基于科研素養(yǎng)培養(yǎng)的《智能計(jì)算》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

游曉明+姚興華

摘 要：以研究生《智能計(jì)算》課程為例，分別從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教材建設(shè)和教學(xué)效果等方面探討課程建設(shè)與改革。重點(diǎn)分析課程教學(xué)中科研素養(yǎng)培養(yǎng)的方法和途徑，通過構(gòu)建多元化教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識及科研素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：智能計(jì)算；科研素養(yǎng)；課程教學(xué)改革；教學(xué)模式

DOIDOI：10.11907/rjdk.161991

中圖分類號：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2016）012-0180-02

0 引言

大學(xué)教育不僅僅是向?qū)W生傳授學(xué)科專業(yè)知識，還要教授學(xué)生終生受益的技能，充分挖掘?qū)W生各項(xiàng)潛能。研究生教育是高等教育的重要組成部分，更加注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)。強(qiáng)化研究生培養(yǎng)過程管理是有效提高其培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段。在研究生培養(yǎng)過程中，課程教學(xué)環(huán)節(jié)尤為關(guān)鍵，直接關(guān)系學(xué)生綜合能力培養(yǎng)[1]。

智能計(jì)算已成為人工智能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其理論與方法已成功應(yīng)用于科學(xué)與工程領(lǐng)域以及諸多戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[2-3]。近年來，越來越多的高校開設(shè)《智能計(jì)算》課程。本文以研究生《智能計(jì)算》課程為例，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教材建設(shè)和教學(xué)效果等方面探討教學(xué)改革，重點(diǎn)分析教學(xué)過程中科研素養(yǎng)培養(yǎng)的方法，將知識傳授、能力和素質(zhì)培養(yǎng)融為一體，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新意識和科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1 合理設(shè)置課程定位，制定課程教學(xué)模式

與本科教學(xué)不同，研究生教學(xué)更注重培養(yǎng)學(xué)生研究、分析和解決問題的能力。研究生分為學(xué)術(shù)型和專業(yè)型兩大類（簡稱為學(xué)術(shù)碩士和專業(yè)碩士），不同類型的研究生分開授課。筆者所在學(xué)校面向?qū)W術(shù)碩士開設(shè)的該課程除了介紹智能計(jì)算基礎(chǔ)知識外，還注重培養(yǎng)學(xué)生的科研能力；而面向?qū)I(yè)碩士開設(shè)的該課程則強(qiáng)調(diào)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用與實(shí)踐，采用“授課—項(xiàng)目實(shí)踐—研討（項(xiàng)目開發(fā)交流+學(xué)術(shù)交流）”的方式。其中，“授課”即按照教學(xué)大綱要求講授課程基礎(chǔ)理論知識；“項(xiàng)目實(shí)踐”是培養(yǎng)學(xué)生動手解決實(shí)際問題能力的重要環(huán)節(jié)，著重培養(yǎng)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新意識。需緊密結(jié)合學(xué)科前沿和教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)出解決實(shí)際問題的項(xiàng)目，學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中體驗(yàn)創(chuàng)新，項(xiàng)目完成情況作為學(xué)生成績評定的主要依據(jù)；“研討”即教師組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論，專業(yè)碩士重點(diǎn)交流項(xiàng)目實(shí)施的方法和心得，學(xué)術(shù)碩士重點(diǎn)交流學(xué)術(shù)前沿。通過多個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，該教學(xué)模式教學(xué)效果良好，普遍受到師生好評。

2 注重科研素養(yǎng)培養(yǎng)，構(gòu)建多元教學(xué)方法

經(jīng)過多年的建設(shè)和發(fā)展，筆者所在學(xué)校《智能計(jì)算》課程積累了豐厚的學(xué)科基礎(chǔ)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。為適應(yīng)智能制造2025、互聯(lián)網(wǎng)+、智慧城市等新形勢的發(fā)展及要求，立足于科研能力和科研素養(yǎng)培養(yǎng)，課程組構(gòu)建了多元化教學(xué)模式。

（1）通過探究性學(xué)習(xí)突出學(xué)生主體地位，培養(yǎng)學(xué)生科研能力。將研究生創(chuàng)新能力和科研能力培養(yǎng)貫穿于授課教學(xué)環(huán)節(jié)始終。通過課堂問題研討拓展知識領(lǐng)域，為學(xué)生提供前沿領(lǐng)域技術(shù)動態(tài)方面的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生探索新領(lǐng)域、新知識的能力。改革傳統(tǒng)的教師、學(xué)生、教材三者間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，采用項(xiàng)目驅(qū)動式、問題討論式、案例分析式教學(xué)，提高學(xué)生的科研能力。

（2）延伸性平臺拓展課堂范圍，培養(yǎng)學(xué)生科研素養(yǎng)。通過暢通師生交流渠道、優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享和實(shí)踐反饋拓展課堂廣度和深度。教學(xué)資源平臺包括：①智能計(jì)算領(lǐng)域國際雜志和協(xié)會資源，如Spring出版的《Swarm Intelligence 》、IEEE 出版的《IEEE Transactions on Evolutionary Computation》及《IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics》等國際學(xué)術(shù)刊物；②組織學(xué)生參加先進(jìn)制造業(yè)、工業(yè)自動化、互聯(lián)網(wǎng)+、智能計(jì)算等領(lǐng)域國際會議；③優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源平臺共享，學(xué)生緊密結(jié)合自身科研興趣，積極探索前沿領(lǐng)域。通過課堂延伸，逐步提高學(xué)生科研素養(yǎng)，學(xué)生發(fā)表高水平論文的數(shù)量逐年增加。

（3）通過高水平學(xué)科競賽營造創(chuàng)新氛圍，提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。鼓勵學(xué)生積極參加高水平學(xué)科競賽，努力培養(yǎng)研究生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，充分營造良好的創(chuàng)新氛圍和創(chuàng)業(yè)環(huán)境；邀請知名專家作專題講座，開拓學(xué)生視野，掌握前沿科技，提升科研素養(yǎng)。

3 改革教學(xué)內(nèi)容與方法，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣

智能計(jì)算是一門交叉學(xué)科，課程主要系統(tǒng)講授智能計(jì)算有關(guān)理論、技術(shù)及其應(yīng)用，全面介紹智能計(jì)算前沿技術(shù)與最新進(jìn)展。要求學(xué)生系統(tǒng)掌握智能計(jì)算的基本內(nèi)容與方法，了解智能計(jì)算主要應(yīng)用領(lǐng)域。主要內(nèi)容包括：進(jìn)化算法、蟻群算法、粒子群算法、魚群算法、文化基因算法、量子優(yōu)化算法、多目標(biāo)優(yōu)化問題及應(yīng)用。

（1）進(jìn)化算法。以教材為主，重點(diǎn)講解進(jìn)化計(jì)算的基本原理、生物基礎(chǔ)、算法框架、基本要素、深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)及其適用領(lǐng)域；從個(gè)體編碼、群體初始化、個(gè)體評價(jià)、操作算子和參數(shù)選擇等方面詳細(xì)闡述在求解實(shí)際問題時(shí)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)[4]。同時(shí)，借鑒最新研究成果，向?qū)W生介紹先進(jìn)算法。

（2）群體智能算法。介紹群體智能算法的生物基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)模型和學(xué)習(xí)機(jī)理；重點(diǎn)介紹蟻群算法、粒子群算法的基本原理、基本要素和實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。了解國內(nèi)外最新研究進(jìn)展，掌握智能計(jì)算領(lǐng)域的最新理論和應(yīng)用成果。

（3）多目標(biāo)優(yōu)化問題及應(yīng)用。介紹群體智能算法在多目標(biāo)優(yōu)化問題中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹互聯(lián)網(wǎng)+相關(guān)領(lǐng)域中的多目標(biāo)優(yōu)化問題，探討多目標(biāo)優(yōu)化問題求解發(fā)展趨勢。

智能計(jì)算是一門理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的交叉學(xué)科，隨著工業(yè)自動化、智能制造和互聯(lián)網(wǎng)+的快速發(fā)展，該學(xué)科發(fā)展日新月異。在教學(xué)過程中，不僅要注重知識傳授，更要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)，緊跟科技發(fā)展的步伐。在教學(xué)方法上，可采用項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)方式，研究先進(jìn)算法在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用，使學(xué)生深入理解和掌握利用先進(jìn)算法求解實(shí)際問題的技能，并對程序編寫產(chǎn)生濃厚興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

4 教材建設(shè)

本課程教材使用清華大學(xué)出版社出版的《計(jì)算智能》，該教材有相應(yīng)的電子教案。隨著互聯(lián)網(wǎng)+的快速發(fā)展，智能計(jì)算課程教學(xué)內(nèi)容和資料更新快，需不斷增加最新研究成果，拓展學(xué)生的研究視野。隨著先進(jìn)制造業(yè)、工業(yè)自動化、互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的飛速發(fā)展，《智能計(jì)算》課程教學(xué)中需注重交叉學(xué)科知識擴(kuò)展及學(xué)生科研能力培養(yǎng)。

5 課程考核

課程考察主要采用以下方式：①小作業(yè)。對先進(jìn)的智能算法進(jìn)行總結(jié)、分析、對比等，撰寫綜述報(bào)告，對先進(jìn)的智能算法概念、原理、方法、應(yīng)用等方面進(jìn)行總結(jié)，要求結(jié)合智能制造、互聯(lián)網(wǎng)+的應(yīng)用進(jìn)行展望；②大作業(yè)。培養(yǎng)學(xué)生編程技能，對先進(jìn)智能算法及應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并制作成演示系統(tǒng)；③論文。提供選題，對智能計(jì)算領(lǐng)域具體問題進(jìn)行深入研究，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

6 結(jié)語

本文提出以提高研究生科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，圍繞培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和解決實(shí)際問題的能力，構(gòu)建多元化智能計(jì)算課程教學(xué)模式。通過教學(xué)改革與實(shí)踐，學(xué)生的科研水平和實(shí)踐能力逐步提高，學(xué)習(xí)興趣不斷增強(qiáng)，先進(jìn)智能算法應(yīng)用技能得到提升，科研論文寫作水平也逐步提高，科研素養(yǎng)得到有效提升。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 何靜媛，陳自郁.研究生計(jì)算智能課程教學(xué)探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（12）：1-3.

[3] 尚榮華，李陽陽，焦李成，等.智能計(jì)算導(dǎo)論課程建設(shè)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2011（15）：52-54.

[4] 程燕南，孟曉景.智能計(jì)算方法在信息安全技術(shù)中的應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2015，14（10）：144-146.

（責(zé)任編輯：陳福時(shí)）