次，優(yōu)秀的競(jìng)賽作品可以作為后續(xù)課程教學(xué)的鮮活素材，難忘的競(jìng)賽經(jīng)驗(yàn)也能不同程度地提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。

在新時(shí)代，面對(duì)新挑戰(zhàn)，高校要致力于智能信息處理課程群建設(shè)，通過(guò)完善課程內(nèi)容設(shè)置，增強(qiáng)各課程的關(guān)聯(lián)性和承接性，以提升育人實(shí)效；創(chuàng)新課程教學(xué)方式，打造體驗(yàn)式課堂，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；開(kāi)發(fā)輔助教學(xué)網(wǎng)站，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供更為廣闊的天地；打造全方位實(shí)踐平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生能力轉(zhuǎn)換，培養(yǎng)出專精尖人才。通過(guò)有力的舉措打造人才培養(yǎng)的沃土，為我國(guó)科技事業(yè)的發(fā)展不斷提供智力支撐。