新工科背景下智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)研究

胡偉平

（廣西科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

0 引 言

自2017年教育部積極推動(dòng)新工科建設(shè)以來，各高校均在考慮如何將現(xiàn)有專業(yè)培養(yǎng)模式向新工科轉(zhuǎn)型的問題，“天大行動(dòng)”[1]為新工科如何建設(shè)指明了方向，特別是對于新建專業(yè)來說，這是一個(gè)非常有用的綱領(lǐng)。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是北京大學(xué)智能科學(xué)系在2003年提出成立的[2]，此后跟進(jìn)的高校越來越多，2017年開始有爆炸性增長的趨勢。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)對于技術(shù)更新十分敏感，與其他學(xué)科的結(jié)合緊密，具備工科的交叉復(fù)合優(yōu)勢，是新工科中的一個(gè)非常典型的專業(yè)。但由于其交叉性與多樣性，各高校的課程體系、培養(yǎng)模式均有很大的區(qū)別，如何開展該專業(yè)的建設(shè)，尚在學(xué)界的研究之中。

創(chuàng)新實(shí)踐能力是對新工科專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生提出的一個(gè)基本要求，也是智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一個(gè)重要畢業(yè)要求，但是從目前大學(xué)專業(yè)教育的實(shí)際情況來看，效果并不樂觀，學(xué)生高分低能的現(xiàn)象較為普遍，分析和解決實(shí)際問題的能力還較差，畢業(yè)生未得到用人單位的普遍認(rèn)可。為此，有必要開展如何提高智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力的研究，以適應(yīng)新工科背景下對專業(yè)學(xué)生的要求。

1 國內(nèi)外創(chuàng)新教育與創(chuàng)新能力的研究現(xiàn)狀

在創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式上，美國十分重視對大學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的資助，2009年，美國總統(tǒng)奧巴馬發(fā)起名為“創(chuàng)新教育”的行動(dòng)，旨在提升全美學(xué)生的創(chuàng)新能力[6]；日本強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力培養(yǎng)，重視學(xué)生思維訓(xùn)練和創(chuàng)新性表現(xiàn)力，把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力作為基本教育國策，實(shí)行“二十一世紀(jì)卓越研究基地計(jì)劃”[7]；德國大學(xué)教育多以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為中心，注重完善學(xué)生的人格個(gè)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性、主動(dòng)性，注重培養(yǎng)全面發(fā)展的學(xué)術(shù)人才和高級(jí)專門人才[8]。在大學(xué)里，美國麻省理工學(xué)院注重課堂教育與課外學(xué)習(xí)生活的融合，實(shí)施本科生研究工作機(jī)會(huì)計(jì)劃，大大促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展和創(chuàng)新實(shí)踐能力的增強(qiáng)；東京工業(yè)大學(xué)把學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入教育目標(biāo)和課程設(shè)計(jì)上，鼓勵(lì)學(xué)生自行選擇專題進(jìn)行制作，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)注重學(xué)生的個(gè)別需求，實(shí)行彈性教學(xué)；慕尼黑工業(yè)大學(xué)在學(xué)校開展入學(xué)傾向性測試，疏通學(xué)生個(gè)性化發(fā)展渠道，突出產(chǎn)學(xué)研一體化，采用教研訓(xùn)相結(jié)合的模式，把最新科技成果和實(shí)踐訓(xùn)練融入人才的培養(yǎng)過程中；歐林工學(xué)院提出了“歐林三角”培養(yǎng)模式，旨在幫助學(xué)生建立工程和現(xiàn)實(shí)世界之間的聯(lián)系[9]。西方國家對大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)十分重視，在課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)踐等方面給予大學(xué)生更多選擇的空間和自由，這點(diǎn)與國內(nèi)有很大的區(qū)別。

我國由于基本國情與傳統(tǒng)習(xí)慣的原因，在創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)和創(chuàng)新能力訓(xùn)練方面較為落后，但近年來我國學(xué)術(shù)界對創(chuàng)新的研究逐漸增加，在2013年達(dá)到高峰，既有從我國教育模式、教育環(huán)境、社會(huì)氛圍、政策倡導(dǎo)等宏觀方面進(jìn)行研究的文章，也有從創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新動(dòng)機(jī)等微觀方面進(jìn)行研究的闡述。而在大學(xué)生創(chuàng)新能力的培育方面，也呈現(xiàn)出百花齊放的景象。一方面，各類專業(yè)關(guān)于創(chuàng)新能力的研究逐漸地細(xì)化，從自身的專業(yè)特點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行研究，比如楊闖從材料科學(xué)與工程專業(yè)出發(fā)，結(jié)合該專業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行研究，提出強(qiáng)化校企合作，加強(qiáng)企業(yè)與學(xué)校的聯(lián)系等建議[10]；陳登宇基于新能源與工程專業(yè)的社會(huì)需求與現(xiàn)狀，對該專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的不足進(jìn)行了反思，并提出了打造與新能源企業(yè)緊密相關(guān)的科技創(chuàng)新平臺(tái)，構(gòu)建開放性實(shí)踐教學(xué)體系的解決措施[11]；安建強(qiáng)以電子信息工程專業(yè)學(xué)生為研究對象，以成果導(dǎo)向理論為主要理論基礎(chǔ),構(gòu)建了成果導(dǎo)向的“創(chuàng)新訓(xùn)練”體系[12]。另一方面，大學(xué)生創(chuàng)新能力研究呈現(xiàn)學(xué)科融合、學(xué)科相互借鑒、研究視角更微觀精準(zhǔn)的趨向，周葉中提出學(xué)科的交叉與綜合不僅是科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的源頭活水，也是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的必由之路[13]；劉映升將創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)相結(jié)合，闡述了大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)在企業(yè)3個(gè)生命周期階段的提升策略[14]；朱強(qiáng)[15]探討交叉學(xué)科的特征對培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的作用,總結(jié)了交叉學(xué)科培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的成果、問題，最后從明確理念、建立指標(biāo)、確定保障和整合資源等方面談到了交叉學(xué)科視野下大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的途徑。

我國的創(chuàng)新教育與創(chuàng)新能力的研究雖然開展較晚，但目前極受重視，而且各大高校和科研院所均在開展相關(guān)研究，因此有望縮小與國外研究的差距。

2 目前存在的問題

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)雖然是新專業(yè)，但由于仍然需要利用現(xiàn)有師資和管理體制，所以在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面仍然存在一些問題，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1）課程體系與傳統(tǒng)教學(xué)體系較為接近，創(chuàng)新實(shí)踐類課程較少。

雖然智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐方面有所偏向，但總的來說，理論教學(xué)仍然占了相當(dāng)大的比重，創(chuàng)新實(shí)踐類課程比例較低，并未脫離傳統(tǒng)教學(xué)的體系。

2）教學(xué)模式以傳統(tǒng)的填鴨式為主，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)。

美國協(xié)作暑期圖書館項(xiàng)目（Collaborative Summer Library Program，簡稱為CSLP）始于1987年，是一個(gè)由各州共同組成的聯(lián)盟，共同為兒童提供高質(zhì)量的暑期閱讀計(jì)劃材料，以最低的成本為公共圖書館服務(wù)。目前CSLP擁有來自美國全部50個(gè)州的代表，包括哥倫比亞特區(qū)、美屬薩摩亞、百慕大等地區(qū)的代表也加入其中。雖然是一個(gè)公益性組織，但CSLP具有嚴(yán)格的組織體系，有董事會(huì)和各種委員會(huì)。

目前大部分教師仍然以傳統(tǒng)的課堂講授為主，與實(shí)際項(xiàng)目結(jié)合較少，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，主動(dòng)性不強(qiáng)，上課懶于思考。這不是一門課或者幾門課的問題，是大部分課程均采取填鴨式教學(xué)模式而形成的大環(huán)境下的必然結(jié)果。部分教師采取了一些諸如項(xiàng)目式教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)等教學(xué)模式方面的有益嘗試，但個(gè)人努力很難對抗整個(gè)大環(huán)境，這些教師往往努力幾年之后就放棄了。

3）教學(xué)內(nèi)容更新緩慢，與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)有較大差距。

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生所需要的技術(shù)更新非常快，滿足摩爾定律對于信息技術(shù)飛速發(fā)展的預(yù)測，而課堂教學(xué)的內(nèi)容以理論為主，實(shí)驗(yàn)也以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，這使得智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)之后往往有“大學(xué)所學(xué)的內(nèi)容沒什么用”的感慨。教學(xué)內(nèi)容不能隨著技術(shù)進(jìn)步而更新，這是培養(yǎng)出來的學(xué)生與市場需求脫軌的重要原因之一。

3 解決途徑

目前不少高校已經(jīng)開展了智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)建設(shè)的研究，取得了一些成果，在學(xué)習(xí)吸收這些成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合一些具體的實(shí)際情況，提出以下3個(gè)方面的建議，以提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

3.1 以需求為導(dǎo)向，以工程為主線，設(shè)計(jì)理論課程體系和實(shí)踐教學(xué)體系

創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)需要以市場需求為導(dǎo)向，為此，需要從用人單位實(shí)際需求出發(fā)，重新考慮專業(yè)課程體系的架構(gòu)問題，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，進(jìn)而形成一個(gè)融理論教學(xué)、工程實(shí)踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為一體的整體化培養(yǎng)機(jī)制，讓學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)、科學(xué)素養(yǎng)、專業(yè)知識(shí)、創(chuàng)新能力、工程能力和職業(yè)素質(zhì)都能得到全面均衡的發(fā)展。具體來講，分為理論教學(xué)體系和實(shí)踐教學(xué)體系兩部分。

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的交叉專業(yè)，除了一些大學(xué)英語、馬哲、思政等通識(shí)課之外，還包括數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等5個(gè)核心基礎(chǔ)，與之對應(yīng)的是復(fù)變函數(shù)與積分變換、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電路與數(shù)字邏輯、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析與設(shè)計(jì)、微機(jī)原理等課程。

在這些核心基礎(chǔ)之上，還應(yīng)該根據(jù)學(xué)校的辦學(xué)特色和實(shí)際需求，選擇合適的方向來開設(shè)核心專業(yè)課程。目前在已經(jīng)開設(shè)該專業(yè)的學(xué)校中，北京大學(xué)偏向于“信息處理”，開設(shè)有腦與認(rèn)知科學(xué)、人工智能基礎(chǔ)、信息論基礎(chǔ)、生物信息處理、智能信息處理等課程；湖南大學(xué)偏向于“智能系統(tǒng)”，開設(shè)有信號(hào)與系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、人工智能、模式識(shí)別、智能控制導(dǎo)論、機(jī)器人學(xué)等課程；首都師范大學(xué)偏向于“智能機(jī)器人”，開設(shè)有人工智能原理、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、自然語言處理、智能信息獲取技術(shù)、智能機(jī)器人、智能游戲、智能管理等相關(guān)課程。其他開辦高?；径际且劳斜拘?yōu)勢專業(yè)有所傾向，但尚未形成被廣泛認(rèn)同的體系。

目前專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系中的課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)等由于主講教師不同，教學(xué)的傾向有所差異，課程內(nèi)容難免有重疊和脫節(jié)之處，不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。因此在實(shí)踐教學(xué)體系方面，建議以工程為主線，以1～2個(gè)大項(xiàng)目貫穿所有的課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)化工程理念，并以此為中心來設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)課程體系。例如，偏向于智能機(jī)器人方向的高校，可以以“機(jī)器人足球”這一個(gè)大項(xiàng)目為核心，所有課程的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)均圍繞它展開，自然語言處理課程設(shè)計(jì)該項(xiàng)目中的自然語言處理模塊，智能信息獲取技術(shù)設(shè)計(jì)該項(xiàng)目中的傳感處理模塊，智能管理課程設(shè)計(jì)該項(xiàng)目中各模塊的協(xié)同模塊，等等。這一改動(dòng)可以將整個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)地串聯(lián)起來，形成一個(gè)整體，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

3.2 校企深度合作，優(yōu)化教學(xué)模式

在教學(xué)模式方面，傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)效果差是大家的共識(shí)，但是目前所有課程教學(xué)還基本使用這種模式，原因何在？一是師資的問題，高校師資的來源和高校師資的考核方式使得高校雙師型隊(duì)伍的建成十分艱難；二是學(xué)生本身的問題，學(xué)生從基礎(chǔ)教學(xué)開始形成的被填鴨式的學(xué)習(xí)習(xí)慣使得學(xué)生沒有創(chuàng)新意識(shí)，而且大學(xué)整體氛圍如此，除非所有課程一起改革，否則一兩門的課程改革不會(huì)有太大的作為。

為了破局，建議從與企業(yè)開展深度合作出發(fā)，開展一系列的相關(guān)深入合作，由點(diǎn)及面，帶動(dòng)自有師資素養(yǎng)的提升?；舅悸肥遣粩鄤?chuàng)新與企業(yè)的交流機(jī)制，由學(xué)校精心挑選一批知名度高、行業(yè)背景深厚、綜合實(shí)力強(qiáng)、能接受大量學(xué)生的企業(yè)進(jìn)行多方位合作，聘請企業(yè)相關(guān)人員以多種形式全程參與學(xué)生的培養(yǎng)。

首先是在培養(yǎng)方案上，可以邀請企業(yè)相關(guān)人員一起制訂和修訂培養(yǎng)方案，有條件的企業(yè)可以開展訂單式培養(yǎng)。其次是與企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)入到企業(yè)的生產(chǎn)一線，提升學(xué)生實(shí)習(xí)的質(zhì)量。第三是與企業(yè)聯(lián)合開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，即企業(yè)在高校建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，吸收在校學(xué)生參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，這種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室能大大提高學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，也能讓學(xué)生盡早了解行業(yè)背景，為企業(yè)提供技術(shù)力量。

同時(shí)，鼓勵(lì)現(xiàn)有師資開展教學(xué)模式的改革工作，外聘部分企業(yè)技術(shù)骨干，推進(jìn)基于問題的學(xué)習(xí)、企業(yè)教師專題報(bào)告、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、案例教學(xué)等多種研究性學(xué)習(xí)方法，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新能力。教學(xué)模式如圖1所示。

3.3 面向社會(huì)需求，多措并舉，優(yōu)化課程內(nèi)容

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)面向新興的智能技術(shù)產(chǎn)業(yè)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用導(dǎo)向，其內(nèi)容更新問題需要深入研究，建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

圖1 教學(xué)模式示意圖

1）通過修改培養(yǎng)方案，淘汰老舊課程，新增與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密的課程。

由于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是新出現(xiàn)的專業(yè)，培養(yǎng)的學(xué)生定位于應(yīng)用型人才，其課程應(yīng)該隨著技術(shù)的發(fā)展不斷調(diào)整。因此，有必要通過調(diào)整課時(shí)和學(xué)分的方式弱化理論課程，新增應(yīng)用性實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，如智能檢測綜合實(shí)踐、機(jī)器視覺綜合實(shí)踐、智能決策支持系統(tǒng)等。通過這種方式逐步置換課程，達(dá)到更新教學(xué)內(nèi)容的目的。

2）通過改革教學(xué)方式，為教學(xué)內(nèi)容更新提供良好的環(huán)境。

一些實(shí)踐性強(qiáng)的課程，比如高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)與分析等，可以修改為在機(jī)房上課，邊講案例邊實(shí)踐；智能機(jī)器人課程，則可以選擇在實(shí)驗(yàn)室上課，提高教學(xué)效果。一些擴(kuò)展知識(shí)面的課程，可以以講座形式進(jìn)行，聘請不同企業(yè)的工程師，介紹當(dāng)前的最新技術(shù)。通過這種改革，對傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行調(diào)整，從而更新教學(xué)方式。

3）通過調(diào)整考核方式，為教學(xué)內(nèi)容更新提供導(dǎo)向。

調(diào)整原有的課程期末考試的考核方式，根據(jù)課程內(nèi)容不同，增加過程性考核環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)踐，將實(shí)踐能力的培養(yǎng)落到實(shí)處。將課外興趣小組、科研與科技創(chuàng)新活動(dòng)、各類比賽、暑期實(shí)訓(xùn)、企業(yè)實(shí)習(xí)等方式均納入考核方式的選擇范圍，為任課教師進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的更新提供導(dǎo)向。

4 結(jié) 語

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)方興未艾，對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究也如火如荼，如何破解高分低能現(xiàn)象，為社會(huì)提供合格的人才，也是各大高校一直在考慮的問題。筆者立足實(shí)際，對如何提高智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力進(jìn)行了思考，提出了一些解決途徑，為同行提供思路，為智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)向新工科的要求靠攏做好準(zhǔn)備。