许晓飞，吴细宝，陈雯柏
（北京信息科技大学自动化学院，北京100192）
摘要：以智能科学与技术导论（专业认识与实践）独立实践教学课程建设为切入点，在分析专业人才培养特点的基础上，阐述针对大学一年级第一学期专业教育的实施方案，提出按照“项目任务驱动目标学习”的方法培养学生的专业创新能力、实践动手能力及团队合作精神的教学思路。
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关键词 ：智能科学与技术；项目驱动；实践教学；课程建设
基金项目：北京信息科技大学2015年人才培养质量提高经费项目( 5111523309)；北京市教委科研计划项目( KM201411232006)。
第一作者简介：许晓飞，女，实验师，研究方向为智能机器人、创新教育，xuxiaofe12001@bistu．edu．cn。
0 引言
智能科学与技术专业及其专业导论（简称智能专业）课程建设的目标是依托检测技术与自动化装置、模式识别与智能系统、导航与制导等学科优势及其教学资源，尽快让新入学的本科生了解工科门类中智能科学与技术专业的学科专业分支内涵知识。教师可通过设计分解项目驱动，采取课堂讲解和实验指导的教学方式完成专业导论建设，实现专业的培养目标；培养学生面向现代前沿交叉技术的创新思维方式，从脑与认知科学等智能信息技术宏观上引领学生认识到掌握计算机、智能系统、信息网络、信息处理基本技能的必要性。
1 智能科学与技术导论教学现状分析
根据对以往教学效果的调研，我们发现智能科学技术导论这门实践教学课程教学效果不好的原因主要有以下几方面：①教学内容缺乏针对性。智能科学与技术汇集多种边缘学科与技术，如信号与信息处理、模式识别、图像处理、机器人学等课程，所涉及的研究领域及内容十分丰富，教学知识结构比较庞大，涵盖范围广，教学内容庞杂，热点分支多，知识点相对独立，联系不紧密。因此，在有限的教学时数中，教师需要在宽泛化及针对性之间寻求一种平衡。②学生缺乏相关知识。在实际教学活动中，由于智能科学技术导论课程一般开设在入学之初，学生处于高中到大学的过渡阶段，缺乏相关基础知识，因此他们的学习认知行为、学习方法、学习要求和学习内容的组织形式难以适应大学专业基础课的要求。如果课程内容过于偏重理论，那么教学过程会很枯燥；如果过于注重工艺的讲解，那么又会给学生增加理论学习难度。因此，教师在教学过程中如何摆脱两难境地，让学生尽快对整个专业系统和完整的知识体系有一个宏观认识，在有限的时间里能掌握、吸收并内化更多的智能科学基础知识，为后续专业课学习奠定基础。③教学方式落后。目前，智能科学技术导论课程采取的教学方式主要是传统以课堂教学为主的教学方式，如果知识面广而不深，学生知识结构的延伸就无法完成，同时对后续专业课教学也会有不利影响。
2 项目驱动的专业导论课程建设
作为一门专业基础课，智能科学技术导论首先应以学生在专业领域的发展为主线，在教学内容的组织上增加4个专题实践环节，选择适合学生接受能力且对后续专业课学习有帮助的难度适中的授课内容；另外，智能科学是一个不断发展的学科，其技术成果、研究动向更新快，教师在教学中应融人智能科学技术领域的最新科技成果，引导学生关注本专业的知识应用，及时掌握本学科领域发展的最新动态，扩大知识面，为今后专业课的学习以及就业作铺垫。
2.1 课程建设教育理论依据
在智能科学与技术本科专业的课程体系中，智能科学技术导论作为基础实践类课程，针对学生实际需要，科学、系统地解答相关专业问题。创新是一个实践过程，教师要重视在创新实践的过程中激发学生的兴趣，帮助学生完成由被动学习到主动学习、由正向思维到逆向思维的转变，使学生获得初步的科研能力。以往的教学关注理论知识的内容更多，繁重的理论学习任务使得学生没有足够的时间和精力参与课外创新实践活动。教师只追求“短、平、快”，对过程培养重视不够，是需要改进的一个重要问题。
作为“入门”课程，智能科学技术导论的讲授如果过度偏重理论，容易使学生失去学习的信心；而且强调理论如果造成教学内容重复知识点过多，也会使学生失去学习兴趣。因此，教师对教学内容的安排要做到难度适中，选择与学生接受能力相适应且对后续专业课学习有帮助的内容；遵循以“在实践中学、在学中实践”工程化教育为主、以学术发展为辅引入CDIO教育模式的理念，重视培养学生的工程能力，包括学科知识、学生的终身学习能力、团队交流能力和在企业和社会环境下的构思一设计一实施一运行能力，按照“项目任务驱动目标学习”的思路，重点培养学生的创新能力、实践动手能力及团队合作精神。
2.2 课程建设研究内容
1)项目内容建设。
依据智能专业培养计划，智能科学与技术导论是一门独立实践课程。表1为智能科学技术导论实践类课程项目内容及课时安排。
智能科学与技术导论课程设置于本科一年级秋季学期，采用分散教学方式，共计32学时。教学改革内容包括在演示型实验项目的基础上，增加4个专题实践环节，揭示“层次化”“模块化”和“开放式”的课程特点；项目内容建设根据智能创新平台研究与开发的内在技术规律，立足于“基础性、综合性、实用性和创新性”原则，将本专业教师团队的最新学科项目和专业课程建设最新成果应用于教学，将最新、最适用的智能科学与技术学科内容融入教学；根据智能科学与技术专业的培养目标和方案并结合专业领域人才需求分布特点，及时调整授课内容和方法，更新课程教学讲义、实验大纲等教学文件，编写新的实验教学教材。
2)项目教学方法和手段的改革。
教师应建设智能科学与技术导论课程资源共享平台，使教学资源得到充分利用，促进师生在课下的交流，实时解答学生的疑问，以达到更好的教学效果；建设项目资料和视频库，针对课程具体项目特点，将实物、内部结构、工作原理、应用背景和工作过程以影音文件的形式体现，增强学生的感性认识、对抽象知识的理解以及对工程实际的认识和了解；建立阶梯式的实验教学平台，包括演示型和验证型实验及自选实验项目的多级实践项目，既注重基础实验，又强调系统综合能力的训练，使课堂教学在时间、空间及内容上得到有效延伸；建立学生课外实践活动平台，以弥补课内学时的不足，利用现有实验室条件，建设“智能科学与技术导论”学生业余创新制作工作室，增加学生实践机会；建立学生课外实践项目库，鼓励学生完成开放实验、进行自拟项目的开发调试，在教师的辅导下，锻炼学生学以致用的实践能力，激发和培养创新意识和创造力；通过不断地教学改革实践，总结课程建设经验，修正课程项目教学大纲、学期授课计划，监测课堂建设及预期效果，调整考试考核改革方案。
为了提高教学效果，使教学过程更生动形象，充分调动学生的学习兴趣，教师可在教学过程中加强以下教学方法与手段的运用。
(1)教师结合视频文件、成果实物等进行智能系统仿真演示和虚拟实验演示，将枯燥的理论知识实物化、感观化。
(2)采用“案例教学法”和“项目教学法”。教师讲解符合专业发展方向且贴近社会需求和工程实际的案例，以工程应用背景的案例激发学生的学习兴趣；将案例讲授与课程验证实验相结合，构建以真实项目为载体的基于工作流程的教学模式，调动学生的学习主动性。
(3)建设课外学习交流平台。鼓励学生加入课外实践创新基地，进入以智能科学与技术专业本科生为主体的智能机器人俱乐部梯队，进行团队成员间学习的交流；通过教学网站，鼓励专业教师上传“微课或慕课”，发布教学辅导信息，促进学生更深层次、更广范围、更深入地学习；建立网站答疑系统，使学生与教师的沟通更加快捷方便，使课程资源得到充分利用。
(4)针对课程特点进行应用设计项目考核，2～3人／组，让学生通过从方案比较到软硬件设计、制作与调试的实践，熟悉学科领域的工程项目实施模式。
(5)建设课外实践教学平台。建立学生课外实践项目库和创新工作室，通过开放实验和自选实验项目，满足学生不同层次的学习需求，为学生提供提高实践技能的实验平台，培养实践和创新能力。
3)评价与考核方式的改革。
为了更好地调动学生学习的积极性、主动性，全面客观地考查学生的综合素养，课程采用任务评价与课程评价相结合的方式，即根据学生在每个实验项目中的实践表现、学习成果质量等进行任务评价。项目开始时，教师发布专题案例资料，要求学生预习相关知识，课上引导学生分组讨论，组内各成员提出解决方案思路，再进行实际成果程序的演示讲评，最后教师根据课堂表现给出项目成绩。综合成绩是将演示项目成绩、参观项目成绩、验证项目成绩以及最后的结课专题书面报告成绩进行一定比例的加权平均得出，加权平均权重由专业教师团队集体讨论决定。考评体系改革的目标是实现对参与改革的智能科学与技术专业学生的包括创新能力在内的综合素质给予更科学的评判，以利于下一步正确引导学生的专业职业生涯科学规划。
3 项目驱动实践教学创新意识和团队协作
创新意识在一个充满团结协作精神的环境里更容易被激发，学生始终是创新能力培养的主体，是中心。在围绕智能导论项目驱动的课程建设研究和开发中，指导教师要设计6个环节衔接课堂教学新体系，即“精讲、举例、提问、点拨、研讨、评析”。
前4个环节教师是主体。精讲，就是简要介绍相关的理论知识和实际应用背景，明确提出培养目标。对基础实验突出4个“一”：围绕一个基本原理、掌握一组实验仪器、学会一种研究方法、解决一类实际问题。举例，通过演示，剖析实验的基本思路及技术要点。提问，在实验教学过程中，贯彻“发现问题、解决问题”的基本思想，引导学生接近问题、发现问题和解决问题，把对问题的认识逐渐引向深入。点拨，结合实验中的提问和暴露的具体问题，给予必要的指点。
后2个环节学生是主体。研讨，主动收集共性问题，组织集体讨论，积极思考并高质量参与，总结和强化知识点。评析，结合实验报告对实验项目进行分析和评价，得到有意义的结论。教师指导学生组建中、低年级到高年级之间的纵向梯级团队，定期进行各种学科竞赛和内部讨论学习，将大学生科技创新等活动内容作为实验教学的延伸。专题讨论，前沿讲座是提高创新教学质量和创新能力的有效途径，内容不拘一格，形式灵活多样，可以谈具体的实验感受，也可结合专业实验和设计谈实验方案，通过研讨扩大学生的知识面，培养团队精神。
教师可打造创新人才培养平台，合理使用各种现代化教学手段，采用参观、演示、实际项目电路搭建和程序仿真、实物调试等多种方式结合的方法，引导学生学习综合物联网技术、机器人技术以及智能信息处理技术的专业导论课程项目的任务与要求。在六大项目的学习讨论中，将在不同学科领域有特长的学生组成不同的项目小组，各团队成员通过定期或不定期的交流，充分发挥团队优势和提高分工协作能力。教师还需引导学生加入智能机器人俱乐部，参与全国几大有影响力的机器人赛事活动，通过方案设计、动作编排、程序优化、现场测试等环节的实践（如通过asuro小车平台，熟悉C语言程序控制小车，熟悉简单避障循迹功能），引导低年级学生通过解决实际问题达到学以致用的目的，结合教师演示讲解的大型工程硬软件调试仿真等系统，使学生能够将理论知识和实践经验相结合，达到最好的学习和实践效果。
4 结语
总体而言，项目驱动的智能科学与技术导论课程教学改革以培养专业素养认识及提高专业综合素质为目标，让学生通过深入浅出的实际项目运作完成课程学习，鼓励学生打造良好的专业素养，争当“智能工程师”，基本具备三大看家本领——智能思想、硬件设计能力和程序设计能力；在此基础上，吸收从新生中脱颖而出的创新能力强的学生参加学科创新项目，推广在实践类课程教学改革中（如智能创新实践平台等）具有一定借鉴价值的系列项目集。
综合素质的提高和创新能力的培养是社会进步和科技发展对高校人才培养提出的新的要求。高等学校的实验教学只有通过改革传统的实验教学内容、教学方法和教学手段，建立新型的实验教学体系，引入现代化的实验技术，才能更好地为创新人才培养服务，为深化教育教学改革注入活力。教师最感快乐的事是看见学生在实验室忙碌时专注的神情，在取得成果时灿烂的笑容。实验室教学创新任重而道远，需要在不断的实践中加强交流与反馈，积极进取，稳步提高。
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（编辑：宋文婷）