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从2004年国内开始招生至今，全国已有不少高校设立了智能科学与技术专业。我校是较早设置该专业的院校，于2007年在信息工程学院设置其为第7个本科专业，并开始招生。2009年9月，学生进入相关专业课程的学习，第一届学生于2011年7月毕业。日前，该专业学生已经完成本科阶段的学习。
在专业开设过程中，我们完成的主要工作如下。
1) 调研国内外相关院校智能科学与相关专业的培养目标和培养方案。
2) 形成智能科学与技术学科的知识体系和能力要求。
3) 制定2010版智能科学与技术专业的教学大纲。
同时，在办学过程中，我们选择了脑科学与认知科学概论，人工智能基础，微机原理及应用、课程设计(微机原理)，可视化程序设计、智能计算与应用四个课程组进行教学模式改革。
1首届毕业生知识结构
因为是首届学生，我校大多数课程安排参考了国内兄弟院校的课程设置，也参考了我校自动化专业的部分课程设置。学生的知识结构主要由5个方面组成[1]，如图1所示。
1) 数理基础课程群：工科数学分析、高等代数、复变函数与积分变换、概率与数理统计、数学实验、大学物理、物理实验、应用力学基础、离散数学等。
2) 电工电子技术课程群：电路分析基础、电路实验技术、模拟电子技术、模拟电子技术实验、数字电子技术、数字电子技术实验等。
3) 机电技术基础课程群：工程制图基础、程序设计基础、信号处理、计算机网络、微机原理及应用、嵌入式系统、数据库技术及应用、面向对象程序设计、现代检测技术、电机控制技术、现代通讯技术、DSP处理器及应用、机械设计基础等。
4) 专业主干课程群：信息论与编码、控制工程基础、脑科学与认知科学概论、人工智能基础、机器人组成原理、计算智能基础、模式识别基础、虚拟现实技术、智能控制及其应用。
5) 实践创新课程群[2]：计算机应用实践、电子技术实习、MATLAB编程与工程应用、Linux系统与程序设计、自动控制系统设计与实现、微机原理课程设计、嵌入式系统设计与实现、专业(生产)实习、毕业设计(论文)等。
除了专业课程的学习，学生还参与了很多课外科技活动和竞赛，并取得了良好成绩，内容如下。
1)“基于Matlab的智能五子棋人机博弈系统”在北京科技大学第十一届“摇篮杯”课外学术作品竞赛中获三等奖。
2) 第八届校机器人队队员在第八届亚太机器人大赛国内选拔赛中获十六强。
3) 在全国大学生电子设计大赛中获成功参赛奖。
4) 在智能车校内赛中获二等奖。
5) 在北京市机械创新大赛中获三等奖。
6) 在北京市大学生电子设计大赛中获二等奖。
7) 在“飞思卡尔”智能车竞赛的校级赛中获三等奖。
8) 在校级机器人竞赛中获季军。
9) 在全国大学生节能减排大赛科技类中获三等奖。
10) 在北京科技大学计算机博弈锦标赛中获最佳程序设计奖。
11) 在北京科技大学“闪我风采”Flash大赛中获最佳细节奖。
在参加课外竞赛及各种活动之余，首届智能班还自组织了以小组为单位的指纹识别考勤计时系统编程比赛，历时一个月，比赛结束后评出了最优编程奖。然后返回给每个小组，再讨论再修改，最终确定了最优版，申请了国家软件著作权，于2010年5月份获得审批。此次比赛成果是全班学生辛苦劳动的果实，凝聚了24位学生的智慧和努力。图2展示了该系统的计算机软件著作权登记证书。
2首届毕业生毕业设计情况
2010年底，首届学生进入本科毕业设计环节。在大家的共同努力下，全部学生通过了本科毕业设计。毕业设计的题目如表1所示。
3首届毕业生去向
智能科学与技术专业首届24名学生是2009年9月进入大三学习专业课的。目前，我们统计的毕业生去向，专业第1名放弃了保研指标，选择出国留学，另外有4人保送本校读研究生。选择考研的学生还有12人，另外有3人选择出国留学，还有2人选择就业，如表2所示。
4经验和教训
我们对2007级智能科学与技术首届毕业生的总体情况还是比较满意，通过一系列教学改革，取得一定的成效，内容如下。
1) 人工智能基础。此课程为智能科学与技术专业的理论基础性课程，具有涉及的面比较广、内容较多、变化较快的特点。我们结合人工智能学科的发展，在保证课程完整性的同时，尽可能增加学科发展的前沿内容。
2) 微机原理及应用、课程设计(微机原理)。微机原理及其应用是一门实践性很强的课程，特点是计算机软硬件结合非常紧密，需要经过大量的实践环节学习。在充分分析本门课程特点的基础上，我们对该课程作了如下教学改革：自行研制开发了一套实验装置，开发了配套的实验项目，编写了相应的实验讲义。图3是我们使用的微机原理与单片机实验装置。
在教学方法上，教师让学生在学习已有实验项目的基础上，做一些由简单到复杂的新改动，直至最后设计出新的应用电路，并用相关器件实现。为了鼓励学生亲自动手制作电路板，教学团队花费近3 000元，购买了各种电子元器件和电路制作工具，包括单片机芯片、集成稳压电路芯片、各种传感器、小键盘、电阻电容、印刷电路板、万用表、电烙铁等，保证每位学生都能设计并制作完成一个单片机控制系统。在课堂管理方面，我们实行小班授课，每班不超过30人。学生都很遵守课堂纪律，几乎没有迟到早退现象，为该门课程的学习营造了良好的学习氛围。
3) 可视化程序设计。小班在实验机房上课，课程将讲解部分与上机练习结合起来，教师对每一个知识点进行讲解后，让学生立刻练习，提高学生的动手实践能力。通过教师的课堂讲解和学生的课堂练习，使学生达到融会贯通的程度。
4) 数据结构与算法分析。针对智能科学与技术专业对计算机软件能力要求高的特点，我们压缩了计算机专业的数据结构和算法分析两门课程的学时，保证学生应用能力的培养，并编写了相应教材。
5) 根据国内外高等教育的最新发展，我们对研究思路、内容、方法进行必要调整。英国、美国、马来西亚等国近几年开设了AI相关专业，并且多数与机器人结合。在2010版教学计划中，我们也将机器人作为学生学习过程中的实验平台和设计实现对象，为此探讨设立机器人组成原理课程[3]，并在准备教材。我们还与南开大学、河北工业大学合作开发智能科学与技术专业的系列教材[4]。
另一方面，我们在办学过程中也感觉到一些问题，和南开大学[5]的问题较为类似。
1) 专业宣传方面的问题。
2) 没有形成统一的教学指导委员会，各学校还处于单兵作战阶段。
3) 学校的重视程度不够，经费投入有待加强。
4) 师资结构对其他学科的依赖程度较大，还未形成完整的师资队伍，多数教师来自其他专业。
5结语
通过两年的专业课学习，首届智能科学与技术专业的全体学生在各方面都取得了不错成绩。多门基于专业课程开设的课程设计不仅增强了学生的动手实
践能力，还加深了学生对专业知识的理解及掌握程度，很好地将理论学习与实践教学结合起来。特别是在毕业设计阶段，学生的论文题目都很有新意，充分体现出智能科学与技术专业的“智能”特点，而且学生在论文答辩环节全部顺利通过。首届毕业生中，出国和保研率达到54.17%，就业率达到45.83%，有很好的发展前景。通过研究首届毕业生情况，我们认为智能科学与技术专业是一个很有发展潜力的专业，能够将人工智能科学、计算机技术、智能控制等专业性较强的学术领域综合起来，培养出具有综合能力的优秀毕业生。
总结首届毕业生情况，我们将在随后的教学过程中进行如下改进：结合人工智能学科的发展，尽可能增加学科发展前沿的内容；针对学有余力的学生，布置学科前沿的自学内容；在教学中尝试以作业的形式安排实验内容[6]。同时，我们继续保持小班授课方式，营造出良好的学习氛围。在考核方面，结合平时、考试和答辩3种形式，来客观、公正地评定学生，促进学生的全面发展。通过总结已有的教学经验，吸取教训，发展优势，我们相信智能科学与技术专业一定会一步一步成为更加完备的、更有优势的、更具时代特征的新型专业。
参考文献：
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The Situation of the Major in Intelligence Science and Technology
in University of Science and Technology Beijing
LIU Jiwei, SHI Zhiguo, WANG Zhiliang
在国家教育部质量工程的支持下,中南大学信息科学与工程学院对国家级精品课程人工智能[1-2]和智能控制[3]、全国双语教学示范课程人工智能和国家级智能科学基础系列课程教学团队[4]等进行持之以恒的改革与建设,取得一些成果。
“智能科学基础系列课程教学团队”的教学队伍是一支由国家级教学名师领衔[5],知识结构、梯队结构和年龄结构比较合理,具有明显的学科优势、课程优势、人才优势和教学科研优势的颇具特色与影响力的教学团队。该团队以中南大学智能科学研究中心为核心,主要承担人工智能基础、智能控制导论、机器人学、专家系统等本科基础和专业基础课程,硕士学位课程人工智能、智能控制和机器人控制技术以及留学生硕士学位课程Artificial Intelligence和博士生学位课程智能系统原理与应用的教学。
教学团队在建设过程中,注重教学改革,加大课程建设和教材建设力度,不断改进教学方法,在课程改革、教材建设、教学手段、队伍建设以及交流合作等方面取得一些进展。本文拟就教学团队的改革与建设的相关理念与实践问题加以总结,谈谈我们的见解。
1创新教学方法
教学是教师的本职和核心工作。本教学团队一直致力于教学方法与教学模式的改革与创新,虚心学习国内外先进教学经验和方法,积极探索教学新路,形成了“以趣导课、以疑启思、以法解惑、以律求知”的教学模式和教学方法[6-7]。充分激励学生的学习积极性和主动性,发挥独立思考和创新思维,多方位培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。我们在教学过程中应用了课堂演示、课堂互动、课堂辩论、课后网络教学、网络实验等一系列现代化全方位的教学新模式。此外,为提高学生的动手能力和理论水平,让学生直接参与部分教师课题,理论联系实际,为毕业后的工作学习打下良好基础。具体措施如下:
1) 举行课堂讨论会,营造自由探索氛围。
为调动学生的积极性,我们在授课过程中多次开展课堂讨论会和辩论会等活动,让学生自己查阅资料,分析整理,提出自己的观点,使学生全方位地接触所学课程,培养学生的研究能力,真正实现师生互动,并鼓励学生用英语讨论。学生对有些问题展开了激烈的争论,激发了学习潜能,明确了学习目标。课程中还经常请来在科研工作中担任主要任务的教授和博士生来给学生介绍最前沿的科学动态,激发学生们对所学知识和科学研究的兴趣。在研究生教学方面,我们更进一步通过举办课程课堂学术研讨会,让学生在一年级就开始接触学科前沿,自己查阅资料和动手写科技论文,并在研讨会上宣读讨论,培养独立工作能力和从事学科前沿研究的能力,为将来的高层次研究打下基础。
2) 倡导启发式教学,培养学生学习能力。
注意采用面向问题的启发式方法进行教学,启发学生求解问题能力,强化学生的参与意识,提高他们的学习积极性。教学中还注意采用了多种交互式策略,如课堂教师提问、鼓励或指定学生用英语提问、学生就某个知识点进行主题发言后老师点评等。此外,师生通过互联网进行交互,方式包括Email、BBS和QQ谈和交换文件等。
根据学生的兴趣和创新潜力,对有专业特长的本科生,在自愿情况下,挑选2～3名参与国家级项目研究工作,进行中长期培养试点,实现本科培养过程与硕士、博士研究生培养过程的衔接。
3) 增强课程实验教学环节,筹建智能专业实验室。
智能科学基础课程的概念性较强,初学者感到比较抽象,而实验教学又是薄弱环节。因此,结合学生实际情况,我们对实践教学环节十分重视,设计了一些新的实验项目,探索新颖的实验方法。新开实验项目包括人工智能实验、智能控制实验、专家系统实验、机器人学实验、人工智能课程设计等。对相关课程的原有实验,我们也进行了一些改革,增设了个性化的实验,使得学生的实验数据和实验结果分析既有格式要求,又给学生报告自己研究的过程和结果留有空间。这些做法能够鼓励学生进行独立性研究,满足他们学习的需求。通过实验教学,学生能够理论联系实际,验证所学理论知识和概念,加深理解,充分调动了学生的学习积极性,培养了他们的创造能力。
除课堂实验外,我们还充分发挥虚拟实验的优点,设计了网络虚拟实验,让学生在课外上网练习。通过虚拟实验,学生可以了解算法的具体运行过程,调整参数和过程,并进行验证以加深对知识的理解,提高学习兴趣,从而达到教学目的。
结合科研,购进和自制部分新设备、新系统,计划建设智能专业实验室,为教学提供更多的优良实验设备。例如,已研制“中南移动一号”和“中南移动二号”自主移动机器人共7台,已购进RCB-1型教学机器人20套等。
教学团队教师还指导学生参加全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛活动、大学生创新性实验计划及创新教育计划项目等,取得优秀成果。
2推进课程改革
教学改革是课程建设和学科发展的生命线。我们把国家级精品课程和全国双语教学示范课程放在优先建设的位置,并以它们带动其他课程建设,完善系列课程建设,同时新办了智能科学与技术专业。
2.1搞好精品课程建设,改进双语示范课程教学,稳步推进系列课程建设
本团队着力搞好已有的2门国家级精品课程、1门全国双语教学示范课程,更新精品课程网站,丰富课程内容。为了及时反映上述课程中相关科学技术的最新进展,我们调整了教学体系和教学内容,修订了教学大纲,并对教学内容进一步优化和更新,极大充实了各课程教学内容。同时,通过校际教学活动和网上资源共享对精品课程、双语教学示范课程进行交流和推广,起到较好的辐射作用[8-9]。
为加强精品课程建设,完善和拓展课程体系,在总结现有精品课程的建设经验的基础上,又建成省级精品课程1门,校级精品课程1门。
为提高学生的专业英语水平和学习兴趣,使得学生能够开拓眼界,追踪国际前沿科学研究,本团队长期对双语教学进行研究和实践。除改进人工智能双语教学示范课程外,团队承担的其他课程,如智能控制、机器人学、专家系统、数据结构等也实行了双语教学,并为该课程引进英文辅助教材。例如,对人工智能课程,我们先后采用Nilsson和Russell等编著的国外影响较大的英文原版教材作为主要教学参考书[10-11],供学生学习参考。在双语教学中,一般以汉语讲授为主,英语为辅,并对一些关键词同时用汉语和英语表示。对部分章节或某个专题,采用纯英语教学或以英语为主汉语为辅的教学。对PPT课件的编写分为纯汉语、纯英语和英汉混合几种方式。英语教学比例要根据教学内容和学生英语水平而定,其检验标准是学生的接受程度与学习效果,根据这一点来适时调整双语教学中英语对汉语的比例。
通过教改实践,我们承担的智能科学基础课程逐步形成为具有明显特色的课程体系。我们讲授的课程从智能科学的基础课程到专业基础课程,再到专业实践课程,形成了配置合理、特色鲜明、循序渐进、优势互补、协调发展的智能科学与技术学科从基础到应用的系列课程体系。
2.2新办智能科学与技术专业
智能科学与技术是当代科技发展的前沿学科和重要组成部分,其人才需求日益增加,超出了目前高校的培养能力[12]。我校的智能科学与技术学科方向经过近20年的发展,已形成了具有自身优势和特点的学科,在国内具有一定的知名度和优势。为了促进智能科学与技术学科的发展,经过多年积极准备,我们于2009年申报了智能科学与技术专业并获得教育部批准。通过向兄弟学校学习调研,了解该专业人才需求、专业建设规划,设定适应培养目标的教学计划与课程设置方案。虽然我们开办“智能科学与技术”专业较晚,但我们从2002年开始,就一直关注和积极参与国内智能科学的学科的讨论与新专业筹备工作[13]。
我校于2009年申报获准,在自动化专业增设了智能科学与技术专业方向,目前已招收2届学生共84人。我们为选读智能科学与技术本科专业方向的每个学生选定指导老师。每个学生都可以参加指导老师的课题,指导老师也可以利用自己的学识、经验和责任心来更好地管理呵护学生。这一做法取得明显效果,不仅受到同学们的普遍欢迎,也得到了学校的肯定。我们还多次召开师生见面会并通过指导老师走访宿舍,了解每个人的情况。为了消除代沟,努力融入同学当中,学习熟悉他们的语境和思维想法。我们的目标就是不让一个学生掉队。
创建与建设智能科学与技术新专业,将为智能科学基础系列课程教学建设提供一个更加宽广的平台,并对计算机、自动化和电子信息等学科的专业建设和课程建设提供一个新的增长点。我们将以智能科学与技术专业建设为契机,虚心学习兄弟学校的专业建设的做法和经验,进一步规范智能科学与技术的基础课程教学,让智能科学基础课程教学建设登上一个新的台阶。
3加强教材建设
教材是教学的重要工具和资源,其水平直接影响教学效果和教学质量。在教学过程中,我们与时俱进,对教学内容不断优化与更新,精益求精地编写反映学科发展的教材[14]。
我们对原有编写出版的教材进行修订,反映新世纪学科发展水平和发展趋向,以适应教改需要。把这些最新内容用于教学,使学生了解到国际前沿动态和本学科的最新成果。
以相关系列课程为平台,注重教材配套,服务因材施教,着眼长远教材建设。仅2007年以来我们已出版的相关教材及专著如下:
《智能控制原理与应用》,国家级精品课程配套教材,2007;《智能控制导论》,国家级精品课程配套教材,2007;《未知环境中移动机器人导航控制理论与方法》,2008;《机器人学》,第二版,国家级教学团队配套教材,2009;《机器人学基础》,国家级教学团队配套教材,2009;《人工智能及其应用》,第四版,国家级“十一五”规划教材,国家精品课程配套教材,2010;《人工智能基础》,第二版,国家级“十一五”规划教材,国家精品课程配套教材,2010;《移动机器人协同理论与技术》,2010。
4优化队伍结构
师资队伍建设是团队建设的源头,没有一流的教师队伍就没有一流的教学团队。在师资队伍建设上,我们一直采取引进优秀人才和在职培养相结合的做法。对于人才的引进主要通过办专业和办学科点等方式吸引人才,还通过创造教学和科研条件,稳定教师队伍,解决个人的发展问题。
采取有效措施,提高主讲教师的学术积累和教学水平。一是教研组教师,特别是中青年教师积极参加重要科研项目,提高学术水平。二是派中青年教师赴国外研修访问,了解和学习发达国家同类课程的先进教学经验、相关课程设置情况与发展趋势,将国外教学思想引入课程教学。
教学始终是教师的第一要务,为了提高青年教师的教学素质,我们实施并完善了一系列管理措施和制度。
1) 设立名师工作室,实现名师资源共享形成多元化的带教制度,安排高年资的教师对年轻教师进行传、帮、带,可以有业务方面的指导,也可以有认识方面的交流。通过老教师对年轻教师全方位的指导,使老教师的教学理念和经验得以继承,加快了年轻教师的成长。
2) 有计划地安排年轻教师虚心旁听有经验教师的讲课。通过听课,不仅使年轻教师进一步掌握课程的内容,更重要的是使年轻教师学到了老教师的教学方法和经验,对其今后从事教学工作起到了积极的指导作用。
3) 对于第一次上课和第一次上某门新课程的年轻教师,团队都要在课前组织他们试讲。试讲前,安排老教师进行指导,传授教学经验。试讲时,由团队的教师参加听课并对其进行讲评,肯定其优点,指出其不足,帮助青年教师尽快掌握课程的重点,找到更合适的讲授方法。此外,我们还备课,统一基本教案,帮助年轻教师成长。
近两年来本教学团队获得的主要教学奖励就有徐特立教育奖、茅以升教学专项奖等。
5扩大交流合作
我们在做好自身团队建设的同时,增进与全国相关高校和教学团队的交流,学习兄弟团队的建设经验,在课程示范、教材推广、网络资源辐射等方面发挥积极作用。我们还开展校内合作,联合不同院系进行教学和精品课程的申报与建设,在校内推广改革成果;发表了一系列教改论文;发起筹备《全国智能科学技术课程教学研讨会》;邀请企业界科技精英做本科生就业指导相关报告。
1) 增进校际交流,发挥辐射作用。
我们经常以讲座报告形式在许多兄弟院校进行教学与教改交流。例如,最近一年来就应邀先后到上海交通大学、同济大学、东华大学、东南大学、国防科技大学、中国矿业大学、北京科技大学、清华大学等校就智能科学技术课程的教学、教改和建设问题作专题报告,在兄弟院校师生中引起热烈反响。已有数以百计的高等院校采用我们编著的教材和网络课程进行教学,国内已有众多的从事人工智能课程和智能控制课程教学的教师,来信来函索取我们开发的课程教案、课程演示和网络课程相关资料等,我们一直尽力地搞好推广和服务工作。
2) 撰写课程改革论文,进行国内外交流。
本团队成员仅近一年多来,就在中国教育开放资源网、中国人工智能学会13届年会、计算机教育、高等理科教育、计算机与现代化等会议及刊物上发表10篇教改论文,在国内外进行交流,起到介绍情况,交流信息和经验的积极作用。
3) 筹备全国相关课程教学研讨会。
为了更好地交流经验,扩大影响和辐射作用,我们发起并联合中国人工智能学会教育工作委员会、中国计算机学会人工智能与模式识别专业委员会、中国人工智能学会智能机器人专业委员会、中国自动化学会智能自动化专业委员会、中国人工智能学会人工智能基础专业委员会,筹备召开了首届《全国智能科学技术课程教学研讨会》[15]。围绕各个学校在智能科学与技术本科专业的课程改革与建设、课程和专业教学计划制定和未来发展设想等方面进行交流研讨。通过交流研讨,认真学习兄弟学校的经验,并尽可能汇报我们的经验。我们相信,在与会全体代表的共同努力下,本次课程教学研讨会一定能够取得积极的成果。
注:本研究获得教育部国家级精品课程人工智能(2003年)和智能控制(2006年)、全国双语教学示范课程人工智能(2007年)、国家级智能科学基础系列课程教学团队(2008年)等项目支持。
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Construction of State Teaching Group of Series Course for Intelligence Science Basis in CSU
CAI Zi-xing, CHEN Bai-fan, LIU Li-jue
1 引言
“智能科学与技术”专业是国家教委在2006年设置的新专业，代码；080627S，属于工学电气信息类。现已有南开大学、西安电子科技大学等12所高校获准招生。
智能科学技术是信息科学技术的核心和现代科学技术的前沿和制高点，涉及自然科学的深层奥秘，触及哲学的基本命题。智能科学技术的研究将对国民经济、社会进步、国家安全生产产生深刻而巨大的影响，并将为智力革命、知识革命和信息革命建立理论基础，为智能系统的研制提供新概念、新思想、新途径。智能科学的兴起和发展标志着对人类为中心的认知和智能活动的研究已进入新的阶段。目前，国际上对智能科学及其相关学科的研究高度重视。我国对该领域的发展特别关注。
智能科学与技术在一定程度上代表着信息技术的前沿，其理论研究与应用开发对我国现行的教育与教学理念提出了挑战。在现有的教育体系中增加智能理论和智能技术教学，对全面地培养学生的信息素养、创新的思维方式及激发学生们对信息技术未来的追求具有积极的意义。因此，为适应智能科学与技术的深入研究和社会对从事智能化产品研发人员的迫切需求，在本科阶段设立相应的“智能科学与技术”专业是十分必要和及时的。因此，我校设立“智能科学与技术”专业是适应了社会发展要求的，必将为河北乃至全国的社会、经济发展作出巨大的贡献。
近5年来，我校自动化系先后从事的包括11项国家级项目在内的70余项科研课题，发表的近200篇学术论文，均不同程度地与“智能科学与技术”领域相关，积累了深厚的学术基础。由于良好的办学队伍和实验条件，由我校申报的“智能控制技术与装置教育部工程研究中心”已经通过省级审查上报，因此，学科已经具备了承办“智能科学与技术”新专业的条件。
2 办学条件
2.1 师资状况
从我校办学发展来看，“智能科学与技术”专业的设立主要来自于近年来“自动化”专业在“智能化”和“信息化”方向的逐渐发展，以及“自动化”专业与“信息工程”、“计算机科学与技术”等专业的交叉。受专业发展特色和学时等因素的限制，仅靠在原有“自动化”专业课程中增设新课已经难以满足相关领域人才培养的需要，因此可以说“智能科学与技术”专业是由量变积累超出“自动化”专业领域而质变派生出的一个新专业。基于此原因，“智能科学与技术”专业主要由自动化系中抽调人员组织专业课程阶段的教学任务，专业基础课程阶段的教学任务则由电工电子教学中心等单位系协助完成。
由于我校“智能科学与技术”专业是由“自动化”专业发展派生出的新专业，两个专业多门课程的教学内容是相同的，因此“智能科学与技术”专业可以得到“自动化”专业的协助，从而避免多数新专业先期出现的师资力量欠缺问题。
2.2 相关支撑专业
“智能科学与技术”专业的主要相关支撑专业有“自动化”、“信息工程”、“计算机科学与技术”等，其中与同属电气信息类的“自动化”专业关系最近。考虑到我校的具体情况，在新专业的办学初期，“智能科学与技术”专业和“自动化”专业在科研、办学经费、研究生培养等方面的统筹安排上统一划归省重点学科“控制理论与控制工程”管理。两个本科专业的教学与学科的总体发展相互协调和支持，共同进步。
2.3 实验条件
由于“智能科学与技术”和“自动化”两个专业多门专业课程的教学内容是相同的，因此“自动化”专业的多个本科生实验室可以与“智能科学与技术”专业共用，包括：微机原理与微机控制技术实验室、控制理论实验室等，可完成“自动控制理论”、“现代控制理论”、“微机原理”、“微机控制技术”和“单片机原理与应用”等多门专业基础课程的实验。
2.4 生源及就业形势
智能科学与技术已经成为信息技术创新的重要增长点，其广泛的应用前景日趋明显，如智能化电器、智能化楼宇、智能机器人、智能化机器、智能化物流等，所培养的学生正是目前高新技术研究及产业发展急需的人才，同时这类人才也会对传统产业的提升起到积极的作用，就业前景广阔。在招生生源和毕业生就业方面均具备比较好的条件。
3 近期办学规划
3.1 师资队伍建设
在师资建设方面，需要采取积极的人才战略，走引进和培养并重的道路，注重引进和培养具有智能信息处理或智能控制研究背景的人才。同时，聘请人工智能领域经验丰富的专家、教授对本专业的实验及教学进行指导，积极鼓励教师们的学术交流活动。
3.2 实验室建设
(1)利用自动化专业的微机原理与微机控制技术实验室、控制理论实验室等，完成“智能科学与技术”专业本科教学环节中“自动控制理论”、“现代控制理论”、“微机原理”、“微机控制技术”、“单片机原理与应用”5门课程的实验。
(2)建设“智能信息处理实验室”，以通用实验平台的模式用于“数字信号与数字图像处理”、“软件工程”、“数据库与数据挖掘”等课程的实验和上机。
(3)利用教师在承担智能科学与技术相关领域科研课题中购置的相关实验设备和仪器，满足学生在毕业设计阶段和参加科技创新活动中对实验设备的需求。3，3新专业课程体系建设
(1)积极向已经设立“智能科学与技术”专业的南开大学、北京科技大学等高校学习，通过广泛的调研，使新专业的教学体系和课程内容逐步合理化。
(2)紧跟科技发展新趋势，突出“智能科学与技术”新专业的特色，注重学生实践能力的培养，在智能化电器、智能化楼宇、智能机器人、智能化机器、智能化物流等方面培养社会急需的特色人才。
(3)在控制科学与工程一级学科硕士点下设立“智能科学与技术”的相关研究方向，加强该专业的学术梯队建设和人才培养，促进学院整体教学科研的和谐发展。
4 培养方案
4.1 培养目标
我们努力使学生德、智、体、美全面发展，具有坚实的数学、电子、计算机、自动控制和信息处理的基础知识，系统地掌握智能科学的基础理论、基础知识和基本技能与方法，受到良好的科学思维、科学实验和初步科学研究的训练，具有分析问题和解决问题的能力，以及知识自我更新和不断创新的能力。学生能适应智能科学与技术的飞速发展。在个人素质方面，具有全面的文化素质、良好的知识结构和较强的适应新环境、新群体的能力，并具有良好的语言和计算机运用能力。
4.2 基本要求
使学生系统地掌握“智能科学与技术”的基础理论知识，以适应自动化、智能信息处理与技术等方面的工作需求；掌握电路与系统的基本理论和实验技术，具备分析和设计电子设备的能力；掌握信息获取、处理的基本理论和方法，具有系统设计、集成、应用的基本能力；了解智能科学与技术领域的学科前沿、最新进展和发展动态；了解自动化和信息系统及网络技术的应用现状和理论前沿，具有研究开发新系统、新技术和各种智能化工程装备的初步能力。
4.3 主要课程
我校“智能科学与技术”专业的主要规划课程包括电路、电子技术、微机原理、自动控制理论、现代控制理论、嵌入式系统、软件工程、计算机网络、数字信号与数字图像处理、智能控制、数据库与数据挖掘、人工智能概论、信息管理系统等。
21世纪是智能科学技术快速发展的时期,智能科学与技术本科专业应当抓住这个契机,大力推进智能科学与技术的本科教育和专业建设,培养适合社会发展和市场需求的智能科学技术人才[1]。坚持以学生为根本,以传授知识、培养能力、提高素质和协调发展为己任,以我国经济结构战略性调整的要求和社会发展对人才的迫切需求为重心,针对师资队伍、人才培养模式、教学内容与课程体系、教学方法与手段、教学管理及培养质量等方面进行深入改革,形成具有先进的办学理念、完善的管理体制、领先的改革思路、优秀的师资队伍的龙头专业。智能科学与技术作为具有广阔发展前景和巨大应用需求的综合交叉学科,高校应进一步拓展相关研究领域,结合办学条件、管理制度及政策倾斜,突出人才培养和专业建设的特色。
1深化实践教学改革,探讨多元复合型人才培养模式
智能科学与技术专业要协调发展,首先必须明确专业特色,形成自己特有的学科体系、人才培养模式和课程特色。在智能科学技术相关研究已经渗透到各个领域的形势下,对人才的培养要从多元化角度来考虑[2]。一方面,当前国内外智能科学领域的相关研究如火如荼,原创性理论与核心技术的研究步伐在进一步加快,国际上对智能科学与技术专业研究型人才求
贤若渴。另一方面,智能科学领域的一系列学术研究成果,迫切需要转化成能够产生社会效益、支持社会主义经济发展及人民生活需要的产品,大型企业、著名公司对具有智能科学技术专业知识的应用型和工程型人才的需求势头正旺,因此,目前探讨智能科学与技术专业的人才培养模式正当其时。
1) 多元化人才培养模式。智能科学与技术专业是一个集智能技术、通信技术、计算机技术、控制技术等多学科交叉、跨应用领域的本科专业。根据社会经济的发展、市场对人才的需求以及专业自身的发展特点,智能科学与技术专业的人才培养应当兼顾研究型、应用型和工程型等多元复合型人才需求,因此,智能科学专业在充分整合优质教育资源的基础上,需要不断改革教育模式。一方面,通过各种教学活动,丰富各层次、各类型的课程教学资源,如:积极开设双语教学、探究式教学、“本、研合一”的高水平课程、校外名师课程等,强化学生创新知识和科研学术能力的培养,推进高素质人才的培养计划;另一方面,针对智能科学与技术专业的应用特点,积极开展学生科研活动和实践训练,使学生通过项目实践锻炼自己的实际研发能力,提高运用所学知识解决实际问题的能力。此外,充分利用我校多学科、综合化的人才培养优势,通过以跨学科、跨专业的交叉融合,打通各方的优质教学资源,给学生提供更加广泛的学习空间,促进优质高效的复合型人才培养。
2) 专业素养培养。完善由智能科学与技术专业基础课程、专业核心课程、专业方向课程三部分组成的定位明确、特色突出、规范合理的专业教育课程体系,加强学生在基础知识训练和智能科学专业技能的素养培养,强化专业基础的相关性,突出专业核心的稳定性,扩大专业方向的多样性。
3) 科研素养和适应发展能力培养。智能科学与技术专业面对多元化人才需求,不仅要培养学生独立从事科学研究的能力,自主不断学习新理论、新方法和新技术的能力,以胜任学科的前沿研究和技术发展;同时还要重视学生在研发团队的协同工作能力,以适应学科在实际中的各种应用需求,在不断开发高质量智能软件系统及项目研发的实际锻炼中,培养学生的高效工作能力和良好的沟通能力。
基于以上观点,我校在教学模式的改革中,积极提倡“夯实基础、综合提高、加强实践”的三结合人才培养改革思想,针对学生的专业素养、专业技能等多个方面细化培养方案,不仅注重培养学生的实际应用能力,还要兼顾培养学生的研究型思维、科学研究的能力及创新精神,从整体上提升智能科学技术人才培养的素质。
我校智能科学与技术专业坚持“教学、科研、团队的协调发展,学科、专业、课程的整体建设”,依托北京市实验教学示范中心、北京市高等学校工程研究中心,北京市重点建设学科“计算机应用技术”、校级重点建设学科“软件理论与技术”以及与其他专业和兄弟院校的联合,开展了以教师队伍建设为基础、以人才培养改革为核心,以促进学生知识、能力、素质协调发展为目标的专业建设工作,并形成了层次型人才培养方案,如图1所示。
图1层次型人才培养方案
1.1层次型人才培养方案及教学模式
结合智能科学与技术本科专业的特点,针对多元化人才培养需求,我们构建了“教―学―用”的层次型培养模式,形成了“2+1+1”的教学模式。前两个学年主要学习计算机科学技术和智能科学基础理论知识,以学习、理解和掌握知识为主,同时采用启发引导及探究讨论的教学策略,培养学生自主学习的能力和主动探究的兴趣,进一步结合相关问题、设计方法、分析讨论和问题求解培养学生的专业素养[3]。第三学年侧重学习智能专业核心课程,如:智能机器人、智能游戏与虚拟现实技术、模式识别、智能信息获取与决策管理、自然语言处理等体现智能科学与技术专业特色的课程,使学生在理论方法的学习中提高专业技能,同时所设课程与相应的实验课相结合,加强学生理论知识的消化和实践能力的训练。第四学年,以综合实践训练为主,学生根据各自的情况和兴趣,参加学生科研立项、各类科研竞赛活动、大学生创新实验、专业实习、毕业设计及教师的科研项目等,进一步强化实践能力培养环节,有利于学生整体综合素质的提高。同时,以问题为纲,培养学生在解决问题的同时自主发现新问题和新知识,进一步培养学生的主动思维和创新提高的科学研究素养[4]。
1.2 “本、研合一”的教学体系
本科生与研究生的培养互动是推动本科生创新能力培养的有效措施。我校智能科学与技术专业经过几年的探索和实践,形成了“本、研合一”的教学体系。“本、研合一”教学体系的设计思路是将学生在各个学习阶段的知识结构、实际应用能力和科学研究能力进行一体化设计,使学生在有限的时间里掌握尽可能多的知识,得到尽可能充分的实践与锻炼,并在一体化的教学体系设计中逐步培养学生的研究型思维、应用型和工程型能力,以及创新型精神,提升智能科学与技术专业的人才素质。
我校智能科学与技术专业借助已获批北京市和校级精品课程、探究式课程、双语课程及网络多媒体课程,包括智能信息获取技术、人工智能原理、模式识别、智能科学与技术导论、智能机器人和自然语言处理等,在三年级开设提高性的研究型课程,这种提高性教学采取本科生与研究生合班上课的形式,使一部分本科学生在本科阶段先行选修部分研究生课程,并接受高水平教师的培养。这一阶段要求教师面向研究和学习对象,将每一阶段的理论知识与实际应用系统对应设计,同时要求理论课和专业技术课都要针对研究和学习对象设计问题,留出解决问题的空间。在完成整个学习阶段后,组织学有余力的本科生与研究生联合申请科研立项(由学校条装处资助)、实验室开放基金(由学校学生处资助);有计划地将本科生按照他们的兴趣爱好,逐步吸纳到由研究生导师、研究型教师、研究生、本科生组成的科研课题组或特色研究小组,以科研项目组为单位,对学生进行系统的综合提高训练。
1.3积极开展“研、教互动”,培养具有前沿性、时代性和实用性的复合型人才
教师的科研和教改项目为学生提供了课外学习的平台和广阔的发展空间。部分学生将课程组教师的研究成果,实现了直观验证和探索归纳两种实验分析模式。另外,我们还组织部分有能力、有兴趣的学生成立课外科研兴趣小组,参加各种科研活动,4年来课程组教师指导的36个校级科研项目中有22个获得学校奖励。科研活动与教学的互动不仅提高和增强了学生学习的兴趣和动力,更激发了他们钻研与探索的精神。在本科第三年,一方面聘请国内外知名教授,为本科生开设前沿性的科研讲座;另一方面要求学生去联合实践基地、对口企业进行为期三个月的专业实习和相关实践活动,由双方共派导师形成导师组联合指导培养学生。这些项目不仅给学生从事基础研究创造了机会,也加强了专业科研对外合作,有利于专业人才培养水平的提高。
2以多渠道交流、合作及开放的方式,加强“产、学、研”结合的多元化培养模式
我校智能科学与技术专业广泛利用国内外优势教育资源开展主题鲜明、形式多样的教学科研合作,积极开拓产学研结合渠道,与企业共建科研开发中心合作,一方面提供学生进行专业实习、毕业设计、综合训练等,另一方面,还为学生提供科技创造的实践环境和为社会提供各种技术服务的平台。智能专业除了与本校的兄弟学院建立教学科研合作之外,还与澳洲悉尼科技大学、美国密西根州立大学、中科院高能所、中科院自动化所、IBM公司、北京上善中加信息技术有限公司、北京智能谷科技有限公司等几十家中外著名大学、软件公司、企业及高级研究机构建立了开发、科研与人才培养合作的机制,通过多种多样的方式在学校和校外各方进行联合,积极开拓产学研结合渠道,引进最先进的智能研发环境,培养学生掌握最新的研究成果和开发技术,成为适应国家科学研究、社会主义市场经济和信息产业发展需要的研究型、应用型、工程型的复合型人才,力争在人才竞争中保持优势。
3加强师资队伍建设
师资队伍建设一直以来都是专业建设的基本保证,我校智能专业注重建立教师深造培训、学术交流和工作分配的有效机制,进一步为教师提供丰富教学经验、了解人才需求的平台,以人尽其才的用人方式激发教师的工作积极性。近年来,我们已先后从中国科学院、北京理工大学、西安工业大学、北京科技大学等国内知名高校和科研机构引进了多名具有博士学位的教师,并结合智能专业的特点,建立了一支多学科、多专业的基础理论课教师、专业核心课教师、科研及工程技术人员组成的专兼结合的教师团队。这支以中青年为主的教师队伍长期工作在教学、科研第一线,积累了丰富的教学经验,教学效果显著,其中教授3人,副教授2人,研究生导师6人,具有博士学位的教师6人。经过多年的建设,专业已形成了一支知识结构、学缘结构和年龄结构比较合理的师资队伍,教师具有扎实的专业基础,深厚的教学功底,开阔的学术视野和较强的科研能力,其中,2人获北京市优秀青年骨干教师称号,3人多次获得学校优秀主讲教师、优秀导师和优秀毕设指导教师等称号。
在专兼结合的教师团队中,智能科学与技术专业的教师侧重培养学生扎实的理论基础和专业知识,同时注重院校内部交叉学科知识的融会贯通,联合院内信息工程专业、计算机科学专业、软件工程专业以及教育科学学院从事相关研究的学者,通过讲座与项目联合的方式,培养学生对跨学科交叉领域知识的掌握与应用。同时,积极开展与国内外著名软件公司、企业及高级研究机构的交流与协作,建立相关产业和领域一线工程技术人员到学校兼职授课的制度和机制,进一步扩充师资队伍的力量。另外,在教师队伍的建设建设中,采用以老带新和以新促长的方式,注重分工协作和交流发展,采用课程主讲教师负责制,全面负责课程的教学、实验、实习和实践;而实验教师负责实验、实习和实践教学,从而保证了队伍的连续性和优势互补性。此外,教授、副教授每学年必须为本科生开设核心课程,并要承担一定的教学实验、专业实习、指导本科学生科研立项、毕业论文指导等工作,切实保障了课程理论学习与实验、实践、研究环节的紧密跟踪与指导。
4优化课程体系
课程建设是专业建设的重要内容,课程教学的质量直接关系到人才培养的质量。智能科学与技术专业目前有北京市、校级精品课程、优秀课程、探究式课程、双语课程及多媒体网络课程7门,智能信息获取技术、人工智能原理、模式识别、智能决策支持系统、智能机器人、自然语言处理,另外还有多门课程的建设工作验收合格。智能科学与技术专业在课程体系的设置和改革方面,参考了国内外著名高等学校,包括麻省理工大学、斯坦福大学、东京大学、悉尼大学以及北京大学、南开大学、西安电子科技大学、北京邮电大学的智能科学专业的课程设置,充分考虑了我院在信息处理技术方面的特色,以及智能科学专业多年来在机器学习、模式识别、自然语言理解以及智能信息处理等方向的科研成果及研究生培养经验积累,以智能机器人、智能游戏及智能信息处理等为特色课程,以建设“理论―研究―实践”为指导思想,设置了协同递进的特色课程体系,如图2所示。通过“学习+提高+实践”的协同递进和不断深化的过程,达到系统掌握和融会贯通,并由“基础训练”提高到“专业素养”,最终上升为综合能力。在理论基础和实践训练的协同学习过程中,案例学习与项目带动的一体化方式可以激发学生的学习热情和科研兴趣,同时使学生感知理论基础知识的重要性。
图2协同递进的课程体系
5拓宽多学科领域的教学科研合作,提高人才培养质量
智能科学与技术专业自身特点决定了在人才培养方面的学科综合交叉性[5],体现了与其他领域的技术相互渗透的必要性,这种跨学科的交叉应用研究更能激发智能科学与技术专业的活力,更能充分发挥智能专业的科研潜力。拓宽领域合作是各个学科在教学改革中值得思考的问题,我校智能科学与技术专业结合本校的办学特色,与教育科学学院教师联合开展了在教育信息智能化方面的相关合作,将专业技术广泛应用于教育信息的智能处理中,从学业表情、知识驱动、网络信息监管与安全分析入手,基于情感计算、数据挖掘、Multi-agent、分布式智能检测、教育信息等技术,在情绪信息认知计算模型和信息安全监控模型方面进行广泛深入的合作研究。这种交叉领域的教研合作,有利于促进专业相关课程及其实验、实习、科研、毕业论文、学生科研活动取得良好的应用效果[6]。
6人才培养和专业建设的架构
本校智能科学与技术专业结合近年来在人才培养和教学改革中的经验和教训,缜密剖析了当前智能科学与技术专业在我国的学科地位、自身特点和未来发展,建立起了“专业基础+项目实践+社会服务”的人才培养与专业建设架构,如图3所示。
图3人才培养与专业建设架构
7结语
智能科学与技术是一个与学科领域前沿及最新发展紧密结合的多学科交叉专业,因此要结合心理学、哲学、生命科学等多学科不断优化知识结构,根据教育部、教学指导委员会和国家及北京市科技发展中长期规划纲要,突出重点领域和前沿技术优先发展的有关要求,认真研究专业定位,规范智能科学与技术专业建设的基本内容,加强基础,提高素质,优化结构,增强优势,协调发展,突出特色;顺应社会的
发展需求,面向市场的用人需求, 构建经济社会发展需要的课程体系,规范课程教学内容设置,加强精品课程建设,开设高水平课程。同时,政策倾斜、条件改善和严格管理是提高人才培养质量的保障,高校应当进一步加大投入,支持智能科学与技术专业的实验室、实习基地、图书资料、基础设施、师资优化等教学条件的建设和改善,使其具有更好的办学条件和更加先进的教学手段,满足多元复合型人才培养的需要。此外,专业建设实行专业责任制,明确专业建设目标,理清专业建设思路,切实制定和完善专业建设实施规划,加强师资队伍建设,在课程改革与建设、教材建设、实践教学基地建设、教学改革与管理等方面落实相关人员责任,落实专业建设经费,确保达到专业建设的预期目标。最后,加强专业毕业生就业服务与跟踪调查:以科学发展观为指导,以学生的全面和谐发展为中心,在统筹兼顾的前提下,重点加强专业的毕业生就业服务与指导工作,努力提高就业率,积极开展就业跟踪调查,多渠道了解信息,建立更加完善的毕业生社会评价反馈体系,加强专业毕业生的后续管理,进一步提高专业的影响力和社会声誉。
参考文献:
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The Discussion on the Undergraduate Training and Professional Building of the Specialty of
Intelligence Science and Technology
LIU Li-zhen, SHI Chang-di, LI Zhi-ping, ZHANG Cong-xia
1背景
智能科学与技术是当前科学研究和工程实践的理论与技术发展的前沿领域，智能科学与技术专业是一个多学科交叉的跨应用领域专业Ⅲ。智能科学技术的发展将把整个信息科学技术推向“智能化”的高度，这正是当代科学技术发展的大趋势，对于这方面人才的需求也越来越迫切。智能科学与技术培养掌握坚实智能科学与技术基本理论和系统专门知识，具备作为工程师或领导者及公民的良好人文修养，具有从事科学研究、工程设计、教学工作或独立担负本专业技术工作能力，深入了解国内外智能科学与技术领域新技术和发展动向，能结合与本学科有关的实际问题进行创新研究或工程设计的高级专门人才。
高校应稳妥发展与完善智能科学与技术专业的本科生教育，夯实本科教育基础并积极创造条件，大力开展创新教学，努力培养学生的创新意识、创新精神和工程实践能力，使之成为具有系统技术基础理论、专业知识和基本技能，良好科研素质和较强创造能力的智能科学与技术工程师。
2教学计划与教学管理分析
智能科学与技术属于计算机类专业，其必修课程设计原则是使学生具备计算机科学与工程的基础理论知识，尤其是大类专业招生教学的院校，通识课程主要是数学、物理文化基础，强调扎实的自然科学基础。专业教学的特色体现在专业必修和专业选修课程，专业必修课一般分为数学基础和专业课程。计算机类专业数学基础课程一般包括线性代数、微积分、离散数学、微分方程、概率与统计、数值计算等；专业课程一般包括程序设计基础、高等程序设计、数据结构、操作系统、计算机组成与结构、数字电路与逻辑设计等。
2.1学分
本科培养计划的学分中，国内外大学学分总数趋势是逐步减少，追求少而精。国内院校一般在130～190学分之间，如北京大学为150学分，清华大学为1 70学分，东南大学与浙江大学均为160学分，还有16学时为1学分的，也有18学时为1学分的。
中国台湾的大学一般在130学分左右。台湾交通大学最低毕业学分为128学分，其中必修课程须达76学分（共同必修58学分+资工组核心须达分+（资工组副核心课程学分+另2组核心课程学分）），专业选修本系课程须达12学分，其他选修课程须达12学分，通识课程须达28学分（含外语课程必修8学分）。台湾“中央大学”为136学分，台湾“清华大学”为136学分，其中必修和必选学分126，其他与导师商量决定。
美国的大学各校差异较大。美国的学分计算有4学期制、两长一短制及两学期制，其中加州大学伯克利分校为120学分，麻省理工大学为90学分，加州大学洛杉矶分校为186学分，斯坦福大学为180学分。
2.2教学管理
在教学管理上，斯坦福大学给学生提供了非常宽松的自由发展空间。新生入校后不分专业、不分学院。除了医学院和法学院学生需要经过一定的选拔程序外，本科生可以在入学后的前一个学期适当时候随意选择专业，并且选择专业后允许更改，只要毕业时满足专业培养方案即可。
国内的浙江大学是较早实行按大类招生的学校之一，分为大类培养、专业培养和特殊培养3类，前两年不分专业，按学科分类集中培养。
台湾的大学专业也是按大类完成前期的基础课程，再分小专业完成各学程，包括基础课、核心课和进阶课。
教学分组是现在的主流课程架构，也是体现专业方向的主要形式，分组课程是体现专业特色的课程组。国内清华大学采用的是分组教学；台湾的大学基本上采用的是以教学方向分组的方式，台湾的大学教学分为课程与修业、学分学程。
2.3实验与实践教学
计算机类专业各大院校都强调课程实验与实验教学，而目前课程该如何进行教学？这不仅是实验问题，如何以工程教育专业论证为目标，怎样使教学目标达到毕业要求是关键。做中学是主流实验教学方式，尤其是美国的大学，大作业体现的是实验与理论教学的结合，是考查学生是否理解理论知识的重要途径。学生不仅能够学习扎实的数学和计算机专业知识，还进行大量的实践创新训练。麻省理工大学、加州大学伯克利分校、加州大学洛杉矶分校、斯坦福大学都属于实践创新性教学模式。例如，斯坦福大学程序设计范式课程重点比较C、C++、Java的特点和难点，每1～2周有一次大作业，针对不同的任务，要求学生用不同的语言实现，使学生加深理解各类编程语言的应用场合；麻省理工大学的课程计划是必须先修12学分的实验课程，再修3门或4门核心课程，最后选择3门方向学科和1门关于该方向的实验课、2门专业拓展课。
3智能科学与技术课程体系分析
智能科学与技术课程体系在智能基础理论研究的基础上，需要安排基础性、通用性、关键性的智能技术研究，主要包括感知技术和信息融合技术；自然语言处理与理解技术；知识处理（认识）技术，包括知识提炼、知识分类、知识表示技术等；机器学习技术，特别是统计与规则相结合的学习技术；决策技术，即知识演绎技术特别是不确定推理技术等；策略执行技术，即控制与调节技术；智能机器人技术，特别是面向专门领域的智能机器人技术；智能机器人之间的合作技术；基于自然语言理解的智能人机交互与合作技术；智能信息网络技术。
国内最早创办智能科学与技术专业的学校包括北京大学，西安电子科技大学是第2批开始培养智能专业学生的院校。北京大学的本科教学计划中，专业必修课程（2分）包括：①专业数学/理论基础（15学分）：算法分析与设计、集合论与图论、概率统计A、代数结构与组合数学、数理逻辑；②硬件与系统基础（分）：数字逻辑设计、微机原理和信号与系统；③智能基础（5学分）：脑与认知科学与人工智能基础。专业限选课程（15学分）包括信息论基础、计算方法B、数字逻辑设计实验、微机实验、数据结构与算法实习、机器感知和智能处理实验、智能多媒体信息系统实验。选修组合课程（29～32学分）：学生按照自己的兴趣，参考智能的2个专业方向推荐专业课组合，自行选择，至少选修20学分的智能专业课程。公共核心+专业方向+新技术及其他：①公共核心课程（分）：智能科学技术导论、模式识别基础、生物信息处理、智能信息处理；②专业方向课程（11～15学分）：机器感知与智能机器人方向、智能信息处理与机器学习方向、新技术及其他。
西安电子科技大学智能专业主要课程包括电路分析理论、信号与系统、数字信号处理、数字电路及逻辑设计、模拟电子技术基础、微机原理与系统设计、数据结构、软件工程、人工智能概论、算法设计与分析、最优化理论与方法、机器学习、计算智能导论、模式识别、图像理解与计算机视觉、智能传感技术、移动通信与智能技术、智能控制导论、智能数据挖掘、网络信息检索、智能系统平台专业实验等课程及30多门选修课程。
建议各学校可以根据学院教学特色与实际需求，设计专业核心课程。北京大学偏重“信息处理”，湖南大学偏重“智能系统”，但需要强调的一个前提就是智能科学与技术专业属于大计算机类，更需要大EECS专业的基础。编程、电路、数学、数据结构、计算机系统这五大核心基础就是大EECS；其次是专业，计算机以系统结构、操作系统、网络、编译、数据库五大经典专业核心课为主，湖南大学的智能科学与技术专业强调系统，因此信号与系统、操作系统、嵌入式系统、人工智能是最基本的专业核心课，然后再分不同的分支。湖南大学智能科学与技术专业核心课程包括人工智能概论、机器学习、计算智能导论、模式识别、智能控制导论、智能数据挖掘、机器人学等；研究学位课程包括模式识别、人工智能等，主要体现为智能科学与技术基础（人工智能概论、机器学习、计算智能导论、模式识别）、核心（智能控制导论、智能数据挖掘）和应用（机器人学）。
4结语
（1）在课程计划实施过程中，教师需要遵循课程的时序图，即描述课程的进阶关系，从本科直到研究生，同时还可以实行一定的修课限制，如台湾交通大学计算机概论与程式设计和面向对象程式设计两科皆不及格者不得修数据结构与算法概论，若数据结构不及格不能修算法设计课程等。
（2）程序设计类课程用上机程序能力考试来设置合格条件，如台湾交通大学基础程式设计及格条件为通过“程式能力鉴定”，湖南大学则以CCF―CSP软件能力测试作为程序设计课程通过的考核标准。
（3）鼓励学生参与项目、竞赛等课外科技活动，如台湾“清华大学”的综合论文训练是由具有同等水平的项目训练成果或SRT（student research training）计划项目以及其他课外科技活动成果经认定后代替的。
继2004年北京大学率先在国内建立“智能科学与技术”本科专业之后,2005年,北京邮电大学、南开大学和西安电子科技大学;2006年,首都师范大学、北京信息科技大学、武汉工程大学和西安邮电学院;2007年,北京科技大学、厦门大学和湖南大学;2008年,河北工业大学和桂林电子科技大学;2009年,重庆邮电大学和大连海事大学;2010年,中南大学和上海理工大学先后经教育部批准先后设立了“智能科学与技术”本科专业[1-2]。在中国人工智能学会教育工作委员会的指导下,自2002年起,各相关专业教师定期召开智能科学与技术教育学术研讨会,并出版教育论文专辑,大力推进了我国智能科学与技术教育的健康、快速发展,并对我国智能科学技术的人才培养和学科建设起到了极大的带动作用。
作为一个发展中的新兴专业,目前各高校仍主要结合自身基础和特点建设该专业。如南开大学以智能技术与智能工程为核心专业课程[3];北京科技大学从社会需求角度出发,以提高学生软件实践能力为切入点[4];河北工业大学根据相关专业的就业现状,以提高学生硬件实践能力为着力点[5]。为了解决南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校共同面临的课程体系和教材建设等问题,三校教师分别于2010年6月16日和8月2日在南开大学、河北工业大学进行了两次研讨,现将研讨成果汇总于此。
1研讨背景
“智能科学与技术”专业自开办以来,不可避免地要回答如下3个方面的问题:
1) 来自用人单位的问题:“智能科学与技术”专业是做什么的?与其他专业相比优势何在?
2) 来自学生及家长的问题:“智能科学与技术”专业是学什么的?与其他专业相比优势何在?
3) 来自教师自身的问题:“智能科学与技术”专业应该教什么?与其他专业相比优势何在?
无论是做什么、学什么还是教什么,归根到底是课程体系和教材内容。无论是研究生课程下移(带来学生接受知识的困难),还是在其他专业教学体系基础上做简单的增、删、改(带来学生知识结构的凌乱),都是不行的,长此以往的后果将是没有优势,只有劣势。
南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的“智能科学与技术”专业建设都源于自动化专业基础,而且都具有典型的工科特色;同时3所高校分别是教育部直属“985”高校、教育部直属国家“优势学科创新平台”建设项目试点高校和河北省属“211”高校,3所高校的“智能科学与技术”专业分别于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科学与技术”专业建设上的异同特点以及地域便利的条件,为优势互补、交流融合提供了机遇。
2课程体系
根据研究任务的不同,智能科学技术涵盖的内容可以划分为智能科学、智能技术、智能工程三个层次[6]。
1) 智能科学:主要任务是研究人的智慧,建立人机结合系统理论,并用其模拟人的智慧。
2) 智能技术:在智能科学的框架内创建人机结合智能系统所需要的方法、工具和技术。
3) 智能工程:利用智能科学的理念和思想,充分运用智能技术工具创建各种应用系统。它是当前新技术、新产品、新产业的重要发展方向、开发策略和显著标志。
根据上述智能科学技术的划分,智能科学与技术专业的课程体系同样划分为理论、技术与工程应用3个层次,具体框架如图1所示。
需要说明的是,由于课时、学时等因素的限制,有些课程需要包含未列入课程的部分内容。如智能科学与技术概论课程内含系统论的简要介绍;智能控制系统包含可编程序控制器、智能传感器、智能执行器等内容;智能工程包含若干典型智能系统实例。
3教材建设
经南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的讨论,一致认为工科专业应以技术和工程应用两个层次为核心,并将人工智能导论和智能信息处理两门课程的教材合并为智能技术。同时,根据南开大学侧重理论、北京科技大学侧重软件、河北工业大学侧重硬件的原则进行分工,编写对应课程的教学大纲和教材内容。
3.1智能技术
本课程包括智能计算和计算机视觉两部分,分别介绍以对人脑的物理结构进行模拟为主要特征的联接主义智能技术和以模拟人类视觉处理为主要特征的计算机视觉两部分。它是智能技术的主干内容;也是实现智能技术、组成智能系统的重要工具,属于本专业本科生的专业基础课。通过智能技术的学习,学生应能够掌握智能技术的基本原理和方法。通过课堂讲解、,并配合一定的作业练习、上机实验等环节,学生应初步具备运用智能技术和方法分析和解决问题的能力。本课程拟定90学时,其中授课54学时,实验36学时。
教材内容包括智能计算和计算机视觉两部分,智能计算部分包括神经网络、模糊理论和遗传算法/蚁群算法,计算机视觉包括计算机视觉导论、计算机视觉理论基础、图像预处理、图像分割、物体识别、图像理解、双目立体视觉、三维视觉技术、主动视觉。
神经网络讲授单个神经元(感知器)的动作原理,与实际生物神经元的对应关系;讲授BP神经网络的组成,网络的特性和对非线性函数的模拟功能;介绍BP算法的优、缺点;讲授H网络的组成结构,H网络在解决优化问题的优越性。模糊理论讲授模糊集合的概念,建立隶属度函数的概念;介绍模糊规则的建立原则,模糊规则与模糊系统收入输出量之间的关系;介绍模糊化以及模糊量精确化的几种常用方法。遗传算法和蚁群算法只作简要介绍,重点介绍这两种算法的特点和成功的应用实例,使学习者有一个感性认识,明确这种类型算法的“迭代”特点以及总体最优目标与个体行为之间的联系。
计算机视觉理论基础主要介绍Marr的视觉计算理论、图像的相关知识、傅立叶变换基础;图像预处理主要介绍像素亮度变换、几何变换、直方图修正、局部预处理、图像复原;图像分割主要介绍阈值处理方法、基于边界的分割方法、基于区域的分割方法;形状表示与描述主要介绍链码、使用片断序列描述边界、尺度空间方法、基于区域的形状表示与描述;物体识别主要介绍知识的表示、统计模式识别、神经元网络、遗传算法、模拟退火、模糊系统;图像理解主要介绍并行和串行处理控制、分层控制、非分层控制;双目立体视觉主要介绍双目立体视觉原理、精度分析、系统结构、立体成像、立体匹配、系统标定;三维视觉技术主要介绍结构光三维视觉原理、光模式投射系统、标定方法、光度立体视觉、由纹理恢复形状、激光测距法;主动视觉主要介绍从阴影恢复形状、从运动恢复结构、主动跟踪。
3.2智能控制理论与技术
本课程是“智能科学与技术”专业的一门重要专业课程,目的是使学生了解智能科学与控制理论结合所产生之智能控制理论的基本概念和应用价值;使学生熟知当前主流智能控制技术的种类,并掌握模糊控制、神经网络控制以及进化计算、群体智能的基础知识,了解智能技术与传统控制方法的结合点;加强MATLAB仿真实验的训练,以使学生更好地理解基础知识,培养学生使用高级智能控制方法解决实际控制问题的能力。本课程的学习将使学生加深对控制理论的理解,明晰智能技术在控制中的应用技巧,也为本科生继续深造打下基础。本课程拟定64学时,其中授课54学时,实验10学时。
教材内容包括智能控制概论,介绍智能控制的发展历程和应用领域,简介几种重要的智能控制方法;专家控制,简介专家系统的基本结构,讲授专家PID控制器的原理与设计方法;模糊控制,讲授模糊数学基础知识、传统的模糊控制原理和控制器设计与实现方法、模糊PID控制的两种形式,特别是PID控制参数的模糊整定技术;神经网络控制,讲授前馈神经网络和递归神经网络中几种典型的网络模型以及学习算法、基于神经网络的线性系统辨识技术、神经网络逆模控制等;进化计算与控制,讲授进化计算的概念、遗传算法的原理及其与其他智能方法的结合,介绍遗传机器人学;群体智能与控制,讲授蚁群算法的基本原理及其在控制问题中的应用,介绍群体机器人学。
3.3单片机原理与应用
本课程是“智能科学与技术”专业的一门专业课程,目的是使学生了解单片机的组成原理及常用控制算法的实现;掌握51系列单片机指令系统和一般汇编程序设计编写方法;熟悉常用的单片机硬件扩展技术;在此基础上,熟练掌握控制算法的单片机程序编写与调试。本课程拟定54学时,其中授课38学时,实验16学时。
教材内容包括单片机系统概述,介绍单片机定义、单片机发展过程及单片机硬件结构;单片机指令系统及程序设计,介绍指令系统和汇编语言程序设计;硬件资源及接口技术,介绍硬件资源和接口技术;单片机使用技术,介绍抗干扰技术、C语言应用程序设计;依次介绍PID控制器、状态反馈控制器、模糊控制器、系统辨识、卡尔曼滤波、滑模控制器、最优控制器、鲁棒控制器、自适应控制器、神经网络控制器的历史沿革、基本原理、常用形式和单片机具体实现方法。
3.4嵌入式系统
本课程以当前主流的嵌入式系统技术为背景,以嵌入式系统原理为基础,以嵌入式系统开发体系为骨架,以嵌入式控制系统开发为目标,较为全面地介绍嵌入式系统的基本概念、软硬件的基本体系结构、软硬件开发方法、相关开发工具、应用领域、热门领域的开发实例以及当前的一些前沿动态,为学生展示较为完整的嵌入式控制系统领域概况。本课程拟定64学时,其中授课48学时,实验16学时。
教材依据嵌入式控制系统的特征,将控制算法、嵌入式系统硬件、操作系统、应用程序设计及组态软件作为统一的技术平台介绍,突出嵌入式技术在控制系统中应用的特点,重点介绍嵌入式控制系统软硬件、电路、操作系统、实时性、可靠性等特性,从软件体系结构及开发的角度出发,强调实时调度、Bootloader、BSP、嵌入式实时多任务系统设计、交叉开发与仿真开发等关键技术,并特别引入了工业控制中需要的电磁兼容性设计和大量的典型嵌入式控制系统实例设计。通过本课程的学习,学生不但可以学会使用工具开发嵌入式软硬件,而且可以从总体角度选择适当的技术和方法,全面规划和设计嵌入式系统。
3.5智能工程
本课程是“智能科学与技术”专业的一门核心专业课程。面向智能技术的实际应用,着眼于解决工程应用中的技术问题,从典型系统设计案例分析出发,通过大量实验提高学生的工程实践能力。本课程拟定36学时,全部为授课学时。
教材内容包括智能工程概论,介绍智能工程现状、工程设计原则和工程实际流程;常用传感器原理,介绍传感器一般特性、光电式传感器和视觉传感器;典型智能系统设计案例,包括智能移动机器人、智能电梯群控电梯等系统。
3.6智能机器人
课程通过对一个具有代表性的仿人机器人的拆解,将知识点拆解成6个主要教学模块:1)机器人控制模块,介绍各类控制模块的原理与组成;2)机器人运动系统,介绍电机与舵机的原理与控制方法;3)机器人动作系统,介绍机器人各部件的协调控制;4)机器人视觉系统,介绍典型的超声波、影像传感器的原理与识别算法;5)机器人表现系统原理,介绍人与机器人的交互原理;6)机器人通信系统原理,介绍机器人之间的数据与信息传递方法。学生学习时,能够与基础知识相联系,并能掌握机器人这门技术,为从事机器人产品研发工作打下坚实的基础。本课程拟定54学时,其中授课44学时,实验10学时。
教材面向“智能科学与技术”专业,同时兼顾信息类专业学生编写,根据这类专业学生的知识结构和特点组织内容。从具体的机器人控制需求出发,将自动控制的基本理论和机器人控制特点相结合,讲授机器人控制系统的组成、规律、特点和设计方法。理论上反映当前的最新进展,内容上考虑初学者的需求,侧重普及性、实用性和新颖性,结构体系符合信息类和控制类专业学生的特点,力求简洁、清楚,对技术的叙述遵循目标、问题、理论依据、实现方法、实际情况、发展方向的方式。做到重点突出,符合实际,满足需要,指导性强。
3.7智能控制系统
本课程是“智能科学与技术”专业的一门专业课程,使学生了解智能控制系统的基础知识;掌握智能控制系统中最新的智能传感技术、智能控制器、智能执行能执行器及智能网络与接口技术;掌握智能控制系统中多个关键硬件装置的识别及其使用。通过学习多个智能控制系统的开发实例,学生应掌握智能控制系统的设计方法与技术,坚实地掌握最新智能控制系统知识,提高理论联系实际的能力,并为学习其他课程的打下坚实基础。本课程拟定64学时,其中授课48学时,实验16学时。
教材内容包括概述,介绍智能控制系统的基本概念、基本内容和机构及其发展趋势;智能传感系统,讲授智能数据采集技术、传感器智能化的数据处理方法、多传感器信息融合的方法、智能传感器实现方法与典型实例;智能控制器设计,讲授基于单片机的智能控制器设计及其应用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器设计及其应用、基于PLC的智能控制器设计及其应用;智能电动执行器,讲授智能电动执行器的硬件实现技术,软件设计技术以及典型的智能电动执行器实例及其应用;智能网络与接口技术,讲授无线传感器智能网络,工业现场总线网络以及智能传感器、智能控制器和智能执行器的网络接口实现技术;智能控制系统设计实例,综合利用前面的知识设计网络化智能压力传感器的系统设计、基于声音定位的智能机器人系统设计、基于微机电惯性传感器的汽车多路况智能防撞系统的设计、大型设备的PLC智能控制系统设计。
4结语
通过南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的研讨,我们凝练出较完整的“智能科学与技术”专业课程体系,体现出本专业的特色;提出可供3所高校共同使用的教学大纲和教材内容,体现出学生培养的工程实践导向。这些研究成果可以为开办“智能科学与技术”专业的兄弟院校进一步研讨提供蓝本,也可以为筹建该专业的高校所参考。
注:本文受到北京科技大学教学研究会第六批教学研究课题、北京科技大学教育教学研究基金青年教师教育教学研究立项项目、河北工业大学教改项目(2010-12)支持。
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A Study on the Course System and Textbook Construction for the Discipline of
Intelligence Science and Technology
YANG Peng1, ZHANG Jian-xun2, LIU Ji-wei3, ZHANG Lei1
(1. Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China; 2.Nankai University, Tianjin 300071, China;
1智能专业本科毕业论文（设计）改革背景
智能专业是一个新兴专业，在学科建设上各高校百花齐放、各有特色，但目前国内高校的智能专业本科教学普遍存在以下突出问题㈣。
（1）专业课程过于庞杂。专业课程设置重叠较大，本来的出发点是扩大学生的知识面，但由于学时有限，过多的课程反而影响了专业特色。
（2）培养模式落后。缺乏学科交叉，且“教师一学生”的单一教学模式不利于培养学生的团队意识和协作能力。
（3）专业培养缺乏目标导向与社会定位。学生缺乏对智能学科的系统化理解，很难培养其认识问题和解决问题的能力。
因此，沿用传统的毕业论文（设计）管理模式和时间分配方案，以通常的论文撰写和答辩为基本考评方式，效果并不理想。
2智能专业本科毕业论文（设计）的指导思想
高等学校本科毕业论文（设计）是本科教育成果的收官之作，对学生进入社会或继续深造都有重要的过渡作用，需特别重视。通过面向能力培养的本科毕业设计教学改革，智能专业本科毕业设计的指导思想在遵循《南开大学本科生毕业设计手册》的基础上，主要强调以下3个方面。
（1）学生应结合课程学习情况、今后拟就业方向、个人兴趣、继续深造方向等选择适合自己的导师和毕业设计题目，而非功种性地选择难度低、给分高、容易过的题目。在毕业设计过程中，学生应发挥主观能动性，将涉及的核心课程知识点再做温习，与指导教师积极沟通，与团队成员经常讨论。
（2）教师在指导学生选题方面应注重与前沿技术的相关度，可将在研项目、子课题、甚至技术点中的一些工作作为本科生毕业设计题目，鼓励教师多出题目。教师在指导学生过程中应给予参考文献、参考书目建议，并根据项目情况提供之前的项目文档，同时注意培养学生撰写项目文档的能力。
（3）论文撰写符合南开大学本科毕业设计内容、格式规范，做好论文答辩的各项准备。
为了全面贯彻智能专业本科毕业设计的指导思想，使毕业设计工作顺利推进，智能专业本科毕业设计正式开展前要经过两个层次的动员工作，一方面由学院教学领导班子动员毕业设计导师，另一方面，学院组织学生集中召开毕业设计动员大会。
3智能专业本科毕业论文（设计）内容和过程
3.1毕业论文（设计）前导课程
为了使毕业论文（设计）实现更好的效果，学校首先在毕业论文选题前一学年就开设综合课程设计课程，该课程可以分为春、秋两个学期（即第五、六学期），分别为综合课程设计2-1和综合课程设计2-2。由教师根据自己的科研项目或教授课程给出1～3个题目，将智能学科核心课程（如智能工程、机器视觉、现代控制论、过程控制、电路基础、计算机基础等）之间的关联性通过恰当的选题体现出来。学生在自由选择一个题目后，像研究生一样进入实验室，跟随导师完成题目，并做定期进度汇报。
该课程近两年开始实施，效果比较显著，主要体现在两个方面。一是合理弥补了本科生毕业设计时间不足的问题，真正的毕业设计过程在大四学期才刚刚开始，而该阶段的学生一般忙于找工作、考研、出国等事务，很难集中全部精力和在校时间投入毕业设计中。尤其工科类的题目需要经过实际调试和设计才能完成，很多学生由于时间所限草草应付。前导课程设置在大三学年，学生就有充沛的时间，有较稳定的学习状态和心理状态。二是使学生提前进入科研环境，熟悉基本的科研条件和论文写作技能，对知识结构做进一步的整理和温习，并对自己的能力有一个初步认识，也能较早发现自己的兴趣点，在后期真正开展毕业设计时选题更准确、进入研究状态更快、论文（设计）质量更好。
3.2时间要求
本科毕业论文（设计）工作时间不得少于12周，不设上限，充足的工作时间是保证质量的重要前提。学校安排学生在大四上学期进行毕业论文（设计）的动员、选题、导师确定、文献查阅等工作；在大四下学期集中完成毕业论文（设计）的实验（调研）、撰写、答辩等环节。大三学年（上下两个学期）开设毕业设计前导课程，客观上也为毕业设计增加了更多时间。
3.3选题要求
（1）以培养智能专业优秀毕业生为目标，充分体现专业特点。同时，鼓励学生选择以本专业为主的交叉学科课题，如近两年有不少学生将机器视觉、图像处理等技术与生物、法语、环境等学科的实际问题结合，做出了有应用价值的毕业设计。
（2）学生应根据自身情况考虑选题，不要随意或者盲目。前文提到的毕业设计前导课程为学生达到此要求提供了帮助。
（3）论文选题应有一定的理论价值或实践价值，本科毕业设计应有1～2个创新点。
（4）学生可选择指导教师提供的题目，也可自拟题目。学院采取开题报告的形式审核全体学生的选题，并填写《智能专业开题报告审查表》，经导师、院主管本科教学副院长签字备案。如题目更改，学生需填写《智能专业本科毕业题目变更审查表》，同样经签字后备案。其中，学院会选拔5～10名学生面向整个专业的师生举行示范性开题报告。
（5）学生选题原则上要求每人1题。但由于智能专业很多题目需团队协作完成，因此规定若2人（或2人以上）合作课题，毕业论文（设计）必须分开撰写，在毕业论文（设计）中要重点阐述本人独立完成的部分，并明确说明本人在课题研究中完成的内容对整个课题的贡献。
3.4资料查阅、实验设计及数据整理
智能专业本科生如同其他工科学生一样，往往直接着手解决具体问题，而忽略了问题背后的理论意义。因此，学生应进行一定量的文献阅读工作，在开展毕业设计前广泛收集资料，以便了解目前该领域国内外研究现状并做好记录。同时，要求学生将课题的研究背景、资料查阅情况、文献阅读心得进行归纳总结，并在初期进行一次详尽汇报。导师对该汇报评价满意后，学生继续进行实验设计和后继答辩工作，若不符合要求则需重新汇报直到符合要求为止。我们要让学生懂得：只有通过丰富翔实的前期调研，才能了解理论界对自己拟研究问题的研究状况，避免低水平重复性工作，也防止侵犯他人知识产权，这对学生今后的研究工作有着重要的意义。
3.5编写提纲和撰写毕业论文（设计）
根据智能专业特点，撰写论文的时间为4周，在撰写前应与指导教师讨论三级目录。学生应主动找导师指导毕业论文（设计），每周至少一次，总次数不少于10次。这里特别强调，如学生没有按要求完成之前的环节，而直接提交论文，则不准许答辩，亦不能获得相应学分。
3.6毕业论文（设计）指导与检查
指导教师应按学校要求对学生进行定期指导，同时对学生毕业论文（设计）的完成进度、质量、出勤等情况进行检查，及时解决检查中发现的问题，如实填写《智能专业毕业论文（设计）开题报告审查表》《智能专业毕业论文（设计）中期检查表》《智能专业毕业论文（设计）进度检查表》等表格。
3.7利用网络系统完成全过程质量控制
摘要：基于CDIO工程教育理念，结合大连东软信息学院推行的TOPCARES-CDIO人才培养目标体系和电子工程系智能科学与技术专业特点，提出构建培养学生创新、沟通、工程推理与解决实际问题等能力的专业人才培养方案。
关键词 ：CDIO；专业人才培养；智能科学与技术；项目导学
基金项目：2012年度辽宁省普通高等学校本科工程人才培养模式改革试点专业项目(G2201249)。
第一作者简介：周国顺，男，教授，研究方向为嵌入式系统，zhouguoshun@neusoft．edu．cn。
0 引 言
专业人才培养方案是专业建设的根本性文件，主要由专业基本信息、学制与学位、专业人才培养目标、课程体系、培养计划安排及学时学分要求等内容组成。为了能够适应当前国民经济发展的需要，高校有必要对相关学科的专业培养方案进行改革。专业培养方案应该适当加强对工科学生创新设计与实践能力培养的要求，广泛调研专业相关企事业用人单位的岗位需求，适当增加符合专业发展趋势的专业拓展、前沿课程。大连东软信息学院电子工程系智能科学与技术专业依靠具有丰富的智能产品研发、工程设计、工程实施经验的师资队伍和CDIO工程环境，对本专业人才培养方案进行了基于TOPCARES-CDIO的教育教学改革，取得了良好的效果。
1 工程教育改革的意义
CDIO工程教育改革的目的是培养学生具有在工程、产品开发团队中构思一设计一实施一运行复杂、高附加值产品或过程与系统的能力，通过大学本科的教育与实践，成为一名具有基本工程创新及设计能力、整装待发的工程师。为此，教师必须改变传统工程教育重理论、轻实践、理论与实践脱节的教学方式，补充对工程教育至关重要的个人素养、团队合作与系统构建能力培养的教学内容。
传统的教与学是建立在布鲁纳的“认知一发现说”、奥苏伯尔的“有意义言语学习理论”和加涅的“认知学习理论”基础上的。大多数高校教师为了让学生掌握深厚的工程推理能力，基本上采用奥苏伯尔的“有意义言语学习理论”进行教学。该理论提倡课堂的讲授式教学，学生在学习过程中基本是被动地接受学习口。多数学生虽然会关注理论知识在实践中运用的问题，但是也常常只为应付考试而去记忆工程理论。考试结束，学过的知识、理论也就不用了，甚至忘记了。
2009年，大连东软信息学院提出创办独具特色的、培养应用型人才的国内一流应用型大学的目标，借鉴美国MIT、瑞典皇家理工大学、瑞典查尔莫斯工业大学、瑞典林雪平大学组成的工程教育改革研究团队倡导的CDIO（Conceive-构思、Design-设计、Implement-实现、Operate-运行）教育教学理念，提出TOPCARES-CDIO人才培养目标体系。TOPCARES分别代表CDIO的8大一级能力指标的首字母，即Technical knowledge and reasoning, Open thinking and innovation, Personal and professional skills,Communication and teamwork, Attitude and manner, Responsibility, Ethicalvalues, Social contribution by application practice。
基于CDIO的教学模式提倡主动学习和经验学习。主动学习是让学生在参与学习活动时发现问题、思考与解决问题。教师收集学生提出的在课程学习中的问题，集中回答；同时教师也提出问题，促使学生主动学习、思考问题并寻求解决方法。经验学习是让学生在模拟工程师和工程实践的环境下进行学习，包括基于项目的学习、仿真、案例分析与设计实现。
评估与评价是衡量学生对规定学习内容完成程度的判断。传统的教学评价基本上是以笔试成绩为标准的，很难评价学生的工程、产品及过程构建能力。CDIO教学模式下的评估以学习为中心，贯穿整个教学过程始终。评估方法主要有笔试和口试、平时表现、项目成果演示、书面报告等。教师可根据一系列考核成绩，对教学大纲及教学方法进行持续的改进和完善，这就构成一个工程教学的闭环控制系统。
2 智能科学与技术专业人才培养方案改革
教师应遵循高等教育教学规律，贯彻落实“国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）”精神，以TOPCARES-CDIO教育理念和方法为指导，以培养高素质应用型高级专门人才为目标，以当前“万众创新、大众创业”理念为契机，努力为学生构建合理的知识、能力、素质结构，结合智能行业的新理论、新技术、新工具、新产品更新课程体系与教学内容，强化创新精神和工程实践能力培养，促进学生的全面发展。
2.1 以知识、能力、素质培养为核心，以项目为导向，构建一体化专业人才培养方案
1)以社会和行业需求为背景，准确定位专业人才培养目标。
教师应深入开展专业调研工作，基于TOPCATES-CDIO人才培养目标体系框架，综合分析应用型人才的通用标准、行业标准、学校标准和专业标准，构建和确定本专业人才培养的目标和能力培养的具体要求，培养掌握智能信息处理与识别、自动控制方法等方面基础知识，具备信息处理系统软硬件平台开发、自动控制系统设计、人工智能系统开发等基本能力，具有开放式思维与创新能力和较强个人职业能力与团队合作能力，树立正确价值观、态度端正、习惯良好、有责任感的，能在智能医疗设备、多媒体信息处理、工业机械控制、机器人、人工智能等智能科学与技术学科相关的专业领域从事智能产品开发、系统测试、技术支持等工作的应用型高级专门人才。
在专业教育阶段，教师可跟踪专业和产业新理论、新技术、新工具、新产品的要求，通过开设专业特色课和专业拓展课，将创新、创业融入专业教育，培养学生的相应知识和技能。专业课程分类见表1。
2)以项目为导向，构建一体化的课程体系。
学生在学完所有学科课程后，要完成一个贯穿整个课程体系知识及能力的压顶石项目。为达到专业培养目标和完成压顶石项目，学生必须具有三大核心应用能力：智能传感与检测技术能力，智能机器人传动、驱动技术能力和智能机器人系统技术能力。专业核心能力对压顶石项目的支撑关系如图1所示。
依据专业人才培养目标，教师应以专业核心应用能力培养为主线，面向行业、服务产业、突出应用，以项目训练为导向，系统构建课程与项目相结合，知识、能力、素质同步培养的一体化课程体系，形成课程培养目标、项目培养目标与专业培养目标的相互对应和支撑。专业课程体系如图2所示。
3)以能力培养为本，构建一体化的实践教学体系。
智能科学与技术专业依据专业能力培养目标，以能力为本，以项目为载体，采用“学中做”和“做中学”的方法，统筹安排基础实践、专业实践、创新训练与实践、创业训练与实践、综合实训与实践、毕业设计（论文）与企业实践等循序渐进的实践教学环节，使实践训练内容逐级递进、逐步深化，将实践学期实训内容与理论学期的教学内容紧密衔接，形成理论与实践相结合、课内与课外相结合、学校与企业相结合，贯穿本科教育全程的一体化实践教学体系。专业培养方案中采用自顶而下的方式设计各级项目。一级项目（压顶石项目）的设计直接针对专业培养目标，二级和三级项目是一级项目培养能力的分解。专业课程体系中的实践项目设计如图3所示。图中每一鱼骨分支上支撑同一个二级项目的一组课程为课程群，课程三级项目进行适当的延伸与扩展将对应二级项目的一部分。专业项目设置见表2。教师可通过从课程的三级项目实践开始，到实践学期的有一定综合能力的二级项目锻炼，再最后进行一级压顶石项目实训，消除学生对智能系统设计的恐惧感，令学生从容应对工程项目的挑战。
4)创新素质教育，提升学生的综合能力。
教师需将素质教育项目纳入专业人才培养方案，明确学分要求、内容安排、组织方式及考核评价标准。构建与专业教育相呼应的集校、系两级项目和专业团队项目为一体的素质教育项目体系，加强学生职业素质、书面表达能力、沟通交流能力、团队协作能力、实践能力的培养，全面提升学生的综合能力。
2.2 “实用化、个性化、国际化”人才培养特色
1)优化专业结构，凝练实用化专业特色。
智能科学与技术专业依据办学定位、培养目标、服务面向和行业需求，认真梳理和凝练专业特色，提高专业建设质量和水平。
本专业开设了有别于其他高校智能科学与技术专业的特色课程，如智能传感与检测技术、智能机器人、智能终端应用开发等。通过学习这些课程，学生能够掌握智能科学行业前沿的技术与能力，在就业市场上处于有利位置；以强化职业岗位技能训练、提高工程实践能力为目标，依托业界先进的机器人实验室设计课程体系，使毕业生具有智能科学领域由硬件到软件的设计能力和实际开发经验。
2)优化课程体系结构，科学设置专业课程。
本专业立足教育教学的全过程，处理好基础与专业、必修与选修、课内与课外、理论与实践、专业教育与素质教育的关系，按照整体优化、加强能力、提高素质的思路精心设计教学实践环节；通过设立全校公共选修课平台扩大选修课范围，按照学科门类细化公共选修课类别，提高选修课学分学时比例，增强学生选课自由度和灵活性。
3)以人为本，因材施教，满足学生多元化需求。
教师需根据学生的学习基础和个性化需求，实施分类教学、分级教学、分层次教学、分方向培养；通过弹性学制、选课制、主辅修制、重修制、学业导师制、学分替换、实践奖励学分等方式，把共性与个性、统一性与差异性、规范性与灵活性有机结合，突出“实用化、个性化、国际化”的人才培养特色。
2.3 以产学融合为途径，创新人才培养模式
1)校企合作建设课程资源。
高校应加强与相关企业的深度合作，通过承接企业项目，将实际案例和项目引入课程，对学生进行实际项目开发、项目规范流程和创新能力培养；根据行业和职业岗位需求，有针对性地将企业认证课程纳入课程体系；通过与企业共建校内外实习、实践基地，建设真实或仿真实践环境，将企业实习、实训、顶岗等实践环节列入培养方案，并根据行业和企业的实际需要，有计划地开展定制式的人才培养。
2)校企融合实施卓越计划。
学校应充分发挥源于企业的办学体制、产学融合的育人机制；在已实施的3+1模式、CO-OP计划（校企合作）、项目工作室模式的基础上，进一步深化人才培养模式改革；按照卓越工程师人才培养的改革思路，对人才培养方案的校内培养与企业培养进行一体化设计与实施的探索，逐步形成具有“TOPCARES-CDIO”特色的IT应用型卓越工程师培养模式。
3 结语
智能科学与技术专业实施CDIO人才培养模式改革以来，学生的工程实践能力、团队合作能力和创新能力普遍有所提升，近年来在国家、省、市各级学科竞赛中捷报频传，而且CO-OP实习学生也受到了用人单位的好评。基于CDIO工程教育模式，系统实施以知识、能力、素质培养为核心，以项目为导向的一体化人才培养方案及产学融合的创新人才培养方式，既能保证学生获得先进的智能科学与技术专业知识与技能，又能系统地培养学生的创新能力和职业素养，对于智能科学与技术专业培养出适应社会需求的应用型创新人才具有重大实践意义。通过以上智能科学与技术专业培养方案的改革与实践，大连东软信息学院电子工程系智能科学与技术专业今后将继续发扬、倡导CDIO工程化教育方法，持续完善专业培养方案，为把本专业建设成为有特色、高水平、创新创业应用型专业而继续努力。
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摘要：从智能科学与技术专业的人才培养目标出发，探讨构建不断线的浸入式双语课程教学体系，阐述双语课程在课程设计、授课方法和手段、课程资源建设、师资队伍培养、课程评估评价等方面的思考和实践。
关键词 ：双语教学；智能科学技术；浸入式；C语言
基金项目：2014年辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“浸入式的C语言程序设计课程双语教学模式探索与实践”( UPRP20140592)。
第一作者简介：申华，男，教授，研究方向为嵌入式系统开发，shenhua@neusoft．edu．cn。
0 引 言
智能科学与技术专业是面向前沿高新技术的基础性本科专业，是国际上公认的最具发展前景的专业之一，在激烈竞争的国际环境下，先掌握智能科学技术，就有可能掌握制胜的主导权。进入21世纪以后，智能科学技术发展迅猛，新技术、新产品、新应用层出不穷，与国际先进的智能科学技术发展接轨，对于推进我国智能科学技术专业的发展以及培养高层次智能科学技术人才尤为重要。
在教育国际化、科技和经济发展全球化的趋势下，我国对精通专业知识和外语的复合型人才需求不断增加。教育部2001年颁布的《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》指出——按照“教育面向现代化、面向世界、面向未来”的要求，为适应经济全球化和科技革命的挑战，本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学——这就明确提出了高等院校双语教学的要求。《2010-2020国家中长期教育改革和发展规划纲要》再次提出要扩大教育开放，提高国际交流合作水平，扩大政府间学历学位互认，支持中外大学间的教师互派、学生互换、学分互认和学位互授。双语教学已成为我国教育改革与国际接轨以及现代化高等教育未来发展的重要组成部分。
开展双语教学，是培养具有国际合作意识、国际交流与竞争能力的高素质外向型专业人才的重要手段。一般双语教学培养目标包括：阅读最新的外文技术资料和资讯，对外文文献的理解以及面对面与外国同行直接进行信息交流等。概而言之，就是培养学生的外语应用能力，保持与国外先进知识与技术的同步。
1 智能科学与技术专业的双语课程体系规划
智能信息产业具有技术和知识更新快、新产品层出不穷的特点，学生毕业后从事产品开发、生产和科研都不可避免地要接触国外先进技术，查阅外文技术资料等，若读研深造，更要经常查阅大量英文资料和科技论文，参加国际学术会议进行技术交流等，而目前工科学生普遍欠缺应用英语进行专业知识交流的能力。为培养学生应用英语学习和迅速了解国外先进智能技术、进行技术交流的能力，造就国际化智能工程技术人才，在智能科学与技术专业实施双语课程教学是十分必要的。
目前国内高校的专业英语教学可归纳为以下两种情况：
(1)理工类专业中，专业英语是历史悠久、开设较为广泛的一门课程，一般由英语教师教授。该类课程的主要问题是英语教师不具备相关理工专业的知识，所选用的科技类通俗内容与学生所学专业相距甚远，普遍处于教师不愿教、学生无意学的尴尬局面。
(2)近年来，各高校普遍尝试开设针对部分学生（如“快班”学生）的专业课程双语教学，由理工科专业教师讲授。这些双语课程绝大多数是将某门专业课改为双语教学，很少有高校从专业培养目标人手，系统设计构建双语课程体系。
正如语言的学习需要一个缓慢、长期、渐进的过程一样，外语应用能力的培养也需要通过一系列双语课程的学习逐步开展和提升。从智能科学与技术专业的人才培养目标出发，构建大学期间双语课程不断线、面向全体学生的双语教学体系，通过有针对性的双语课程立体化培养，使学生既达成专业培养目标的要求，又符合国际化复合型人才的需求。
基于智能科学与技术专业的课程体系，考虑英文在课程中的应用比例，兼顾双语课程实施的难度，可设计软件开发和硬件开发两条专业课程主线（如图1所示），实现学生双语能力的系统化培养。
根据智能科学与技术专业的培养目标，双语课程的软件主线主要选择程序设计类课程，这是因为程序本身必须符合英文语法规则，再加上程序编译器、编译信息提示和帮助文档皆为英文，非常适合以英文为工作环境；硬件主线选择以电路图、芯片手册等作为主要技术资料的核心课程，这些知识内容以直观的图表作为载体，双语教学中语言障碍带来的影响可以被降至最低。
2 双语教学师资队伍的建设与培养
教师是双语教学最直接的实施者，教师的语言水平和教学能力直接关系到双语教学的成败。从实际教学活动上看，双语课程的授课教师要有丰富的教学经验、扎实的学科知识以及深厚的学术造诣和研究能力，能充分理解运用原版教材，把握学科前沿；同时还要求具备较高的外语水平，能在课堂上熟练地在双语之间进行切换，准确地表达专业知识。也就是说，承担双语授课的教师不仅专业精深、英语好，还要能用英语表述专业知识、解析专业词汇，并具备良好的教育教学管理能力。
目前，我国高校还没有学科专业或机构专门针对双语师资进行培养，而双语教师的匮乏已成为制约双语教学发展的瓶颈。为更好鼓励双语教学，培养双语师资队伍，大连东软信息学院2012年就制定颁布了《双语教学管理办法》，从教师的口语培训、双语课程级别的认定、双语课程的建设、双语课程的奖励和双语课程的效果评估等多个方面，对双语课程的教学进行系统规划和管理。
师资培训采取脱岗培训、在岗培养等方式，选拔英语基础较好、教学经验丰富、教学效果好的教师有计划地开展外语培训，提高教师的英文水平并学习国外先进的教学理念。同时，引进高水平的双语教学人才，优化师资队伍的学历结构、职称结构、年龄结构和知识结构，形成双语教师梯队。还应鼓励教师间互相听课，定期开展研讨，在课程负责人带领下采用导师制帮助新教师进步与成长。
双语课程实施根据难易程度，划分为A、B、C三个级别，均采用外文原版教材及外文课件。A级课程课堂教学中全部使用外语，课程考核全部使用外文并要求学生用外文作答；B级课程课堂教学中使用外语授课达到50%以上，至少50%的课程考核使用外文并要求学生用外文作答；C级课程课堂教学中使用外语授课达到30%以上，至少30%的课程考核使用外文并要求学生用外文作答。根据教师双语授课能力、课程难易程度以及授课对象的接受程度，各个专业选择申请开设相应级别的双语教学课程，学校设有专门的双语课程评估委员会对申请进行评估，并安排试讲。
3 双语课程的教学设计
双语教学的实施存在两个难点，一个是课程知识目标的达成，另一个是引入双语教学后对学生专业学习带来的影响，克服语言障碍实现课程培养目标的达成是实施双语教学的最大挑战。针对不同类型的双语课程，须精心设计教学内容，使教学内容的讲授既符合专业知识的特点，又能有效减轻语言障碍带来的困扰。
程序设计类课程因其自身特点使得双语教学这种新的教学形式实施起来更加有效。很多程序设计语言（如C语言、C++语言、Java语言等），其语言表述、语法结构和算法逻辑与英语思维较接近，而且程序的开发环境也是以英文版本居多，即使是汉化的中文版界面，程序在设计调试过程中的编译信息和错误提示信息也都是用英文表达。在学习这些语言时，不需要进行汉语的翻译，只需对其英文本意进行直译，这是该类课程适合双语教学的最主要原因和最大优势。另外，程序类课程中采用双语教学，学生在对专业知识的相关术语和英文表述有了一定的了解和掌握后，当程序设计和调试过程中遇到问题时，可以较好地理解提示信息，大大提高程序调试效率。因此，双语教学对程序设计类课程的学习有明显的帮助和促进作用。
以第一门双语课程C语言程序设计为例，根据该课程培养目标的定位，学生需要掌握基本的C语言语法，并应用C语言进行编程实践，解决实际问题。基于该目标，须对课程理论知识和实践内容进行优化，综合C语言程序设计的知识点，将C程序作为C语法的载体，以编程实践贯穿整个教学过程；同时，基于课程内容的不同模块，可安排与实际应用联系紧密、由简入繁的程序设计项目，设计出符合学生理解能力和认知规律的教学内容；此外，兼顾知识衔接和教学学时等方面的要素，合理安排章节内容，将理论授课和编程实践有机结合，使学生理解、掌握基本理论知识并进行编程实践。
4 双语课程教学方法与手段
双语教学对于学生来说最大难度在于外语环境的适应，包括听、说、读、写等多个方面。经过几年的探索，笔者在双语课程中采用浸入式( Immersion)教学模式，取得了较好的效果。浸入式教学模式最早起源于加拿大的一种外语教学模式，教师在课堂上不但用第二语言教授第二语言，而且用第二语言讲授部分学科课程。也就是说，第二语言不仅是学习的内容，而且是学习的工具。浸入式教学使传统的、孤立的外语教学向外语与学科知识教学相结合的方向转变。
专业课程的双语教学就是要使用外语作为工具来开展专业学科知识的学习，因此，采用浸入式的教学模式极为适合。当然，鉴于学生的外语接受能力以及教师用外语描述专业知识的难度，初步可以采用中英文混合式教学。首先，教师使用常用英语组织课堂、管理课堂；其次，课程中涉及到的各种教学仪器、图表、
关键词 汇等用英语来表达；再次，课程所涉及的专业术语用英语介绍给学生。而其他的重点知识内容，可以中文表述为主，英文表述为辅。随着双语教学进程的推进，学生慢慢适应双语教学课堂氛围后，教师可以逐渐加大使用英语讲解学科知识内容的比例，最终达到完全使用英语进行专业知识教学。
以C语言程序设计课程为例，遵循浸入式双语教学的基本思路，课程内容回顾、课程内容小结、一些图文并茂的应用性内容的讲解、课堂提问等环节均采用全英文授课方式，但一些理论性较强、较难理解的内容，则应视学生的掌握情况减少英语讲解的比例。同时，作业、习题、实验、试题和开发环境( Turbo C)也全部采用英文。这样，学生在课内和课外的所有学习环节中主动或被动地浸入到纯英文的学习环境中，从不适应到适应，从不习惯到习惯，学生也逐渐适应双语学习的形式，甚至觉得英文对专业知识的表述更加简单、直接，易于理解。
从具体的教学手段上，理论知识可以借助多媒体和计算机技术开展教学，比如使用多媒体和动画等手段使知识内容形象化展现，提高课堂教学效率。同时采用Turbo C编译器对程序进行在线编译、调试，将程序运行过程实时展示给学生，既有助于学生理解程序语法的功能，又能直观动态地反映程序的执行过程。在实验和实践环节，运用案例教学和程序设计项目教学，以提高程序设计能力为重点，精讲多练，引导学生运用C语言编程解决实际问题。
5 双语课程教学资源开发
双语教学的基本原则是尽量使用原版外文教材和参考资料。原版外文教材的内容体现了理论的前瞻性，有利于学生了解专业前沿理论知识和最新发展动态。另外，选择原版外文教材给学生营造了一个全面接触专业外语的环境，包括准确使用专业词汇、准确表达专业内容。只有使用原版外文教材，才能真正使双语教学从形式和内容上与世界主流技术和专业思想保持一致。
当然，由于国外教材是根据西方的文化习惯和思维方式编写的，直接阅读可能会对大部分学生造成很大学习压力，甚至会使其迷失于茫茫英语海洋中，严重影响学习专业课程的积极性。为此，在使用英文原版教材的基础上，最好由授课教师开发基于原版外文教材的纯英文电子课件，作为原版教材的简化版本学习资料，这样学生以电子课件为纲，再阅读原版教材就会很容易把握知识的难重点。此外，还可根据教学目标设计纯英文的实验项目和习题，使学生在学习过程中不得不“浸入”到英文环境中去，随着学习进程的不断推进，语言障碍就会越来越小，部分学生甚至在学习过程中会逐渐形成英语思维习惯。
以大连东软信息学院电子工程系开设的C语言程序设计双语课程为例，课程选择Michael Vine的《C Programming for the Absolute Beginner》作为教材，该教材以程序讲述语法，同时精选大量程序范例，在保持知识系统性的同时增加趣味性，尤其适合初次学习C语言的读者使用。课程组基于该教材开发了全套英文课件，编写了涵盖各个章节的全英文实验指导书，开发了基于万维考试系统的C语言全英文试题库，还基于网络给学生提供大量丰富的外文参考资料以及与课程有关的电子文档和视频资料，方便学生自主学习。
6 双语课程的教学效果评估与反馈
双语课程作为一种新的教学类型，在实施过程中须采取全流程的监控措施对教学效果进行评估，以保证双语课程教学质量的持续提高与改善。教学质量管理与保障部专门成立双语教学督导教师队伍，针对双语课程，系统地收集和分析资料，进行课程效果评估，分析判断双语课程教学质量的高低、教学目标和教学方法的有效程度，并给出相应的反馈用于指导今后的教学活动。具体可从以下两个方面全程监控双语教学质量：
1)双语教学过程监控。
通过每学期3次网上调查问卷，了解学生对双语教学的满意程度，收集大量关于学生学习的反馈信息。督导教师进课堂听课，通过文字记录、课堂录音等形式，对课堂情况（包括外语发音、表达、语速、课堂感染力、学生专注程度等）进行记录和评估．并通过教学质量管理平台将相关信息及时反馈给授课教师和开课系部，以便掌握学生的学习需求，及时调整和优化双语教学活动。
2)双语教学效果评估。
跟踪学生的学习效果，了解双语授课对学生专业能力的提高程度。从短期目标来看，要关注学生经过双语课程学习后掌握的技能及其掌握程度，可通过课程考核来分析；从长期目标来看，应关注毕业生在工作中的外语应用能力、国际化工作环境的适应能力以及运用外语解决问题的能力等是否得到提升。
7 结语
双语教学要遵循“循序渐进、因材施教”的原则，根据学生的外语认知水平，选择适合的教学方法和手段，逐步开展和提升；要注重实效，不能以牺牲学生专业能力为代价，单纯追求双语课程的开设率；还须深入研究双语课程的特点，从师资队伍建设、教学设计、教学方法与手段、教学资源建设、教学效果评价与反馈等多个维度探索适宜的双语教学模式，顺利推进双语教学，保证学生既获得先进的科学技术和前瞻性的专业知识，又系统培养专业外语应用能力和获取新知识、新资源的能力，以培养全面发展的复合型、国际化人才，为全球化经济改革建设服务。
参考文献：
[1]程昕．课程语言特点与双语教学模式选择实证研究[J]外语与外语教学，2011(2): 62-65.
[2]黄崇岭，双语教学核心概念的解析[J]外语学刊，2008(1): 137-139.
一国家对于高校人工智能教育的发展的重视
面对AI技术如火如荼地发展，我们国家对AI人才和人才培养都非常重视。2017年3月“人工智能”在政府工作报告中曾提及四次，指出要推动人工智能和实体经济深度融合。2017年7月20日国务院《新一代人工智能发展规划》[4]。《规划》指出完善人工智能领域学科布局，设立人工智能专业，推动人工智能领域一级学科建设，尽快在试点院校建立人工智能学院，增加人工智能相关学科方向的博士、硕士招生名额。鼓励高校在原有基础上拓宽人工智能专业教育内容，形成“人工智能+X”复合专业培养新模式，重视人工智能与数学、计算机科学、物理学、生物学、心理学、社会学、法学等学科专业教育的交叉融合。加强产学研合作，鼓励高校、科研院所与企业等机构合作开展人工智能学科建设。
二企业对于人工智能人才的需求
市场上AI技术人才非常稀缺，据腾讯研究院联合boss直聘的《2017全球人工智能人才白皮书》[5]显示：目前，全球大约有30万人从事AI工作。截止到2017年10月，中国人工智能人才缺口至少在100万以上。2017年头10个月，AI人才需求量是2016年的近两倍，2015年的5.3倍之多，年复合增长率超200%。百度、腾讯、阿里巴巴、京东等互联网巨头都在挖掘AI人才，纷纷开出了高额的薪资。2017年薪资最高的十个职位中AI类岗位占到1/2，其中语音识别、NLP、机器学习等职位平均月薪资超过2.5万元。
三高校AI人才培养的思考
高校具有多学科、高层次人才集中的特点，具备计算机与多学科交叉融合的优越条件；且大部分学校都开设有数学、物理等基础学科，具备夯实数学理论基础的条件；且人员相对固定，便于沟通交流，具备共同开展AI课题，促进发展AI技术的人力条件。但是遗憾的是我国开设人工智能课程的高校较少，2018年只有33所高校设立了智能科学与技术专业[6]。面对AI发展的火爆，国家对于AI人才发展的重视以及企业对于AI人才的严重需求，高校作为人才培养的主要来源，是不是应该思考AI人才的培养呢？AI人才可以分为三类：拔尖人才，研究性人才和应用型人才，呈金字塔性。当下已经有一批名牌大学开展了AI方向拔尖人才的培养，如北京大学图灵班、中国科技大学人工智能技术学院、西安交通大学人工智能拔尖人才培养实验班，南京大学计划成立人工智能学院等。但是金字塔的底层、中层更需要庞大的AI技术人才，如应用开发人员、数据工程师、AI和机器学习工程师、AI系统架构师、AI产品经理等岗位的人才，同样值得重视。很多专家都表示AI人才需要数学基础好、专业理论全面、具备一些工程基础，且有自主学习的能力。本文从夯实数学基础、人工智能方向课程的建设、实践能力的培养、自主学习能力的培养四个方面阐述高校关于AI人才培养的一些思考。
1奠定扎实的数学基础
在学习AI技术时，几乎所有专家学者都提出需要扎实的数学功底，数学功底的厚重程度决定了在AI技术上走多远。高等院校计算机专业都开设有“高等数学”“线性代数”“概率论”等数学课程，但是课时、难易程度不足，学生对于数学不够重视，或者觉得晦涩难懂，学习效果并不十分理想，因此加强数学基础的工作刻不容缓。可以通过必修和选修等方式开设“数据分析”“统计机器学习”“凸优化”等课程；通过微课或者MOOC等方式巩固数学基础的学习；通过优秀科普读物，如《数学之美》《编程之美》等书籍的推荐阅读激发学生兴趣；通过开展校内学术讨论、数学竞赛等方式促进学生学习数据的动力，逐步达到夯实数据功底的目的。
2人工智能方向课程的建设
很多高校计算机专业课程中只开设有《人工智能》导论，有的甚至没有。智能科学与技术专业开设有“人工智能”“计算机视觉”“机器人学导论”“计算智能”这几门课程，但是在编程、算法等方面不足。那么AI技术人才应具备哪些专业能力呢？如何从专业角度培养AI技术人才呢？2018年1月CSDN了“AI技术人才成长路线图”[7]，通过专业路径和实战路径两方面介绍了AI技术人才需要具备的知识。需要具备Python、C++、Linux、CUDA编程知识，需要学习机器学习课程、掌握TensorFlow框架。该路线图中列出了机器学习算法工程师、数据科学家等10个岗位AI人才应具备专业知识和能力。微软公司也推出AI人才培养的10门免费课程，如“AI导论”“数据科学会用到的Python语言-导论”“AI领域运用的数学概要”“数据和分析所需要的道德与法律”“数据科学概要”“机器学习法则”“深度学习”“强化学习”“微软专案项目之人工智能”。同时在“文字和自然语言识别”“语音识别”“计算机视觉和图像识别”中选择其一。Google在人工智能学习网站开设有《MachineLearningCrashCourse（简称MLCC）》的免费课程[8]，由机器学习概念、机器学习工程、机器学习现实世界应用示例三个部分组成。Intel近期也了三门免费的AI课程，分别是“机器学习基础”“深度学习基础”和“TensorFlow基础”[9]。AndrewNg在Coursera上也推出了机器学习的课程，且用比较通俗的语言讲解机器学习中各个算法。最近在Deeplearn-ing.ai和Coursera平台又开设了5门深度学习课程[10]。综上所述，不同的研究机构都着眼于AI编程基础、AI算法、AI框架、AI实践这几个方面。那么高校也可以借鉴这些经验，通过三个阶段分层次的开展相应的课程。
3实践能力的培养
AI技术不能纸上谈兵，必须动手实践才能真正掌握，可以从以下几个方面着手培养学生的实践动手能力。（1）设计教学环节时多从工程应用的角度来介绍，激发学生的兴趣，培养学生解决问题的能力。要求学生新手编程编程实现模型，充分理解算法的含义和原理到实现的过程。（2）在掌握一定的机器学习知识后，鼓励学生尽早走进实验室，接触科研工作。可以从一些AI应用方向作为入手，使学生了解自己的兴趣点、培养科学研究能力。（3）鼓励学生参加算法比赛。目前有很多AI方向的竞赛，如Kaggle上的挑战赛，国内阿里天池大数据竞赛等。通过参加竞赛刺激学生学习AI的动力和热情，使得解决问题的能力和实践动手能力都会大幅度提高。（4）鼓励学生到工业界实习。很多专家都指出AI人才应该具备一定工程基础。确实，学术界往往追求算法的性能，而工业界更重视经济效益和解决问题的有效性。到企业学习可以快速了解行业发展的框架，掌握算法转化到产品的过程。
4自主学习能力的培养
“专家系统”课程是本科专业“智能科学与技术”的特色课程之一,该专业是由北京大学在2004年率先自主建立的[1]。此后,国内很多大学也都陆续基于各自的特色建设开设了该专业,如北京邮电大学、南开大学、首都师范大学、西安邮电大学、北京科技大学、厦门大学、中南大学等。基于一个新兴本科专业设立的专业基础特色课程,应该如何建设,实施教学与改革,突出专业特色?各类学校都在摸索中。中南大学的“专家系统”课程是国家级“智能科学基础系列课程教学团队”主干课程之一,它由国家级教学名师领衔,以双语建设为教学基本手段,以精品意识为指导[2],培养学生自主创新意识,发掘学生兴趣潜能,非常具有专业特色。
1课程建设情况
专家系统使用人类专家推理的计算机模型处理现实世界中需要专家做出解释的复杂问题,并得出与专家相同的结论[3]。其最大特点是不仅可以帮助人们处理信息,还能说明处理的方式和理由[4]。我们结合专家系统课程特色与学习认知过程特点,采取认知教学作为专家系统教学的理论基础[5-6],根据智能科学与技术系列课程教研经验,融合双语教学方式,初步提出课程定位和建设目标,给出了教学基本要求。
1.1课程定位与建设目标
在学习本课程之前,学生最好已经选修过离散数学、人工智能和面向对象的程序设计课程,本课程32个学时,2个学分,其中实验课6学时。此外,“专家系统”还可作为自动化、计算机科学与技术等相关专业有兴趣的学生的选修课程。可为学生提供一种新的手段和方法求解传统方法难解问题,也为学生们了解智能科学与技术领域知识提供良好的窗口。
专家系统成为智能科学与技术本科专业的专业基础课程,目的在于培养学生理解和掌握专家系统技术的基本观念、基本理论和智能科学方法;并灵活设计和构建不同领域的专家系统,解决实际问题,为学习后续课程奠定方法基础。通过教学过程,培养学生善于分析继承已有的科学进步成果、激励学生善于发现问题、分析问题和解决问题的自主科学创新精神。
1.2课程教材设计
本校专家系统课程选用了蔡自兴编写的《高级专家系统:原理、设计及应用》[3]一书,该教材包括专家系统的基本理论、技术方法和实际应用的诸多内容,知识点介绍全面详尽,同时列举了诸多实例,便于课堂分析与课后理解。
根据双语教学的要求,外文参考教材[7]选用了Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一书,该书对CLIPS语言分析透彻,有大量的课后习题与资料,适合学生作为主要参考书目进行课后学习。实验教材选用了电子工业出版社出版的《决策支持与专家系统实验教程》一书,主要利用了同时,根据双语教学的要求,外文参考教材选用了China Machine Press出版的Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一书,该书对CLIPS语言分析透彻,有大量的课后习题与资料,有利于学生作为主要参考书目进行课后学习。我校实验教材选用了电子工业出版社出版的《决策支持与专家系统实验教程》一书。主要利用了该书后半部分内容。目前,国内基于CLIPS的“专家系统”实验教学教材在国内几乎没有容,专家系统课程实验及其教材建设还需进一步改革与探索。
1.3教学要求与知识框架
通过学习,使学生了解和掌握专家系统的相关原理和方法,。要求学生掌握知识表示方法、搜索推理技术的相关内容,熟悉和了解常见的专家系统解释机制、开发工具和评估方法,学会基于规则专家系统、基于框架的专家系统、基于模型的专家系统和基于Web专家系统的结构建立和应用,掌握专家系统的常用编程语言――CLIPS,了解专家系统的发展趋势和研究课题。经过对专家系统课程知识内容进行分类,可分为以下6个模块,如表1所示。。
经过对专家系统课程知识内容进行分类,可分为以下6个模块,如表1所示。
模块一专家系统的定义、发展历史、研究内容、类型、结构和特点以及构建步骤;。
模块二熟悉专家系统时可能采用的人工智能的知识表示方法和搜索推理技术,结合传统人工智能方法和计算智能的一些方法;。
模块三了解专家系统的解释机制、开发工具和评估方法;。
模块四熟悉基于规则专家系统、基于框架的专家系统、基于模型的专家系统和基于Web专家系统的结构、推理技术、设计方法及应用示例;。
模块五掌握人工智能和专家系统的编程语言――CLIPS,了解其他LISP,PROLOG和关系数据操作语言等;。
模块六展望专家系统的发展趋势和研究课题,并了解新型专家系统的特征与示例。
从教学要求角度出发,模块一、模块三和模块六的教学要求相对一般,但却是学生涉及专家系统技术的必备知识模块。相对而言,模块五是基本教学条件要求中最高的一个模块,因为模块二与模块四的深刻理解与系统设计需通过模块五而实现的。
从教学内容的重难点角度出发,模块二是重点部分之一,但因有人工智能课程的基础,相对而言,教学实施过程中较为顺畅。模块四与模块五是专家系统课程重点阐述部分,其中模块五也是难点部分,在实验教学环节中,由于大部分学生初次接触推理性的编程语言,所以需要一定的入门时间和练习次数。
2专家系统课程教学改革实施
2.1基于多媒体的专家系统课程教学
教学应以学习者为中心,以先进教育技术为手段,相辅相成,促进教学效果。人类的感官功能中视觉与听觉器官起到了94%作用[78],而视听觉的协同作业能大大提高学习效率,而。多媒体教学就是一种集声、文、图、色于一体的教学手段之一,其实施。多媒体教学的关键实施内容就是教学设计,而教学设计的难点就是在不增加学生信息加工系统中工作记忆负荷的前提下,用促进生成的方式呈现学习材料,包括教材、课件、讲义、课堂讲解、课后习题等。
结合专家系统课程教学情况,教学设计分为以下3个方面进行详尽阐述:。
1) 把握好课堂教学知识量。
专家系统课程相对智能科学与技术专业第六期的学生而言是非常新颖的一门非常新颖的课程,学生们相对的学习热情比较高,但这里还需仍然需要对学生的先前知识结构和能力有个简单的估计。教师需考虑学生的工作记忆容量,并对学生的长期记忆有个估计,把握学习材料内在负荷。学习材料并非越多越好,关键在于精华,给学生留下深刻印象。“专家系统”课堂教授部分以原理性与推理性知识为主,应增加实践技术实例,这样让学生紧密联系实际应用进行学习,。多媒体视频就是一个很好的表现手段。将制作好的实例视频,向学生们展示,不但让课程氛围活跃,还激发学生对实践教学的兴趣;不但没有增加课堂的知识负荷,还可以留给学生课后对比学习。
2) 多元化课件制作呈现形式。
专家系统是一门推理性知识要求很强的课程,同时也需要掌握一门有利的开发工具方能使学生做到灵活应用。经过教学实践与课后调查发现,学生们对知识表述与相关画面共同呈现的形式比单一媒体呈现形式学习效果好,知识和画面也必须是关联的,呈现位置和各部分的比例也需考虑充分。为此,课件制作是一个“改无止境”的工程,因为每一届的学生具有自己的特点,且专家系统课程知识点的不断更新,每一年都要对课件进行大量的补充与改进。
3) 基于认知教学的课堂讲解过程。
认知教学模式中,是以学生为主体,教学教师起主导作用。课堂讲解是面对面教学活动中的重要环节,,它是多媒体中联系言语与画面的桥梁,是减少学生工作记忆负荷的有效手段。
专家系统课程知识可分为表示性知识与推理技术性知识,根据相关认知心理学理论,可将知识分为两类:陈述性知识和程序性知识[5]。其中在教育心理学中“陈述性知识”是指个人具有有意识的提取线索,能够直接加以回忆和陈述。其实就是关于“是什么”的知识,包括对事实,规则,事件等信息的表达。教育心理学中“程序性知识”是指个人没有有意识的提取线索,其存在只能借助某种作业形式简介推测的知识称为程序性知识,而现代认知心理学为程序性知识以产生式及产生式系统来表征的。所以可将陈述性知识采用“专家系统”中的语义网络形式为基础地表征,而程序性知识的表征形式可用“专家系统”中的产生式系统,以“ifthen”形式表示条件这一关系。众多形式的产生式规则相互联系就组成了复杂的产生式系统。基于认知理论的“专家系统”知识教学实施过程中,首先应选定系统设计内容,掌握开发系统时所需的知识与工具,;其次分析问题,并根据系统的具体特征转化知识。而后;接着对问题模型进行求解,建立和构造知识库,;最后,利用实现工具编写代码,系统联调。
2.2专家系统课程双语教学的实施
专家系统课程是信息学科新兴发展的一门课程,有许多关键性进展相关研究进展和成果的资料均源于英文文献,因而提高学生双语水平是一种大势所需,。同时,双语教学提高了对教师整体素质的要求,在双语教学过程中,有意识的增强教学互动,以问题启发式教学与课堂辩论形式教学,学生通过查阅主题文献进行针对性的演讲或讨论,教师对学生的表现加以评述,并进行补充。这种形式可扩大教师的知识面,使得任课老师了解前沿的研究成果。也可培养学生主动学习的积极性和创新能力,使得课程具有鲜活的生命力。双语教学对教师,特别是教师的其外语水平及其口语表达能力,,。促进了师资整体水平的提高。专家系统的双语教材已在1.2中介绍,但实验教材的设计与编写工作现仍处于空缺,这也是双语教学的需完善的内容工作之一。由于双语教学增加了授课难道难度,进而影响了授课的进度,应充分发挥多媒体先进教学手段对专业术语和难以理解的内容,进行注解,帮助于学生理解。在贯彻双语教学的过程中,除了指定适当英文参考短文或参考书,开发双语课件外,还应使学生接触国内外文献资料,开阔眼界,拓宽知识面,强化双语的意识,激发学生主观能动性,使学生找到课程学习的归属感。
2.3改革“专家系统”课程实时交互活动
专家系统课程是一门理论与实践关系密切的课程之一,课堂留下的作业大多需要计算机编程或计算机辅助教学方能较好的地完成。根据此特点,改革传统的作业形式与批审方法可节约反馈时间,同时可实现“低碳无纸化”办公。利用网络进行作业上交,教师批阅后通过网络及时返回给学生,不但能提高老师的办公效率,也使学生得到快速与准确的反馈。
针对多校区的现状,我们利用网络教学资源,采用了多种交互式策略,通过Email和群讨论组等方式进行在线交流,也可传递参考资料,交流课外成果,实现只要老师在实验室,学生在任何有网络终端PC机处,就能进行了实时交流或批改作业。避免了学生为了课后的困惑问题积压至下一堂课的矛盾,同时也节约了学生往返路程上耗费的时间。
为了进一步体现教学效果,我们下一步拟进行考试方式的变革,应综合考虑课堂出勤情况、平时正式作业成绩、课堂讨论情况和期末课程考试进行综合评分。还应考虑以双语形式进行笔试,当面交卷后进行双语发问。若有课程论文或创新作品表现突出者,可免参加最后的课程考试。使考试不再是学生的负担,而成为衡量与培养创新能力。和口试。
3基于CLIPS的专家系统实验教学
3.1专家系统与CLIPS语言
CLIPS(C Language Integrated Production system)是由美国航空航天局约翰逊空间中心(NASA’’s Johnson Space Center)开发的一种专家系统工具,由C语言编写而成。早期的专家系统工具大都用LISP、Prolog等编程语言开发,共同问题是运行速度慢,可移植性差,解决复杂问题的能力差。CLIPS是基于Rete算法的前向推理语言,其优点包括:①逻辑推理方面的强大功能强。②、可移植性好。③、可扩展性好。④、有利于和其他语言联合使用等。
3.1专家系统与CLIPS语言
专家系统与传统的计算机程序系统有着完全不同的体系结构,通常它由知识库、推理机、综合数据库、知识获取机制、解释机制和人机接口等几个基本的、独立的部分所组成,其中尤以知识库与推理机相互分离而别具特色。用clips语言能够更好地熟悉专家系统的整个组成。CLIPS可为基于规则、面向对象以及过程的编程提供支持(rule-based, object-oriented, and procedural programming)。
以基于规则的专家系统利用CLIPS工具编程作为实例阐述。在CLIPS中找到专家系统基础的组成部分――Fact List、Knowledge Base、Inference Engine。Fact List中存放用于推理的事实,而Knowledge Base包含所有的规则,Inference Engine控制所有的进程。图1所示为专家系统框架示意图。专家系统中最核心的就是知识库,知识库中包含了大量某个领域专家的知识。,为了使计算机能运用专家的领域知识,必须要采用一定的方式表示知识 。目前常用的知识表示方式有产生式规则、语义网络、框架、状态空间、逻辑模式、脚本、过程、面向对象等。基于规则的产生式系统是目前实现知识运用最基本的方法。
3.2专家系统实验教学内容
通过CLIPS软件环境提供了的验证性、设计性和开发性实验,帮助学生更好地熟悉和掌握专家系统的基本原理和方法;,通过实验提高学生总结实验结果的能力,使之对专家系统的相关理论有更深刻的认识。实验内容如表2所示:。
其中,实验1为实验2的基础,这两个实验应与讲授课程穿插,使得学生利用课堂学到的理论联系实际实验操作,通过这两个实验的学习能够掌握专家系统的开发过程、掌握用产生式规则绘制推理树的方法、掌握、编写CLIPS应用程序的方法以及程序运行环境的应用等。实验3是一个有难度的实验,需要大量的课余准备时间,所以在完成实验3的时候,必须预留3周的时间,提前布置给学生,让学生做好实验前的准备,这样方能取得较好的实验教学效果。这些被挑选出来的CLIPS专家系统的代码应是经典的学习内容,通过该实验培养学生独立分析与开发完整的专家系统的能力。
3.3实验教学实例分析
1) 实验目的:学习和理解CLIPS编程语言,通过分析用CLIPS编写的“野人过河”的程序,深入理解专家系统的编程技巧,加深对专家系统的认识和理解。
2) 实验说明:野人过河问题属于智能学科中的一个经典问题,问题描述如下:,有三3个牧师传教士和三3个野人过河,只有一条能装下两个人的船,在河的任何一方或者船上,如果野人的人数大于牧师的人数,那么牧师就会有危险。
假设问题的初始状态和目标状态,假设和分为1岸和2岸: 。
初始状态:1岸,3野人,3牧师;2岸,0野人,0牧师;船停在1岸,船上有0个人;。
目标状态:1岸,0野人,0牧师;2岸,3野人,3牧师;船停在2岸,船上有0个人;。
整个问题就抽象成了如何从初始状态经中间的一系列状态达到目标状态。问题状态的改变是通过划船渡河来引发的,所以合理的渡河操作就成了通常所说的(算符)就是问题求解的关键。,根据题目要求,可以得出以下5个算符:渡1野人、渡1牧师、渡1野人1牧师、渡2野人、渡2牧师,。根据渡船方向的不同,也可以理解为10个往还算符。定义算符知道以后,剩下的核心问题就是搜索方法了,。本程序采用深度优先搜索,通过不断扩展后继结点节点,逐步找出下一步可以进行的渡河操作,;如果没有找到则返回其父节点,看看是否有其它其他兄弟节点可以扩展。
搜索中采用的一些规则如下:
(1.) 渡船优先规则:1岸一次运走的人越多越好(即1岸运多人优先),同时野人优先运走;2岸一次运走的人越少越好(即2岸运少人优先),同时传教士优先运走;。
(2.) 不能重复上次渡船操作,避免进入死循环。;
(3.)任何时候 河两边两岸的野人和牧师数在任何时候均分别大于等于0且小于等于3;
(4.) 由于只是找出最优解,所以当找到某一算符(当前最优先的)满足操作条件后,不再搜索其兄弟节点,而是直接载入链表。
(5.) 若扩展某节点a的时候,没有找到合适子节点,则从链表中返回节点a的父节点b,从上次已经选择了的算符之后的算符中找最优先的算符继续扩展b。
通过实验教学过程中的专家系统开发实例分析,总结了出应用于在许多专家系统项目中的线性生命周期模型,如图32所示。这个模型包括从计划到系统评估的许多阶段,对系统开发的描述一直到功能评估这种程度上。之后,生命周期不断重复:从计划到系统评估,直到系统交付正常使用。
4结语
专家系统课程的发展开发过程是教学研究和教学改革实践相结合的过程,需要不断加强学习、总结经验。本文从总结了专家系统课程定位与、建设目标、教材的选用设计和课程知识框架等方面的总结了“专家系统”课程建设情况。在,并就教学改革过程中注重多媒体教学的效果、双语的实施和课程互动活动的改革等问题进行比较深入的介绍与探讨。通过CLIPS语言与专家系统实验的结合,阐述了实验教学的目的、CLIPS实验特色及和实验方法,体现了基于CLIPS实验教学的优势与特色。在未来的教育领域,专家系统技术将成为信息时代教育发展的新生力军,专家系统也将成为新世纪人类智能管理与决策的得力助手。
致谢注 :本文受国家级智能科学基础系列课程教学团队项目(2008)支持,感谢本文得到中南大学信息科学与工程学院智能所的大力支持,特别感谢蔡自兴教授的鼓励与帮助。
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