面向智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的信息工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究

李沛秦，熊 偉，黃春琳，龔廣偉，陳 浩

(國(guó)防科技大學(xué) 電子科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410073)

一、引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)，大數(shù)據(jù)分析、人工智能等現(xiàn)代科技快速發(fā)展，推動(dòng)了新一輪軍事革命的進(jìn)程，戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)正加速?gòu)男畔⒒蛑悄芑D(zhuǎn)變[1]。未來戰(zhàn)爭(zhēng)需要新型軍事人才駕馭，世界各國(guó)逐漸形成共識(shí)，打贏智能化戰(zhàn)爭(zhēng)，重點(diǎn)是裝備，關(guān)鍵在人才。新型軍事人才應(yīng)當(dāng)涵蓋適應(yīng)聯(lián)合作戰(zhàn)指揮，駕馭網(wǎng)電作戰(zhàn)、無人作戰(zhàn)、太空作戰(zhàn)等新型作戰(zhàn)力量，勝任實(shí)施軍事工程應(yīng)用，開展軍事高層次科技創(chuàng)新，以及具備高水平戰(zhàn)略管理能力的多種類型人才。因此，軍事人才培養(yǎng)的體系設(shè)計(jì)和手段方式均應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行改革和發(fā)展，才能適應(yīng)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)需求，達(dá)到直通戰(zhàn)場(chǎng)、引領(lǐng)未來的目的。

信息工程是典型的學(xué)科交叉專業(yè)，其學(xué)科領(lǐng)域覆蓋了電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)等，主要研究信息系統(tǒng)與信息處理理論、技術(shù)和工程實(shí)現(xiàn)，著重培養(yǎng)信息的獲取、管理、傳遞、處理、利用以及進(jìn)行信息系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)等方面工程應(yīng)用人才和研究人才，直接產(chǎn)出與智能化戰(zhàn)爭(zhēng)緊密相關(guān)的技術(shù)成果和人才成果。因此，信息工程專業(yè)需著力探索新型高素質(zhì)軍事人才培養(yǎng)理念與方法，強(qiáng)化教學(xué)改革，為新軍事變革提供人才和技術(shù)支持。

二、現(xiàn)狀與問題分析

智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的顯著特點(diǎn)是大量顛覆性技術(shù)被用于實(shí)戰(zhàn)，如戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)感知與融合[2-3]、算法戰(zhàn)[4]、蜂群戰(zhàn)[5]等無人自主偵察作戰(zhàn)的新裝備新戰(zhàn)法被提出并實(shí)現(xiàn)，智能化要素逐漸滲透到戰(zhàn)前偵察、作戰(zhàn)籌劃、不同層級(jí)指揮、多粒度戰(zhàn)斗實(shí)施、戰(zhàn)后總結(jié)的全過程。在上述背景下，信息工程專業(yè)軍事人才需掌握從基礎(chǔ)理論到創(chuàng)新實(shí)踐的全棧能力，才能勝任打贏智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的崗位要求，同時(shí)也對(duì)該專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。

(一)軍事人才本科培養(yǎng)現(xiàn)狀

大學(xué)本科教育普遍在通識(shí)教育基礎(chǔ)上實(shí)施寬口徑的學(xué)科基礎(chǔ)教育和具有一定特長(zhǎng)的專業(yè)教育，培養(yǎng)學(xué)生的思想素質(zhì)、文化基礎(chǔ)、身心素質(zhì)，使之熟練掌握對(duì)應(yīng)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、基本方法和基本技能，具有較強(qiáng)的解決工程問題能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力、語言文字表達(dá)能力、溝通協(xié)作能力等綜合能力，能勝任該領(lǐng)域的科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)、教育教學(xué)和管理等工作，成為具有良好發(fā)展?jié)摿Φ母咚刭|(zhì)專業(yè)人才。

近年來，國(guó)內(nèi)外知名工程技術(shù)院校、軍事院校普遍在人才培養(yǎng)頂層設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。例如，2017年美國(guó)麻省理工學(xué)院?jiǎn)?dòng)“新工程教育轉(zhuǎn)型”計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)以工程人才培養(yǎng)為本，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)探究與自學(xué)能力[6]。新加坡南洋理工大學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)精神、跨領(lǐng)域創(chuàng)意與創(chuàng)新綜合能力、領(lǐng)導(dǎo)能力、終身學(xué)習(xí)能力[7]。清華大學(xué)通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類校園活動(dòng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才激勵(lì)制度以及創(chuàng)業(yè)企業(yè)實(shí)習(xí)項(xiàng)目、創(chuàng)業(yè)基金項(xiàng)目等形式構(gòu)建完善的學(xué)校創(chuàng)業(yè)教育環(huán)境[8]。浙江大學(xué)創(chuàng)建以“光電科研family”為代表的多種實(shí)踐模式，引導(dǎo)學(xué)生在本科階段就提前接觸科研和工程項(xiàng)目，由經(jīng)驗(yàn)豐富的科研人員對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)，形成深度參與和交流的組織形式，培養(yǎng)和提升其動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維和科研素養(yǎng)[9]。美國(guó)西點(diǎn)軍校提倡發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性解決實(shí)際問題的能力，并以實(shí)戰(zhàn)化需求和師資拉動(dòng)實(shí)踐能力整體提高[10]。在德國(guó)蒙斯特裝甲部隊(duì)學(xué)校的專業(yè)課程中，實(shí)踐課占50%以上，且大量采用實(shí)物和模型授課，使教學(xué)內(nèi)容接近裝備實(shí)際。俄羅斯諸兵種合成軍事學(xué)院認(rèn)為，想定作業(yè)是實(shí)踐最有效的形式之一，由學(xué)生充當(dāng)指揮官，進(jìn)行計(jì)算、標(biāo)圖、籌劃、決策等作業(yè)，提高實(shí)際作戰(zhàn)能力[11]。上述實(shí)例體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)外本科人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)踐導(dǎo)向。

近年來，我國(guó)軍隊(duì)院校實(shí)施本科培養(yǎng)模式改革，按照學(xué)歷教育與國(guó)家普通高等教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)看齊、任職培訓(xùn)與部隊(duì)崗位需求對(duì)接的思路，實(shí)施一體化培養(yǎng)設(shè)計(jì)，以此作為推動(dòng)人才培養(yǎng)供給側(cè)同未來戰(zhàn)場(chǎng)需求側(cè)精準(zhǔn)對(duì)接的有效途徑。以國(guó)防科技大學(xué)信息工程專業(yè)為例，按照國(guó)家高等教育院校本科專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全面落實(shí)軍事訓(xùn)練大綱和軍隊(duì)院校教學(xué)大綱，參考研究國(guó)內(nèi)外知名工科院校、軍事院校信息工程相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)特色，從頂層設(shè)計(jì)上突出響應(yīng)崗位任職需要，科學(xué)系統(tǒng)編制人才培養(yǎng)方案，聚合形成課程體系和實(shí)踐體系。特別是針對(duì)本科學(xué)歷階段任職培訓(xùn)特點(diǎn)要求，開展崗位認(rèn)知實(shí)踐和首次任職實(shí)習(xí)，緊貼任職崗位開展畢業(yè)設(shè)計(jì)，制定領(lǐng)導(dǎo)管理能力專項(xiàng)訓(xùn)練計(jì)劃，突出軍政基礎(chǔ)素質(zhì)培養(yǎng)和崗位實(shí)踐能力強(qiáng)化。該培養(yǎng)方案的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“本科教育”和“首次任職教育”優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，更好實(shí)現(xiàn)部隊(duì)和軍事院校合作育人。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于信息化、智能化軍隊(duì)建設(shè)和聯(lián)合作戰(zhàn)模式改革帶來部隊(duì)崗位變化較大，軍事人才培養(yǎng)的需求更新較快，存在畢業(yè)學(xué)員所學(xué)知識(shí)、所培養(yǎng)的能力與實(shí)際崗位之間存在部分偏差、尚不能快速匹配任職要求的情況，因此信息工程專業(yè)軍事人才本科教育有待優(yōu)化改進(jìn)。

(二)信息工程專業(yè)軍事人才培養(yǎng)存在的問題

遵循《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020)》關(guān)于“提高質(zhì)量”的教育改革核心任務(wù)，對(duì)照“面向戰(zhàn)場(chǎng)、面向部隊(duì)、面向未來”的軍事人才培養(yǎng)根本要求，信息工程專業(yè)軍事人才培養(yǎng)存在的問題主要有如下三點(diǎn)。

1.核心能力培養(yǎng)產(chǎn)出目標(biāo)不明確

“基于產(chǎn)出導(dǎo)向的教育”(Outcome Based Education，簡(jiǎn)稱OBE)是一種培養(yǎng)目標(biāo)導(dǎo)向的教育模式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)成效為導(dǎo)向、不斷持續(xù)改進(jìn)，已成為當(dāng)今工程教育認(rèn)證的核心標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵[12]。其中，學(xué)習(xí)成效具體以學(xué)生通過大學(xué)本科教育培養(yǎng)后應(yīng)具備的能力進(jìn)行量化表征。中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)對(duì)此給出了指導(dǎo)意見，工科專業(yè)在知識(shí)、思維、工具使用、協(xié)作、社會(huì)影響、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)方面共有12項(xiàng)具體要求。各大學(xué)根據(jù)自身的培養(yǎng)目標(biāo)，在培養(yǎng)方案中對(duì)12項(xiàng)能力進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，如果學(xué)生核心能力產(chǎn)出目標(biāo)不明確將制約教學(xué)的實(shí)施效果。

圖1 信息工程專業(yè)能力培養(yǎng)模型

信息工程專業(yè)能力培養(yǎng)模型如圖1所示。在傳統(tǒng)教學(xué)體系中，重點(diǎn)主要集中在理論教學(xué)，以及實(shí)踐教學(xué)中的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)部分，但在軍事工程應(yīng)用方面存在較大不足。院校只管教，沒有充分考慮學(xué)生在軍事實(shí)戰(zhàn)中面臨的困難與問題，由此導(dǎo)致畢業(yè)生不能“即插即用”，在部隊(duì)需經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)才能更好地匹配崗位要求。因此，需要全面調(diào)查、科學(xué)分析軍事領(lǐng)域?qū)Ρ緦I(yè)的人才需求，結(jié)合本專業(yè)的知識(shí)體系確定畢業(yè)生應(yīng)滿足的相關(guān)能力指標(biāo)，進(jìn)而針對(duì)各項(xiàng)能力要求，在專業(yè)總體培養(yǎng)方案中統(tǒng)籌規(guī)劃，在各門課程教學(xué)計(jì)劃中具體匹配設(shè)計(jì)。

2.實(shí)踐教學(xué)方法不夠豐富

在面向智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的人才培養(yǎng)中，單一的教學(xué)模式體現(xiàn)出一定的局限性，需要從多個(gè)維度，運(yùn)用多種教學(xué)手段，全方位提升和持續(xù)改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)效果。在實(shí)踐內(nèi)容方面，信息工程專業(yè)課程涉及大量算法訓(xùn)練，如圖形圖像處理算法、模式識(shí)別算法、遙感信息處理算法、地理空間數(shù)據(jù)分析算法等?，F(xiàn)有教學(xué)過程主要使用與軍事實(shí)戰(zhàn)關(guān)聯(lián)度不高的通用實(shí)驗(yàn)鍛煉動(dòng)手能力，缺少真實(shí)的軍事實(shí)戰(zhàn)案例。由于各類算法更新?lián)Q代迅速，實(shí)戰(zhàn)案例的可持續(xù)增長(zhǎng)更新極為重要，特別是選用來自軍事場(chǎng)景的真實(shí)案例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更能提升教學(xué)效果。在實(shí)踐手段方面，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方式容易受時(shí)間約束，應(yīng)大力建設(shè)和應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)室、線上線下混合教學(xué)模式等，提高實(shí)踐教學(xué)的靈活性，為學(xué)生提供充分的創(chuàng)新實(shí)踐空間。

3.缺乏現(xiàn)代化的教學(xué)效果評(píng)估框架

傳統(tǒng)教學(xué)主要支持課堂教學(xué)相關(guān)功能，缺少集教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、開發(fā)及評(píng)價(jià)為一體的專業(yè)支撐環(huán)境。事實(shí)上，學(xué)生的各種學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，包括作業(yè)、測(cè)試、回答、問卷、實(shí)驗(yàn)等，不僅可以作為學(xué)生能力排名的輔助評(píng)價(jià)，經(jīng)過合理的統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比，還可以作為教學(xué)效果評(píng)估的重要支撐條件。

三、信息工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)探索

我國(guó)已經(jīng)構(gòu)建“三位一體”的新型軍事人才培養(yǎng)體系，其中院校教育是人才培養(yǎng)主渠道，重在固本強(qiáng)基，具有基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、全局性作用，對(duì)人才成長(zhǎng)發(fā)展的影響深遠(yuǎn)持久。因此，本專業(yè)在對(duì)比國(guó)內(nèi)外知名高校信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析人才培養(yǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合當(dāng)前新軍事變革的需求，強(qiáng)化改進(jìn)專業(yè)建設(shè)在人才培養(yǎng)各方面的措施。

(一)基于OBE理念優(yōu)化信息工程課程體系

信息工程專業(yè)2019年通過工程認(rèn)證的高校有：東南大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、青島海洋大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、北京郵電大學(xué)等。開設(shè)了信息工程專業(yè)的雙一流高校有：上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)等。表1對(duì)比了國(guó)防科技大學(xué)與部分高校信息工程專業(yè)現(xiàn)有課程體系中主要必修課程的設(shè)置情況。

表1 國(guó)內(nèi)部分高校信息工程專業(yè)課程體系對(duì)比

續(xù)表1

從表1可以看出，國(guó)內(nèi)眾多高等院校在信息工程專業(yè)教育過程中，均設(shè)置了較多的課程實(shí)踐和綜合實(shí)踐，提供從具體課程到整個(gè)專業(yè)知識(shí)的實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)，全面培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力。

以本專業(yè)對(duì)應(yīng)的某信息系統(tǒng)運(yùn)用與保障方向?yàn)槔?，基于OBE理念的課程體系應(yīng)根據(jù)首次任職培訓(xùn)課程體系的要求進(jìn)行反推，設(shè)計(jì)信息工程專業(yè)面向首次任職的必修課程。然后，再根據(jù)智能化聯(lián)合保障人才的培養(yǎng)要求，增加每個(gè)任職方向的特色選修課程。本專業(yè)依據(jù)教育部發(fā)布的《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)解讀及使用指南(2020版)》《工程教育認(rèn)證專業(yè)類補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)(電子信息與電氣工程類)》《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(2018版)》《首次任職培訓(xùn)課程體系課程支撐關(guān)系》等標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)課程體系進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 OBE導(dǎo)向的課程體系示例

(二)面向部隊(duì)，梳理專業(yè)培養(yǎng)能力需求，形成專業(yè)核心能力

基于工程教育認(rèn)證“以學(xué)生為中心”及“產(chǎn)出導(dǎo)向”的教育理念，結(jié)合生源條件與教學(xué)條件，梳理新工科背景下面向智能化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)軍事人才的專業(yè)能力需求，明確學(xué)生應(yīng)形成“工程思維與工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力”三大專業(yè)核心能力。根據(jù)“反向設(shè)計(jì)”原理，采用到部隊(duì)單位開展實(shí)地調(diào)研、座談、跟蹤畢業(yè)學(xué)生成長(zhǎng)情況，通過網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘等方式，明確部隊(duì)和個(gè)人發(fā)展要求；采用與部隊(duì)共建實(shí)踐基地等方式優(yōu)化培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求(對(duì)應(yīng)最終學(xué)習(xí)成果)，推動(dòng)改進(jìn)培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)；繼而細(xì)化預(yù)期達(dá)成的各階段學(xué)習(xí)成果，由此優(yōu)化課程設(shè)計(jì)；進(jìn)一步細(xì)分預(yù)期的課程和課堂學(xué)習(xí)成果，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精簡(jiǎn)多余課程內(nèi)容，促使每個(gè)教育環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的教育成果，具體如圖3所示。

圖3 課程結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)方案的反向優(yōu)化

本專業(yè)最近三年分別到不同戰(zhàn)區(qū)、不同軍兵種部隊(duì)開展教學(xué)調(diào)研，組織部隊(duì)業(yè)務(wù)部門、人力資源部門、以及不同年限的本專業(yè)畢業(yè)生進(jìn)行座談，收集了關(guān)于能力要求、綜合素質(zhì)、課程設(shè)置、畢業(yè)實(shí)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)教育等多方面的大量反饋，在此基礎(chǔ)上總結(jié)分析，對(duì)后續(xù)培養(yǎng)方案進(jìn)行了改進(jìn)，并組織授課教師宣傳討論，在現(xiàn)行培養(yǎng)方案的授課過程中對(duì)應(yīng)調(diào)整課程內(nèi)容，強(qiáng)化思辨認(rèn)知訓(xùn)練，優(yōu)化貼合軍事實(shí)戰(zhàn)需求的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

(三)面向戰(zhàn)場(chǎng)，設(shè)計(jì)案例研討、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的軍事工程案例閉環(huán)教學(xué)過程

傳統(tǒng)的教學(xué)方法偏重于講解分析知識(shí)方法的原理與流程，以教師講授為主，學(xué)生動(dòng)手參與度低，且對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解過程較為孤立，學(xué)生難以做到融會(huì)貫通。針對(duì)此問題，本專業(yè)將軍事應(yīng)用問題引入課堂，構(gòu)建了案例研討、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的BOPPPS閉環(huán)授課流程，以提升教學(xué)過程中學(xué)生的參與程度，使學(xué)生在實(shí)踐中掌握知識(shí)并靈活應(yīng)用，更好地達(dá)到教學(xué)目的。

有據(jù)可查的案例教學(xué)法最早由十九世紀(jì)末哈佛大學(xué)法學(xué)院院長(zhǎng)克里斯托弗·朗德爾教授提出并實(shí)踐，他將“判決的案件作為教材”，通過引導(dǎo)學(xué)生分析、思考和討論具體案件中的疑難情節(jié)，加深對(duì)教材中理論知識(shí)的理解和運(yùn)用，并綜合培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和實(shí)戰(zhàn)能力。由于其良好的教學(xué)效果，案例教學(xué)法被歐美高校廣泛采用，并得到了深入研究與發(fā)展。我國(guó)于上世紀(jì)八十年代引入該教學(xué)方法，并成為開展實(shí)踐教學(xué)的重要方法之一[13-14]。在傳統(tǒng)的教育理念中，教學(xué)的主要目標(biāo)是把知識(shí)傳遞給學(xué)生，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生是否理解知識(shí)，但在如何應(yīng)用、是否能主動(dòng)應(yīng)用方面存在不足。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)[15-16]，將理論知識(shí)植入到具體工程實(shí)踐任務(wù)中，學(xué)生對(duì)完成任務(wù)的過程需要進(jìn)行思考和探索，將理論知識(shí)與具體實(shí)踐相結(jié)合，加深其對(duì)知識(shí)的理解，最終將書本知識(shí)轉(zhuǎn)化為自身技能，并通過攻克任務(wù)難題的過程不斷獲得成功激勵(lì)，使學(xué)習(xí)成為一個(gè)愉快的過程，提升學(xué)生自信心，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過程設(shè)計(jì)方面，加拿大教師技能培訓(xùn)工作坊將教學(xué)過程分為引言(Bridge-in)、目標(biāo)(Objective/Outcome)、前測(cè)(Pre-assessment)、參與式學(xué)習(xí)(Participatory Learning)、后測(cè)(Post-assessment)和總結(jié)(Summary)等六個(gè)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)稱BOPPPS模型[17-18]。該模型打造參與式、分段式的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，加強(qiáng)教學(xué)互動(dòng)，能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。

以本專業(yè)“人工智能與模式識(shí)別”課程中的遺傳算法章節(jié)為例，該知識(shí)點(diǎn)借鑒生物學(xué)“適者生存”原理求解組合優(yōu)化問題。根據(jù)對(duì)往屆學(xué)生的調(diào)查，學(xué)生反饋能聽懂原理和流程，但不知道如何使用。作為改進(jìn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將邊防部隊(duì)后勤裝車案例引入課堂，對(duì)實(shí)戰(zhàn)問題進(jìn)行分析，從中抽象出科學(xué)本源問題——帶約束的0-1背包組合優(yōu)化任務(wù)，進(jìn)而由該任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐遺傳算法，使用BOPPPS模型表示，如圖4所示。

圖4 使用BOPPPS模型設(shè)計(jì)案例研討

1.導(dǎo)言(Bridge-in)：通過邊防全地形車案例組織學(xué)生研討，引出本節(jié)內(nèi)容。邊防裝備得到改善，使用全地形車運(yùn)送物資，但車輛運(yùn)力有限，以帶約束的遺傳算法優(yōu)化后勤裝車方案為例，學(xué)習(xí)遺傳算法并運(yùn)用于實(shí)戰(zhàn)。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)(Objective/Outcome)：明確本小節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)——帶約束的遺傳算法原理及實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用工程實(shí)現(xiàn)。

3.前測(cè)(Pre-assessment)：在進(jìn)入算法實(shí)現(xiàn)的講解之前，使用雨課堂發(fā)起投票，查看學(xué)生學(xué)習(xí)遺傳算法理論知識(shí)后，是否思考如何將其用于實(shí)戰(zhàn)。

4.參與式學(xué)習(xí)(Participatory Learning)：回顧已學(xué)理論知識(shí)。以袋鼠的例子概要對(duì)比爬山法、模擬退火算法、遺傳算法的差別，增強(qiáng)趣味性。采用翻轉(zhuǎn)課堂方式，請(qǐng)學(xué)生簡(jiǎn)述遺傳算法流程。講解帶約束的遺傳算法相關(guān)知識(shí)點(diǎn)：罰函數(shù)法和解修正法。分別以軍容檢查過程中糾察和隊(duì)長(zhǎng)的處理方法作為類比，增強(qiáng)學(xué)生的代入感。使用雨課堂投票讓學(xué)生選擇最佳的修正策略，增強(qiáng)課堂參與度?，F(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)要講解部分核心代碼并演示運(yùn)行，然后由學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)完整流程。授課過程中不斷與學(xué)生互動(dòng)，如抽查學(xué)生對(duì)核心知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

5.后測(cè)(Post-assessment)：授課結(jié)束前，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)目的在于創(chuàng)新應(yīng)用，并提問：遺傳算法還能用于哪些實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用？檢查學(xué)生對(duì)本節(jié)課知識(shí)用途的理解情況。

6.總結(jié)(Summary)：簡(jiǎn)要概括本節(jié)內(nèi)容。融入思政內(nèi)容，如很多同學(xué)對(duì)所學(xué)知識(shí)在基層部隊(duì)工作中如何應(yīng)用存在困惑。結(jié)合本節(jié)學(xué)習(xí)過程，以及授課教師將科研成果應(yīng)用于部隊(duì)的經(jīng)歷，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)好、用好專業(yè)知識(shí)。

通過上述的課程設(shè)計(jì)，面向戰(zhàn)場(chǎng)真實(shí)場(chǎng)景，采用案例研討，引入具有實(shí)戰(zhàn)背景的工程任務(wù)，并基于BOPPPS模型構(gòu)建完整的任務(wù)驅(qū)動(dòng)授課流程，有助于學(xué)生理解抽象的算法原理，同時(shí)給學(xué)生設(shè)置難度遞進(jìn)的任務(wù)，驅(qū)動(dòng)其主動(dòng)查閱資料并動(dòng)手實(shí)踐，強(qiáng)化掌握課堂所學(xué)知識(shí)。整個(gè)教學(xué)過程內(nèi)容豐富、實(shí)施有趣味、主題有變化，教學(xué)不再枯燥，有助于提升教學(xué)質(zhì)量。

(四)面向未來，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)和形成性考核技術(shù)

在教學(xué)手段方面，探索大數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)視覺等新技術(shù)在教學(xué)上的使用。使用線上線下混合教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、雨課堂、國(guó)防科技大學(xué)自研互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)等現(xiàn)代化教學(xué)工具，引入大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，采集和分析教學(xué)過程中的教師信息、學(xué)生信息、課程信息、課堂信息，重點(diǎn)針對(duì)各課程體系關(guān)系、每門課程的知識(shí)點(diǎn)、學(xué)生對(duì)教學(xué)方法方式的偏好、教師教學(xué)效果評(píng)價(jià)等，形成教學(xué)知識(shí)圖譜，對(duì)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方法持續(xù)改進(jìn)。此外，積極指導(dǎo)學(xué)生采用前沿新技術(shù)解決實(shí)戰(zhàn)老問題，參加ACM程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽，在課堂外開展更多的創(chuàng)新實(shí)踐。

在考核方法方面，教育部發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》，要求各高校加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程管理。本專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)包括課堂教學(xué)活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)活動(dòng)等，具有大量的任務(wù)信息、解題信息、教師與學(xué)生的交互信息等。本專業(yè)立足學(xué)科優(yōu)勢(shì)，探索使用數(shù)據(jù)挖掘、視覺計(jì)算、人工智能等專業(yè)技術(shù)，數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化地考核和評(píng)估教師與學(xué)生的完成情況與完成質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)形成性考核全過程管理。

形成性考核步驟主要有：教師創(chuàng)建課堂、布置實(shí)訓(xùn)(可自主選擇是否將該實(shí)驗(yàn)案例共享)、結(jié)果評(píng)測(cè)(可自動(dòng)化完成)、查看學(xué)生對(duì)實(shí)踐任務(wù)的完成情況報(bào)告；學(xué)生加入課堂、瀏覽實(shí)訓(xùn)、完成作業(yè)，以及查看自己的得分等，如圖5所示。

圖5 形成性考核環(huán)節(jié)

形成性考核環(huán)節(jié)全過程管理包括：細(xì)粒度查看具體任務(wù)的提交次數(shù)、每名學(xué)生每次提交的報(bào)錯(cuò)詳情、代碼修改過程詳情等個(gè)性化數(shù)據(jù)、班級(jí)內(nèi)學(xué)習(xí)指標(biāo)各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)值按時(shí)間的進(jìn)化趨勢(shì)分析等。教學(xué)過程產(chǎn)生的大量學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)可用于分析挖掘，從而支持智能化的教學(xué)過程全生命周期管理。

四、結(jié)語

本文著眼智能化戰(zhàn)爭(zhēng)背景下信息工程專業(yè)新型軍事人才培養(yǎng)需求，基于產(chǎn)出導(dǎo)向的教育理念，聚焦實(shí)踐教學(xué)，以塑造專業(yè)核心能力為目標(biāo)，分析和探索了信息工程專業(yè)人才創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)和培養(yǎng)體系，不斷持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)和考核；從面向?qū)崙?zhàn)的單位人才需求分析、著眼新軍事變革背景的課程體系優(yōu)化、教學(xué)內(nèi)容與方法改進(jìn)、形成性考核手段創(chuàng)新等方面展開研究，構(gòu)建產(chǎn)出導(dǎo)向的信息工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)框架，可以更好地滿足新工科時(shí)代環(huán)境、智能化戰(zhàn)爭(zhēng)背景下電子信息類軍事人才的培養(yǎng)要求。本文研究成果還能夠進(jìn)一步推廣，其跨專業(yè)的共性部分可應(yīng)用到其他相近高等工程專業(yè)，有助于在更高層次上謀劃專業(yè)群的建設(shè)和發(fā)展，為工程教育體系推動(dòng)強(qiáng)軍興軍提供有意義的參考。