智能信息化教學改革模式探析
——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與技術專業(yè)的重要基礎課程，具有兩個鮮明的特點。一是涵蓋知識范疇廣，涉獵技術多。包括但不限于神經(jīng)計算、數(shù)字圖像處理、模糊計算、云計算、量子計算等理論、方法和技術。二是學習難度大。由于包含對最熱門、最前沿信息技術、理論的學習，因此對學生本身的綜合素質(zhì)和學習水準提出了很高的要求，注重創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。鑒于以上課程特點，智能信息處理課程群教學改革勢在必行。所謂課程群，是指由三門以上性質(zhì)相關或相近的單門課程所組成的具有承前啟后作用、可以互為補充的連環(huán)式課程群體。智能信息處理類的相關課程在教學任務、教學內(nèi)容和方式等方面具有強烈的邏輯耦合性，因此可以構成一個獨立的課程群進行專業(yè)人才培養(yǎng)。

一、智能信息處理課程概述

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

從專業(yè)教材方面看，智能信息處理包含的知識范疇比較廣，《智能信息處理》和《計算智能》是目前已出版且被廣泛使用的教材?？傮w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、進化計算和群體智能等內(nèi)容，所涉及的知識領域比計算智能類教材內(nèi)容更廣泛。

二、智能信息處理課程群教學存在的問題

（一）課程教學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系的，智能信息處理課程群作為一個獨立的課程體系，也不例外[2]。在該課程群下，MATLAB程序設計則需作為其他課程的先導課程，而人工智能作為總論課程，亦應先于其他幾門課程開設。但目前高校的普遍做法卻是在大四階段才開設相關課程，學生難以系統(tǒng)全面學習課程內(nèi)容，學生的知識點掌握也因?qū)φ麄€課程體系缺乏統(tǒng)一認識而支離破碎。

（二）課程相對獨立，知識點缺乏銜接性

同一課程群下的課程之間往往存在著密切的關聯(lián)性，然而，目前在該課程群的教學活動中，知識的承接與流動過程未能得到充分體現(xiàn)，教學改革活動一般情況下也是緊緊圍繞某一門具體課程而開展。這種硬性割裂開本身具有相互承接關系的知識點的做法，顯然會影響教學效果和質(zhì)量[3]。

（三）授課教師對該課程群缺乏統(tǒng)一的認識，教師團隊缺乏合理化的配置

例如，各門課程的授課教師存在各自為戰(zhàn)的情況，只關注自己所講授的某門具體課程，對整個課程群知識結構缺乏清晰的認識和全面的掌控。此外，教師之間也缺乏密切配合，在教學過程中缺乏充分的事前溝通。

（四）實驗教學內(nèi)容安排不夠合理，學生智能信息處理綜合能力訓練不足

眾所周知，任何課程都離不開實驗教學活動，實驗教學旨在更好地培養(yǎng)學生知識綜合運用和實踐的能力。目前，智能信息處理課程群在實驗教學內(nèi)容的設置方面不夠合理，缺乏創(chuàng)新性和前瞻性，實用化的綜合性實驗偏少，這不利于培養(yǎng)學生的知識綜合運用能力，不利于應用型人才的培養(yǎng)。

三、智能信息處理課程群教學改革模式的實踐路徑

（一）完善課程內(nèi)容設置，提升育人實效

以往對于智能信息處理課程群的教學內(nèi)容設置未能充分考慮各個課程的連貫性和銜接性，基本上是各門課程單打獨斗的課程改革，沒有將智能信息處理課程群所涉及的智能信息處理、MATLAB程序設計、人工智能、數(shù)字圖像處理、機器學習等課程置于整體性、連貫性理念之下，所以，學生的知識、實驗技術獲取較為分散，沒有產(chǎn)生良好的育人實效。因此，智能信息處理課程群教學內(nèi)容改革要按照由淺入深、由一到多的原則開展。

其一，做好課群劃分，合理安排課時。智能信息處理課程群的相關課程很多，因此勢必要對各門課程進行梳理，在此基礎上完善課程教學次序?？偟膩碚f，按照智能信息處理課程群中各門課程內(nèi)容的關聯(lián)性，將課程劃分為核心基礎課、專業(yè)基礎課、拓展課、研究新技術課?；诤诵幕A課與專業(yè)基礎課同步進行，二者先于拓展課和研究新技術課的原則，將該課程群的教學工作按照教學次序安排連續(xù)的3—4個學期進行[4]。

其二，構建知識點互聯(lián)體系，促進教學工作的連貫性和系統(tǒng)性。課堂教學要注重各門課程之間的相關性與承接性，為此課程教學正式開始之前，就需要教師預先構造出課程群相關知識點的互聯(lián)網(wǎng)絡，并以此制定符合教學實際的教學大綱，使學生能夠?qū)φ麄€教學內(nèi)容建立起系統(tǒng)的認知。比如，在講授數(shù)字圖像處理中的圖像分割技術時，同時關聯(lián)性講解模式識別中的聚類算法和機器學習中的非監(jiān)督學習，使學生對課程形成完整認知，并學會用聯(lián)系的、發(fā)展的辯證思維進行課程學習。

（二）創(chuàng)新課程教學方式，打造體驗式課堂

一是采用情景模擬教學。首先，師生互換身份，鼓勵學生以授課人的身份講課，根據(jù)自身所學講重點知識，對于其余知識，學生可以提出問題與教師共同探討。比如學生講智能算法的基本應用時，可提前請教授課教師，在網(wǎng)上學習相關內(nèi)容，經(jīng)過整理后形成自己的知識體系，在課堂上進行內(nèi)容輸出，從問題分析和定義、問題建模和編碼、算法初始參數(shù)設定、算子基本定義、算法設計等各個方面講述智能算法的基本應用方法和步驟，其他學生根據(jù)講述內(nèi)容提出問題，授課學生進行解答。對于難以解答的難點，由教師補充，從而使學生在自我體驗教學中更加扎實地掌握知識。其次，以小組作業(yè)的形式組織學生進行應用設計，并在課堂中進行集體展示，使學生將理論知識同技術應用結合起來，教師予以評價指導，幫助學生更好地理論聯(lián)系實際。

二是感知體驗教學。由于智能科技在生活中已被廣泛應用，因此教師可以利用生活中的智能應用，引導學生在感知體驗中達到最佳教學效果。比如，就人工智能課程而言，教師可以搭建智能家居教室，通過分析智能音箱、語音翻譯筆、掃地機器人等學生日常生活中常見的智能產(chǎn)品，幫助學生理解人工智能課程相關理論和應用設計。

（三）開發(fā)輔助教學網(wǎng)站，發(fā)揮學生主觀能動性

由于智能信息處理課程群知識點繁多，高校有必要根據(jù)自身實際情況開發(fā)設計輔助教學網(wǎng)站，尊重學生自身的學習習慣，以彰顯人文性的特點，使輔助教學網(wǎng)站體現(xiàn)課程群的相關性和綜合性，幫助學生自主學習，充分激發(fā)學生的積極性和主動性。

其一，智能信息處理課程群輔助教學網(wǎng)站的整體結構包括前臺功能和后臺功能。具體而言，前臺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，通過專業(yè)簡潔的前臺設計為學生提供良好的網(wǎng)絡學習體驗；后臺功能的使用主體是網(wǎng)站管理員，管理員可由教務處教師和專業(yè)課教師組成，后臺可進行的操作包括管理員登錄和驗證，用戶驗證和刪除，信息的上傳、修改和刪除管理，留言的查看、識別篩選和過濾刪除功能等，通過后臺管理幫助學生更好學習[5]。

其二，智能信息處理課程群輔助教學網(wǎng)站的主要內(nèi)容。這主要是針對前臺功能而言，即在課程概況、課程資源和師生互動三大內(nèi)容板塊之下分設不同的子欄目，將內(nèi)容細化、具體化，幫助學生更好地理解課程群內(nèi)容。一是課程概況，下設教學內(nèi)容、教學團隊、教學大綱及實驗大綱四個子欄目。其中，教學內(nèi)容按照由粗到細、由專到多的原則進行設計，即分設智能信息處理、MATLAB程序設計、人工智能、數(shù)字圖像處理、機器學習等課程欄目，介紹課程主要教學任務和內(nèi)容重點，設置鏈接功能，關聯(lián)各課程有聯(lián)系的內(nèi)容，學生點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，關系學生學習的效果。這一部分包括教學課件、參考教材和課外資源三個子欄目，教師提前將教學課件上傳至教學網(wǎng)站，使學生能夠提前預習相關知識。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信息，如出版社、出版日期、作者、版次和價格等，為學生尋找參考教材提供科學合理的選擇依據(jù)。課外資源即高校同本校以外的高校、行業(yè)組織機構、網(wǎng)課資源（如慕課、微課）等形成良好合作，學生可以通過資料下載、代碼下載及鏈接下載獲取所需信息，通過自主學習擴大知識面和開闊眼界。三是師生互動，下設信息發(fā)布和互動交流兩個子欄目，通過評論區(qū)、交流區(qū)打造社群交流模式，形成教學相長的良好互動局面[6]。

（四）打造全方位實踐平臺，促進能力轉換

其一，校企合作。采用校企合作實踐培養(yǎng)模式，既能夠把企業(yè)的科研人員作為師資引進高校，解決智能信息處理課程群教學師資短缺問題，又能夠盡早對大學生進行社會工作教育，使學生在社會化的實踐中更好掌握未來崗位需要的技能和素養(yǎng)，在不斷實踐中完善自我，提升綜合素質(zhì)，從而在畢業(yè)時減少適應社會的過渡期，以最快的速度進入工作狀態(tài)。比如，重慶郵電大學自2017年成立了人工智能學院后，就開始探索引企入校的教學模式，隨后在重慶市政府牽線下，與科大訊飛開展合作。自開展合作以來，科大訊飛為該校學生提供項目資源教學，組織公司的工程師參與授課，還與重慶郵電大學共同打造了圍繞大學生個性化培養(yǎng)的人工智能智慧學習平臺，讓師生能夠參與人工智能的產(chǎn)、學、研，使高校和企業(yè)都得到了很好的共同學習的機會，真正實現(xiàn)培養(yǎng)過程與產(chǎn)業(yè)無縫對接。

其二，教賽融合。高?？赏ㄟ^建立教賽融合實踐教學模式，提升教學水平。首先，智能信息處理課程群主要包括一些應用性、實踐性很強的課程，競賽過程本身也是對學生綜合應用能力最直接的鍛煉和考驗[6]。為此，各大高校要密切關注信息科學、人工智能等賽事，鼓勵學生參加全國性、地區(qū)性和校際間的競賽，圍繞所學課程的應用方向，開展作品命題、討論、設計、開發(fā)、集成、優(yōu)化和演示，在合理的競爭中提升專業(yè)知識運用能力，加深對基于傳感器、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術的信息裝備系統(tǒng)的認識，同時在競賽中增強團隊協(xié)作能力、社交能力。其次，優(yōu)秀的競賽作品可以作為后續(xù)課程教學的鮮活素材，難忘的競賽經(jīng)驗也能不同程度地提升學生的技術素養(yǎng)。

在新時代，面對新挑戰(zhàn)，高校要致力于智能信息處理課程群建設，通過完善課程內(nèi)容設置，增強各課程的關聯(lián)性和承接性，以提升育人實效；創(chuàng)新課程教學方式，打造體驗式課堂，不斷激發(fā)學生學習的主動性；開發(fā)輔助教學網(wǎng)站，發(fā)揮學生主觀能動性，為學生學習提供更為廣闊的天地；打造全方位實踐平臺，促進學生能力轉換，培養(yǎng)出專精尖人才。通過有力的舉措打造人才培養(yǎng)的沃土，為我國科技事業(yè)的發(fā)展不斷提供智力支撐。