田中大，張志佳，張娜，孫平，張俊，李冬

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 人工智能學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)）

一 引言

作為一門新興的學(xué)科，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在2004年成為試點(diǎn)專業(yè)，并于2012年作為正式專業(yè)而被教育部承認(rèn)。作為一門融合了自動(dòng)化、電子科學(xué)與技術(shù)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種學(xué)科的專業(yè)，智能科學(xué)與技術(shù)在這些學(xué)科基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集、處理、傳送、控制、優(yōu)化等目的。畢業(yè)的學(xué)生可以完成智能科學(xué)技術(shù)與工程相關(guān)行業(yè)的研究、開發(fā)以及管理工作，專業(yè)的目標(biāo)是培養(yǎng)具備現(xiàn)代創(chuàng)新科學(xué)意識(shí)的高級(jí)科研與技術(shù)人員[1]。截至2021年，全國(guó)包括南開大學(xué)、北京科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)、大連海事大學(xué)等142所院校設(shè)立了該專業(yè)[2]。2010 年，作為新增專業(yè)，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)獲教育部批準(zhǔn)，并于次年開始招生。專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)為信息科學(xué)與工程學(xué)院控制理論與控制工程、系統(tǒng)工程碩士點(diǎn)。2020年沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)在智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)上成立人工智能學(xué)院，深化人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)研究與技術(shù)應(yīng)用。由于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開設(shè)時(shí)間較其他成熟本科專業(yè)相對(duì)較短，對(duì)于如何建設(shè)該專業(yè)，國(guó)內(nèi)各個(gè)學(xué)校都在不斷地進(jìn)行改革與實(shí)踐。

圖1為智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)特點(diǎn)，從中可知其具有多學(xué)科交叉、多技術(shù)綜合、跨領(lǐng)域應(yīng)用的特點(diǎn)。

圖1 智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)特點(diǎn)

在智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程架構(gòu)體系中，《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》是專業(yè)的基礎(chǔ)課，從學(xué)生實(shí)際需求角度出發(fā)，科學(xué)、系統(tǒng)地介紹學(xué)科中所包含的基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生對(duì)本專業(yè)產(chǎn)生一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，初步了解本專業(yè)及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域所涉及的知識(shí)，對(duì)專業(yè)的其它課程起到一個(gè)綜述的作用[3]。故而，研究并探討該課程教學(xué)策略的改革具有十分重要的意義。

二 《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》教學(xué)現(xiàn)狀

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)從2016年開始設(shè)置《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》，通過3年多的授課效果的調(diào)查發(fā)現(xiàn)該課程的教學(xué)效果不算特別理想，因此2020年對(duì)課程進(jìn)行了改革，課程效果不理想的主要原因在于以下幾個(gè)方面。

（一）教學(xué)內(nèi)容太寬泛

智能科學(xué)與技術(shù)是多個(gè)專業(yè)交叉融會(huì)的專業(yè)，需要學(xué)習(xí)很多相關(guān)的學(xué)科知識(shí)，如數(shù)字信號(hào)處理、運(yùn)籌學(xué)、智能傳感技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，這些課程與知識(shí)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，知識(shí)的覆蓋范圍很廣，教學(xué)內(nèi)容分散，需要的背景知識(shí)多，同時(shí)很多課程之間的緊密性不強(qiáng)。而這些知識(shí)都需要在《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程中進(jìn)行介紹，這就導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)量之間的矛盾。因此如何在有限的教學(xué)周內(nèi)向?qū)W生講授學(xué)科內(nèi)的重點(diǎn)知識(shí)是每個(gè)老師所面對(duì)的問題。如果不能在寬泛與集中之間找到一種平衡，那勢(shì)必會(huì)影響課程的講授質(zhì)量。

（二）學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備不足

本校的課程設(shè)計(jì)中，將《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程開設(shè)在大二上學(xué)期，學(xué)生在一年級(jí)學(xué)習(xí)的都是高等數(shù)學(xué)、英語(yǔ)等基礎(chǔ)課程，缺乏對(duì)專業(yè)背景的了解，對(duì)于相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)缺乏認(rèn)知。這導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)方式以及對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的把握不適合專業(yè)基礎(chǔ)課的講授。教師講授過程中如果側(cè)重基礎(chǔ)理論的講解，學(xué)生無法深入理解，同時(shí)這些內(nèi)容可能在后續(xù)的課程中會(huì)專門講授。相反，如果側(cè)重應(yīng)用的介紹，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)沒有相應(yīng)的學(xué)習(xí)，無法了解應(yīng)用過程的必要性和如何實(shí)現(xiàn)。因此，教師如何在授課過程中平衡理論與應(yīng)用的平衡，使得學(xué)生在整體上對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)有整體的認(rèn)知是一個(gè)重要問題。課程目的是使得學(xué)生能夠在課程中熟悉并掌握學(xué)科的基本知識(shí)點(diǎn)，為之后在專業(yè)課的學(xué)習(xí)中夯實(shí)下堅(jiān)固的基礎(chǔ)。

（三）教學(xué)方式陳舊

現(xiàn)在高校課程依舊以傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主，通過教師的講授使得學(xué)生理解課程的內(nèi)容。如今雖然部分課程采用的是多媒體授課，但是其弊端比較突出，那就是教學(xué)的機(jī)械性，教師無法獲知學(xué)生是否有效地掌握了學(xué)習(xí)的知識(shí)，而且也不能把教學(xué)質(zhì)量與人才培養(yǎng)方案有效結(jié)合。老師采用的是注入式的教學(xué)方法，對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新能力幫助很小，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的不夠深入，無法延伸知識(shí)的體系，對(duì)于學(xué)生理解課程學(xué)習(xí)內(nèi)容沒有裨益。

（四）學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

在教學(xué)過程中，察覺到大多數(shù)學(xué)生缺乏在大一就應(yīng)具有的有關(guān)智能科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，也沒有正確的學(xué)習(xí)方法，對(duì)本專業(yè)的專業(yè)知識(shí)缺乏更深層次的理解，甚至有的學(xué)生對(duì)其完全陌生。

在導(dǎo)論課程的學(xué)習(xí)過程中，感覺學(xué)習(xí)的知識(shí)都是陌生的，不知道如何將這些知識(shí)與后續(xù)的專業(yè)課程進(jìn)行關(guān)聯(lián)。最后導(dǎo)致對(duì)課程學(xué)習(xí)沒有興趣，嚴(yán)重的甚至認(rèn)為自己不適合智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，轉(zhuǎn)向其它感興趣的專業(yè)。

（五）教材存在滯后性

在如今的《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程中，其中涉及的知識(shí)體系比較復(fù)雜，使用的教科書中理論知識(shí)較多?，F(xiàn)如今是一個(gè)信息化的時(shí)代，人工智能技術(shù)更新比較快，在使用的教材中不能及時(shí)寫入最新的智能科學(xué)理論知識(shí)，所以教材的內(nèi)容有滯后性。對(duì)于大多數(shù)學(xué)校而言，在選擇《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》教材版本中，從實(shí)際出發(fā)，一定程度上不能夠滿足學(xué)生的需求，而且版本眾多。有的側(cè)重計(jì)算機(jī)學(xué)科，有的側(cè)重自動(dòng)化學(xué)科，而有的側(cè)重腦科學(xué)，沒有實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的均衡，這都會(huì)使教學(xué)效果不好。

三 《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程改革策略

《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》的教學(xué)不應(yīng)該一成不變的，應(yīng)該根據(jù)內(nèi)外部環(huán)境的變化而變化。同時(shí)，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)側(cè)重于實(shí)踐能力的提升，因此教學(xué)中理論與實(shí)踐相輔相成，進(jìn)一步的教師應(yīng)該充分選擇先進(jìn)的教學(xué)方式或者教學(xué)手段，加深對(duì)課程的改革程度，推動(dòng)課程教學(xué)策略與課程建設(shè)的進(jìn)一步完善與發(fā)展。

（一） 修訂大綱，明確教學(xué)目標(biāo)

舊的《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》的教學(xué)大綱與正常基礎(chǔ)理論課的教學(xué)大綱很相似。大綱中首先是介紹課程的教學(xué)目的、然后給出各個(gè)章節(jié)及其對(duì)應(yīng)學(xué)時(shí)、給出需要介紹的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為了使得教學(xué)大綱更加合理，對(duì)教學(xué)大綱內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修訂，更能體現(xiàn)課程的教學(xué)目的。修改后的大綱包括5個(gè)內(nèi)容，分別為課程目標(biāo)、教學(xué)環(huán)節(jié)及其對(duì)應(yīng)學(xué)時(shí)、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)組織、課程考核與成績(jī)?cè)u(píng)定、教材及書目。新舊大綱的對(duì)比如下表1。同時(shí)將課程安排在大二下學(xué)期進(jìn)行講授，在一年安排講座、參觀、交流等活動(dòng)，增加對(duì)專業(yè)知識(shí)的儲(chǔ)備。

表1 新舊大綱對(duì)比

（二）課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

考慮到智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是綜合性學(xué)科特點(diǎn)，因此《智能科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》課程教學(xué)需要以學(xué)科內(nèi)容內(nèi)涵為中心，重點(diǎn)是學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)、核心研究問題、主要方法、熱點(diǎn)技術(shù)及前沿的應(yīng)用等[4]。改革后的教材內(nèi)容涉及意識(shí)識(shí)別、算法結(jié)構(gòu)、智能系統(tǒng)、機(jī)器人等諸多方面。講授內(nèi)容對(duì)專業(yè)需要的最基礎(chǔ)的知識(shí)全面地進(jìn)行了介紹，將基礎(chǔ)與前沿同樣考慮，對(duì)于學(xué)科的基礎(chǔ)、理論研究以及實(shí)際應(yīng)用都進(jìn)行了介紹。學(xué)科基礎(chǔ)主要側(cè)重學(xué)科概述、算法應(yīng)用以及學(xué)科展望等；理論研究主要側(cè)重環(huán)境感知、思維運(yùn)作、行為表現(xiàn)等；實(shí)際應(yīng)用則重點(diǎn)講解了智能接口、智能系統(tǒng)以及智能社會(huì)等方面。具體的章節(jié)結(jié)構(gòu)和學(xué)時(shí)安排如下表2。

表2 《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程內(nèi)容及學(xué)時(shí)

（三）教學(xué)方式革新——引入翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂，也可以叫做顛倒課堂。翻轉(zhuǎn)課堂就是在課堂教學(xué)活動(dòng)中，進(jìn)行師生角色、教學(xué)模式、教學(xué)方法等方面都進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)。具體而言就是師主生配翻轉(zhuǎn)為生主師配、教學(xué)中利用網(wǎng)絡(luò)以及各種多媒體技術(shù)、教學(xué)中將討論、分組協(xié)助等方法都進(jìn)行了結(jié)合[5]。對(duì)于《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程翻轉(zhuǎn)課堂的引入是必需的。

在課程的教學(xué)活動(dòng)中，教師向?qū)W生提出課程教學(xué)改革的要求，并介紹實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動(dòng)安排計(jì)劃。同時(shí)在首次授課教學(xué)活動(dòng)中，老師采取問卷調(diào)查的形式向?qū)W生了解他們自身的知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)目標(biāo)及其對(duì)《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》教學(xué)成果的期望等情況，達(dá)到掌握學(xué)生基礎(chǔ)資料的目的，為翻轉(zhuǎn)課堂的順利實(shí)行打好基礎(chǔ)。然后，向?qū)W生說明本課程的教學(xué)網(wǎng)站、多媒體教學(xué)課件、雨課堂信息、慕課等電子資源的操作方法，對(duì)于學(xué)生需要完成的工作內(nèi)容也應(yīng)該布置好[6]。通過學(xué)院教學(xué)網(wǎng)站，對(duì)教學(xué)中需要的教學(xué)計(jì)劃安排、相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)要求都要進(jìn)行上傳，學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)。實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂后的教學(xué)工作的設(shè)計(jì)流程如圖2。對(duì)于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)單元，需要提前預(yù)置好各個(gè)子課題，其數(shù)量和小組的數(shù)量相對(duì)應(yīng)。不同的子課題對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)深度、廣度以及難度都不完全一致，目的是對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力起到充分調(diào)動(dòng)的作用。學(xué)生通過隨機(jī)抽取的方式獲得子課題。

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂流程

（四）考評(píng)方式改革

考核中，若僅僅從期末試卷成績(jī)來判定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果是不恰當(dāng)?shù)?，沒有體現(xiàn)學(xué)生的獨(dú)立思考以及創(chuàng)新能力[7]，有悖于《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》這門課的開設(shè)初衷。改革后將實(shí)行多元化的教學(xué)考核方式：小組討論答辯制：在課程教學(xué)過程中，學(xué)生按照興趣分為各個(gè)小組，并各自選擇和學(xué)科方向相關(guān)的題材進(jìn)行學(xué)習(xí)，配合資料查詢、小組討論、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，最初提交報(bào)告并進(jìn)行答辯；實(shí)踐創(chuàng)新：學(xué)生針對(duì)教師以及實(shí)驗(yàn)室所演示的智能系統(tǒng)，撰寫一篇小論文，并提出自己的觀點(diǎn)、疑惑點(diǎn)以及創(chuàng)新點(diǎn)，有興趣的學(xué)生可以參與智能系統(tǒng)的開發(fā)中；期末仍然進(jìn)行卷面考試：題型主要有填空題、選擇題、簡(jiǎn)答題、問答題、程序設(shè)計(jì)題、綜合能力測(cè)試題等。力爭(zhēng)對(duì)于學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)概念、各自理論以及實(shí)際應(yīng)用的理解，考查學(xué)生是否具有了利用學(xué)習(xí)的知識(shí)對(duì)問題分析和解決的能力。

（五）實(shí)驗(yàn)課建設(shè)

《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》作為從宏觀視角對(duì)智能科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)內(nèi)容綜述的專業(yè)性基礎(chǔ)課，最主要的工作就是將專業(yè)的知識(shí)以及學(xué)習(xí)方法傳授給學(xué)生，但是缺少對(duì)于專一知識(shí)點(diǎn)的詳細(xì)描述[8]。結(jié)合該導(dǎo)論課程的特殊性質(zhì)，可以利用參觀、演示、介紹等方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程。將最新的設(shè)計(jì)競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目介紹給學(xué)生。盡可能地讓學(xué)生能夠參與到這些項(xiàng)目之中，使得他們了解實(shí)際中如何解決問題。另一方面，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)涉及的專業(yè)較廣，實(shí)踐性要求較高，可利用現(xiàn)在市場(chǎng)中一些相關(guān)知識(shí)領(lǐng)域的成果。如學(xué)院實(shí)驗(yàn)室中的智能電梯控制及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涉及到自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、優(yōu)化策略、系統(tǒng)調(diào)度等諸多前沿科學(xué)技術(shù)，學(xué)生從中可逐步認(rèn)識(shí)、理解、學(xué)習(xí)并掌握這些智能控制、優(yōu)化、設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生對(duì)掌握本專業(yè)知識(shí)的興趣，也為以后專業(yè)學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

四 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過一輪的《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程改革后的課堂教學(xué)實(shí)踐，對(duì)學(xué)生開展了問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程教學(xué)改革后，學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)知度和認(rèn)可度都大幅提升。后續(xù)課程的教師反映學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、技術(shù)交流和動(dòng)手能力相比改革前的學(xué)生有明顯提高。通過課程改革，《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》課程改變了以往形式化課程的面貌，學(xué)生在觀念上形成了對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的整體印象，明確了自己未來應(yīng)肩負(fù)的責(zé)任，培養(yǎng)了工程意識(shí)和工程能力，了解了智能科學(xué)實(shí)踐中應(yīng)掌握的知識(shí)和能力，明確了學(xué)習(xí)任務(wù)和目標(biāo)，提升了學(xué)習(xí)興趣，為今后的進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。