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從2004年國內開始招生至今，全國已有不少高校設立了智能科學與技術專業。我校是較早設置該專業的院校，于2007年在信息工程學院設置其為第7個本科專業，并開始招生。2009年9月，學生進入相關專業課程的學習，第一屆學生于2011年7月畢業。日前，該專業學生已經完成本科階段的學習。
在專業開設過程中，我們完成的主要工作如下。
1) 調研國內外相關院校智能科學與相關專業的培養目標和培養方案。
2) 形成智能科學與技術學科的知識體系和能力要求。
3) 制定2010版智能科學與技術專業的教學大綱。
同時，在辦學過程中，我們選擇了腦科學與認知科學概論，人工智能基礎，微機原理及應用、課程設計(微機原理)，可視化程序設計、智能計算與應用四個課程組進行教學模式改革。
1首屆畢業生知識結構
因為是首屆學生，我校大多數課程安排參考了國內兄弟院校的課程設置，也參考了我校自動化專業的部分課程設置。學生的知識結構主要由5個方面組成[1]，如圖1所示。
1) 數理基礎課程群：工科數學分析、高等代數、復變函數與積分變換、概率與數理統計、數學實驗、大學物理、物理實驗、應用力學基礎、離散數學等。
2) 電工電子技術課程群：電路分析基礎、電路實驗技術、模擬電子技術、模擬電子技術實驗、數字電子技術、數字電子技術實驗等。
3) 機電技術基礎課程群：工程制圖基礎、程序設計基礎、信號處理、計算機網絡、微機原理及應用、嵌入式系統、數據庫技術及應用、面向對象程序設計、現代檢測技術、電機控制技術、現代通訊技術、DSP處理器及應用、機械設計基礎等。
4) 專業主干課程群：信息論與編碼、控制工程基礎、腦科學與認知科學概論、人工智能基礎、機器人組成原理、計算智能基礎、模式識別基礎、虛擬現實技術、智能控制及其應用。
5) 實踐創新課程群[2]：計算機應用實踐、電子技術實習、MATLAB編程與工程應用、Linux系統與程序設計、自動控制系統設計與實現、微機原理課程設計、嵌入式系統設計與實現、專業(生產)實習、畢業設計(論文)等。
除了專業課程的學習，學生還參與了很多課外科技活動和競賽，并取得了良好成績，內容如下。
1)“基于Matlab的智能五子棋人機博弈系統”在北京科技大學第十一屆“搖籃杯”課外學術作品競賽中獲三等獎。
2) 第八屆校機器人隊隊員在第八屆亞太機器人大賽國內選拔賽中獲十六強。
3) 在全國大學生電子設計大賽中獲成功參賽獎。
4) 在智能車校內賽中獲二等獎。
5) 在北京市機械創新大賽中獲三等獎。
6) 在北京市大學生電子設計大賽中獲二等獎。
7) 在“飛思卡爾”智能車競賽的校級賽中獲三等獎。
8) 在校級機器人競賽中獲季軍。
9) 在全國大學生節能減排大賽科技類中獲三等獎。
10) 在北京科技大學計算機博弈錦標賽中獲最佳程序設計獎。
11) 在北京科技大學“閃我風采”Flash大賽中獲最佳細節獎。
在參加課外競賽及各種活動之余，首屆智能班還自組織了以小組為單位的指紋識別考勤計時系統編程比賽，歷時一個月，比賽結束后評出了最優編程獎。然后返回給每個小組，再討論再修改，最終確定了最優版，申請了國家軟件著作權，于2010年5月份獲得審批。此次比賽成果是全班學生辛苦勞動的果實，凝聚了24位學生的智慧和努力。圖2展示了該系統的計算機軟件著作權登記證書。
2首屆畢業生畢業設計情況
2010年底，首屆學生進入本科畢業設計環節。在大家的共同努力下，全部學生通過了本科畢業設計。畢業設計的題目如表1所示。
3首屆畢業生去向
智能科學與技術專業首屆24名學生是2009年9月進入大三學習專業課的。目前，我們統計的畢業生去向，專業第1名放棄了保研指標，選擇出國留學，另外有4人保送本校讀研究生。選擇考研的學生還有12人，另外有3人選擇出國留學，還有2人選擇就業，如表2所示。
4經驗和教訓
我們對2007級智能科學與技術首屆畢業生的總體情況還是比較滿意，通過一系列教學改革，取得一定的成效，內容如下。
1) 人工智能基礎。此課程為智能科學與技術專業的理論基礎性課程，具有涉及的面比較廣、內容較多、變化較快的特點。我們結合人工智能學科的發展，在保證課程完整性的同時，盡可能增加學科發展的前沿內容。
2) 微機原理及應用、課程設計(微機原理)。微機原理及其應用是一門實踐性很強的課程，特點是計算機軟硬件結合非常緊密，需要經過大量的實踐環節學習。在充分分析本門課程特點的基礎上，我們對該課程作了如下教學改革：自行研制開發了一套實驗裝置，開發了配套的實驗項目，編寫了相應的實驗講義。圖3是我們使用的微機原理與單片機實驗裝置。
在教學方法上，教師讓學生在學習已有實驗項目的基礎上，做一些由簡單到復雜的新改動，直至最后設計出新的應用電路，并用相關器件實現。為了鼓勵學生親自動手制作電路板，教學團隊花費近3 000元，購買了各種電子元器件和電路制作工具，包括單片機芯片、集成穩壓電路芯片、各種傳感器、小鍵盤、電阻電容、印刷電路板、萬用表、電烙鐵等，保證每位學生都能設計并制作完成一個單片機控制系統。在課堂管理方面，我們實行小班授課，每班不超過30人。學生都很遵守課堂紀律，幾乎沒有遲到早退現象，為該門課程的學習營造了良好的學習氛圍。
3) 可視化程序設計。小班在實驗機房上課，課程將講解部分與上機練習結合起來，教師對每一個知識點進行講解后，讓學生立刻練習，提高學生的動手實踐能力。通過教師的課堂講解和學生的課堂練習，使學生達到融會貫通的程度。
4) 數據結構與算法分析。針對智能科學與技術專業對計算機軟件能力要求高的特點，我們壓縮了計算機專業的數據結構和算法分析兩門課程的學時，保證學生應用能力的培養，并編寫了相應教材。
5) 根據國內外高等教育的最新發展，我們對研究思路、內容、方法進行必要調整。英國、美國、馬來西亞等國近幾年開設了AI相關專業，并且多數與機器人結合。在2010版教學計劃中，我們也將機器人作為學生學習過程中的實驗平臺和設計實現對象，為此探討設立機器人組成原理課程[3]，并在準備教材。我們還與南開大學、河北工業大學合作開發智能科學與技術專業的系列教材[4]。
另一方面，我們在辦學過程中也感覺到一些問題，和南開大學[5]的問題較為類似。
1) 專業宣傳方面的問題。
2) 沒有形成統一的教學指導委員會，各學校還處于單兵作戰階段。
3) 學校的重視程度不夠，經費投入有待加強。
4) 師資結構對其他學科的依賴程度較大，還未形成完整的師資隊伍，多數教師來自其他專業。
5結語
通過兩年的專業課學習，首屆智能科學與技術專業的全體學生在各方面都取得了不錯成績。多門基于專業課程開設的課程設計不僅增強了學生的動手實
踐能力，還加深了學生對專業知識的理解及掌握程度，很好地將理論學習與實踐教學結合起來。特別是在畢業設計階段，學生的論文題目都很有新意，充分體現出智能科學與技術專業的“智能”特點，而且學生在論文答辯環節全部順利通過。首屆畢業生中，出國和保研率達到54.17%，就業率達到45.83%，有很好的發展前景。通過研究首屆畢業生情況，我們認為智能科學與技術專業是一個很有發展潛力的專業，能夠將人工智能科學、計算機技術、智能控制等專業性較強的學術領域綜合起來，培養出具有綜合能力的優秀畢業生。
總結首屆畢業生情況，我們將在隨后的教學過程中進行如下改進：結合人工智能學科的發展，盡可能增加學科發展前沿的內容；針對學有余力的學生，布置學科前沿的自學內容；在教學中嘗試以作業的形式安排實驗內容[6]。同時，我們繼續保持小班授課方式，營造出良好的學習氛圍。在考核方面，結合平時、考試和答辯3種形式，來客觀、公正地評定學生，促進學生的全面發展。通過總結已有的教學經驗，吸取教訓，發展優勢，我們相信智能科學與技術專業一定會一步一步成為更加完備的、更有優勢的、更具時代特征的新型專業。
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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
在國家教育部質量工程的支持下,中南大學信息科學與工程學院對國家級精品課程人工智能[1-2]和智能控制[3]、全國雙語教學示范課程人工智能和國家級智能科學基礎系列課程教學團隊[4]等進行持之以恒的改革與建設,取得一些成果。
“智能科學基礎系列課程教學團隊”的教學隊伍是一支由國家級教學名師領銜[5],知識結構、梯隊結構和年齡結構比較合理,具有明顯的學科優勢、課程優勢、人才優勢和教學科研優勢的頗具特色與影響力的教學團隊。該團隊以中南大學智能科學研究中心為核心,主要承擔人工智能基礎、智能控制導論、機器人學、專家系統等本科基礎和專業基礎課程,碩士學位課程人工智能、智能控制和機器人控制技術以及留學生碩士學位課程Artificial Intelligence和博士生學位課程智能系統原理與應用的教學。
教學團隊在建設過程中,注重教學改革,加大課程建設和教材建設力度,不斷改進教學方法,在課程改革、教材建設、教學手段、隊伍建設以及交流合作等方面取得一些進展。本文擬就教學團隊的改革與建設的相關理念與實踐問題加以總結,談談我們的見解。
1創新教學方法
教學是教師的本職和核心工作。本教學團隊一直致力于教學方法與教學模式的改革與創新,虛心學習國內外先進教學經驗和方法,積極探索教學新路,形成了“以趣導課、以疑啟思、以法解惑、以律求知”的教學模式和教學方法[6-7]。充分激勵學生的學習積極性和主動性,發揮獨立思考和創新思維,多方位培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。我們在教學過程中應用了課堂演示、課堂互動、課堂辯論、課后網絡教學、網絡實驗等一系列現代化全方位的教學新模式。此外,為提高學生的動手能力和理論水平,讓學生直接參與部分教師課題,理論聯系實際,為畢業后的工作學習打下良好基礎。具體措施如下:
1) 舉行課堂討論會,營造自由探索氛圍。
為調動學生的積極性,我們在授課過程中多次開展課堂討論會和辯論會等活動,讓學生自己查閱資料,分析整理,提出自己的觀點,使學生全方位地接觸所學課程,培養學生的研究能力,真正實現師生互動,并鼓勵學生用英語討論。學生對有些問題展開了激烈的爭論,激發了學習潛能,明確了學習目標。課程中還經常請來在科研工作中擔任主要任務的教授和博士生來給學生介紹最前沿的科學動態,激發學生們對所學知識和科學研究的興趣。在研究生教學方面,我們更進一步通過舉辦課程課堂學術研討會,讓學生在一年級就開始接觸學科前沿,自己查閱資料和動手寫科技論文,并在研討會上宣讀討論,培養獨立工作能力和從事學科前沿研究的能力,為將來的高層次研究打下基礎。
2) 倡導啟發式教學,培養學生學習能力。
注意采用面向問題的啟發式方法進行教學,啟發學生求解問題能力,強化學生的參與意識,提高他們的學習積極性。教學中還注意采用了多種交互式策略,如課堂教師提問、鼓勵或指定學生用英語提問、學生就某個知識點進行主題發言后老師點評等。此外,師生通過互聯網進行交互,方式包括Email、BBS和QQ談和交換文件等。
根據學生的興趣和創新潛力,對有專業特長的本科生,在自愿情況下,挑選2～3名參與國家級項目研究工作,進行中長期培養試點,實現本科培養過程與碩士、博士研究生培養過程的銜接。
3) 增強課程實驗教學環節,籌建智能專業實驗室。
智能科學基礎課程的概念性較強,初學者感到比較抽象,而實驗教學又是薄弱環節。因此,結合學生實際情況,我們對實踐教學環節十分重視,設計了一些新的實驗項目,探索新穎的實驗方法。新開實驗項目包括人工智能實驗、智能控制實驗、專家系統實驗、機器人學實驗、人工智能課程設計等。對相關課程的原有實驗,我們也進行了一些改革,增設了個性化的實驗,使得學生的實驗數據和實驗結果分析既有格式要求,又給學生報告自己研究的過程和結果留有空間。這些做法能夠鼓勵學生進行獨立性研究,滿足他們學習的需求。通過實驗教學,學生能夠理論聯系實際,驗證所學理論知識和概念,加深理解,充分調動了學生的學習積極性,培養了他們的創造能力。
除課堂實驗外,我們還充分發揮虛擬實驗的優點,設計了網絡虛擬實驗,讓學生在課外上網練習。通過虛擬實驗,學生可以了解算法的具體運行過程,調整參數和過程,并進行驗證以加深對知識的理解,提高學習興趣,從而達到教學目的。
結合科研,購進和自制部分新設備、新系統,計劃建設智能專業實驗室,為教學提供更多的優良實驗設備。例如,已研制“中南移動一號”和“中南移動二號”自主移動機器人共7臺,已購進RCB-1型教學機器人20套等。
教學團隊教師還指導學生參加全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽活動、大學生創新性實驗計劃及創新教育計劃項目等,取得優秀成果。
2推進課程改革
教學改革是課程建設和學科發展的生命線。我們把國家級精品課程和全國雙語教學示范課程放在優先建設的位置,并以它們帶動其他課程建設,完善系列課程建設,同時新辦了智能科學與技術專業。
2.1搞好精品課程建設,改進雙語示范課程教學,穩步推進系列課程建設
本團隊著力搞好已有的2門國家級精品課程、1門全國雙語教學示范課程,更新精品課程網站,豐富課程內容。為了及時反映上述課程中相關科學技術的最新進展,我們調整了教學體系和教學內容,修訂了教學大綱,并對教學內容進一步優化和更新,極大充實了各課程教學內容。同時,通過校際教學活動和網上資源共享對精品課程、雙語教學示范課程進行交流和推廣,起到較好的輻射作用[8-9]。
為加強精品課程建設,完善和拓展課程體系,在總結現有精品課程的建設經驗的基礎上,又建成省級精品課程1門,校級精品課程1門。
為提高學生的專業英語水平和學習興趣,使得學生能夠開拓眼界,追蹤國際前沿科學研究,本團隊長期對雙語教學進行研究和實踐。除改進人工智能雙語教學示范課程外,團隊承擔的其他課程,如智能控制、機器人學、專家系統、數據結構等也實行了雙語教學,并為該課程引進英文輔助教材。例如,對人工智能課程,我們先后采用Nilsson和Russell等編著的國外影響較大的英文原版教材作為主要教學參考書[10-11],供學生學習參考。在雙語教學中,一般以漢語講授為主,英語為輔,并對一些關鍵詞同時用漢語和英語表示。對部分章節或某個專題,采用純英語教學或以英語為主漢語為輔的教學。對PPT課件的編寫分為純漢語、純英語和英漢混合幾種方式。英語教學比例要根據教學內容和學生英語水平而定,其檢驗標準是學生的接受程度與學習效果,根據這一點來適時調整雙語教學中英語對漢語的比例。
通過教改實踐,我們承擔的智能科學基礎課程逐步形成為具有明顯特色的課程體系。我們講授的課程從智能科學的基礎課程到專業基礎課程,再到專業實踐課程,形成了配置合理、特色鮮明、循序漸進、優勢互補、協調發展的智能科學與技術學科從基礎到應用的系列課程體系。
2.2新辦智能科學與技術專業
智能科學與技術是當代科技發展的前沿學科和重要組成部分,其人才需求日益增加,超出了目前高校的培養能力[12]。我校的智能科學與技術學科方向經過近20年的發展,已形成了具有自身優勢和特點的學科,在國內具有一定的知名度和優勢。為了促進智能科學與技術學科的發展,經過多年積極準備,我們于2009年申報了智能科學與技術專業并獲得教育部批準。通過向兄弟學校學習調研,了解該專業人才需求、專業建設規劃,設定適應培養目標的教學計劃與課程設置方案。雖然我們開辦“智能科學與技術”專業較晚,但我們從2002年開始,就一直關注和積極參與國內智能科學的學科的討論與新專業籌備工作[13]。
我校于2009年申報獲準,在自動化專業增設了智能科學與技術專業方向,目前已招收2屆學生共84人。我們為選讀智能科學與技術本科專業方向的每個學生選定指導老師。每個學生都可以參加指導老師的課題,指導老師也可以利用自己的學識、經驗和責任心來更好地管理呵護學生。這一做法取得明顯效果,不僅受到同學們的普遍歡迎,也得到了學校的肯定。我們還多次召開師生見面會并通過指導老師走訪宿舍,了解每個人的情況。為了消除代溝,努力融入同學當中,學習熟悉他們的語境和思維想法。我們的目標就是不讓一個學生掉隊。
創建與建設智能科學與技術新專業,將為智能科學基礎系列課程教學建設提供一個更加寬廣的平臺,并對計算機、自動化和電子信息等學科的專業建設和課程建設提供一個新的增長點。我們將以智能科學與技術專業建設為契機,虛心學習兄弟學校的專業建設的做法和經驗,進一步規范智能科學與技術的基礎課程教學,讓智能科學基礎課程教學建設登上一個新的臺階。
3加強教材建設
教材是教學的重要工具和資源,其水平直接影響教學效果和教學質量。在教學過程中,我們與時俱進,對教學內容不斷優化與更新,精益求精地編寫反映學科發展的教材[14]。
我們對原有編寫出版的教材進行修訂,反映新世紀學科發展水平和發展趨向,以適應教改需要。把這些最新內容用于教學,使學生了解到國際前沿動態和本學科的最新成果。
以相關系列課程為平臺,注重教材配套,服務因材施教,著眼長遠教材建設。僅2007年以來我們已出版的相關教材及專著如下:
《智能控制原理與應用》,國家級精品課程配套教材,2007;《智能控制導論》,國家級精品課程配套教材,2007;《未知環境中移動機器人導航控制理論與方法》,2008;《機器人學》,第二版,國家級教學團隊配套教材,2009;《機器人學基礎》,國家級教學團隊配套教材,2009;《人工智能及其應用》,第四版,國家級“十一五”規劃教材,國家精品課程配套教材,2010;《人工智能基礎》,第二版,國家級“十一五”規劃教材,國家精品課程配套教材,2010;《移動機器人協同理論與技術》,2010。
4優化隊伍結構
師資隊伍建設是團隊建設的源頭,沒有一流的教師隊伍就沒有一流的教學團隊。在師資隊伍建設上,我們一直采取引進優秀人才和在職培養相結合的做法。對于人才的引進主要通過辦專業和辦學科點等方式吸引人才,還通過創造教學和科研條件,穩定教師隊伍,解決個人的發展問題。
采取有效措施,提高主講教師的學術積累和教學水平。一是教研組教師,特別是中青年教師積極參加重要科研項目,提高學術水平。二是派中青年教師赴國外研修訪問,了解和學習發達國家同類課程的先進教學經驗、相關課程設置情況與發展趨勢,將國外教學思想引入課程教學。
教學始終是教師的第一要務,為了提高青年教師的教學素質,我們實施并完善了一系列管理措施和制度。
1) 設立名師工作室,實現名師資源共享形成多元化的帶教制度,安排高年資的教師對年輕教師進行傳、幫、帶,可以有業務方面的指導,也可以有認識方面的交流。通過老教師對年輕教師全方位的指導,使老教師的教學理念和經驗得以繼承,加快了年輕教師的成長。
2) 有計劃地安排年輕教師虛心旁聽有經驗教師的講課。通過聽課,不僅使年輕教師進一步掌握課程的內容,更重要的是使年輕教師學到了老教師的教學方法和經驗,對其今后從事教學工作起到了積極的指導作用。
3) 對于第一次上課和第一次上某門新課程的年輕教師,團隊都要在課前組織他們試講。試講前,安排老教師進行指導,傳授教學經驗。試講時,由團隊的教師參加聽課并對其進行講評,肯定其優點,指出其不足,幫助青年教師盡快掌握課程的重點,找到更合適的講授方法。此外,我們還備課,統一基本教案,幫助年輕教師成長。
近兩年來本教學團隊獲得的主要教學獎勵就有徐特立教育獎、茅以升教學專項獎等。
5擴大交流合作
我們在做好自身團隊建設的同時,增進與全國相關高校和教學團隊的交流,學習兄弟團隊的建設經驗,在課程示范、教材推廣、網絡資源輻射等方面發揮積極作用。我們還開展校內合作,聯合不同院系進行教學和精品課程的申報與建設,在校內推廣改革成果;發表了一系列教改論文;發起籌備《全國智能科學技術課程教學研討會》;邀請企業界科技精英做本科生就業指導相關報告。
1) 增進校際交流,發揮輻射作用。
我們經常以講座報告形式在許多兄弟院校進行教學與教改交流。例如,最近一年來就應邀先后到上海交通大學、同濟大學、東華大學、東南大學、國防科技大學、中國礦業大學、北京科技大學、清華大學等校就智能科學技術課程的教學、教改和建設問題作專題報告,在兄弟院校師生中引起熱烈反響。已有數以百計的高等院校采用我們編著的教材和網絡課程進行教學,國內已有眾多的從事人工智能課程和智能控制課程教學的教師,來信來函索取我們開發的課程教案、課程演示和網絡課程相關資料等,我們一直盡力地搞好推廣和服務工作。
2) 撰寫課程改革論文,進行國內外交流。
本團隊成員僅近一年多來,就在中國教育開放資源網、中國人工智能學會13屆年會、計算機教育、高等理科教育、計算機與現代化等會議及刊物上發表10篇教改論文,在國內外進行交流,起到介紹情況,交流信息和經驗的積極作用。
3) 籌備全國相關課程教學研討會。
為了更好地交流經驗,擴大影響和輻射作用,我們發起并聯合中國人工智能學會教育工作委員會、中國計算機學會人工智能與模式識別專業委員會、中國人工智能學會智能機器人專業委員會、中國自動化學會智能自動化專業委員會、中國人工智能學會人工智能基礎專業委員會,籌備召開了首屆《全國智能科學技術課程教學研討會》[15]。圍繞各個學校在智能科學與技術本科專業的課程改革與建設、課程和專業教學計劃制定和未來發展設想等方面進行交流研討。通過交流研討,認真學習兄弟學校的經驗,并盡可能匯報我們的經驗。我們相信,在與會全體代表的共同努力下,本次課程教學研討會一定能夠取得積極的成果。
注:本研究獲得教育部國家級精品課程人工智能(2003年)和智能控制(2006年)、全國雙語教學示范課程人工智能(2007年)、國家級智能科學基礎系列課程教學團隊(2008年)等項目支持。
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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
“智能科學與技術”專業是國家教委在2006年設置的新專業，代碼；080627S，屬于工學電氣信息類?，F已有南開大學、西安電子科技大學等12所高校獲準招生。
智能科學技術是信息科學技術的核心和現代科學技術的前沿和制高點，涉及自然科學的深層奧秘，觸及哲學的基本命題。智能科學技術的研究將對國民經濟、社會進步、國家安全生產產生深刻而巨大的影響，并將為智力革命、知識革命和信息革命建立理論基礎，為智能系統的研制提供新概念、新思想、新途徑。智能科學的興起和發展標志著對人類為中心的認知和智能活動的研究已進入新的階段。目前，國際上對智能科學及其相關學科的研究高度重視。我國對該領域的發展特別關注。
智能科學與技術在一定程度上代表著信息技術的前沿，其理論研究與應用開發對我國現行的教育與教學理念提出了挑戰。在現有的教育體系中增加智能理論和智能技術教學，對全面地培養學生的信息素養、創新的思維方式及激發學生們對信息技術未來的追求具有積極的意義。因此，為適應智能科學與技術的深入研究和社會對從事智能化產品研發人員的迫切需求，在本科階段設立相應的“智能科學與技術”專業是十分必要和及時的。因此，我校設立“智能科學與技術”專業是適應了社會發展要求的，必將為河北乃至全國的社會、經濟發展作出巨大的貢獻。
近5年來，我校自動化系先后從事的包括11項國家級項目在內的70余項科研課題，發表的近200篇學術論文，均不同程度地與“智能科學與技術”領域相關，積累了深厚的學術基礎。由于良好的辦學隊伍和實驗條件，由我校申報的“智能控制技術與裝置教育部工程研究中心”已經通過省級審查上報，因此，學科已經具備了承辦“智能科學與技術”新專業的條件。
2 辦學條件
2.1 師資狀況
從我校辦學發展來看，“智能科學與技術”專業的設立主要來自于近年來“自動化”專業在“智能化”和“信息化”方向的逐漸發展，以及“自動化”專業與“信息工程”、“計算機科學與技術”等專業的交叉。受專業發展特色和學時等因素的限制，僅靠在原有“自動化”專業課程中增設新課已經難以滿足相關領域人才培養的需要，因此可以說“智能科學與技術”專業是由量變積累超出“自動化”專業領域而質變派生出的一個新專業?；诖嗽?，“智能科學與技術”專業主要由自動化系中抽調人員組織專業課程階段的教學任務，專業基礎課程階段的教學任務則由電工電子教學中心等單位系協助完成。
由于我?！爸悄芸茖W與技術”專業是由“自動化”專業發展派生出的新專業，兩個專業多門課程的教學內容是相同的，因此“智能科學與技術”專業可以得到“自動化”專業的協助，從而避免多數新專業先期出現的師資力量欠缺問題。
2.2 相關支撐專業
“智能科學與技術”專業的主要相關支撐專業有“自動化”、“信息工程”、“計算機科學與技術”等，其中與同屬電氣信息類的“自動化”專業關系最近?？紤]到我校的具體情況，在新專業的辦學初期，“智能科學與技術”專業和“自動化”專業在科研、辦學經費、研究生培養等方面的統籌安排上統一劃歸省重點學科“控制理論與控制工程”管理。兩個本科專業的教學與學科的總體發展相互協調和支持，共同進步。
2.3 實驗條件
由于“智能科學與技術”和“自動化”兩個專業多門專業課程的教學內容是相同的，因此“自動化”專業的多個本科生實驗室可以與“智能科學與技術”專業共用，包括：微機原理與微機控制技術實驗室、控制理論實驗室等，可完成“自動控制理論”、“現代控制理論”、“微機原理”、“微機控制技術”和“單片機原理與應用”等多門專業基礎課程的實驗。
2.4 生源及就業形勢
智能科學與技術已經成為信息技術創新的重要增長點，其廣泛的應用前景日趨明顯，如智能化電器、智能化樓宇、智能機器人、智能化機器、智能化物流等，所培養的學生正是目前高新技術研究及產業發展急需的人才，同時這類人才也會對傳統產業的提升起到積極的作用，就業前景廣闊。在招生生源和畢業生就業方面均具備比較好的條件。
3 近期辦學規劃
3.1 師資隊伍建設
在師資建設方面，需要采取積極的人才戰略，走引進和培養并重的道路，注重引進和培養具有智能信息處理或智能控制研究背景的人才。同時，聘請人工智能領域經驗豐富的專家、教授對本專業的實驗及教學進行指導，積極鼓勵教師們的學術交流活動。
3.2 實驗室建設
(1)利用自動化專業的微機原理與微機控制技術實驗室、控制理論實驗室等，完成“智能科學與技術”專業本科教學環節中“自動控制理論”、“現代控制理論”、“微機原理”、“微機控制技術”、“單片機原理與應用”5門課程的實驗。
(2)建設“智能信息處理實驗室”，以通用實驗平臺的模式用于“數字信號與數字圖像處理”、“軟件工程”、“數據庫與數據挖掘”等課程的實驗和上機。
(3)利用教師在承擔智能科學與技術相關領域科研課題中購置的相關實驗設備和儀器，滿足學生在畢業設計階段和參加科技創新活動中對實驗設備的需求。3，3新專業課程體系建設
(1)積極向已經設立“智能科學與技術”專業的南開大學、北京科技大學等高校學習，通過廣泛的調研，使新專業的教學體系和課程內容逐步合理化。
(2)緊跟科技發展新趨勢，突出“智能科學與技術”新專業的特色，注重學生實踐能力的培養，在智能化電器、智能化樓宇、智能機器人、智能化機器、智能化物流等方面培養社會急需的特色人才。
(3)在控制科學與工程一級學科碩士點下設立“智能科學與技術”的相關研究方向，加強該專業的學術梯隊建設和人才培養，促進學院整體教學科研的和諧發展。
4 培養方案
4.1 培養目標
我們努力使學生德、智、體、美全面發展，具有堅實的數學、電子、計算機、自動控制和信息處理的基礎知識，系統地掌握智能科學的基礎理論、基礎知識和基本技能與方法，受到良好的科學思維、科學實驗和初步科學研究的訓練，具有分析問題和解決問題的能力，以及知識自我更新和不斷創新的能力。學生能適應智能科學與技術的飛速發展。在個人素質方面，具有全面的文化素質、良好的知識結構和較強的適應新環境、新群體的能力，并具有良好的語言和計算機運用能力。
4.2 基本要求
使學生系統地掌握“智能科學與技術”的基礎理論知識，以適應自動化、智能信息處理與技術等方面的工作需求；掌握電路與系統的基本理論和實驗技術，具備分析和設計電子設備的能力；掌握信息獲取、處理的基本理論和方法，具有系統設計、集成、應用的基本能力；了解智能科學與技術領域的學科前沿、最新進展和發展動態；了解自動化和信息系統及網絡技術的應用現狀和理論前沿，具有研究開發新系統、新技術和各種智能化工程裝備的初步能力。
4.3 主要課程
我校“智能科學與技術”專業的主要規劃課程包括電路、電子技術、微機原理、自動控制理論、現代控制理論、嵌入式系統、軟件工程、計算機網絡、數字信號與數字圖像處理、智能控制、數據庫與數據挖掘、人工智能概論、信息管理系統等。
21世紀是智能科學技術快速發展的時期,智能科學與技術本科專業應當抓住這個契機,大力推進智能科學與技術的本科教育和專業建設,培養適合社會發展和市場需求的智能科學技術人才[1]。堅持以學生為根本,以傳授知識、培養能力、提高素質和協調發展為己任,以我國經濟結構戰略性調整的要求和社會發展對人才的迫切需求為重心,針對師資隊伍、人才培養模式、教學內容與課程體系、教學方法與手段、教學管理及培養質量等方面進行深入改革,形成具有先進的辦學理念、完善的管理體制、領先的改革思路、優秀的師資隊伍的龍頭專業。智能科學與技術作為具有廣闊發展前景和巨大應用需求的綜合交叉學科,高校應進一步拓展相關研究領域,結合辦學條件、管理制度及政策傾斜,突出人才培養和專業建設的特色。
1深化實踐教學改革,探討多元復合型人才培養模式
智能科學與技術專業要協調發展,首先必須明確專業特色,形成自己特有的學科體系、人才培養模式和課程特色。在智能科學技術相關研究已經滲透到各個領域的形勢下,對人才的培養要從多元化角度來考慮[2]。一方面,當前國內外智能科學領域的相關研究如火如荼,原創性理論與核心技術的研究步伐在進一步加快,國際上對智能科學與技術專業研究型人才求
賢若渴。另一方面,智能科學領域的一系列學術研究成果,迫切需要轉化成能夠產生社會效益、支持社會主義經濟發展及人民生活需要的產品,大型企業、著名公司對具有智能科學技術專業知識的應用型和工程型人才的需求勢頭正旺,因此,目前探討智能科學與技術專業的人才培養模式正當其時。
1) 多元化人才培養模式。智能科學與技術專業是一個集智能技術、通信技術、計算機技術、控制技術等多學科交叉、跨應用領域的本科專業。根據社會經濟的發展、市場對人才的需求以及專業自身的發展特點,智能科學與技術專業的人才培養應當兼顧研究型、應用型和工程型等多元復合型人才需求,因此,智能科學專業在充分整合優質教育資源的基礎上,需要不斷改革教育模式。一方面,通過各種教學活動,豐富各層次、各類型的課程教學資源,如:積極開設雙語教學、探究式教學、“本、研合一”的高水平課程、校外名師課程等,強化學生創新知識和科研學術能力的培養,推進高素質人才的培養計劃;另一方面,針對智能科學與技術專業的應用特點,積極開展學生科研活動和實踐訓練,使學生通過項目實踐鍛煉自己的實際研發能力,提高運用所學知識解決實際問題的能力。此外,充分利用我校多學科、綜合化的人才培養優勢,通過以跨學科、跨專業的交叉融合,打通各方的優質教學資源,給學生提供更加廣泛的學習空間,促進優質高效的復合型人才培養。
2) 專業素養培養。完善由智能科學與技術專業基礎課程、專業核心課程、專業方向課程三部分組成的定位明確、特色突出、規范合理的專業教育課程體系,加強學生在基礎知識訓練和智能科學專業技能的素養培養,強化專業基礎的相關性,突出專業核心的穩定性,擴大專業方向的多樣性。
3) 科研素養和適應發展能力培養。智能科學與技術專業面對多元化人才需求,不僅要培養學生獨立從事科學研究的能力,自主不斷學習新理論、新方法和新技術的能力,以勝任學科的前沿研究和技術發展;同時還要重視學生在研發團隊的協同工作能力,以適應學科在實際中的各種應用需求,在不斷開發高質量智能軟件系統及項目研發的實際鍛煉中,培養學生的高效工作能力和良好的溝通能力。
基于以上觀點,我校在教學模式的改革中,積極提倡“夯實基礎、綜合提高、加強實踐”的三結合人才培養改革思想,針對學生的專業素養、專業技能等多個方面細化培養方案,不僅注重培養學生的實際應用能力,還要兼顧培養學生的研究型思維、科學研究的能力及創新精神,從整體上提升智能科學技術人才培養的素質。
我校智能科學與技術專業堅持“教學、科研、團隊的協調發展,學科、專業、課程的整體建設”,依托北京市實驗教學示范中心、北京市高等學校工程研究中心,北京市重點建設學科“計算機應用技術”、校級重點建設學科“軟件理論與技術”以及與其他專業和兄弟院校的聯合,開展了以教師隊伍建設為基礎、以人才培養改革為核心,以促進學生知識、能力、素質協調發展為目標的專業建設工作,并形成了層次型人才培養方案,如圖1所示。
圖1層次型人才培養方案
1.1層次型人才培養方案及教學模式
結合智能科學與技術本科專業的特點,針對多元化人才培養需求,我們構建了“教―學―用”的層次型培養模式,形成了“2+1+1”的教學模式。前兩個學年主要學習計算機科學技術和智能科學基礎理論知識,以學習、理解和掌握知識為主,同時采用啟發引導及探究討論的教學策略,培養學生自主學習的能力和主動探究的興趣,進一步結合相關問題、設計方法、分析討論和問題求解培養學生的專業素養[3]。第三學年側重學習智能專業核心課程,如:智能機器人、智能游戲與虛擬現實技術、模式識別、智能信息獲取與決策管理、自然語言處理等體現智能科學與技術專業特色的課程,使學生在理論方法的學習中提高專業技能,同時所設課程與相應的實驗課相結合,加強學生理論知識的消化和實踐能力的訓練。第四學年,以綜合實踐訓練為主,學生根據各自的情況和興趣,參加學生科研立項、各類科研競賽活動、大學生創新實驗、專業實習、畢業設計及教師的科研項目等,進一步強化實踐能力培養環節,有利于學生整體綜合素質的提高。同時,以問題為綱,培養學生在解決問題的同時自主發現新問題和新知識,進一步培養學生的主動思維和創新提高的科學研究素養[4]。
1.2 “本、研合一”的教學體系
本科生與研究生的培養互動是推動本科生創新能力培養的有效措施。我校智能科學與技術專業經過幾年的探索和實踐,形成了“本、研合一”的教學體系?！氨尽⒀泻弦弧苯虒W體系的設計思路是將學生在各個學習階段的知識結構、實際應用能力和科學研究能力進行一體化設計,使學生在有限的時間里掌握盡可能多的知識,得到盡可能充分的實踐與鍛煉,并在一體化的教學體系設計中逐步培養學生的研究型思維、應用型和工程型能力,以及創新型精神,提升智能科學與技術專業的人才素質。
我校智能科學與技術專業借助已獲批北京市和校級精品課程、探究式課程、雙語課程及網絡多媒體課程,包括智能信息獲取技術、人工智能原理、模式識別、智能科學與技術導論、智能機器人和自然語言處理等,在三年級開設提高性的研究型課程,這種提高性教學采取本科生與研究生合班上課的形式,使一部分本科學生在本科階段先行選修部分研究生課程,并接受高水平教師的培養。這一階段要求教師面向研究和學習對象,將每一階段的理論知識與實際應用系統對應設計,同時要求理論課和專業技術課都要針對研究和學習對象設計問題,留出解決問題的空間。在完成整個學習階段后,組織學有余力的本科生與研究生聯合申請科研立項(由學校條裝處資助)、實驗室開放基金(由學校學生處資助);有計劃地將本科生按照他們的興趣愛好,逐步吸納到由研究生導師、研究型教師、研究生、本科生組成的科研課題組或特色研究小組,以科研項目組為單位,對學生進行系統的綜合提高訓練。
1.3積極開展“研、教互動”,培養具有前沿性、時代性和實用性的復合型人才
教師的科研和教改項目為學生提供了課外學習的平臺和廣闊的發展空間。部分學生將課程組教師的研究成果,實現了直觀驗證和探索歸納兩種實驗分析模式。另外,我們還組織部分有能力、有興趣的學生成立課外科研興趣小組,參加各種科研活動,4年來課程組教師指導的36個校級科研項目中有22個獲得學校獎勵?？蒲谢顒优c教學的互動不僅提高和增強了學生學習的興趣和動力,更激發了他們鉆研與探索的精神。在本科第三年,一方面聘請國內外知名教授,為本科生開設前沿性的科研講座;另一方面要求學生去聯合實踐基地、對口企業進行為期三個月的專業實習和相關實踐活動,由雙方共派導師形成導師組聯合指導培養學生。這些項目不僅給學生從事基礎研究創造了機會,也加強了專業科研對外合作,有利于專業人才培養水平的提高。
2以多渠道交流、合作及開放的方式,加強“產、學、研”結合的多元化培養模式
我校智能科學與技術專業廣泛利用國內外優勢教育資源開展主題鮮明、形式多樣的教學科研合作,積極開拓產學研結合渠道,與企業共建科研開發中心合作,一方面提供學生進行專業實習、畢業設計、綜合訓練等,另一方面,還為學生提供科技創造的實踐環境和為社會提供各種技術服務的平臺。智能專業除了與本校的兄弟學院建立教學科研合作之外,還與澳洲悉尼科技大學、美國密西根州立大學、中科院高能所、中科院自動化所、IBM公司、北京上善中加信息技術有限公司、北京智能谷科技有限公司等幾十家中外著名大學、軟件公司、企業及高級研究機構建立了開發、科研與人才培養合作的機制,通過多種多樣的方式在學校和校外各方進行聯合,積極開拓產學研結合渠道,引進最先進的智能研發環境,培養學生掌握最新的研究成果和開發技術,成為適應國家科學研究、社會主義市場經濟和信息產業發展需要的研究型、應用型、工程型的復合型人才,力爭在人才競爭中保持優勢。
3加強師資隊伍建設
師資隊伍建設一直以來都是專業建設的基本保證,我校智能專業注重建立教師深造培訓、學術交流和工作分配的有效機制,進一步為教師提供豐富教學經驗、了解人才需求的平臺,以人盡其才的用人方式激發教師的工作積極性。近年來,我們已先后從中國科學院、北京理工大學、西安工業大學、北京科技大學等國內知名高校和科研機構引進了多名具有博士學位的教師,并結合智能專業的特點,建立了一支多學科、多專業的基礎理論課教師、專業核心課教師、科研及工程技術人員組成的專兼結合的教師團隊。這支以中青年為主的教師隊伍長期工作在教學、科研第一線,積累了豐富的教學經驗,教學效果顯著,其中教授3人,副教授2人,研究生導師6人,具有博士學位的教師6人。經過多年的建設,專業已形成了一支知識結構、學緣結構和年齡結構比較合理的師資隊伍,教師具有扎實的專業基礎,深厚的教學功底,開闊的學術視野和較強的科研能力,其中,2人獲北京市優秀青年骨干教師稱號,3人多次獲得學校優秀主講教師、優秀導師和優秀畢設指導教師等稱號。
在專兼結合的教師團隊中,智能科學與技術專業的教師側重培養學生扎實的理論基礎和專業知識,同時注重院校內部交叉學科知識的融會貫通,聯合院內信息工程專業、計算機科學專業、軟件工程專業以及教育科學學院從事相關研究的學者,通過講座與項目聯合的方式,培養學生對跨學科交叉領域知識的掌握與應用。同時,積極開展與國內外著名軟件公司、企業及高級研究機構的交流與協作,建立相關產業和領域一線工程技術人員到學校兼職授課的制度和機制,進一步擴充師資隊伍的力量。另外,在教師隊伍的建設建設中,采用以老帶新和以新促長的方式,注重分工協作和交流發展,采用課程主講教師負責制,全面負責課程的教學、實驗、實習和實踐;而實驗教師負責實驗、實習和實踐教學,從而保證了隊伍的連續性和優勢互補性。此外,教授、副教授每學年必須為本科生開設核心課程,并要承擔一定的教學實驗、專業實習、指導本科學生科研立項、畢業論文指導等工作,切實保障了課程理論學習與實驗、實踐、研究環節的緊密跟蹤與指導。
4優化課程體系
課程建設是專業建設的重要內容,課程教學的質量直接關系到人才培養的質量。智能科學與技術專業目前有北京市、校級精品課程、優秀課程、探究式課程、雙語課程及多媒體網絡課程7門,智能信息獲取技術、人工智能原理、模式識別、智能決策支持系統、智能機器人、自然語言處理,另外還有多門課程的建設工作驗收合格。智能科學與技術專業在課程體系的設置和改革方面,參考了國內外著名高等學校,包括麻省理工大學、斯坦福大學、東京大學、悉尼大學以及北京大學、南開大學、西安電子科技大學、北京郵電大學的智能科學專業的課程設置,充分考慮了我院在信息處理技術方面的特色,以及智能科學專業多年來在機器學習、模式識別、自然語言理解以及智能信息處理等方向的科研成果及研究生培養經驗積累,以智能機器人、智能游戲及智能信息處理等為特色課程,以建設“理論―研究―實踐”為指導思想,設置了協同遞進的特色課程體系,如圖2所示。通過“學習+提高+實踐”的協同遞進和不斷深化的過程,達到系統掌握和融會貫通,并由“基礎訓練”提高到“專業素養”,最終上升為綜合能力。在理論基礎和實踐訓練的協同學習過程中,案例學習與項目帶動的一體化方式可以激發學生的學習熱情和科研興趣,同時使學生感知理論基礎知識的重要性。
圖2協同遞進的課程體系
5拓寬多學科領域的教學科研合作,提高人才培養質量
智能科學與技術專業自身特點決定了在人才培養方面的學科綜合交叉性[5],體現了與其他領域的技術相互滲透的必要性,這種跨學科的交叉應用研究更能激發智能科學與技術專業的活力,更能充分發揮智能專業的科研潛力。拓寬領域合作是各個學科在教學改革中值得思考的問題,我校智能科學與技術專業結合本校的辦學特色,與教育科學學院教師聯合開展了在教育信息智能化方面的相關合作,將專業技術廣泛應用于教育信息的智能處理中,從學業表情、知識驅動、網絡信息監管與安全分析入手,基于情感計算、數據挖掘、Multi-agent、分布式智能檢測、教育信息等技術,在情緒信息認知計算模型和信息安全監控模型方面進行廣泛深入的合作研究。這種交叉領域的教研合作,有利于促進專業相關課程及其實驗、實習、科研、畢業論文、學生科研活動取得良好的應用效果[6]。
6人才培養和專業建設的架構
本校智能科學與技術專業結合近年來在人才培養和教學改革中的經驗和教訓,縝密剖析了當前智能科學與技術專業在我國的學科地位、自身特點和未來發展,建立起了“專業基礎+項目實踐+社會服務”的人才培養與專業建設架構,如圖3所示。
圖3人才培養與專業建設架構
7結語
智能科學與技術是一個與學科領域前沿及最新發展緊密結合的多學科交叉專業,因此要結合心理學、哲學、生命科學等多學科不斷優化知識結構,根據教育部、教學指導委員會和國家及北京市科技發展中長期規劃綱要,突出重點領域和前沿技術優先發展的有關要求,認真研究專業定位,規范智能科學與技術專業建設的基本內容,加強基礎,提高素質,優化結構,增強優勢,協調發展,突出特色;順應社會的
發展需求,面向市場的用人需求, 構建經濟社會發展需要的課程體系,規范課程教學內容設置,加強精品課程建設,開設高水平課程。同時,政策傾斜、條件改善和嚴格管理是提高人才培養質量的保障,高校應當進一步加大投入,支持智能科學與技術專業的實驗室、實習基地、圖書資料、基礎設施、師資優化等教學條件的建設和改善,使其具有更好的辦學條件和更加先進的教學手段,滿足多元復合型人才培養的需要。此外,專業建設實行專業責任制,明確專業建設目標,理清專業建設思路,切實制定和完善專業建設實施規劃,加強師資隊伍建設,在課程改革與建設、教材建設、實踐教學基地建設、教學改革與管理等方面落實相關人員責任,落實專業建設經費,確保達到專業建設的預期目標。最后,加強專業畢業生就業服務與跟蹤調查:以科學發展觀為指導,以學生的全面和諧發展為中心,在統籌兼顧的前提下,重點加強專業的畢業生就業服務與指導工作,努力提高就業率,積極開展就業跟蹤調查,多渠道了解信息,建立更加完善的畢業生社會評價反饋體系,加強專業畢業生的后續管理,進一步提高專業的影響力和社會聲譽。
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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
智能科學與技術是當前科學研究和工程實踐的理論與技術發展的前沿領域，智能科學與技術專業是一個多學科交叉的跨應用領域專業Ⅲ。智能科學技術的發展將把整個信息科學技術推向“智能化”的高度，這正是當代科學技術發展的大趨勢，對于這方面人才的需求也越來越迫切。智能科學與技術培養掌握堅實智能科學與技術基本理論和系統專門知識，具備作為工程師或領導者及公民的良好人文修養，具有從事科學研究、工程設計、教學工作或獨立擔負本專業技術工作能力，深入了解國內外智能科學與技術領域新技術和發展動向，能結合與本學科有關的實際問題進行創新研究或工程設計的高級專門人才。
高校應穩妥發展與完善智能科學與技術專業的本科生教育，夯實本科教育基礎并積極創造條件，大力開展創新教學，努力培養學生的創新意識、創新精神和工程實踐能力，使之成為具有系統技術基礎理論、專業知識和基本技能，良好科研素質和較強創造能力的智能科學與技術工程師。
2教學計劃與教學管理分析
智能科學與技術屬于計算機類專業，其必修課程設計原則是使學生具備計算機科學與工程的基礎理論知識，尤其是大類專業招生教學的院校，通識課程主要是數學、物理文化基礎，強調扎實的自然科學基礎。專業教學的特色體現在專業必修和專業選修課程，專業必修課一般分為數學基礎和專業課程。計算機類專業數學基礎課程一般包括線性代數、微積分、離散數學、微分方程、概率與統計、數值計算等；專業課程一般包括程序設計基礎、高等程序設計、數據結構、操作系統、計算機組成與結構、數字電路與邏輯設計等。
2.1學分
本科培養計劃的學分中，國內外大學學分總數趨勢是逐步減少，追求少而精。國內院校一般在130～190學分之間，如北京大學為150學分，清華大學為1 70學分，東南大學與浙江大學均為160學分，還有16學時為1學分的，也有18學時為1學分的。
中國臺灣的大學一般在130學分左右。臺灣交通大學最低畢業學分為128學分，其中必修課程須達76學分（共同必修58學分+資工組核心須達分+（資工組副核心課程學分+另2組核心課程學分）），專業選修本系課程須達12學分，其他選修課程須達12學分，通識課程須達28學分（含外語課程必修8學分）。臺灣“中央大學”為136學分，臺灣“清華大學”為136學分，其中必修和必選學分126，其他與導師商量決定。
美國的大學各校差異較大。美國的學分計算有4學期制、兩長一短制及兩學期制，其中加州大學伯克利分校為120學分，麻省理工大學為90學分，加州大學洛杉磯分校為186學分，斯坦福大學為180學分。
2.2教學管理
在教學管理上，斯坦福大學給學生提供了非常寬松的自由發展空間。新生入校后不分專業、不分學院。除了醫學院和法學院學生需要經過一定的選拔程序外，本科生可以在入學后的前一個學期適當時候隨意選擇專業，并且選擇專業后允許更改，只要畢業時滿足專業培養方案即可。
國內的浙江大學是較早實行按大類招生的學校之一，分為大類培養、專業培養和特殊培養3類，前兩年不分專業，按學科分類集中培養。
臺灣的大學專業也是按大類完成前期的基礎課程，再分小專業完成各學程，包括基礎課、核心課和進階課。
教學分組是現在的主流課程架構，也是體現專業方向的主要形式，分組課程是體現專業特色的課程組。國內清華大學采用的是分組教學；臺灣的大學基本上采用的是以教學方向分組的方式，臺灣的大學教學分為課程與修業、學分學程。
2.3實驗與實踐教學
計算機類專業各大院校都強調課程實驗與實驗教學，而目前課程該如何進行教學？這不僅是實驗問題，如何以工程教育專業論證為目標，怎樣使教學目標達到畢業要求是關鍵。做中學是主流實驗教學方式，尤其是美國的大學，大作業體現的是實驗與理論教學的結合，是考查學生是否理解理論知識的重要途徑。學生不僅能夠學習扎實的數學和計算機專業知識，還進行大量的實踐創新訓練。麻省理工大學、加州大學伯克利分校、加州大學洛杉磯分校、斯坦福大學都屬于實踐創新性教學模式。例如，斯坦福大學程序設計范式課程重點比較C、C++、Java的特點和難點，每1～2周有一次大作業，針對不同的任務，要求學生用不同的語言實現，使學生加深理解各類編程語言的應用場合；麻省理工大學的課程計劃是必須先修12學分的實驗課程，再修3門或4門核心課程，最后選擇3門方向學科和1門關于該方向的實驗課、2門專業拓展課。
3智能科學與技術課程體系分析
智能科學與技術課程體系在智能基礎理論研究的基礎上，需要安排基礎性、通用性、關鍵性的智能技術研究，主要包括感知技術和信息融合技術；自然語言處理與理解技術；知識處理（認識）技術，包括知識提煉、知識分類、知識表示技術等；機器學習技術，特別是統計與規則相結合的學習技術；決策技術，即知識演繹技術特別是不確定推理技術等；策略執行技術，即控制與調節技術；智能機器人技術，特別是面向專門領域的智能機器人技術；智能機器人之間的合作技術；基于自然語言理解的智能人機交互與合作技術；智能信息網絡技術。
國內最早創辦智能科學與技術專業的學校包括北京大學，西安電子科技大學是第2批開始培養智能專業學生的院校。北京大學的本科教學計劃中，專業必修課程（2分）包括：①專業數學/理論基礎（15學分）：算法分析與設計、集合論與圖論、概率統計A、代數結構與組合數學、數理邏輯；②硬件與系統基礎（分）：數字邏輯設計、微機原理和信號與系統；③智能基礎（5學分）：腦與認知科學與人工智能基礎。專業限選課程（15學分）包括信息論基礎、計算方法B、數字邏輯設計實驗、微機實驗、數據結構與算法實習、機器感知和智能處理實驗、智能多媒體信息系統實驗。選修組合課程（29～32學分）：學生按照自己的興趣，參考智能的2個專業方向推薦專業課組合，自行選擇，至少選修20學分的智能專業課程。公共核心+專業方向+新技術及其他：①公共核心課程（分）：智能科學技術導論、模式識別基礎、生物信息處理、智能信息處理；②專業方向課程（11～15學分）：機器感知與智能機器人方向、智能信息處理與機器學習方向、新技術及其他。
西安電子科技大學智能專業主要課程包括電路分析理論、信號與系統、數字信號處理、數字電路及邏輯設計、模擬電子技術基礎、微機原理與系統設計、數據結構、軟件工程、人工智能概論、算法設計與分析、最優化理論與方法、機器學習、計算智能導論、模式識別、圖像理解與計算機視覺、智能傳感技術、移動通信與智能技術、智能控制導論、智能數據挖掘、網絡信息檢索、智能系統平臺專業實驗等課程及30多門選修課程。
建議各學?？梢愿鶕W院教學特色與實際需求，設計專業核心課程。北京大學偏重“信息處理”，湖南大學偏重“智能系統”，但需要強調的一個前提就是智能科學與技術專業屬于大計算機類，更需要大EECS專業的基礎。編程、電路、數學、數據結構、計算機系統這五大核心基礎就是大EECS；其次是專業，計算機以系統結構、操作系統、網絡、編譯、數據庫五大經典專業核心課為主，湖南大學的智能科學與技術專業強調系統，因此信號與系統、操作系統、嵌入式系統、人工智能是最基本的專業核心課，然后再分不同的分支。湖南大學智能科學與技術專業核心課程包括人工智能概論、機器學習、計算智能導論、模式識別、智能控制導論、智能數據挖掘、機器人學等；研究學位課程包括模式識別、人工智能等，主要體現為智能科學與技術基礎（人工智能概論、機器學習、計算智能導論、模式識別）、核心（智能控制導論、智能數據挖掘）和應用（機器人學）。
4結語
（1）在課程計劃實施過程中，教師需要遵循課程的時序圖，即描述課程的進階關系，從本科直到研究生，同時還可以實行一定的修課限制，如臺灣交通大學計算機概論與程式設計和面向對象程式設計兩科皆不及格者不得修數據結構與算法概論，若數據結構不及格不能修算法設計課程等。
（2）程序設計類課程用上機程序能力考試來設置合格條件，如臺灣交通大學基礎程式設計及格條件為通過“程式能力鑒定”，湖南大學則以CCF―CSP軟件能力測試作為程序設計課程通過的考核標準。
（3）鼓勵學生參與項目、競賽等課外科技活動，如臺灣“清華大學”的綜合論文訓練是由具有同等水平的項目訓練成果或SRT（student research training）計劃項目以及其他課外科技活動成果經認定后代替的。
繼2004年北京大學率先在國內建立“智能科學與技術”本科專業之后,2005年,北京郵電大學、南開大學和西安電子科技大學;2006年,首都師范大學、北京信息科技大學、武漢工程大學和西安郵電學院;2007年,北京科技大學、廈門大學和湖南大學;2008年,河北工業大學和桂林電子科技大學;2009年,重慶郵電大學和大連海事大學;2010年,中南大學和上海理工大學先后經教育部批準先后設立了“智能科學與技術”本科專業[1-2]。在中國人工智能學會教育工作委員會的指導下,自2002年起,各相關專業教師定期召開智能科學與技術教育學術研討會,并出版教育論文專輯,大力推進了我國智能科學與技術教育的健康、快速發展,并對我國智能科學技術的人才培養和學科建設起到了極大的帶動作用。
作為一個發展中的新興專業,目前各高校仍主要結合自身基礎和特點建設該專業。如南開大學以智能技術與智能工程為核心專業課程[3];北京科技大學從社會需求角度出發,以提高學生軟件實踐能力為切入點[4];河北工業大學根據相關專業的就業現狀,以提高學生硬件實踐能力為著力點[5]。為了解決南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校共同面臨的課程體系和教材建設等問題,三校教師分別于2010年6月16日和8月2日在南開大學、河北工業大學進行了兩次研討,現將研討成果匯總于此。
1研討背景
“智能科學與技術”專業自開辦以來,不可避免地要回答如下3個方面的問題:
1) 來自用人單位的問題:“智能科學與技術”專業是做什么的?與其他專業相比優勢何在?
2) 來自學生及家長的問題:“智能科學與技術”專業是學什么的?與其他專業相比優勢何在?
3) 來自教師自身的問題:“智能科學與技術”專業應該教什么?與其他專業相比優勢何在?
無論是做什么、學什么還是教什么,歸根到底是課程體系和教材內容。無論是研究生課程下移(帶來學生接受知識的困難),還是在其他專業教學體系基礎上做簡單的增、刪、改(帶來學生知識結構的凌亂),都是不行的,長此以往的后果將是沒有優勢,只有劣勢。
南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的“智能科學與技術”專業建設都源于自動化專業基礎,而且都具有典型的工科特色;同時3所高校分別是教育部直屬“985”高校、教育部直屬國家“優勢學科創新平臺”建設項目試點高校和河北省屬“211”高校,3所高校的“智能科學與技術”專業分別于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科學與技術”專業建設上的異同特點以及地域便利的條件,為優勢互補、交流融合提供了機遇。
2課程體系
根據研究任務的不同,智能科學技術涵蓋的內容可以劃分為智能科學、智能技術、智能工程三個層次[6]。
1) 智能科學:主要任務是研究人的智慧,建立人機結合系統理論,并用其模擬人的智慧。
2) 智能技術:在智能科學的框架內創建人機結合智能系統所需要的方法、工具和技術。
3) 智能工程:利用智能科學的理念和思想,充分運用智能技術工具創建各種應用系統。它是當前新技術、新產品、新產業的重要發展方向、開發策略和顯著標志。
根據上述智能科學技術的劃分,智能科學與技術專業的課程體系同樣劃分為理論、技術與工程應用3個層次,具體框架如圖1所示。
需要說明的是,由于課時、學時等因素的限制,有些課程需要包含未列入課程的部分內容。如智能科學與技術概論課程內含系統論的簡要介紹;智能控制系統包含可編程序控制器、智能傳感器、智能執行器等內容;智能工程包含若干典型智能系統實例。
3教材建設
經南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的討論,一致認為工科專業應以技術和工程應用兩個層次為核心,并將人工智能導論和智能信息處理兩門課程的教材合并為智能技術。同時,根據南開大學側重理論、北京科技大學側重軟件、河北工業大學側重硬件的原則進行分工,編寫對應課程的教學大綱和教材內容。
3.1智能技術
本課程包括智能計算和計算機視覺兩部分,分別介紹以對人腦的物理結構進行模擬為主要特征的聯接主義智能技術和以模擬人類視覺處理為主要特征的計算機視覺兩部分。它是智能技術的主干內容;也是實現智能技術、組成智能系統的重要工具,屬于本專業本科生的專業基礎課。通過智能技術的學習,學生應能夠掌握智能技術的基本原理和方法。通過課堂講解、,并配合一定的作業練習、上機實驗等環節,學生應初步具備運用智能技術和方法分析和解決問題的能力。本課程擬定90學時,其中授課54學時,實驗36學時。
教材內容包括智能計算和計算機視覺兩部分,智能計算部分包括神經網絡、模糊理論和遺傳算法/蟻群算法,計算機視覺包括計算機視覺導論、計算機視覺理論基礎、圖像預處理、圖像分割、物體識別、圖像理解、雙目立體視覺、三維視覺技術、主動視覺。
神經網絡講授單個神經元(感知器)的動作原理,與實際生物神經元的對應關系;講授BP神經網絡的組成,網絡的特性和對非線性函數的模擬功能;介紹BP算法的優、缺點;講授H網絡的組成結構,H網絡在解決優化問題的優越性。模糊理論講授模糊集合的概念,建立隸屬度函數的概念;介紹模糊規則的建立原則,模糊規則與模糊系統收入輸出量之間的關系;介紹模糊化以及模糊量精確化的幾種常用方法。遺傳算法和蟻群算法只作簡要介紹,重點介紹這兩種算法的特點和成功的應用實例,使學習者有一個感性認識,明確這種類型算法的“迭代”特點以及總體最優目標與個體行為之間的聯系。
計算機視覺理論基礎主要介紹Marr的視覺計算理論、圖像的相關知識、傅立葉變換基礎;圖像預處理主要介紹像素亮度變換、幾何變換、直方圖修正、局部預處理、圖像復原;圖像分割主要介紹閾值處理方法、基于邊界的分割方法、基于區域的分割方法;形狀表示與描述主要介紹鏈碼、使用片斷序列描述邊界、尺度空間方法、基于區域的形狀表示與描述;物體識別主要介紹知識的表示、統計模式識別、神經元網絡、遺傳算法、模擬退火、模糊系統;圖像理解主要介紹并行和串行處理控制、分層控制、非分層控制;雙目立體視覺主要介紹雙目立體視覺原理、精度分析、系統結構、立體成像、立體匹配、系統標定;三維視覺技術主要介紹結構光三維視覺原理、光模式投射系統、標定方法、光度立體視覺、由紋理恢復形狀、激光測距法;主動視覺主要介紹從陰影恢復形狀、從運動恢復結構、主動跟蹤。
3.2智能控制理論與技術
本課程是“智能科學與技術”專業的一門重要專業課程,目的是使學生了解智能科學與控制理論結合所產生之智能控制理論的基本概念和應用價值;使學生熟知當前主流智能控制技術的種類,并掌握模糊控制、神經網絡控制以及進化計算、群體智能的基礎知識,了解智能技術與傳統控制方法的結合點;加強MATLAB仿真實驗的訓練,以使學生更好地理解基礎知識,培養學生使用高級智能控制方法解決實際控制問題的能力。本課程的學習將使學生加深對控制理論的理解,明晰智能技術在控制中的應用技巧,也為本科生繼續深造打下基礎。本課程擬定64學時,其中授課54學時,實驗10學時。
教材內容包括智能控制概論,介紹智能控制的發展歷程和應用領域,簡介幾種重要的智能控制方法;專家控制,簡介專家系統的基本結構,講授專家PID控制器的原理與設計方法;模糊控制,講授模糊數學基礎知識、傳統的模糊控制原理和控制器設計與實現方法、模糊PID控制的兩種形式,特別是PID控制參數的模糊整定技術;神經網絡控制,講授前饋神經網絡和遞歸神經網絡中幾種典型的網絡模型以及學習算法、基于神經網絡的線性系統辨識技術、神經網絡逆?？刂频?進化計算與控制,講授進化計算的概念、遺傳算法的原理及其與其他智能方法的結合,介紹遺傳機器人學;群體智能與控制,講授蟻群算法的基本原理及其在控制問題中的應用,介紹群體機器人學。
3.3單片機原理與應用
本課程是“智能科學與技術”專業的一門專業課程,目的是使學生了解單片機的組成原理及常用控制算法的實現;掌握51系列單片機指令系統和一般匯編程序設計編寫方法;熟悉常用的單片機硬件擴展技術;在此基礎上,熟練掌握控制算法的單片機程序編寫與調試。本課程擬定54學時,其中授課38學時,實驗16學時。
教材內容包括單片機系統概述,介紹單片機定義、單片機發展過程及單片機硬件結構;單片機指令系統及程序設計,介紹指令系統和匯編語言程序設計;硬件資源及接口技術,介紹硬件資源和接口技術;單片機使用技術,介紹抗干擾技術、C語言應用程序設計;依次介紹PID控制器、狀態反饋控制器、模糊控制器、系統辨識、卡爾曼濾波、滑?？刂破?、最優控制器、魯棒控制器、自適應控制器、神經網絡控制器的歷史沿革、基本原理、常用形式和單片機具體實現方法。
3.4嵌入式系統
本課程以當前主流的嵌入式系統技術為背景,以嵌入式系統原理為基礎,以嵌入式系統開發體系為骨架,以嵌入式控制系統開發為目標,較為全面地介紹嵌入式系統的基本概念、軟硬件的基本體系結構、軟硬件開發方法、相關開發工具、應用領域、熱門領域的開發實例以及當前的一些前沿動態,為學生展示較為完整的嵌入式控制系統領域概況。本課程擬定64學時,其中授課48學時,實驗16學時。
教材依據嵌入式控制系統的特征,將控制算法、嵌入式系統硬件、操作系統、應用程序設計及組態軟件作為統一的技術平臺介紹,突出嵌入式技術在控制系統中應用的特點,重點介紹嵌入式控制系統軟硬件、電路、操作系統、實時性、可靠性等特性,從軟件體系結構及開發的角度出發,強調實時調度、Bootloader、BSP、嵌入式實時多任務系統設計、交叉開發與仿真開發等關鍵技術,并特別引入了工業控制中需要的電磁兼容性設計和大量的典型嵌入式控制系統實例設計。通過本課程的學習,學生不但可以學會使用工具開發嵌入式軟硬件,而且可以從總體角度選擇適當的技術和方法,全面規劃和設計嵌入式系統。
3.5智能工程
本課程是“智能科學與技術”專業的一門核心專業課程。面向智能技術的實際應用,著眼于解決工程應用中的技術問題,從典型系統設計案例分析出發,通過大量實驗提高學生的工程實踐能力。本課程擬定36學時,全部為授課學時。
教材內容包括智能工程概論,介紹智能工程現狀、工程設計原則和工程實際流程;常用傳感器原理,介紹傳感器一般特性、光電式傳感器和視覺傳感器;典型智能系統設計案例,包括智能移動機器人、智能電梯群控電梯等系統。
3.6智能機器人
課程通過對一個具有代表性的仿人機器人的拆解,將知識點拆解成6個主要教學模塊:1)機器人控制模塊,介紹各類控制模塊的原理與組成;2)機器人運動系統,介紹電機與舵機的原理與控制方法;3)機器人動作系統,介紹機器人各部件的協調控制;4)機器人視覺系統,介紹典型的超聲波、影像傳感器的原理與識別算法;5)機器人表現系統原理,介紹人與機器人的交互原理;6)機器人通信系統原理,介紹機器人之間的數據與信息傳遞方法。學生學習時,能夠與基礎知識相聯系,并能掌握機器人這門技術,為從事機器人產品研發工作打下堅實的基礎。本課程擬定54學時,其中授課44學時,實驗10學時。
教材面向“智能科學與技術”專業,同時兼顧信息類專業學生編寫,根據這類專業學生的知識結構和特點組織內容。從具體的機器人控制需求出發,將自動控制的基本理論和機器人控制特點相結合,講授機器人控制系統的組成、規律、特點和設計方法。理論上反映當前的最新進展,內容上考慮初學者的需求,側重普及性、實用性和新穎性,結構體系符合信息類和控制類專業學生的特點,力求簡潔、清楚,對技術的敘述遵循目標、問題、理論依據、實現方法、實際情況、發展方向的方式。做到重點突出,符合實際,滿足需要,指導性強。
3.7智能控制系統
本課程是“智能科學與技術”專業的一門專業課程,使學生了解智能控制系統的基礎知識;掌握智能控制系統中最新的智能傳感技術、智能控制器、智能執行能執行器及智能網絡與接口技術;掌握智能控制系統中多個關鍵硬件裝置的識別及其使用。通過學習多個智能控制系統的開發實例,學生應掌握智能控制系統的設計方法與技術,堅實地掌握最新智能控制系統知識,提高理論聯系實際的能力,并為學習其他課程的打下堅實基礎。本課程擬定64學時,其中授課48學時,實驗16學時。
教材內容包括概述,介紹智能控制系統的基本概念、基本內容和機構及其發展趨勢;智能傳感系統,講授智能數據采集技術、傳感器智能化的數據處理方法、多傳感器信息融合的方法、智能傳感器實現方法與典型實例;智能控制器設計,講授基于單片機的智能控制器設計及其應用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器設計及其應用、基于PLC的智能控制器設計及其應用;智能電動執行器,講授智能電動執行器的硬件實現技術,軟件設計技術以及典型的智能電動執行器實例及其應用;智能網絡與接口技術,講授無線傳感器智能網絡,工業現場總線網絡以及智能傳感器、智能控制器和智能執行器的網絡接口實現技術;智能控制系統設計實例,綜合利用前面的知識設計網絡化智能壓力傳感器的系統設計、基于聲音定位的智能機器人系統設計、基于微機電慣性傳感器的汽車多路況智能防撞系統的設計、大型設備的PLC智能控制系統設計。
4結語
通過南開大學、北京科技大學和河北工業大學3所高校的研討,我們凝練出較完整的“智能科學與技術”專業課程體系,體現出本專業的特色;提出可供3所高校共同使用的教學大綱和教材內容,體現出學生培養的工程實踐導向。這些研究成果可以為開辦“智能科學與技術”專業的兄弟院校進一步研討提供藍本,也可以為籌建該專業的高校所參考。
注:本文受到北京科技大學教學研究會第六批教學研究課題、北京科技大學教育教學研究基金青年教師教育教學研究立項項目、河北工業大學教改項目(2010-12)支持。
參考文獻:
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[6] 盧桂章. 無處不在的智能技術[J]. 計算機教育,2009(11):68-72.
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智能專業本科畢業論文（設計）改革背景
智能專業是一個新興專業，在學科建設上各高校百花齊放、各有特色，但目前國內高校的智能專業本科教學普遍存在以下突出問題㈣。
（1）專業課程過于龐雜。專業課程設置重疊較大，本來的出發點是擴大學生的知識面，但由于學時有限，過多的課程反而影響了專業特色。
（2）培養模式落后。缺乏學科交叉，且“教師一學生”的單一教學模式不利于培養學生的團隊意識和協作能力。
（3）專業培養缺乏目標導向與社會定位。學生缺乏對智能學科的系統化理解，很難培養其認識問題和解決問題的能力。
因此，沿用傳統的畢業論文（設計）管理模式和時間分配方案，以通常的論文撰寫和答辯為基本考評方式，效果并不理想。
2智能專業本科畢業論文（設計）的指導思想
高等學校本科畢業論文（設計）是本科教育成果的收官之作，對學生進入社會或繼續深造都有重要的過渡作用，需特別重視。通過面向能力培養的本科畢業設計教學改革，智能專業本科畢業設計的指導思想在遵循《南開大學本科生畢業設計手冊》的基礎上，主要強調以下3個方面。
（1）學生應結合課程學習情況、今后擬就業方向、個人興趣、繼續深造方向等選擇適合自己的導師和畢業設計題目，而非功種性地選擇難度低、給分高、容易過的題目。在畢業設計過程中，學生應發揮主觀能動性，將涉及的核心課程知識點再做溫習，與指導教師積極溝通，與團隊成員經常討論。
（2）教師在指導學生選題方面應注重與前沿技術的相關度，可將在研項目、子課題、甚至技術點中的一些工作作為本科生畢業設計題目，鼓勵教師多出題目。教師在指導學生過程中應給予參考文獻、參考書目建議，并根據項目情況提供之前的項目文檔，同時注意培養學生撰寫項目文檔的能力。
（3）論文撰寫符合南開大學本科畢業設計內容、格式規范，做好論文答辯的各項準備。
為了全面貫徹智能專業本科畢業設計的指導思想，使畢業設計工作順利推進，智能專業本科畢業設計正式開展前要經過兩個層次的動員工作，一方面由學院教學領導班子動員畢業設計導師，另一方面，學院組織學生集中召開畢業設計動員大會。
3智能專業本科畢業論文（設計）內容和過程
3.1畢業論文（設計）前導課程
為了使畢業論文（設計）實現更好的效果，學校首先在畢業論文選題前一學年就開設綜合課程設計課程，該課程可以分為春、秋兩個學期（即第五、六學期），分別為綜合課程設計2-1和綜合課程設計2-2。由教師根據自己的科研項目或教授課程給出1～3個題目，將智能學科核心課程（如智能工程、機器視覺、現代控制論、過程控制、電路基礎、計算機基礎等）之間的關聯性通過恰當的選題體現出來。學生在自由選擇一個題目后，像研究生一樣進入實驗室，跟隨導師完成題目，并做定期進度匯報。
該課程近兩年開始實施，效果比較顯著，主要體現在兩個方面。一是合理彌補了本科生畢業設計時間不足的問題，真正的畢業設計過程在大四學期才剛剛開始，而該階段的學生一般忙于找工作、考研、出國等事務，很難集中全部精力和在校時間投入畢業設計中。尤其工科類的題目需要經過實際調試和設計才能完成，很多學生由于時間所限草草應付。前導課程設置在大三學年，學生就有充沛的時間，有較穩定的學習狀態和心理狀態。二是使學生提前進入科研環境，熟悉基本的科研條件和論文寫作技能，對知識結構做進一步的整理和溫習，并對自己的能力有一個初步認識，也能較早發現自己的興趣點，在后期真正開展畢業設計時選題更準確、進入研究狀態更快、論文（設計）質量更好。
3.2時間要求
本科畢業論文（設計）工作時間不得少于12周，不設上限，充足的工作時間是保證質量的重要前提。學校安排學生在大四上學期進行畢業論文（設計）的動員、選題、導師確定、文獻查閱等工作；在大四下學期集中完成畢業論文（設計）的實驗（調研）、撰寫、答辯等環節。大三學年（上下兩個學期）開設畢業設計前導課程，客觀上也為畢業設計增加了更多時間。
3.3選題要求
（1）以培養智能專業優秀畢業生為目標，充分體現專業特點。同時，鼓勵學生選擇以本專業為主的交叉學科課題，如近兩年有不少學生將機器視覺、圖像處理等技術與生物、法語、環境等學科的實際問題結合，做出了有應用價值的畢業設計。
（2）學生應根據自身情況考慮選題，不要隨意或者盲目。前文提到的畢業設計前導課程為學生達到此要求提供了幫助。
（3）論文選題應有一定的理論價值或實踐價值，本科畢業設計應有1～2個創新點。
（4）學生可選擇指導教師提供的題目，也可自擬題目。學院采取開題報告的形式審核全體學生的選題，并填寫《智能專業開題報告審查表》，經導師、院主管本科教學副院長簽字備案。如題目更改，學生需填寫《智能專業本科畢業題目變更審查表》，同樣經簽字后備案。其中，學院會選拔5～10名學生面向整個專業的師生舉行示范性開題報告。
（5）學生選題原則上要求每人1題。但由于智能專業很多題目需團隊協作完成，因此規定若2人（或2人以上）合作課題，畢業論文（設計）必須分開撰寫，在畢業論文（設計）中要重點闡述本人獨立完成的部分，并明確說明本人在課題研究中完成的內容對整個課題的貢獻。
3.4資料查閱、實驗設計及數據整理
智能專業本科生如同其他工科學生一樣，往往直接著手解決具體問題，而忽略了問題背后的理論意義。因此，學生應進行一定量的文獻閱讀工作，在開展畢業設計前廣泛收集資料，以便了解目前該領域國內外研究現狀并做好記錄。同時，要求學生將課題的研究背景、資料查閱情況、文獻閱讀心得進行歸納總結，并在初期進行一次詳盡匯報。導師對該匯報評價滿意后，學生繼續進行實驗設計和后繼答辯工作，若不符合要求則需重新匯報直到符合要求為止。我們要讓學生懂得：只有通過豐富翔實的前期調研，才能了解理論界對自己擬研究問題的研究狀況，避免低水平重復性工作，也防止侵犯他人知識產權，這對學生今后的研究工作有著重要的意義。
3.5編寫提綱和撰寫畢業論文（設計）
根據智能專業特點，撰寫論文的時間為4周，在撰寫前應與指導教師討論三級目錄。學生應主動找導師指導畢業論文（設計），每周至少一次，總次數不少于10次。這里特別強調，如學生沒有按要求完成之前的環節，而直接提交論文，則不準許答辯，亦不能獲得相應學分。
3.6畢業論文（設計）指導與檢查
指導教師應按學校要求對學生進行定期指導，同時對學生畢業論文（設計）的完成進度、質量、出勤等情況進行檢查，及時解決檢查中發現的問題，如實填寫《智能專業畢業論文（設計）開題報告審查表》《智能專業畢業論文（設計）中期檢查表》《智能專業畢業論文（設計）進度檢查表》等表格。
3.7利用網絡系統完成全過程質量控制
摘要：基于CDIO工程教育理念，結合大連東軟信息學院推行的TOPCARES-CDIO人才培養目標體系和電子工程系智能科學與技術專業特點，提出構建培養學生創新、溝通、工程推理與解決實際問題等能力的專業人才培養方案。
關鍵詞 ：CDIO；專業人才培養；智能科學與技術；項目導學
基金項目：2012年度遼寧省普通高等學校本科工程人才培養模式改革試點專業項目(G2201249)。
第一作者簡介：周國順，男，教授，研究方向為嵌入式系統，zhouguoshun@neusoft．edu．cn。
0 引 言
專業人才培養方案是專業建設的根本性文件，主要由專業基本信息、學制與學位、專業人才培養目標、課程體系、培養計劃安排及學時學分要求等內容組成。為了能夠適應當前國民經濟發展的需要，高校有必要對相關學科的專業培養方案進行改革。專業培養方案應該適當加強對工科學生創新設計與實踐能力培養的要求，廣泛調研專業相關企事業用人單位的崗位需求，適當增加符合專業發展趨勢的專業拓展、前沿課程。大連東軟信息學院電子工程系智能科學與技術專業依靠具有豐富的智能產品研發、工程設計、工程實施經驗的師資隊伍和CDIO工程環境，對本專業人才培養方案進行了基于TOPCARES-CDIO的教育教學改革，取得了良好的效果。
1 工程教育改革的意義
CDIO工程教育改革的目的是培養學生具有在工程、產品開發團隊中構思一設計一實施一運行復雜、高附加值產品或過程與系統的能力，通過大學本科的教育與實踐，成為一名具有基本工程創新及設計能力、整裝待發的工程師。為此，教師必須改變傳統工程教育重理論、輕實踐、理論與實踐脫節的教學方式，補充對工程教育至關重要的個人素養、團隊合作與系統構建能力培養的教學內容。
傳統的教與學是建立在布魯納的“認知一發現說”、奧蘇伯爾的“有意義言語學習理論”和加涅的“認知學習理論”基礎上的。大多數高校教師為了讓學生掌握深厚的工程推理能力，基本上采用奧蘇伯爾的“有意義言語學習理論”進行教學。該理論提倡課堂的講授式教學，學生在學習過程中基本是被動地接受學習口。多數學生雖然會關注理論知識在實踐中運用的問題，但是也常常只為應付考試而去記憶工程理論。考試結束，學過的知識、理論也就不用了，甚至忘記了。
2009年，大連東軟信息學院提出創辦獨具特色的、培養應用型人才的國內一流應用型大學的目標，借鑒美國MIT、瑞典皇家理工大學、瑞典查爾莫斯工業大學、瑞典林雪平大學組成的工程教育改革研究團隊倡導的CDIO（Conceive-構思、Design-設計、Implement-實現、Operate-運行）教育教學理念，提出TOPCARES-CDIO人才培養目標體系。TOPCARES分別代表CDIO的8大一級能力指標的首字母，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的教學模式提倡主動學習和經驗學習。主動學習是讓學生在參與學習活動時發現問題、思考與解決問題。教師收集學生提出的在課程學習中的問題，集中回答；同時教師也提出問題，促使學生主動學習、思考問題并尋求解決方法。經驗學習是讓學生在模擬工程師和工程實踐的環境下進行學習，包括基于項目的學習、仿真、案例分析與設計實現。
評估與評價是衡量學生對規定學習內容完成程度的判斷。傳統的教學評價基本上是以筆試成績為標準的，很難評價學生的工程、產品及過程構建能力。CDIO教學模式下的評估以學習為中心，貫穿整個教學過程始終。評估方法主要有筆試和口試、平時表現、項目成果演示、書面報告等。教師可根據一系列考核成績，對教學大綱及教學方法進行持續的改進和完善，這就構成一個工程教學的閉環控制系統。
2 智能科學與技術專業人才培養方案改革
教師應遵循高等教育教學規律，貫徹落實“國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）”精神，以TOPCARES-CDIO教育理念和方法為指導，以培養高素質應用型高級專門人才為目標，以當前“萬眾創新、大眾創業”理念為契機，努力為學生構建合理的知識、能力、素質結構，結合智能行業的新理論、新技術、新工具、新產品更新課程體系與教學內容，強化創新精神和工程實踐能力培養，促進學生的全面發展。
2.1 以知識、能力、素質培養為核心，以項目為導向，構建一體化專業人才培養方案
1)以社會和行業需求為背景，準確定位專業人才培養目標。
教師應深入開展專業調研工作，基于TOPCATES-CDIO人才培養目標體系框架，綜合分析應用型人才的通用標準、行業標準、學校標準和專業標準，構建和確定本專業人才培養的目標和能力培養的具體要求，培養掌握智能信息處理與識別、自動控制方法等方面基礎知識，具備信息處理系統軟硬件平臺開發、自動控制系統設計、人工智能系統開發等基本能力，具有開放式思維與創新能力和較強個人職業能力與團隊合作能力，樹立正確價值觀、態度端正、習慣良好、有責任感的，能在智能醫療設備、多媒體信息處理、工業機械控制、機器人、人工智能等智能科學與技術學科相關的專業領域從事智能產品開發、系統測試、技術支持等工作的應用型高級專門人才。
在專業教育階段，教師可跟蹤專業和產業新理論、新技術、新工具、新產品的要求，通過開設專業特色課和專業拓展課，將創新、創業融入專業教育，培養學生的相應知識和技能。專業課程分類見表1。
2)以項目為導向，構建一體化的課程體系。
學生在學完所有學科課程后，要完成一個貫穿整個課程體系知識及能力的壓頂石項目。為達到專業培養目標和完成壓頂石項目，學生必須具有三大核心應用能力：智能傳感與檢測技術能力，智能機器人傳動、驅動技術能力和智能機器人系統技術能力。專業核心能力對壓頂石項目的支撐關系如圖1所示。
依據專業人才培養目標，教師應以專業核心應用能力培養為主線，面向行業、服務產業、突出應用，以項目訓練為導向，系統構建課程與項目相結合，知識、能力、素質同步培養的一體化課程體系，形成課程培養目標、項目培養目標與專業培養目標的相互對應和支撐。專業課程體系如圖2所示。
3)以能力培養為本，構建一體化的實踐教學體系。
智能科學與技術專業依據專業能力培養目標，以能力為本，以項目為載體，采用“學中做”和“做中學”的方法，統籌安排基礎實踐、專業實踐、創新訓練與實踐、創業訓練與實踐、綜合實訓與實踐、畢業設計（論文）與企業實踐等循序漸進的實踐教學環節，使實踐訓練內容逐級遞進、逐步深化，將實踐學期實訓內容與理論學期的教學內容緊密銜接，形成理論與實踐相結合、課內與課外相結合、學校與企業相結合，貫穿本科教育全程的一體化實踐教學體系。專業培養方案中采用自頂而下的方式設計各級項目。一級項目（壓頂石項目）的設計直接針對專業培養目標，二級和三級項目是一級項目培養能力的分解。專業課程體系中的實踐項目設計如圖3所示。圖中每一魚骨分支上支撐同一個二級項目的一組課程為課程群，課程三級項目進行適當的延伸與擴展將對應二級項目的一部分。專業項目設置見表2。教師可通過從課程的三級項目實踐開始，到實踐學期的有一定綜合能力的二級項目鍛煉，再最后進行一級壓頂石項目實訓，消除學生對智能系統設計的恐懼感，令學生從容應對工程項目的挑戰。
4)創新素質教育，提升學生的綜合能力。
教師需將素質教育項目納入專業人才培養方案，明確學分要求、內容安排、組織方式及考核評價標準。構建與專業教育相呼應的集校、系兩級項目和專業團隊項目為一體的素質教育項目體系，加強學生職業素質、書面表達能力、溝通交流能力、團隊協作能力、實踐能力的培養，全面提升學生的綜合能力。
2.2 “實用化、個性化、國際化”人才培養特色
1)優化專業結構，凝練實用化專業特色。
智能科學與技術專業依據辦學定位、培養目標、服務面向和行業需求，認真梳理和凝練專業特色，提高專業建設質量和水平。
本專業開設了有別于其他高校智能科學與技術專業的特色課程，如智能傳感與檢測技術、智能機器人、智能終端應用開發等。通過學習這些課程，學生能夠掌握智能科學行業前沿的技術與能力，在就業市場上處于有利位置；以強化職業崗位技能訓練、提高工程實踐能力為目標，依托業界先進的機器人實驗室設計課程體系，使畢業生具有智能科學領域由硬件到軟件的設計能力和實際開發經驗。
2)優化課程體系結構，科學設置專業課程。
本專業立足教育教學的全過程，處理好基礎與專業、必修與選修、課內與課外、理論與實踐、專業教育與素質教育的關系，按照整體優化、加強能力、提高素質的思路精心設計教學實踐環節；通過設立全校公共選修課平臺擴大選修課范圍，按照學科門類細化公共選修課類別，提高選修課學分學時比例，增強學生選課自由度和靈活性。
3)以人為本，因材施教，滿足學生多元化需求。
教師需根據學生的學習基礎和個性化需求，實施分類教學、分級教學、分層次教學、分方向培養；通過彈性學制、選課制、主輔修制、重修制、學業導師制、學分替換、實踐獎勵學分等方式，把共性與個性、統一性與差異性、規范性與靈活性有機結合，突出“實用化、個性化、國際化”的人才培養特色。
2.3 以產學融合為途徑，創新人才培養模式
1)校企合作建設課程資源。
高校應加強與相關企業的深度合作，通過承接企業項目，將實際案例和項目引入課程，對學生進行實際項目開發、項目規范流程和創新能力培養；根據行業和職業崗位需求，有針對性地將企業認證課程納入課程體系；通過與企業共建校內外實習、實踐基地，建設真實或仿真實踐環境，將企業實習、實訓、頂崗等實踐環節列入培養方案，并根據行業和企業的實際需要，有計劃地開展定制式的人才培養。
2)校企融合實施卓越計劃。
學校應充分發揮源于企業的辦學體制、產學融合的育人機制；在已實施的3+1模式、CO-OP計劃（校企合作）、項目工作室模式的基礎上，進一步深化人才培養模式改革；按照卓越工程師人才培養的改革思路，對人才培養方案的校內培養與企業培養進行一體化設計與實施的探索，逐步形成具有“TOPCARES-CDIO”特色的IT應用型卓越工程師培養模式。
3 結語
智能科學與技術專業實施CDIO人才培養模式改革以來，學生的工程實踐能力、團隊合作能力和創新能力普遍有所提升，近年來在國家、省、市各級學科競賽中捷報頻傳，而且CO-OP實習學生也受到了用人單位的好評?；贑DIO工程教育模式，系統實施以知識、能力、素質培養為核心，以項目為導向的一體化人才培養方案及產學融合的創新人才培養方式，既能保證學生獲得先進的智能科學與技術專業知識與技能，又能系統地培養學生的創新能力和職業素養，對于智能科學與技術專業培養出適應社會需求的應用型創新人才具有重大實踐意義。通過以上智能科學與技術專業培養方案的改革與實踐，大連東軟信息學院電子工程系智能科學與技術專業今后將繼續發揚、倡導CDIO工程化教育方法，持續完善專業培養方案，為把本專業建設成為有特色、高水平、創新創業應用型專業而繼續努力。
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摘要：從智能科學與技術專業的人才培養目標出發，探討構建不斷線的浸入式雙語課程教學體系，闡述雙語課程在課程設計、授課方法和手段、課程資源建設、師資隊伍培養、課程評估評價等方面的思考和實踐。
關鍵詞 ：雙語教學；智能科學技術；浸入式；C語言
基金項目：2014年遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目“浸入式的C語言程序設計課程雙語教學模式探索與實踐”( UPRP20140592)。
第一作者簡介：申華，男，教授，研究方向為嵌入式系統開發，shenhua@neusoft．edu．cn。
0 引 言
智能科學與技術專業是面向前沿高新技術的基礎性本科專業，是國際上公認的最具發展前景的專業之一，在激烈競爭的國際環境下，先掌握智能科學技術，就有可能掌握制勝的主導權。進入21世紀以后，智能科學技術發展迅猛，新技術、新產品、新應用層出不窮，與國際先進的智能科學技術發展接軌，對于推進我國智能科學技術專業的發展以及培養高層次智能科學技術人才尤為重要。
在教育國際化、科技和經濟發展全球化的趨勢下，我國對精通專業知識和外語的復合型人才需求不斷增加。教育部2001年頒布的《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》指出——按照“教育面向現代化、面向世界、面向未來”的要求，為適應經濟全球化和科技革命的挑戰，本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學——這就明確提出了高等院校雙語教學的要求?！?010-2020國家中長期教育改革和發展規劃綱要》再次提出要擴大教育開放，提高國際交流合作水平，擴大政府間學歷學位互認，支持中外大學間的教師互派、學生互換、學分互認和學位互授。雙語教學已成為我國教育改革與國際接軌以及現代化高等教育未來發展的重要組成部分。
開展雙語教學，是培養具有國際合作意識、國際交流與競爭能力的高素質外向型專業人才的重要手段。一般雙語教學培養目標包括：閱讀最新的外文技術資料和資訊，對外文文獻的理解以及面對面與外國同行直接進行信息交流等。概而言之，就是培養學生的外語應用能力，保持與國外先進知識與技術的同步。
1 智能科學與技術專業的雙語課程體系規劃
智能信息產業具有技術和知識更新快、新產品層出不窮的特點，學生畢業后從事產品開發、生產和科研都不可避免地要接觸國外先進技術，查閱外文技術資料等，若讀研深造，更要經常查閱大量英文資料和科技論文，參加國際學術會議進行技術交流等，而目前工科學生普遍欠缺應用英語進行專業知識交流的能力。為培養學生應用英語學習和迅速了解國外先進智能技術、進行技術交流的能力，造就國際化智能工程技術人才，在智能科學與技術專業實施雙語課程教學是十分必要的。
目前國內高校的專業英語教學可歸納為以下兩種情況：
(1)理工類專業中，專業英語是歷史悠久、開設較為廣泛的一門課程，一般由英語教師教授。該類課程的主要問題是英語教師不具備相關理工專業的知識，所選用的科技類通俗內容與學生所學專業相距甚遠，普遍處于教師不愿教、學生無意學的尷尬局面。
(2)近年來，各高校普遍嘗試開設針對部分學生（如“快班”學生）的專業課程雙語教學，由理工科專業教師講授。這些雙語課程絕大多數是將某門專業課改為雙語教學，很少有高校從專業培養目標人手，系統設計構建雙語課程體系。
正如語言的學習需要一個緩慢、長期、漸進的過程一樣，外語應用能力的培養也需要通過一系列雙語課程的學習逐步開展和提升。從智能科學與技術專業的人才培養目標出發，構建大學期間雙語課程不斷線、面向全體學生的雙語教學體系，通過有針對性的雙語課程立體化培養，使學生既達成專業培養目標的要求，又符合國際化復合型人才的需求。
基于智能科學與技術專業的課程體系，考慮英文在課程中的應用比例，兼顧雙語課程實施的難度，可設計軟件開發和硬件開發兩條專業課程主線（如圖1所示），實現學生雙語能力的系統化培養。
根據智能科學與技術專業的培養目標，雙語課程的軟件主線主要選擇程序設計類課程，這是因為程序本身必須符合英文語法規則，再加上程序編譯器、編譯信息提示和幫助文檔皆為英文，非常適合以英文為工作環境；硬件主線選擇以電路圖、芯片手冊等作為主要技術資料的核心課程，這些知識內容以直觀的圖表作為載體，雙語教學中語言障礙帶來的影響可以被降至最低。
2 雙語教學師資隊伍的建設與培養
教師是雙語教學最直接的實施者，教師的語言水平和教學能力直接關系到雙語教學的成敗。從實際教學活動上看，雙語課程的授課教師要有豐富的教學經驗、扎實的學科知識以及深厚的學術造詣和研究能力，能充分理解運用原版教材，把握學科前沿；同時還要求具備較高的外語水平，能在課堂上熟練地在雙語之間進行切換，準確地表達專業知識。也就是說，承擔雙語授課的教師不僅專業精深、英語好，還要能用英語表述專業知識、解析專業詞匯，并具備良好的教育教學管理能力。
目前，我國高校還沒有學科專業或機構專門針對雙語師資進行培養，而雙語教師的匱乏已成為制約雙語教學發展的瓶頸。為更好鼓勵雙語教學，培養雙語師資隊伍，大連東軟信息學院2012年就制定頒布了《雙語教學管理辦法》，從教師的口語培訓、雙語課程級別的認定、雙語課程的建設、雙語課程的獎勵和雙語課程的效果評估等多個方面，對雙語課程的教學進行系統規劃和管理。
師資培訓采取脫崗培訓、在崗培養等方式，選拔英語基礎較好、教學經驗豐富、教學效果好的教師有計劃地開展外語培訓，提高教師的英文水平并學習國外先進的教學理念。同時，引進高水平的雙語教學人才，優化師資隊伍的學歷結構、職稱結構、年齡結構和知識結構，形成雙語教師梯隊。還應鼓勵教師間互相聽課，定期開展研討，在課程負責人帶領下采用導師制幫助新教師進步與成長。
雙語課程實施根據難易程度，劃分為A、B、C三個級別，均采用外文原版教材及外文課件。A級課程課堂教學中全部使用外語，課程考核全部使用外文并要求學生用外文作答；B級課程課堂教學中使用外語授課達到50%以上，至少50%的課程考核使用外文并要求學生用外文作答；C級課程課堂教學中使用外語授課達到30%以上，至少30%的課程考核使用外文并要求學生用外文作答。根據教師雙語授課能力、課程難易程度以及授課對象的接受程度，各個專業選擇申請開設相應級別的雙語教學課程，學校設有專門的雙語課程評估委員會對申請進行評估，并安排試講。
3 雙語課程的教學設計
雙語教學的實施存在兩個難點，一個是課程知識目標的達成，另一個是引入雙語教學后對學生專業學習帶來的影響，克服語言障礙實現課程培養目標的達成是實施雙語教學的最大挑戰。針對不同類型的雙語課程，須精心設計教學內容，使教學內容的講授既符合專業知識的特點，又能有效減輕語言障礙帶來的困擾。
程序設計類課程因其自身特點使得雙語教學這種新的教學形式實施起來更加有效。很多程序設計語言（如C語言、C++語言、Java語言等），其語言表述、語法結構和算法邏輯與英語思維較接近，而且程序的開發環境也是以英文版本居多，即使是漢化的中文版界面，程序在設計調試過程中的編譯信息和錯誤提示信息也都是用英文表達。在學習這些語言時，不需要進行漢語的翻譯，只需對其英文本意進行直譯，這是該類課程適合雙語教學的最主要原因和最大優勢。另外，程序類課程中采用雙語教學，學生在對專業知識的相關術語和英文表述有了一定的了解和掌握后，當程序設計和調試過程中遇到問題時，可以較好地理解提示信息，大大提高程序調試效率。因此，雙語教學對程序設計類課程的學習有明顯的幫助和促進作用。
以第一門雙語課程C語言程序設計為例，根據該課程培養目標的定位，學生需要掌握基本的C語言語法，并應用C語言進行編程實踐，解決實際問題?；谠撃繕耍殞φn程理論知識和實踐內容進行優化，綜合C語言程序設計的知識點，將C程序作為C語法的載體，以編程實踐貫穿整個教學過程；同時，基于課程內容的不同模塊，可安排與實際應用聯系緊密、由簡入繁的程序設計項目，設計出符合學生理解能力和認知規律的教學內容；此外，兼顧知識銜接和教學學時等方面的要素，合理安排章節內容，將理論授課和編程實踐有機結合，使學生理解、掌握基本理論知識并進行編程實踐。
4 雙語課程教學方法與手段
雙語教學對于學生來說最大難度在于外語環境的適應，包括聽、說、讀、寫等多個方面。經過幾年的探索，筆者在雙語課程中采用浸入式( Immersion)教學模式，取得了較好的效果。浸入式教學模式最早起源于加拿大的一種外語教學模式，教師在課堂上不但用第二語言教授第二語言，而且用第二語言講授部分學科課程。也就是說，第二語言不僅是學習的內容，而且是學習的工具。浸入式教學使傳統的、孤立的外語教學向外語與學科知識教學相結合的方向轉變。
專業課程的雙語教學就是要使用外語作為工具來開展專業學科知識的學習，因此，采用浸入式的教學模式極為適合。當然，鑒于學生的外語接受能力以及教師用外語描述專業知識的難度，初步可以采用中英文混合式教學。首先，教師使用常用英語組織課堂、管理課堂；其次，課程中涉及到的各種教學儀器、圖表、
關鍵詞 匯等用英語來表達；再次，課程所涉及的專業術語用英語介紹給學生。而其他的重點知識內容，可以中文表述為主，英文表述為輔。隨著雙語教學進程的推進，學生慢慢適應雙語教學課堂氛圍后，教師可以逐漸加大使用英語講解學科知識內容的比例，最終達到完全使用英語進行專業知識教學。
以C語言程序設計課程為例，遵循浸入式雙語教學的基本思路，課程內容回顧、課程內容小結、一些圖文并茂的應用性內容的講解、課堂提問等環節均采用全英文授課方式，但一些理論性較強、較難理解的內容，則應視學生的掌握情況減少英語講解的比例。同時，作業、習題、實驗、試題和開發環境( Turbo C)也全部采用英文。這樣，學生在課內和課外的所有學習環節中主動或被動地浸入到純英文的學習環境中，從不適應到適應，從不習慣到習慣，學生也逐漸適應雙語學習的形式，甚至覺得英文對專業知識的表述更加簡單、直接，易于理解。
從具體的教學手段上，理論知識可以借助多媒體和計算機技術開展教學，比如使用多媒體和動畫等手段使知識內容形象化展現，提高課堂教學效率。同時采用Turbo C編譯器對程序進行在線編譯、調試，將程序運行過程實時展示給學生，既有助于學生理解程序語法的功能，又能直觀動態地反映程序的執行過程。在實驗和實踐環節，運用案例教學和程序設計項目教學，以提高程序設計能力為重點，精講多練，引導學生運用C語言編程解決實際問題。
5 雙語課程教學資源開發
雙語教學的基本原則是盡量使用原版外文教材和參考資料。原版外文教材的內容體現了理論的前瞻性，有利于學生了解專業前沿理論知識和最新發展動態。另外，選擇原版外文教材給學生營造了一個全面接觸專業外語的環境，包括準確使用專業詞匯、準確表達專業內容。只有使用原版外文教材，才能真正使雙語教學從形式和內容上與世界主流技術和專業思想保持一致。
當然，由于國外教材是根據西方的文化習慣和思維方式編寫的，直接閱讀可能會對大部分學生造成很大學習壓力，甚至會使其迷失于茫茫英語海洋中，嚴重影響學習專業課程的積極性。為此，在使用英文原版教材的基礎上，最好由授課教師開發基于原版外文教材的純英文電子課件，作為原版教材的簡化版本學習資料，這樣學生以電子課件為綱，再閱讀原版教材就會很容易把握知識的難重點。此外，還可根據教學目標設計純英文的實驗項目和習題，使學生在學習過程中不得不“浸入”到英文環境中去，隨著學習進程的不斷推進，語言障礙就會越來越小，部分學生甚至在學習過程中會逐漸形成英語思維習慣。
以大連東軟信息學院電子工程系開設的C語言程序設計雙語課程為例，課程選擇Michael Vine的《C Programming for the Absolute Beginner》作為教材，該教材以程序講述語法，同時精選大量程序范例，在保持知識系統性的同時增加趣味性，尤其適合初次學習C語言的讀者使用。課程組基于該教材開發了全套英文課件，編寫了涵蓋各個章節的全英文實驗指導書，開發了基于萬維考試系統的C語言全英文試題庫，還基于網絡給學生提供大量豐富的外文參考資料以及與課程有關的電子文檔和視頻資料，方便學生自主學習。
6 雙語課程的教學效果評估與反饋
雙語課程作為一種新的教學類型，在實施過程中須采取全流程的監控措施對教學效果進行評估，以保證雙語課程教學質量的持續提高與改善。教學質量管理與保障部專門成立雙語教學督導教師隊伍，針對雙語課程，系統地收集和分析資料，進行課程效果評估，分析判斷雙語課程教學質量的高低、教學目標和教學方法的有效程度，并給出相應的反饋用于指導今后的教學活動。具體可從以下兩個方面全程監控雙語教學質量：
1)雙語教學過程監控。
通過每學期3次網上調查問卷，了解學生對雙語教學的滿意程度，收集大量關于學生學習的反饋信息。督導教師進課堂聽課，通過文字記錄、課堂錄音等形式，對課堂情況（包括外語發音、表達、語速、課堂感染力、學生專注程度等）進行記錄和評估．并通過教學質量管理平臺將相關信息及時反饋給授課教師和開課系部，以便掌握學生的學習需求，及時調整和優化雙語教學活動。
2)雙語教學效果評估。
跟蹤學生的學習效果，了解雙語授課對學生專業能力的提高程度。從短期目標來看，要關注學生經過雙語課程學習后掌握的技能及其掌握程度，可通過課程考核來分析；從長期目標來看，應關注畢業生在工作中的外語應用能力、國際化工作環境的適應能力以及運用外語解決問題的能力等是否得到提升。
7 結語
雙語教學要遵循“循序漸進、因材施教”的原則，根據學生的外語認知水平，選擇適合的教學方法和手段，逐步開展和提升；要注重實效，不能以犧牲學生專業能力為代價，單純追求雙語課程的開設率；還須深入研究雙語課程的特點，從師資隊伍建設、教學設計、教學方法與手段、教學資源建設、教學效果評價與反饋等多個維度探索適宜的雙語教學模式，順利推進雙語教學，保證學生既獲得先進的科學技術和前瞻性的專業知識，又系統培養專業外語應用能力和獲取新知識、新資源的能力，以培養全面發展的復合型、國際化人才，為全球化經濟改革建設服務。
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一國家對于高校人工智能教育的發展的重視
面對AI技術如火如荼地發展，我們國家對AI人才和人才培養都非常重視。2017年3月“人工智能”在政府工作報告中曾提及四次，指出要推動人工智能和實體經濟深度融合。2017年7月20日國務院《新一代人工智能發展規劃》[4]?！兑巹潯分赋鐾晟迫斯ぶ悄茴I域學科布局，設立人工智能專業，推動人工智能領域一級學科建設，盡快在試點院校建立人工智能學院，增加人工智能相關學科方向的博士、碩士招生名額。鼓勵高校在原有基礎上拓寬人工智能專業教育內容，形成“人工智能+X”復合專業培養新模式，重視人工智能與數學、計算機科學、物理學、生物學、心理學、社會學、法學等學科專業教育的交叉融合。加強產學研合作，鼓勵高校、科研院所與企業等機構合作開展人工智能學科建設。
二企業對于人工智能人才的需求
市場上AI技術人才非常稀缺，據騰訊研究院聯合boss直聘的《2017全球人工智能人才白皮書》[5]顯示：目前，全球大約有30萬人從事AI工作。截止到2017年10月，中國人工智能人才缺口至少在100萬以上。2017年頭10個月，AI人才需求量是2016年的近兩倍，2015年的5.3倍之多，年復合增長率超200%。百度、騰訊、阿里巴巴、京東等互聯網巨頭都在挖掘AI人才，紛紛開出了高額的薪資。2017年薪資最高的十個職位中AI類崗位占到1/2，其中語音識別、NLP、機器學習等職位平均月薪資超過2.5萬元。
三高校AI人才培養的思考
高校具有多學科、高層次人才集中的特點，具備計算機與多學科交叉融合的優越條件；且大部分學校都開設有數學、物理等基礎學科，具備夯實數學理論基礎的條件；且人員相對固定，便于溝通交流，具備共同開展AI課題，促進發展AI技術的人力條件。但是遺憾的是我國開設人工智能課程的高校較少，2018年只有33所高校設立了智能科學與技術專業[6]。面對AI發展的火爆，國家對于AI人才發展的重視以及企業對于AI人才的嚴重需求，高校作為人才培養的主要來源，是不是應該思考AI人才的培養呢？AI人才可以分為三類：拔尖人才，研究性人才和應用型人才，呈金字塔性。當下已經有一批名牌大學開展了AI方向拔尖人才的培養，如北京大學圖靈班、中國科技大學人工智能技術學院、西安交通大學人工智能拔尖人才培養實驗班，南京大學計劃成立人工智能學院等。但是金字塔的底層、中層更需要龐大的AI技術人才，如應用開發人員、數據工程師、AI和機器學習工程師、AI系統架構師、AI產品經理等崗位的人才，同樣值得重視。很多專家都表示AI人才需要數學基礎好、專業理論全面、具備一些工程基礎，且有自主學習的能力。本文從夯實數學基礎、人工智能方向課程的建設、實踐能力的培養、自主學習能力的培養四個方面闡述高校關于AI人才培養的一些思考。
1奠定扎實的數學基礎
在學習AI技術時，幾乎所有專家學者都提出需要扎實的數學功底，數學功底的厚重程度決定了在AI技術上走多遠。高等院校計算機專業都開設有“高等數學”“線性代數”“概率論”等數學課程，但是課時、難易程度不足，學生對于數學不夠重視，或者覺得晦澀難懂，學習效果并不十分理想，因此加強數學基礎的工作刻不容緩?？梢酝ㄟ^必修和選修等方式開設“數據分析”“統計機器學習”“凸優化”等課程；通過微課或者MOOC等方式鞏固數學基礎的學習；通過優秀科普讀物，如《數學之美》《編程之美》等書籍的推薦閱讀激發學生興趣；通過開展校內學術討論、數學競賽等方式促進學生學習數據的動力，逐步達到夯實數據功底的目的。
2人工智能方向課程的建設
很多高校計算機專業課程中只開設有《人工智能》導論，有的甚至沒有。智能科學與技術專業開設有“人工智能”“計算機視覺”“機器人學導論”“計算智能”這幾門課程，但是在編程、算法等方面不足。那么AI技術人才應具備哪些專業能力呢？如何從專業角度培養AI技術人才呢？2018年1月CSDN了“AI技術人才成長路線圖”[7]，通過專業路徑和實戰路徑兩方面介紹了AI技術人才需要具備的知識。需要具備Python、C++、Linux、CUDA編程知識，需要學習機器學習課程、掌握TensorFlow框架。該路線圖中列出了機器學習算法工程師、數據科學家等10個崗位AI人才應具備專業知識和能力。微軟公司也推出AI人才培養的10門免費課程，如“AI導論”“數據科學會用到的Python語言-導論”“AI領域運用的數學概要”“數據和分析所需要的道德與法律”“數據科學概要”“機器學習法則”“深度學習”“強化學習”“微軟專案項目之人工智能”。同時在“文字和自然語言識別”“語音識別”“計算機視覺和圖像識別”中選擇其一。Google在人工智能學習網站開設有《MachineLearningCrashCourse（簡稱MLCC）》的免費課程[8]，由機器學習概念、機器學習工程、機器學習現實世界應用示例三個部分組成。Intel近期也了三門免費的AI課程，分別是“機器學習基礎”“深度學習基礎”和“TensorFlow基礎”[9]。AndrewNg在Coursera上也推出了機器學習的課程，且用比較通俗的語言講解機器學習中各個算法。最近在Deeplearn-ing.ai和Coursera平臺又開設了5門深度學習課程[10]。綜上所述，不同的研究機構都著眼于AI編程基礎、AI算法、AI框架、AI實踐這幾個方面。那么高校也可以借鑒這些經驗，通過三個階段分層次的開展相應的課程。
3實踐能力的培養
AI技術不能紙上談兵，必須動手實踐才能真正掌握，可以從以下幾個方面著手培養學生的實踐動手能力。（1）設計教學環節時多從工程應用的角度來介紹，激發學生的興趣，培養學生解決問題的能力。要求學生新手編程編程實現模型，充分理解算法的含義和原理到實現的過程。（2）在掌握一定的機器學習知識后，鼓勵學生盡早走進實驗室，接觸科研工作?？梢詮囊恍〢I應用方向作為入手，使學生了解自己的興趣點、培養科學研究能力。（3）鼓勵學生參加算法比賽。目前有很多AI方向的競賽，如Kaggle上的挑戰賽，國內阿里天池大數據競賽等。通過參加競賽刺激學生學習AI的動力和熱情，使得解決問題的能力和實踐動手能力都會大幅度提高。（4）鼓勵學生到工業界實習。很多專家都指出AI人才應該具備一定工程基礎。確實，學術界往往追求算法的性能，而工業界更重視經濟效益和解決問題的有效性。到企業學習可以快速了解行業發展的框架，掌握算法轉化到產品的過程。
4自主學習能力的培養
“專家系統”課程是本科專業“智能科學與技術”的特色課程之一,該專業是由北京大學在2004年率先自主建立的[1]。此后,國內很多大學也都陸續基于各自的特色建設開設了該專業,如北京郵電大學、南開大學、首都師范大學、西安郵電大學、北京科技大學、廈門大學、中南大學等?；谝粋€新興本科專業設立的專業基礎特色課程,應該如何建設,實施教學與改革,突出專業特色?各類學校都在摸索中。中南大學的“專家系統”課程是國家級“智能科學基礎系列課程教學團隊”主干課程之一,它由國家級教學名師領銜,以雙語建設為教學基本手段,以精品意識為指導[2],培養學生自主創新意識,發掘學生興趣潛能,非常具有專業特色。
1課程建設情況
專家系統使用人類專家推理的計算機模型處理現實世界中需要專家做出解釋的復雜問題,并得出與專家相同的結論[3]。其最大特點是不僅可以幫助人們處理信息,還能說明處理的方式和理由[4]。我們結合專家系統課程特色與學習認知過程特點,采取認知教學作為專家系統教學的理論基礎[5-6],根據智能科學與技術系列課程教研經驗,融合雙語教學方式,初步提出課程定位和建設目標,給出了教學基本要求。
1.1課程定位與建設目標
在學習本課程之前,學生最好已經選修過離散數學、人工智能和面向對象的程序設計課程,本課程32個學時,2個學分,其中實驗課6學時。此外,“專家系統”還可作為自動化、計算機科學與技術等相關專業有興趣的學生的選修課程?？蔀閷W生提供一種新的手段和方法求解傳統方法難解問題,也為學生們了解智能科學與技術領域知識提供良好的窗口。
專家系統成為智能科學與技術本科專業的專業基礎課程,目的在于培養學生理解和掌握專家系統技術的基本觀念、基本理論和智能科學方法;并靈活設計和構建不同領域的專家系統,解決實際問題,為學習后續課程奠定方法基礎。通過教學過程,培養學生善于分析繼承已有的科學進步成果、激勵學生善于發現問題、分析問題和解決問題的自主科學創新精神。
1.2課程教材設計
本校專家系統課程選用了蔡自興編寫的《高級專家系統:原理、設計及應用》[3]一書,該教材包括專家系統的基本理論、技術方法和實際應用的諸多內容,知識點介紹全面詳盡,同時列舉了諸多實例,便于課堂分析與課后理解。
根據雙語教學的要求,外文參考教材[7]選用了Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書,該書對CLIPS語言分析透徹,有大量的課后習題與資料,適合學生作為主要參考書目進行課后學習。實驗教材選用了電子工業出版社出版的《決策支持與專家系統實驗教程》一書,主要利用了同時,根據雙語教學的要求,外文參考教材選用了China Machine Press出版的Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書,該書對CLIPS語言分析透徹,有大量的課后習題與資料,有利于學生作為主要參考書目進行課后學習。我校實驗教材選用了電子工業出版社出版的《決策支持與專家系統實驗教程》一書。主要利用了該書后半部分內容。目前,國內基于CLIPS的“專家系統”實驗教學教材在國內幾乎沒有容,專家系統課程實驗及其教材建設還需進一步改革與探索。
1.3教學要求與知識框架
通過學習,使學生了解和掌握專家系統的相關原理和方法,。要求學生掌握知識表示方法、搜索推理技術的相關內容,熟悉和了解常見的專家系統解釋機制、開發工具和評估方法,學會基于規則專家系統、基于框架的專家系統、基于模型的專家系統和基于Web專家系統的結構建立和應用,掌握專家系統的常用編程語言――CLIPS,了解專家系統的發展趨勢和研究課題。經過對專家系統課程知識內容進行分類,可分為以下6個模塊,如表1所示。。
經過對專家系統課程知識內容進行分類,可分為以下6個模塊,如表1所示。
模塊一專家系統的定義、發展歷史、研究內容、類型、結構和特點以及構建步驟;。
模塊二熟悉專家系統時可能采用的人工智能的知識表示方法和搜索推理技術,結合傳統人工智能方法和計算智能的一些方法;。
模塊三了解專家系統的解釋機制、開發工具和評估方法;。
模塊四熟悉基于規則專家系統、基于框架的專家系統、基于模型的專家系統和基于Web專家系統的結構、推理技術、設計方法及應用示例;。
模塊五掌握人工智能和專家系統的編程語言――CLIPS,了解其他LISP,PROLOG和關系數據操作語言等;。
模塊六展望專家系統的發展趨勢和研究課題,并了解新型專家系統的特征與示例。
從教學要求角度出發,模塊一、模塊三和模塊六的教學要求相對一般,但卻是學生涉及專家系統技術的必備知識模塊。相對而言,模塊五是基本教學條件要求中最高的一個模塊,因為模塊二與模塊四的深刻理解與系統設計需通過模塊五而實現的。
從教學內容的重難點角度出發,模塊二是重點部分之一,但因有人工智能課程的基礎,相對而言,教學實施過程中較為順暢。模塊四與模塊五是專家系統課程重點闡述部分,其中模塊五也是難點部分,在實驗教學環節中,由于大部分學生初次接觸推理性的編程語言,所以需要一定的入門時間和練習次數。
2專家系統課程教學改革實施
2.1基于多媒體的專家系統課程教學
教學應以學習者為中心,以先進教育技術為手段,相輔相成,促進教學效果。人類的感官功能中視覺與聽覺器官起到了94%作用[78],而視聽覺的協同作業能大大提高學習效率,而。多媒體教學就是一種集聲、文、圖、色于一體的教學手段之一,其實施。多媒體教學的關鍵實施內容就是教學設計,而教學設計的難點就是在不增加學生信息加工系統中工作記憶負荷的前提下,用促進生成的方式呈現學習材料,包括教材、課件、講義、課堂講解、課后習題等。
結合專家系統課程教學情況,教學設計分為以下3個方面進行詳盡闡述:。
1) 把握好課堂教學知識量。
專家系統課程相對智能科學與技術專業第六期的學生而言是非常新穎的一門非常新穎的課程,學生們相對的學習熱情比較高,但這里還需仍然需要對學生的先前知識結構和能力有個簡單的估計。教師需考慮學生的工作記憶容量,并對學生的長期記憶有個估計,把握學習材料內在負荷。學習材料并非越多越好,關鍵在于精華,給學生留下深刻印象。“專家系統”課堂教授部分以原理性與推理性知識為主,應增加實踐技術實例,這樣讓學生緊密聯系實際應用進行學習,。多媒體視頻就是一個很好的表現手段。將制作好的實例視頻,向學生們展示,不但讓課程氛圍活躍,還激發學生對實踐教學的興趣;不但沒有增加課堂的知識負荷,還可以留給學生課后對比學習。
2) 多元化課件制作呈現形式。
專家系統是一門推理性知識要求很強的課程,同時也需要掌握一門有利的開發工具方能使學生做到靈活應用。經過教學實踐與課后調查發現,學生們對知識表述與相關畫面共同呈現的形式比單一媒體呈現形式學習效果好,知識和畫面也必須是關聯的,呈現位置和各部分的比例也需考慮充分。為此,課件制作是一個“改無止境”的工程,因為每一屆的學生具有自己的特點,且專家系統課程知識點的不斷更新,每一年都要對課件進行大量的補充與改進。
3) 基于認知教學的課堂講解過程。
認知教學模式中,是以學生為主體,教學教師起主導作用。課堂講解是面對面教學活動中的重要環節,,它是多媒體中聯系言語與畫面的橋梁,是減少學生工作記憶負荷的有效手段。
專家系統課程知識可分為表示性知識與推理技術性知識,根據相關認知心理學理論,可將知識分為兩類:陳述性知識和程序性知識[5]。其中在教育心理學中“陳述性知識”是指個人具有有意識的提取線索,能夠直接加以回憶和陳述。其實就是關于“是什么”的知識,包括對事實,規則,事件等信息的表達。教育心理學中“程序性知識”是指個人沒有有意識的提取線索,其存在只能借助某種作業形式簡介推測的知識稱為程序性知識,而現代認知心理學為程序性知識以產生式及產生式系統來表征的。所以可將陳述性知識采用“專家系統”中的語義網絡形式為基礎地表征,而程序性知識的表征形式可用“專家系統”中的產生式系統,以“ifthen”形式表示條件這一關系。眾多形式的產生式規則相互聯系就組成了復雜的產生式系統。基于認知理論的“專家系統”知識教學實施過程中,首先應選定系統設計內容,掌握開發系統時所需的知識與工具,;其次分析問題,并根據系統的具體特征轉化知識。而后;接著對問題模型進行求解,建立和構造知識庫,;最后,利用實現工具編寫代碼,系統聯調。
2.2專家系統課程雙語教學的實施
專家系統課程是信息學科新興發展的一門課程,有許多關鍵性進展相關研究進展和成果的資料均源于英文文獻,因而提高學生雙語水平是一種大勢所需,。同時,雙語教學提高了對教師整體素質的要求,在雙語教學過程中,有意識的增強教學互動,以問題啟發式教學與課堂辯論形式教學,學生通過查閱主題文獻進行針對性的演講或討論,教師對學生的表現加以評述,并進行補充。這種形式可擴大教師的知識面,使得任課老師了解前沿的研究成果。也可培養學生主動學習的積極性和創新能力,使得課程具有鮮活的生命力。雙語教學對教師,特別是教師的其外語水平及其口語表達能力,,。促進了師資整體水平的提高。專家系統的雙語教材已在1.2中介紹,但實驗教材的設計與編寫工作現仍處于空缺,這也是雙語教學的需完善的內容工作之一。由于雙語教學增加了授課難道難度,進而影響了授課的進度,應充分發揮多媒體先進教學手段對專業術語和難以理解的內容,進行注解,幫助于學生理解。在貫徹雙語教學的過程中,除了指定適當英文參考短文或參考書,開發雙語課件外,還應使學生接觸國內外文獻資料,開闊眼界,拓寬知識面,強化雙語的意識,激發學生主觀能動性,使學生找到課程學習的歸屬感。
2.3改革“專家系統”課程實時交互活動
專家系統課程是一門理論與實踐關系密切的課程之一,課堂留下的作業大多需要計算機編程或計算機輔助教學方能較好的地完成。根據此特點,改革傳統的作業形式與批審方法可節約反饋時間,同時可實現“低碳無紙化”辦公。利用網絡進行作業上交,教師批閱后通過網絡及時返回給學生,不但能提高老師的辦公效率,也使學生得到快速與準確的反饋。
針對多校區的現狀,我們利用網絡教學資源,采用了多種交互式策略,通過Email和群討論組等方式進行在線交流,也可傳遞參考資料,交流課外成果,實現只要老師在實驗室,學生在任何有網絡終端PC機處,就能進行了實時交流或批改作業。避免了學生為了課后的困惑問題積壓至下一堂課的矛盾,同時也節約了學生往返路程上耗費的時間。
為了進一步體現教學效果,我們下一步擬進行考試方式的變革,應綜合考慮課堂出勤情況、平時正式作業成績、課堂討論情況和期末課程考試進行綜合評分。還應考慮以雙語形式進行筆試,當面交卷后進行雙語發問。若有課程論文或創新作品表現突出者,可免參加最后的課程考試。使考試不再是學生的負擔,而成為衡量與培養創新能力。和口試。
3基于CLIPS的專家系統實驗教學
3.1專家系統與CLIPS語言
CLIPS(C Language Integrated Production system)是由美國航空航天局約翰遜空間中心(NASA’’s Johnson Space Center)開發的一種專家系統工具,由C語言編寫而成。早期的專家系統工具大都用LISP、Prolog等編程語言開發,共同問題是運行速度慢,可移植性差,解決復雜問題的能力差。CLIPS是基于Rete算法的前向推理語言,其優點包括:①邏輯推理方面的強大功能強。②、可移植性好。③、可擴展性好。④、有利于和其他語言聯合使用等。
3.1專家系統與CLIPS語言
專家系統與傳統的計算機程序系統有著完全不同的體系結構,通常它由知識庫、推理機、綜合數據庫、知識獲取機制、解釋機制和人機接口等幾個基本的、獨立的部分所組成,其中尤以知識庫與推理機相互分離而別具特色。用clips語言能夠更好地熟悉專家系統的整個組成。CLIPS可為基于規則、面向對象以及過程的編程提供支持(rule-based, object-oriented, and procedural programming)。
以基于規則的專家系統利用CLIPS工具編程作為實例闡述。在CLIPS中找到專家系統基礎的組成部分――Fact List、Knowledge Base、Inference Engine。Fact List中存放用于推理的事實,而Knowledge Base包含所有的規則,Inference Engine控制所有的進程。圖1所示為專家系統框架示意圖。專家系統中最核心的就是知識庫,知識庫中包含了大量某個領域專家的知識。,為了使計算機能運用專家的領域知識,必須要采用一定的方式表示知識 。目前常用的知識表示方式有產生式規則、語義網絡、框架、狀態空間、邏輯模式、腳本、過程、面向對象等?；谝巹t的產生式系統是目前實現知識運用最基本的方法。
3.2專家系統實驗教學內容
通過CLIPS軟件環境提供了的驗證性、設計性和開發性實驗,幫助學生更好地熟悉和掌握專家系統的基本原理和方法;,通過實驗提高學生總結實驗結果的能力,使之對專家系統的相關理論有更深刻的認識。實驗內容如表2所示:。
其中,實驗1為實驗2的基礎,這兩個實驗應與講授課程穿插,使得學生利用課堂學到的理論聯系實際實驗操作,通過這兩個實驗的學習能夠掌握專家系統的開發過程、掌握用產生式規則繪制推理樹的方法、掌握、編寫CLIPS應用程序的方法以及程序運行環境的應用等。實驗3是一個有難度的實驗,需要大量的課余準備時間,所以在完成實驗3的時候,必須預留3周的時間,提前布置給學生,讓學生做好實驗前的準備,這樣方能取得較好的實驗教學效果。這些被挑選出來的CLIPS專家系統的代碼應是經典的學習內容,通過該實驗培養學生獨立分析與開發完整的專家系統的能力。
3.3實驗教學實例分析
1) 實驗目的:學習和理解CLIPS編程語言,通過分析用CLIPS編寫的“野人過河”的程序,深入理解專家系統的編程技巧,加深對專家系統的認識和理解。
2) 實驗說明:野人過河問題屬于智能學科中的一個經典問題,問題描述如下:,有三3個牧師傳教士和三3個野人過河,只有一條能裝下兩個人的船,在河的任何一方或者船上,如果野人的人數大于牧師的人數,那么牧師就會有危險。
假設問題的初始狀態和目標狀態,假設和分為1岸和2岸: 。
初始狀態:1岸,3野人,3牧師;2岸,0野人,0牧師;船停在1岸,船上有0個人;。
目標狀態:1岸,0野人,0牧師;2岸,3野人,3牧師;船停在2岸,船上有0個人;。
整個問題就抽象成了如何從初始狀態經中間的一系列狀態達到目標狀態。問題狀態的改變是通過劃船渡河來引發的,所以合理的渡河操作就成了通常所說的(算符)就是問題求解的關鍵。,根據題目要求,可以得出以下5個算符:渡1野人、渡1牧師、渡1野人1牧師、渡2野人、渡2牧師,。根據渡船方向的不同,也可以理解為10個往還算符。定義算符知道以后,剩下的核心問題就是搜索方法了,。本程序采用深度優先搜索,通過不斷擴展后繼結點節點,逐步找出下一步可以進行的渡河操作,;如果沒有找到則返回其父節點,看看是否有其它其他兄弟節點可以擴展。
搜索中采用的一些規則如下:
(1.) 渡船優先規則:1岸一次運走的人越多越好(即1岸運多人優先),同時野人優先運走;2岸一次運走的人越少越好(即2岸運少人優先),同時傳教士優先運走;。
(2.) 不能重復上次渡船操作,避免進入死循環。;
(3.)任何時候 河兩邊兩岸的野人和牧師數在任何時候均分別大于等于0且小于等于3;
(4.) 由于只是找出最優解,所以當找到某一算符(當前最優先的)滿足操作條件后,不再搜索其兄弟節點,而是直接載入鏈表。
(5.) 若擴展某節點a的時候,沒有找到合適子節點,則從鏈表中返回節點a的父節點b,從上次已經選擇了的算符之后的算符中找最優先的算符繼續擴展b。
通過實驗教學過程中的專家系統開發實例分析,總結了出應用于在許多專家系統項目中的線性生命周期模型,如圖32所示。這個模型包括從計劃到系統評估的許多階段,對系統開發的描述一直到功能評估這種程度上。之后,生命周期不斷重復:從計劃到系統評估,直到系統交付正常使用。
4結語
專家系統課程的發展開發過程是教學研究和教學改革實踐相結合的過程,需要不斷加強學習、總結經驗。本文從總結了專家系統課程定位與、建設目標、教材的選用設計和課程知識框架等方面的總結了“專家系統”課程建設情況。在,并就教學改革過程中注重多媒體教學的效果、雙語的實施和課程互動活動的改革等問題進行比較深入的介紹與探討。通過CLIPS語言與專家系統實驗的結合,闡述了實驗教學的目的、CLIPS實驗特色及和實驗方法,體現了基于CLIPS實驗教學的優勢與特色。在未來的教育領域,專家系統技術將成為信息時代教育發展的新生力軍,專家系統也將成為新世紀人類智能管理與決策的得力助手。
致謝注 :本文受國家級智能科學基礎系列課程教學團隊項目(2008)支持,感謝本文得到中南大學信息科學與工程學院智能所的大力支持,特別感謝蔡自興教授的鼓勵與幫助。
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