智能科學與技術論文匯總十篇

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1背景介紹

智能科學與技術專業是一門新興的交叉型學科[1]。隨著信息化的進一步深入以及IBM“智慧地球”、我國“感知中國”等戰略的實施，智能科學技術正在成為關系國民經濟、社會發展和國家安全的一個重要領域。因此，智能科學與技術相關專業的建設也引起了國內外高校的重視。國外許多著名高校都設立了人工智能專業，并授予智能科學專業學位；世界多數知名理工類院校都設立有人工智能研究所或實驗室，進行智能科學專業的科學研究和人才培養。

相對而言，國內智能科學與技術專業的起步較晚。2004年，北京大學信息科學技術學院經教育部正式批準設立了全國第一個智能科學與技術本科專業。之后，國內許多高校也相繼設立了這一專業，有些高校還成立了相應的系。現在智能科學與技術專業已經從計劃外專業變成計劃內專業，標志著該專業的建設在國內已逐漸形成氣候。

廈門大學是國內較早設立智能科學與技術系的高校之一。基于在智能科學與技術領域多年的研究積累和師資儲備，廈門大學于2006向教育部申請并獲批設立了智能科學與技術本科專業，之后又于2007年6月6日成立了智能科學與技術系[2]。建系以來，廈門大學智能科學與技術系一直堅持以“科研帶動教學、教學促進科研”的辦學理念。一方面，我們以系里的科研實力、科研特色為基礎，在人才培養過程中發揮優勢，為人才培養服務，更好地完成專業培養的目標；另一方面，優秀人才的培養也為我系的科研提供了有生力量和儲備力量，反過來促進系里的科研發展。

從2007年成立至今，我系完成了首屆本科生完整的一輪培養，因此我們希望能將4年來的專業建設的情況做一次梳理，為下一步的工作提供參考。作為一個新興專業，各高校對于智能科學與技術專業的建設也都處在探索階段，因此我們也希望這些工作梳理能對其他院校的專業建設起到參考作用。

我們對專業建設的梳理從兩個方面展開：一是科研與學科建設的進展情況；二是教學與人才培養的進展情況。

2科研與學科建設進展

2007年以來，我系科研與學科建設取得了很大進展，下面從凝練科研方向和科研平臺與學科點建設兩個方面來介紹。

2.1凝練科研方向

在智能科學與技術系成立之前，廈門大學在人工智能領域已經有了不少積累，在心腦計算、藝術認知和自然語言處理等領域形成了一定的優勢。

2007年建系以后，我們結合自身研究特色和學術發展前沿，進一步凝練了研究方向，基本上確定了四個重點發展的方向，并成立相應的研究室。

1) 藝術認知與計算方向。

主要圍繞人類藝術活動的腦機制，特別是有關詩歌、音樂與舞蹈的審美與創作方面，開展相關的認知與計算研究工作。

2) 智能多媒體方向。

主要從事有關多媒體信息處理方面的關鍵技術研究和應用系統的研發，涉及視頻圖像處理與運動目標檢測、基于內容的多媒體信息檢索、智能中醫信息處理等方面的研究。

3) 自然語言處理方向。

主要從事機器翻譯、實體關系抽取、跨語言信息檢索、語音識別與合成等方面的理論研究和相關應用系統開發。

4) 仿腦智能計算方向。

主要開展有關機器人認知計算引擎的基礎性研究工作，目標是開發一個具有普適性的認知推理引擎，并將其嵌入到機器人中，使機器人具有綜合的意識、視覺、語言和動作能力。

方向的凝練很好地促進了我系研究隊伍的整合，也使系里的人才引進工作有了更好的針對性。經過四年的建設，以上四個方向均逐步形成了一支結構合理的研究團隊，如表1所示，科學研究也相應的取得了一些進展。2007-2010年間，我系教師承擔國家自然科學基金項目、國家863計劃項目、省級課題、企業委托橫項課題等各類科研課題近50項，每年新立項的項目數量如表2所示。同時，我們在《Neuroscience Letters》、《Journal of Vision》、《Computational Intelligence》、《中國科學》、《軟件學報》及《電子學報》等國內外重要學術期刊和國際會議上發表學術論文200余篇，其中EI/SCI檢索論文150余篇。這些方向的發展為我們的人才培養奠定了良好的科研基礎。

2.2科研平臺與學科點建設

科研平臺是學科發展的重要載體，是科技創新的重要源頭，是聚集和培養高層次人才的重要場所。因此，科研平臺建設是學科建設的重要內容。

一直以來，我們就很重視科研平臺的建設，也形

成了較好的基礎。2003年，我們建立了一個跨專業的校內科研平臺――廈門大學語言技術中心；2005年，我們獲批建設了“智能信息技術福建省高校重點實驗室”。依托這兩個平臺，并基于我們對科研方向的進一步凝練，我們最終于2009年獲批建設“仿腦智能計算福建省重點實驗室”。該重點實驗室的建設以人工大腦研究為中心，并包含仿腦計算、智能語言處理、視聽感知和機器人及其行為控制等方面的研究，更有利于我系進一步整合和優化科研結構。

學科點建設也是學科建設的重要內容之一。擁有學科點一方面反映了相關領域的學科建設水平，另一方面又能為高層次人才培養提供必要保障。

智能科學與技術至今還未被列為一級學科，因此智能科學與技術專業的研究生目前只能依托其他相關專業進行招生和培養。建系之前，我們已經依托廈門大學“數學”一級學科，自主設立了“人工智能基礎”二級學科博士點，具有了培養本專業博士層次研究生的基本保證。2010年，我系與廈門大學計算機系、廈門大學軟件學院共同合作成功申報了“計算機科學與技術”一級學科博士點，在此一級學科下設的10個方向中，我系將負責建設其中的數字媒體藝術、信息安全技術、自然語言處理以及模式識別與智能計算等4個方向。該博士學位授予點將于2012年正式招生，這為我們在博士層次上培養智能科學與技術專業人才奠定了更好的基礎。

3教學與人才培養進展

下面從本科生和研究生兩個層次的學生培養介紹我系教學與人才培養的進展情況。

3.1本科生培養

在本科生方面，廈門大學智能科學與技術系的目標是培養有效和系統地掌握本學科的理論基礎，比較深入地理解智能科學與技術理論；具有一定的分析、綜合和創新能力，能夠承當智能信息系統設計、開發和智能科學與技術學科教學任務的，德、智、體全面發展的科學技術工作者。為了實現這一目標，我們遵循“寬口徑、厚基礎、抓關鍵、重實踐”四項基本原則，制定了較合理的教學計劃，并特別注重學生實踐能力的培養，采取了增設實用技術類課程、增設本科生進研究室參與課題研究的“課題實踐”環節、組織學生參加企業實習等若干措施，加強學生的實踐能力培養[3]。

目前，我系在本科生培養方面已經初具成效，具體體現在兩個方面。

1) 多組本科生團隊獲批立項大學生創新性實驗項目。

2009年，我系本科學生組成的創新實驗團隊中的3支獲得了國家級創新性實驗項目資助；1支獲得了校級創新性實驗項目資助；今年的創新性實驗項目初評中，我系本科生團隊又有3支入選。

2) 首屆學生就業形式喜人。

2007級本科生是我系的首屆學生，共計31人，其中2/3的學生入學都是經專業調劑的，因此學生入學之初對本專業多是不了解甚至是不感興趣的。經過4年的學習，他們都能很好地完成學業，多數學生逐漸喜歡上了本專業，部分學生更是將本專業作為其未來進一步學習和工作的方向。今年7月，我系2007級本科生畢業，畢業率和就業率均為100%，畢業去向情況如圖1所示。

圖1廈門大學智能科學與技術系2007級本科畢業生去向

其中，11名學生進一步升學攻讀研究生；4名學生選擇了到美國、中國香港的高校深造；其他16名學生則進入企業就業。

3.2研究生培養

我系的研究生培養以加強創新能力的培養為核心，以加強基礎課、專業課、實驗實踐教學、論文創新寫作、促進理論與實踐相結合為重點，包含碩士研究生和博士研究生兩個層次。在碩士研究生方面，有3個學術型碩士學位授予專業(人工智能基礎、模式識別與智能系統、計算機應用技術)和1個“計算機技術”工程碩士培養方向(智能工程及網絡安全方向)；在博士研究生方面，目前有1個二級學科博士學位授予專業(人工智能基礎)。

為了培養研究生的創新能力，我們主要依托系里所承擔的科研項目，特別是國家級科研課題。學生們參與到課題研討中，接觸最新的學術前沿問題，并在不斷討論、實驗過程中逐步提高獨立科研能力。

為了促進學生將理論與實踐相結合，我們積極加強與企業的聯系，建立聯合實驗室或聯合培養基地，例如，我們與深圳名人公司建立了機器翻譯聯合實驗室，與北京德威特電力系統自動化有限公司建立了電力自動化軟件聯合實驗室，與廈門中資源有限公司建立了智能反垃圾郵件聯合研究中心，與廈門東南融通系統工程有限公司建立了計算機軟件與理論研究生教育創新基地等。這些基地的建立使學生能夠參與企業的實際課題，在提高實踐能力的同時也促進了就業。

目前，我系的研究生培養也取得了一些可喜的成果。學生們參加各種競賽或展示均取得了優異的成績。例如，2010年，仿腦智能系統方向研究生研發的社交機器人――“文博之星NAO”項目獲得第三屆海峽兩岸(廈門)文化產業博覽交易會最佳創意產品銅獎；自然語言處理方向研究生研發的漢語句法分析器和漢語人名消歧系統分別參加2009中文信息學會句法分析評測(CIPS-ParsEval-2009)和2010中文信

息學會與SIGHAN聯合會議(CIPS-SIGHAN 2010)的人名消歧評測，均榮獲第二名。

4反思

智能科學與技術專業作為一個新興專業，雖然得到國內許多高校的重視并有良好的發展勢頭，但目前仍存在一些發展的制約因素。第一，智能科學與技術未能被列為一級學科，因此各高校的智能科學與技術學科建設只能依附于其他相關專業，導致該專業的發展缺少必要的學科保障，高層次人才(博士層次)的培養也受到嚴重制約；第二，智能科學與技術在國內尚未形成明顯的產業群，因此該專業畢業生就業的行業特色不明顯，目前各高校智能科學與技術專業畢業生的就業行業與計算機科學與技術、自動化、電子科學與技術等相關專業學生的就業領域基本相近，這導致該專業的特色無法被正確理解，也影響了專業招生。

在這種狀況下，我們認為智能科學與技術專業要大力發展，應突出兩點。首先，要加強智能科學與技術的科學研究，這一方面可以促進人才培養，另一方面也能通過展現高水平成果進一步擴大專業的學科影響力；其次，要加強智能科學與技術專業學生的實踐能力培養，以此提高專業學生的就業競爭力，進而增強專業的吸引力。

參考文獻：

[1] 鐘義信. 設置“智能科學與技術”博士學位一級學科：必要性、可行性、緊迫性[J]. 計算機教育,2009(11):5-9.

[2] 東,李紹滋, 潘偉. 廈門大學“智能科學與技術”專業建設介紹[J]. 計算機教育,2009(11):46-48.

[3] 東,李紹滋. 智能科學與技術專業學生實踐能力培養若干探索[J]. 計算機教育,2010(19):61-63.

Specialty Construction of Cognitive Science in Xiamen University

CHEN Yidong, LI Shaozi, PAN Wei

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中圖分類號：G642　文獻標識碼：A

1　引言

智能科學與技術學科以計算機科學為基礎，結合了認知科學、信息學、控制科學、生命科學、語言學等學科的相關理論和研究方法，是一門新興的交叉學科，將成為21世紀信息科學研究的制高點和信息產業價值的主要提升點。

在國外，許多著名高校都設立了“人工智能”專業并授予智能科學專業學位：世界多數知名的理工類院校都設立有人工智能研究所或實驗室，進行智能科學專業的研究生培養及科研工作。在國內，智能科學與技術專業起步則較晚：2003年12月5日，教育部正式批準北京大學信息科學技術學院設立“智能科學與技術”本科專業，這標志著我國“智能科學與技術”專業的誕生。

廈門大學在智能科學與技術領域已經有多年的研究積累和師資儲備。2006年12月，教育部正式批準廈門大學設立“智能科學與技術”本科專業，2007年6月6日，廈門大學智能科學與技術系經學校批準成立，并于2007年9月迎來了第一屆本科生。本文將簡要介紹近幾年來廈門大學“智能科學與技術”專業的建設情況。

2　廈門大學智能科學與技術相關領域的科學研究進展

廈門大學在智能科學與技術領域的研究已開展了多年。早在1988年，學校就成立了校級科研機構――“廈門大學人工智能與計算機研究所”，目前，經廈門大學批準，正式更名為“廈門大學人工智能研究所”。它是一個以實用智能技術研究為主、集基礎研究與應用開發于一體的研究機構，是廈門大學組建智能科學與技術系的主要基礎。

廈門大學智能科學與技術系面向國際學科發展趨勢和國家發展的重大需求，利用人工智能研究的方法和手段，不斷開辟新的研究領域，逐漸確立了語言信息處理、認知計算、智能信息檢索、中醫信息處理、視頻圖像處理、智能機器人等主要研究方向。在語言信息處理方面，現設手寫漢字識別、自然語言理解、機器翻譯、語料庫技術等研究領域；在認知計算方面，現設覺知計算、腦機接口、機器感覺、隱喻邏輯等研究領域；在智能信息檢索方面，現設文本信息過濾、信息檢索、信息提取、智能數據挖掘、Web挖掘等研究領域；在中醫信息處理方面，現主要研究開發多媒體中草藥智能查詢系統、基于舌象中醫智能體檢系統；在視頻圖像處理方面，現設圖像數據庫、生物特征識別、遙感圖像、地理信息系統等研究領域。2008年，系里引進了被稱為“人工大腦之父”的著名學者Hugo de Garis教授，并以他為首組建了人工大腦研究室，該研究室的目標是，經過三年左右的時間，建設中國首個人工大腦。

經過十幾年的不懈努力，我們在上述研究領域均取得了一批有影響的重要研究成果，在我國學術界具有一定的學術地位，獲得數十項國家和省部級項目經費的支持。目前在研的項目有國家自然科學基金項目3項、國家863項目2項、國家863子項目2項、福建省自然科學基金項目1項、福建省科技計劃重點項目2項。在漢字識別、詞語切分標注、語法分析、詞義消歧、指代消解、語言神經基礎、漢語理解策略、網上信息的選擇翻譯、統計機器翻譯、語音識別與合成、計算機音樂、計琴學等諸多方面進行了有特色的研究，形成了具體的算法，并且還提出了一種系統性的協動計算理論，出版專著5部，數百篇，其中近三年被EI、SCI等檢索的論文達200余篇。

在基礎理論研究的基礎上，智能科學與技術系還十分注重產學研結合，先后與北京德威特電力系統自動化有限公司和深圳名人電腦等公司進行合作研發，廣泛開展應用系統的研制開發，主要包括：手寫漢字機器識別系統、漢語分詞和詞性標注系統、機器翻譯系統以及網上漢語文本分類和信息過濾系統。其中，手寫漢字機器識別系統獲浙江省教育廳科學技術進步三等獎：機器輔助漢英互翻系統獲福建省科技廳科技進步三等獎；漢語分詞和詞性標注系統獲得2003年863中文信息處理評測第二名：機器翻譯系統(包括XMMT漢英機器翻譯系統、Matrix英漢機器翻譯系統、Light英漢機器翻譯系統和Neon英漢雙向機器翻譯系統)在863智能接口評測中多次名列前茅，形成多項產品，技術授權國內多家單位使用。

在科研平臺建設方面，智能科學與技術系發揮廈門大學多學科交叉的優勢，聯合人文學院、外文學院和海外教育學院華文系的學術力量，于2003年成立了“廈門大學語言技術中心”，其中，漢外多語言機器翻譯為主攻方向之一。2006年獲批了“智能信息技術福建省高校重點實驗室”；目前，以人工大腦相關內容為研究核心的“福建省仿腦智能系統重點實驗室”也已獲批。

3　廈門大學“智能科學與技術”專業建設情況

廈門大學智能科學與技術系現有一個本科專業(智能科學與技術)，三個學術型碩士學位授予專業(人工智能基礎、模式識別與智能系統、計算機應用技術)，一個“計算機技術”工程碩士培養方向(智能工程及網絡安全方向)，一個博士學位授予專業(人工智能基礎)。現有在校本科生近90人，碩士研究生80多人，博士研究生25人，博士后2人。本系教職工近30人，其中：教授5人，副教授5人，80％具有博士學位或者博士在讀，40歲以下的年輕教師占2／3。

3.1　本科生專業建設

在本科生培養方面，廈門大學智能科學與技術系的目標是要求學生能夠有效和系統地掌握本學科的理論基礎，比較深入地理解智能科學與技術理論；培養具有一定的分析、綜合和創新能力，能夠承當智能信息系統設計、開發和智能科學與技術學科教學任務的，德、智、體全面發展的科學技術工作者：畢業生適宜到科研機構、學校、技術或行政管理部門、公司、廠礦等企事業單位從事科技研究、應用開發、信息管理和教學工作，也可以進一步攻讀該專業及相關專業的碩士學位。

為了實現上述目標，我們遵循“寬口徑、厚基礎、抓關鍵、重實踐”四項基本原則，制定了較合理的教學計劃，在本科一、二年級安排公共基本課程、校通識教育課程、院系通修課程；從二年級下學期開始結束院系通修課程，轉而推出部分學科通修課程，向專業化過渡，三年級開始加入方向性選修課程。其中，公共基本課程621學時、33學分；校通識教育課程262學、15學分；學科通修課程1544學時、90學分；方向性課程120學時、分；學科跨方向性課程108學時、6學分。這樣的安排能真正使學生在獲得扎實而寬厚的理論基礎、合理的知識結構的同時，培養較強的獲取新知識的能力和創新精神。

為了能切實提高學生的動手實踐能力，我們在辦學過程中十分重視和強調實踐環節的訓練并倡導理論與實際 相結合，已經規劃建設一個特色實驗室――“仿腦認知與智能機器人”實驗室，可支撐仿腦認知與智能機器人兩個方向相關課程的教學實驗，總經費預算100萬元。依托該實驗室，結合相關課程，高年級本科生可以進行“心理物理測試實驗”、“眼動測試實驗”、“面部表情與腦電對照實驗”、“行為學與智能關系測試實驗”、“機器人避障行走路徑規劃”、“機器人目標識別與跟蹤”、“機器人聲控實驗”、“機器人智能語言翻譯”、“機器人足球比賽”等眾多特色實驗。

3.2　研究生專業建設

廈門大學智能科學與技術系的研究生培養以加強創新能力的培養為核心，以加強基礎課、專業課，實驗實踐教學、論文創新寫作、促進理論與實踐相結合為重點，包含碩士研究生和博士研究生兩個培養層次。其中，碩士研究生層次又分為學術型研究生和工程碩士兩種類型，分別進行培養。

在學術型碩士研究生培養方面，我們的目標是培養適應智能科學與計算機科學的發展，適應國家社會發展與進步事業需要的，德、智、體、美全面發展，系統地掌握本學科基本概念、基本原理、基本方法、基本技能的，具有創新能力、理論聯系實際的高級專門人才和能適應未來從事基礎研究、應用基礎研究、技術開發研究和工程應用研究之人才。畢業生適宜到科研部門、學校從事科學研究和教學工作；適宜到計算機產業相關的企事業單位從事智能科學與計算機科學技術的開發研究、應用與管理等工作；可以繼續攻讀智能科學與計算機科學及其相關學科的博士學位。目前包含“人工智能基礎”、“模式識別與智能系統”和“計算機應用技術”三個專業。其中，“人工智能基礎”專業包含如下培養方向：認知科學理論、認知邏輯學、計算語言學、智能計算方法、藝術認知與計算、腦高級功能成像等；“模式識別與智能系統”專業包含如下培養方向：計算機視覺、機器翻譯系統、智能中醫診斷系統、機器音樂、模式識別、音頻信息處理等：“計算機應用技術”專業包含如下培養方向：人工智能應用技術、自然語言處理技術、智能信息檢索技術、多媒體綜合應用技術、圖像與視頻處理技術、虛擬現實技術等。

在工程碩士培養方面，目前智能系招收“計算機技術”工程碩士――B方向(智能工程及網絡安全)的工程碩士研究生，目標是培養具有扎實的計算機學科專業知識和工程技術能力，掌握現代智能與網絡科學前沿知識，在智能工程與網絡安全方向具有一定研究深度和項目研發能力的高層次應用型人才。培養方向包括：嵌入式智能家居、視頻圖像處理、網絡視覺監控、模式識別與智能系統、智能機器人、網絡內容監管、黑客與網絡攻防技術、網絡信息安全、信息檢索與信息過濾、自然語言處理、機器翻譯、語音識別與合成、智能中醫信息處理、人工大腦、虛擬現實技術等。

在博士研究生培養方面，設有“人工智能基礎”博士學位授予專業，目標是培養基礎扎實，具有創新意識，對某一領域有全面深入了解或對某一應用領域有獨立解決實際問題的能力，能夠解決前人未能解決的科學問題或社會發展中亟待解決的技術問題的高級專業人才：其研究工作對科學技術或社會經濟的發展具有明顯貢獻，為人工智能技術發展和應用提供新的基礎或新技術、新方法。培養方向包括：人工智能以及應用技術、藝術認知與計算、數據挖掘技術、認知神經科學、軟計算方法及其應用、智能多媒體信息處理、腦功能成像技術等。

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1高水平人才交叉培養計劃實施背景

《北京市教育委員會關于印發北京高等學校高水平人才交叉培養計劃的通知》（京教高[2015]1號）提出共建高校雙方要根據經濟社會發展急需人才所應具有的知識、能力與素質，聯合相關行業企業，共同制訂專業和方向的培養目標、培養標準，構建與之相匹配的專業培養計劃，包括專業核心課程體系、實踐能力培養體系和素質提升體系，培養基礎扎實、專業過硬、能力突出的高素質人才。

北京科技大學、北京信息科技大學智能科學與技術專業“機器人大腦方向”雙培項目于2015年開始正式實施。目前主要采用“3+1”培養模式，即前3年在北京科技大學自動化學院智能科學與技術專業學習，第4年在北京信息科技大學自動化學院智能科學與技術專業學習并完成畢業論文。

2“機器人大腦方向”雙培方案的構建

北京科技大學是教育部直屬的985、211大學，其智能科學與技術專業在京為一本招生，而北京信息科技大學為北京市屬學校，其智能科學與技術專業在京為二本招生。兩校要交叉聯合培養學生，需要充分考慮兩校的生源情況，在充分論證的基礎上制訂出相應的培養方案。

2015年4―5月，北京信息科技大學與北京科技大學相關負責人先后進行兩次會談，就兩校智能科學與技術專業的建設情況、雙培計劃的基本情況，“機器人大腦方向”教學計劃和培養方案交換了意見，形成了雙培計劃培養方案制訂的初步設想。兩校的智能科學與技術專業具有相似的歷史淵源和專業方向，因此，在充分討論的基礎上，決定以兩校現有的教學計劃為基礎，按市教委雙培的要求修訂“機器人大腦方向”教學計劃和培養方案。兩校分工實施課程教學、實踐教學、學生指導、質量評價、組織學生科技創新、學科競賽等工作。

2.1專業培養目標

具有堅實的數理基礎、信息技術的基礎知識以及腦科學與認知科學的基礎知識，系統地掌握智能科學技術的基礎理論、基礎知識和基本技能與方法，受到初步科學研究和工程實現的訓練，具備智能系統集成、智能技術應用方面研究和開發的基本能力。同時具有全面的文化素質、良好的知識結構和較強的新環境適應能力、自主學習能力和創新意識，并具有良好的語言和計算機運用能力。本科畢業后能夠在研發部門、學科交叉研究機構以及高校從事與智能科技相關領域的科研、開發、管理或教學工作，并可繼續攻讀智能科學與技術專業以及相關學科和交叉學科的碩士和博士學位。

2.2專業課程體系

智能科學技術是一門研究智能現象的本質與機理、智能模擬的方法與技術以及智能機器與智能系統應用的新興學科，由腦科學、認知科學、人工智能、信息科學技術等學科綜合交叉而成。圖1給出的智能科學與技術專業的知識體系，確定了課程設計的基本原則：智能應用的過程中需要有信息學科中的計算機、通信、控制和檢測等方面技術的支撐；建立以計算機、通信、控制和檢測技術為工具，以智能機器人為載體，結合信息科學和智能科學理論基礎的課程體系。

為體現“機器人大腦”的專業方向與特色，課程體系中加強了腦科學與認知科學、腦機接口、軟件開發與應用、虛擬現實技術等內容。表1給出了智能科學與技術“機器人大腦方向”的專業課程體系，其課程體系模塊設計為計算機基礎、電路基礎、信息與控制基礎、機器智能、智能系統五大模塊。

“機器人大腦方向”專業核心課程確定為：電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術、信息論與編碼、信號處理、控制工程基礎、嵌入式系統、微機原理與應用、腦科學與認知科學、人工智能基礎、機器人組成原理、計算智能基礎、智能機器人、機器學習等。

2.3專業實踐體系

按照工程認證相關標準要求，建立了包括金工實習、電子工藝實習、各類課程設計與綜合實驗、工程認識實習、專業實習（實踐）在內的、完備的、面向工程需要的實踐教學體系，如圖2所示。

3“機器人大腦方向”雙培方案的實施

“機器人大腦方向”雙培計劃是北京地區高等教育綜合改革的試點，其目的在于推進北京地區高校之間的合作和優質教育資源的共享，提升北京高校辦學水平和人才培養質量。為此，兩校通力合作進行了有益的探索與實踐。

3.1學風建設

北京信息科技大學為雙培學生配備了輔導員和班導師，班導師由學院主管教學的副院長承擔。在新生入學的第一個學期，班導師就從中學生到大學生的過渡、適應大學高強度的學習、學習方式方法、班委改選、期中考試后的總結等方面對學生進行指導。學院組織學生集中晚自習，由班導師、輔導員檢查。同時班導師、輔導員經常走訪宿舍，與同學談心，使他們明確目標并養成良好的學習習慣。

同時，學校通過微信，不定期與共建高校的教師、學生溝通，隨時掌握雙培學生的學習生活狀況，如自動化學院開通的心動傳媒公眾號，成為雙培學生母校情節的有效紐帶。

3.2學生活動情況

北京信息科技大學和北京科技大學充分利用本校的資源，要求雙培學生積極參加兩校的各類活動，以達到市屬學校和央屬學校聯合培養學生的目的。例如，北京信息科技大學2015年4月邀請雙培學生開展了師生黨建活動“奔跑的人工智能”研討會，組織專業引領型學科競賽――新生R Auto杯智能小車競速比賽。

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論文摘要：針對智能專業中工程創新人才培養存在的工程實踐、專業設置等問題，在分析智能科學與技術專業現狀的基礎上，本文提出差異性培養目標、課題組制度和以點帶面制度等觀點，結合河北工業大學智能系三個年級的具體實施情況，在課外實踐方面取得令人滿意的效果和成績。

諾貝爾獎金獲得者西蒙把自然科學定義為探索自然界的奧秘，闡明自然現象，發現自然現象之間的規律及定律。具體到智能科學，就是研究人的智慧，建立人機結合系統理論，并用其模擬人的智慧。但是，值得注意的是，技術科學從本質上是有別于自然科學的，技術科學是利用自然科學的一般規律與理論，研究人造物的構成方法及原理的科學[1]。如智能技術是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。然而，除了智能科學和智能技術，智能科學技術的研究任務還涵蓋一個重要的組成部分——智能工程，即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[2]。由于智能科學、智能技術和智能工程三個領域所強調的研究任務不同，因此智能科學與技術專業人才培養目標可以分為科學技術型(或稱為研究型)和工程技術型(或稱為應用型)。前者是研究型培養模式，以培養具有學術研究或應用研究能力的人才為主，尤其要體現人才培養的綜合性、復合性和創新性；后者是工程型培養模式，以培養在工程領域中具有應用復合能力的人才為主，尤其要體現人才培養的綜合性、復合性和應用性[3]。更值得注意的是，進入21世紀之后，隨著科學技術的迅猛發展，工程問題的綜合性與復雜性也不斷增強。在這種情況下，智能科學與技術專業如何解決復雜系統提出的一系列工程問題，培養出具有時代特色的優秀工程人才，是新時代賦予新專業的一種使命。

1智能科學與技術專業現狀問題分析

由于智能科學與技術專業成立僅有短短7年時間，還處于不斷發展之中，所以不可避免地存在一些問題。一般來說，智能科學與技術專業學生的培養存在兩種模式：科學型人才和工程型人才。因此，如何根據各個學校的傳統優勢和培養目標來選擇學生的培養模式，非常重要。然而，受傳統教育模式的影響，即使在智能科學與技術專業中，對人才的培養仍然偏重科學型，這就導致了目前該專業學生工程能力存在這樣或那樣的問題[4]。

1.1缺乏實際的工程訓練和實踐

智能科學與技術專業雖然重視基礎科學與技術課程學習和學生分析能力的培養，但是對工程實踐訓練和對學生相關綜合素質的培養相對較弱，重理論知識灌輸和輕實踐能力培養的老問題仍然存在，教學、科研與實際生產的結合不緊密，因此學生的綜合能力無法應對如今復雜系統的工程問題，難以滿足用人單位的需求[5]。

1.2專業設置缺乏特色

隨著對智能科學與技術專業的深入理解，人們逐漸認識到這個專業的重要性和光明前景。近幾年，設置這個專業的高校正在迅速增加。然而，深入分析這一新專業的高校分布和地域分布，設置該專業的高校有“985”高校、教育部“211”工程重點建設高校、地方重點建設高校；而地域分布更為廣泛，在北京、天津、湖南、杭州等多個區域[6]。智能專業的這種不同水平的高校分布和地域分布決定了每個學校的專業設置應該具有自己的特色，應該適應我國產業、經濟結構多樣性和地區發展不平衡性的需要。因此，院校不問自身條件如何，不看當地經濟發展和產業結構如何，使得智能專業的辦學模式和專業設置大規模趨同的現象應該得到充分的重視。

1.3缺乏對學生創新意識的培養

雖然近幾年本科教育模式正在大力革新，如2010年國家層面開始實施的“卓越工程師”教育計劃，但是本科教育的填鴨式教學模式仍然廣泛存在，使學生被動地學習，以應付考試。這種模式的后果只會導致學生死記硬背，創新意識薄弱，造成了學校培養和實際需要的嚴重脫節。

2優秀工程創新人才培養的途徑探索

根據目前智能專業中工程實踐和課程設置存在的問題，我們提出了下面的解決方法。首先，根據學校的現實情況設置工程實踐的培養目標；其次，根據課程設置的不足提出課題組制度和以點帶面制度，作為課程設置的有效補充；最后，結合智能專業較新的專業知識實施創新型選題。通過有效實施這三個方法，培養優秀的工程創新人才。

2.1差異性培養目標

培養目標是實現優秀工程創新人才的關鍵。差異性培養目標是培養學生成才的本質屬性，孔子早就說過“因材施教”的理念。所以，對智能科學與技術這個新專業來說，由于它仍處于快速發展和完善之中，尤其是不同類型高校又有實際情況，因此應該制定具有差異性和多樣化的培養目標。比如說，研究型大學要致力于培養工程研究型、工程創新型的高端人才，以培養學術研究型的科學家、研發人員和設計工程師為主；而教學型大學工程人才的培養目標定位要突出應用型，以服務地方經濟建設為主，培養從事工程施工和管理的工程人才。

差異性培養目標不但體現在不同地域和不同類型的高校之間，即使在同一所高校，也應根據學生的興趣和實際情況確定不同的培養目標。具體來說，即使是一個班級的學生，他們的興趣和目標也不盡相同，如有的學生立志學好英語，有的學生準備全力以赴考研不顧其他，有的學生準備把自己的興趣當做追求目標。因此，充分考慮和尊重學生目標的差異性，是培養創新人才的一個前提。

2.2改革培養方式與途徑

目標確定以后，接下來就涉及到優秀工程創新人才培養如何實施的問題，其核心是讓學生得到充分的工程訓練，調動學生的積極性、主動性。實際操作過程中，教師可以把學生真正放到競賽的賽場上，如參加教育部“質量工程”建設的物聯網創新創業大賽、“挑戰杯”設計大賽、“盛群杯”單片機創新設計競賽、“飛思卡爾”智能車競賽等。這些競賽都是以創新為主要訴求，課題的名稱自擬。因此，通過這些比賽，學生們可以從選題、制作、參賽、完善作品等多個環節體會工程創新的全過程，大大提高工程實踐能力，為成為工程創新人才打下堅實的基礎。如何根據智能專業的特點，并結合各種創新競賽，來實施這樣的工程訓練呢？通過下面兩種制度可以有效實現。 轉貼于

第一，實施課題組制度。即把智能系的學生分成多個課題組。如我校的第一屆學生分成了7個課題組，每組4～5人，在課題組的基礎上實行導師制，每位導師可帶1～2組。課題組的培養目標是培養學生獨立提出問題的能力、獨立解決工程實際問題的能力、科學研究能力和科技開發及組織管理能力。但是，有一個前提，課題組制度要保證讓學生廣泛參與，這樣才能最大可能和最大范圍地培養優秀工程創新人才。因此，實施下面的以點帶面制度，對保證學生的參與廣度和培養質量非常必要。

第二，實施以點帶面制度。隨著智能專業的快速發展，學生越來越多，課題組越來越多，但教師的精力畢竟是有限的，難以指導太多課題組的學生。我們采用以點帶面制度來解決這個問題。從橫向方面看，我們采用組長負責制和核心組員制，每個課題組的組長和核心組員由能力相對較強的學生擔任，作為導師和課題組組員之間的聯系紐帶，導師僅僅將相關的課題任務傳達給他們即可。這樣既能夠大大降低指導教師的工作量，也能夠充分調動學生的積極主動性和自主性，鍛煉他們獨立解決問題的能力和團結協作、組織管理的能力。從縱向方面看，在課題組還涉及到不同年級的情況下，以點帶面制度就是核心組員指導低年級學生。這樣就實現了同一年級之間、不同年級之間的良性循環，保證無論那個年級的課題組，總有一個核心組員在指導，而指導教師一般僅僅親自指導核心組員，最終實現使用指導教師的有限時間，而使學生的收益最大化。以點帶面制度保證了教學指導質量和學生深入、廣泛、全過程參與工程訓練活動，從而鍛煉他們的工程創新能力。

2.3重視對學生創新實踐能力的培養

創新是教育部實施的“質量工程”的核心。對智能專業的學生來說，創新的核心是創新意識和選題。該專業學生一般會接觸到最新的智能傳感技術、智能控制技術、智能執行技術、智能信息處理技術。這些新的技術自然帶來一批新的元器件和新的信息處理方式。因此，使用這些新的元器件和新的信息處理方式，結合我們的生活需求，就比較容易實現具有創新性的選題。選題確定后，就可以采用課題組的方式和以點帶面的模式，通過“實踐學習”方式，將專業理論的學習與科研實踐緊密結合，在項目實踐中增強學生的自主學習能力、創新思維能力和實踐動手能力，促進學生的綜合素質發展，最終培養一批兼具創新力和領導力的精英之才。

通過以上三個方面的實施，智能系的幾個課題組在“挑戰杯”、“盛群杯”單片機創新設計競賽等創新類比賽中制作出很有創意的作品，應用了智能專業的許多知識，取得了優異成績。這極大鍛煉了學生的工程創新能力，初步達到了工程創新人才培養的目標。

3結語

在國內各個專業普遍重視工程創新人才培養的大環境下，筆者為培養優秀的工程創新人才提供了一種思路和方案。筆者提出差異性培養目標、課題組制度和以點帶面制度，并把這些方法應用到智能系學生的工程能力培養上，確立了學生的自我管理方式。學生做出了優秀的創新作品，通過在創新競賽中的全過程“實踐學習”，增強了實踐動手、團結協作和組織協調等工程能力，最終成為能夠提出創新問題并有效解決問題的具有工程創新能力的人才。該方法具有較強的實踐價值和良好的效果，初步達到了將智能系專業學生培養成為工程創新人才的培養目標。

參考文獻

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[2] 楊鵬，張建勛，劉冀偉，等. 智能科學與技術專業課程體系和教材建設的思考[J]. 計算機教育，2010(19):11-14.

[3] 魏秋月. 關于智能科學與技術專業人才培養和學科建設的思考[J]. 教育理論與實踐，2009，29(9):18-19.

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文章編號：1672-5913（2013）07-0038-04

中圖分類號：G642

本科生導師制為本科生配備學業導師，從而進行因人施教、教與育結合的人才培養，是一項創新型的本科生培養模式。作為一種高效的、個性化的人才培養制度，其執行效果不如想象中的那么好，特別是在我國實現高等教育大眾化的進程中，大學生在校人數逐年增多，而大學教師相對較少，使得眾多的本科生得不到教師的直接指導和幫助，從而使本科生導師制的積極意義不能被完全發揮。因此，我們有必要研究一種切實可行的本科生導師制模式，以適應新形勢下高等教育對培養優秀人才的需要。

1 本科生導師制與復合型人才培養的內涵

1.1本科生導師制及其發展現狀

本科生導師制（Tutorial System）是在師生雙向選擇的前提下，由愛崗敬業、品德高尚、知識淵博的教師擔任本科生的指導教師，對學生的學習、生活、心理等方面進行個別指導的教學制度。

本科生導師制最早在15世紀由牛津大學發明并實行。美國的普林斯頓大學于1902年引進了導師制。1998年，美國研究型大學本科教育委員會在“重建本科生教育：美國研究型大學發展藍圖”報告中建議每個本科學生都要有一名導師，這種形式應該在所有研究型大學中推廣開來。

就我國目前的大學教學現狀來看，導師制在傳統上只用于碩士和博士研究生層次。而在本科生層次上，只有少數院校的培優班采用了導師制。例如，北京大學的元培計劃實驗班、北京郵電大學的葉培大學院等，在低年級實行基礎課程教育，構建合理的學科知識結構；在高年級由學業導師因人施教，進行個性化的專業教育及素質教育。由于傳統教學管理方式及師生資源分配模式的影響，導師制未能充分發揮其積極意義，實施效果不是十分理想。

事實上，從中學進入大學是一個跨越。在這個跨越中，中學的學習方法、生活環境等都與大學中的不同。同時，4年的大學正是大學生思維方法、學習能力、身心素質等方面趨于成熟及穩定的階段。由此可見，在大學生本科層次施行導師制，對于豐富學生的素質教育、促使教書與育人有機結合、做到因材施教，顯得十分重要。

1.2智能科學與技術專業特色及復合型人才培養

智能科學與技術是一門涉及數學、生命科學、認知科學、信息科學、控制科學、計算機科學、哲學等學科的交叉和邊緣學科，是信息科學技術的核心、前沿和制高點。我國新型經濟的發展需要大量的高層次智能科技人才，而智能科學與技術學科為復合型人才的培養提供了天然的良好環境。具體說來，智能科學與技術專業復合型人才的內涵包含以下幾點。

1）基礎扎實，知識運用能力強。學生能通過深入學習，掌握智能科學與技術專業的基礎理論與技術，同時具備領域相關的多學科知識，包括計算機、自動化、信息、通信等，學會交叉融合，貫通多學科綜合知識，從而使本專業的畢業生有能力在未來知識激增的信息社會中適應知識更新和淘汰的多種挑戰。

2）學習能力及創新能力強。學生通過參與專題討論、課程或學術報告、參加學科競賽等活動來調整、優化知識結構，提高采用智能科學技術與理論解決問題的能力，增強自我學習的意識和創新能力，能夠面對新的快速發展的智能科學與技術領域，能夠適應層出不窮的新環境、新問題，不斷更新知識體系。

3）綜合素質高。學生應當具備很強的社會及集體責任感，崇尚“真、善、美”，敢于堅持真理，具有理想與抱負，具備自信、樂觀、積極向上的心理狀態以及良好的面對困難與挫折的心理素質。

基于此，我們將智能科學與技術專業復合型人才的培養目標設定為：培養具有科學創新精神和實踐能力、通曉世界知識、具有踏實的工作作風和良好的語言文化交流能力的高質量人才。學生僅掌握簡單的課本知識，遠遠無法達到智能科學與技術人才的要求，因此亟需探索一種能夠增強師生在培養過程中的深度互動與溝通的模式。本科生導師制為學生提供包括學業、思想、生活等在內的全面指導，順應了這種變化和要求。

北京郵電大學智能科學與技術專業于2006年開始正式招生，至今已完成了近6年的教學實踐，積累了很多寶貴的經驗和教訓。如何將自身經驗與學科發展的趨勢和方向相結合，深入地研究復合型人才培養模式，有助于高層次人才的建設，對人才培養活動具有調控、規范和導向作用。

2 智能科學與技術專業本科生導師制模式探索

我們以北京郵電大學智能科學與技術專業為試點，探索一種高效、可行的本科生導師制實施方案，為培養高素質、復合型人才提供真實可信的參考依據，從而有助于在未來形成適用范圍更廣、更具指導意義的本科生導師制可操作規范和導向。

2.1實施對象

該模式實施對象為智能科學與技術專業2年級到4年級的全部學生，共約90人。這與此前國內高校注重本科學生精英的選擇與培養模式不同，而是全面覆蓋所有學生，挖掘所有學生可能的興趣和潛力，其培養過程更加大眾化、更具有公平性。本科生導師目前限定為負責本專業教學的智能科學與技術中心（以下簡稱中心）的教師，包括在職13人（其中教授2人、副教授6人、講師5人）及兼職教授6人。除專業導師外，為便于觀察和搜集導師制實施過程中的問題，還應配備1名觀察員，隨時了解觀察實施情況并給予建議。

2.2實施辦法

本模式采用學生和教師雙向選擇的原則，結合成導師與學生組合。導師每人每年級指導2～4名學生。根據教師的具體情況，也可以實行以一位教師為主、多位教師為輔的指導模式。學生可以隨時根據自己的情況，在不影響初始組合的情況下，自愿申請得到多位教師的指導。導師組定期通過講座、專題報告、談心交流等形式與學生交流，豐富學生的第二課堂。考慮到本科生相對于研究生知識視野和思維模式尚不是十分成熟，還不能一次性成功選擇到自己最滿意的導師或方向，本次試點研究首次提出導師輪換機制以及多教師輔助的模式，充分利用了各位導師的多樣性，采取每年輪換的方法，讓每位本科學生在校期間至少可以得到3位不同導師的指導，從而能夠幫助學生拓寬視野，更好地找到自己的興趣和創新意愿。

2.3本科導師角色定位

本科導師的角色應該與學院和班級輔導員相輔相成，完全可以涵蓋某些專業課教師對部分學生所起到的課程和學業引導作用，而且較之更加全面和完善。導師不僅是學生學習上的導師，還是學生的伙伴和引路人。導師通過觀察、交流，了解學生在學習及生活中的表現，主要在以下方面發揮積極的幫助與激勵作用。

1）課程教育：重點指導學生的課程學習，在低年級側重實行通識教育和大學基礎教育，幫助學生制訂學習計劃，了解專業方向及其應用領域；在高年級針對個體在興趣、特長等方面的不同，實施個性化的專業素質教育，幫助學生構建合理的知識結構。

2）學術能力培養：重點在于激發學生興趣，幫助學生挖掘他們的學術潛力和獨立從事研究工作的能力；指導學生參加學科競賽、從事合適的科研活動、撰寫學術論文和畢業論文等；注重學生的個性發展，增強創新意識、提高創新能力和創新素質。

3）發展規劃指導：針對學生個體給予具體指導，幫助學生認清自我、完善自我，協助學生初步制訂個人中長期發展規劃并督促落實，盡可能為學生提供就業及考研信息。

同時，還要通過導師的言傳身教，幫助學生樹立崇高的人生理想，提升學生正確處理社會關系的能力，使其在學業和為人方面變得更加成熟。

上述內容充分體現了本次導師制試點研究工作與實施過程的精細與全面，進一步發展了已有的類似培養計劃的主要特點，同時將各方面的工作重點刻畫得更加清晰，對本科生導師的工作具有更具體的指導作用。

2.4學生與導師的溝通機制

本科生導師制的實施范圍包括課程學習和學術指導，以及將學生的思想、素質與知識整合，幫助學生全面健康發展，使之更好地適應社會工作和生活的需要。實施方式包括導師和學生個別溝通，以及電話、電子郵件、走訪等多種形式。

導師必須了解學生的學業進程、心理動態，并對每位學生至少每學期做一次書面評價。根據課程性質、不同學習階段、學生的獨立性等情況，決定見面討論的頻率，但不少于每月一次。

導師以嚴謹認真的方式對待學生呈交的研究成果，并為其進步與繼續發展給予建議與幫助，提供富有啟發性的反饋意見，使學生知道他們在做什么。更為重要的是可以使學生根據其理想與現狀，明確需要在哪些方面加以改進。

此外，本次試點研究工作首次引入了“主題班會”形式的學生與導師集體溝通的機制，這也是本文工作的創新點之一。針對學生共同關心的一些主題，導師與學生一起展開廣泛的討論，聽取各種不同的觀點和聲音，有效地激發學生學習、創新、生活等多方面的熱情，這從會后學生的反饋意見中得到充分的印證。同時，導師們也很認同這樣的形式，普遍認為有助于解決個人指導學生過程中所遇到的一些難題。

2.5導師制的監督和評估機制

在人才培養過程中，智能科學與技術中心定期通過教師例會和觀察員對本科導師的工作情況進行經常性的檢查，特別是關于培養計劃的落實情況、教師日常的指導情況、學生的學習狀況（包括學習興趣、學習能力、學習負擔等）及生活狀況，發現問題及時解決。

我們通過組織學生座談會，了解學生對于導師制的意見和建議，改進導師制的實施辦法；同時，也了解班主任或輔導員、學院學生黨委等對于導師制的意見。在我們收集的意見中，班主任或輔導員、學院學生黨委等都對我們的工作給予了高度的贊揚和充分的肯定；而學生們可能對各種細節提出自己的觀點或問題，但有一點是高度統一的，就是所有學生都很支持本科生導師制的實施，認為與同屆的其他專業學生相比，自己能接受這樣的培養方式是極其自豪的。

畢業生就業后，我們分別對他們和用人單位進行調查，收集各種反饋意見，并做出相應的評估、調整或改進。目前實施時間較短，上述計劃尚未得到實踐的經驗。

3 智能科學與技術專業本科生導師制的實施與思考

自2011年9月啟動智能科學與技術專業本科生導師制以來，導師與學生之間保持至少每月一次的溝通頻率。除此之外，導師組還針對學生反映的普遍問題，例如課程與課外活動的時間平衡、學業與未來規劃、學風與考風等，召開集體班會，進行更廣泛和深入的交流。在堅持導師與學生日常溝通的同時，我們也十分注意加強導師與導師之間的日常交流，充分利用每周一次的教師例會時間，每次都辟出一段時間溝通討論近期導師指導學生的心得或問題，尤其是觀察員充分發揮了“旁觀者清”的作用，經常對各種細節提出直率而寶貴的意見和建議，對于各位導師統一思想認識和提高工作方法起到了積極有效的作用。

通過導師對學生的全程指導，我們發現有很好的效果。首先，導師能動態地掌握學生的學習、興趣、心理等方面的變動情況，并及時對學生加以引導，從而更有效地促進學生成長和發展；其次，學生在學習或生活中遇到困惑時，能直接得到導師的引導或幫助，使個性培養與專業教育的內容和形式更加豐富，有利于提高學生的積極性，增進學生的自我認識。

但是，在導師制的實施過程中我們也看到了一些問題，還需要進行深入研究并解決。

1）導師的職責難以明確。

本科生階段的導師制側重由導師引導學生自主學習、自我發現與成長，使學生樹立正確的“三觀”與高尚的道德情操，并培養學生獨立思考和解決問題的能力。而導師在指導學生時，容易出現2個片面的方式：一是傳統的以課本為基礎的“傳授式”，指導本科生的課程學習；二是以科研項目為中心的“任務式”，管理本科生的科研工作。前者忽略了培養學生的學習興趣和自覺性，后者則忽略了本科生與碩士生、博士生在知識結構、獨立科研能力、培養目的等方面的差異。在這個過程中如果缺少合理的引導和幫助，學生很容易產生消極的挫敗感。

2）教與育的尺度難以調節。

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1背景

智能科學與技術是人工智能方向的重點交叉學科，是一個包含了認知科學、腦科學、計算機科學的新興學科。按照教育部學科專業目錄，智能科學與技術是一級學科計算機科學與技術下的二級學科。如何在4年的本科教學過程中，既立足于計算機學科內容，又突出智能專業的特點，體現該專業區別于計算機科學專業的特色，培養一流的智能人才，是眾多智能專業積極探索的問題。

本著幫助學生建立寬廣厚實的知識基礎，使學生將來能向本專業任何一個分支方向發展，并能掌握本學科發展的最新動態和發展趨勢，深刻領會本學科與其他相關學科區別的目標，廈門大學智能科學與技術系于2012年合理調整了專業培養方案，制定了一套突出專業特色和個性的教學大綱，課程體系分為學科通修課程、專業必修課程、專業選修課程。其中，專業必修課程細分為智能基礎類課程、軟件理論類課程及硬件基礎類課程3個不同類別。在智能基礎類課程中，開設非經典計算課程。該課程是廈門大學智能科學與設計系最具特色的課程。

該課程以軟件理論類課程算法設計與分析為先導課程，在本科三年級的第一學期先講授算法知識，在同一學年度第三學期講授非經典計算的內容。教師首先介紹經典算法設計與分析中的各種傳統算法，借由經典算法發展過程中遇到的困境問題引出非經典計算的內容，前后呼應，有助于學生在智能計算上獲得完整的系統學習。

2非經典計算在智能科學與技術專業本科教學算法體系中的地位

算法設計是智能科學與技術專業中的核心內容。本科專業4年的專業教學計劃由4門核心課程構成算法體系的主線，包括高級語言程序設計（本科一年級學科通修課程）、數據結構（本科二年級方向必修課程）、算法設計與分析（本科三年級方向必修課程）、非經典計算（本科三年級方向限選課程）。這4門課程的教學內容和組織結構完整地構成了算法體系結構。以圖靈獎獲得者、pascal之父Niklaus Wirth提出的著名公式為參照，即Algorithm+Data Structures=Programs，算法體系以培訓計算機方向學生掌握編程能力，獨立完成分析問題、設計方案、解決問題的綜合能力為主要目標；在這個體系中，程序語言是基礎，數據結構是內涵，算法是框架。

在算法體系中，這4門課程以循序漸進的方式展開，注重對學生算法思維的培訓。

（1）高級語言程序設計講授的是c語言程序設計，通過對C語言的詳細介紹，讓學生掌握程序設計方法和編程技巧。作為初始啟蒙課程，選擇C語言作為程序教學語言，是因為C語言的使用廣泛，擁有嚴格完整的語法結構，適合教學。

（2）數據結構重點講授各種常用的數據表示邏輯結構、存儲結構及其基本的運算操作，并介紹相關算法及效率分析。教師通過在一年級對包括C語言在內的其他程序設計過程的訓練，加人對數據結構中各種數據的邏輯、存儲結構的表示和運算操作，從數據結構的角度闡述典型算法，并簡單介紹算法的效率分析，這是對程序設計訓練的進階內容。

（3）算法設計和分析主要介紹算法設計與分析的基本方法以及算法復雜性理論基礎。我們在本科三年級引入算法設計與分析課程，從算法的抽象角度總結和歸納各種算法思想，包括遞歸與分治法、貪心法、動態規劃法、回溯法、分支定界法、高級圖論算法、線性規劃算法等，最后闡述算法復雜性的分析方法、NP完全性理論基礎等計算復雜性的基本知識及完備性證明概要，重點闡述算法思想，從復雜性角度比較和分析不同的算法。上述（1）、（2）和（3）的內容構成了計算機學科通用算法體系的教學過程。

（4）非經典計算主要討論何為計算的本質以及經典計算在計算能力上遇到的困境，以此為契機討論自然計算――生物計算、集群計算、量子計算等內容。算法設計和分析的最后一個章節是對算法復雜性的分析方法及NP完全性理論基礎的介紹，不可避免地會討論到現代電子數字計算機體系在計算能力上的瓶頸以及由NP完全問題（Non-deterministic Polynomial），號稱世界七大數學難題之一的經典問題，引出對經典計算機體系的深層思考，進一步引導學生思考如何解決計算能力的瓶頸問題。這是教師設計非經典計算課程的出發點，也是對算法體系更完整的補充和更深層次的探討。

此外，我們還需要對授課學期選擇進行考慮。廈門大學實行三學期制度，在第三學期內開設的課程大多是實踐類課程及前沿技術介紹課程。在本科三年級的小學期階段，學生基本完成了智能專業大部分必修課程的學習，擁有了一定的計算機基礎和學科素養。這時，依賴學生已經具有的數據結構與算法的基本知識，可以將學生的學習引向如何理解計算的本質；再從計算本質出發，由易到難，介紹采用非計算機的不同計算媒介和方法，例如DNA計算、元胞自動機、集群計算等知識，結合計算機模擬程序加深認識。在逐步加深學生對非經典方法計算的理解之后，再引入量子信息與量子計算。至此，智能專業關于算法體系的整體構建已基本完成。

3非經典計算課程內容大綱

非經典計算課程的主體課程內容以專題形式展開，分為5個部分。

第一部分：計算本質。從什么是計算人手，列舉各種計算的形式，由數字的計算到命題的證明，由數值計算到符號推導，引出計算本質的廣義定義，“計算是從一個符號串f變換成另一個符號串g”，即從已知符號（串）開始，一步一步地改變符號（串），經過有限步驟，最后得到一個滿足預先規定的符號（串）的變換過程；進一步展開對什么是計算、什么是可計算性的討論，展開介紹計算理論上4個著名的計算模型――般遞歸函數、λ可計算函數、圖靈機和波斯特系統；最后歸結到丘奇?圖靈論點。以上是第一條主線，第二條主線從計算復雜性角度人手，討論在經典算法中難解決的NP完全問題，提出在經典計算體系中隨著輸入數據規模增大而難以計算的瓶頸，從而引發學生對于經典計算的思考。

第二部分：智能計算機的發展。這個部分主要討論計算機硬件的發展歷史，即從原始時期的計算工具，到現代計算機的4個發展階段：史前期、機械式計算機、機電式計算機、電子計算機。教師從模擬型計算機到數字型計算機，闡述馮?諾依曼關于計算機五大基本組成對現代計算機體系結構的影響及其帶來的限制；從硬件角度提出非經典計算機的討論，鼓勵學生對現代智能計算機硬件進行調查。

第三部分：DNA計算。主要闡述DNA計算的基本原理，并以旅行商問題為引子，展開經典計算難解決問題的討論，重點介紹第一個由DNA計算模型解決的問題――L.Adleman構建的7個節點的DHP，并著重指出DNA計算潛在的巨大并行性和待研究的問題；然后介紹R.Lipton用DNA實驗解決的另一個NP問題――可滿足性問題（SAT）；最后將DNA計算與軟計算結合，闡述粘貼模型以及DNA的軟計算模擬與遺傳算法的對比。對于DNA計算強大的并行性，以具體的算法實例加以詳細闡述和說明，教師應指出分子計算的優缺點以及在計算能力上的巨大潛力。

第四部分：細胞自動機和集群計算。這個部分主要討論群體計算，一方面，從細胞自動機的形式化闡述及其所帶來的哲學意義出發，描述細胞自動機在計算機交叉學科上的運用；另一方面，介紹集群計算，以歐盟“藍腦計劃”為出發點，闡述如何從硬件體系和軟件體系上用計算機架構類神經元的協同合作方式。

第五部分：量子計算。從基本的量子力學知識開始，完整闡述量子計算的基本概念、量子信息、量子計算機和量子通信。量子計算機的構建除了要包含最基本的操作外，還需要介紹基本的量子計算機體系結構、計算載體等知識，加深對量子計算的理解，最后介紹的量子通信。這種已經應用在實際生活中的量子計算，更貼合實際。

以上5個專題，結構清晰，分工明確。第一部分討論經典計算的困境，第二部分討論經典計算機的發展瓶頸，從第三部分開始，引入非經典計算模型，分別從生物學和計算機科學的交叉學科DNA計算、細胞自動機和集群計算、量子計算3個方面進行學習。5個專題，完成了對非經典計算中前沿熱門計算模式的闡述，引導了學生對于前沿學科的認識和思考。

4非經典計算課程授課方式

本課程屬于本科三年級第三學期的課程，授課除了上文提到的內容之外，另一個更重要的方面是引導學生對學科前沿以及熱點內容的跟蹤和思考。因此在教學方式上，我們采取了教師授課及學生調查報告相結合的形式。教師上課對應課程的基本內容，學生調查報告對應學科前沿跟蹤與思考。

5個專題內容的授課經過了如下設計。在每個專題的授課結束后，布置相關專題內的一些熱點、難點問題供學生課后查閱、討論和思考。每個專題由學生自主報名，學生需要對相關內容進行跟蹤，查閱近5年的科技文獻，總結出論文綜述，并準備10分鐘左右的課堂報告，教師針對課堂報告指出相關的問題，由學生課后進行進一步的思考和再次的文獻查閱，形成最終報告后提交課程論文。

這樣的課程設計安排，可以很好地實現教學相長。在學生方面，促使學生除了上課聽課，必須主動參與文獻的查詢過程，主動對授課內容或延展部分的概念進行思考。由于提供給學生選擇專題的自由，所以也可以大大提高學生的積極性，讓學生可以從感興趣的角度對本門課程涵蓋的內容進行調查，從而獲得更加深刻的上課體驗。最后，由于每個學生選擇的題目必須提前匯總，不能與別人重復，所以在其聽取其他學生的報告過程中，學生可以更廣地拓展自己的知識面。對于授課教師而言，能夠保持對該門課程研究現狀的實時性跟蹤，更加全面地更新課程內容，還可以將學生查閱的重要理論和知識補充到課程基本內容中，同時促進教師與學生之間的互動，活躍課堂氣氛，提高教學質量。

5關于非經典計算課程的幾點思考

課程從廈門大學智能科學與技術系建系之初開始構思和授課，在授課過程中不斷調整教學內容和課程設計，緊緊圍繞學生的反饋完善課程建設。關于非經典計算課程的幾點教學經驗可以總結如下。

1）增加課時，優化對課程設計的安排。

2015年開始，由于學科教學計劃的調整，非經典計算課程由最初的20課時拓展為30課時，集中在本科三年級第三學期進行講授，一共5周，每周6課時。課時安排上，除了增加教學內容，更加強了對學生的文獻查閱和報告部分的考查。在論文報告環節，爭取做到有目標、有指導、有結論、有總結。學生所做的報告除了在初始選題階段要有區別之外，還要求有一定的文獻查閱難度。從選題確定，到針對報告指出具體的問題，要求學生根據教師指出的問題進行進一步的思考和資料查閱，最后形成論文。這樣的安排貫穿整個課程的全過程，學生的參與度獲得了極大的提高。對于教師而言，在學期末總結學生所做的報告內容，并增加本門課的知識點覆蓋程度，對教學也有比較大的促進作用。

2）課程考核方式上的設計。

非經典課程屬于必修課程，在考核方式上除了提交論文外，也必須要有必要的考試環節。在考試環節中，主要考查學生對教師上課內容的理解。在具體授課中，教師從經典計算到非經典計算進行講解，也從算法角度給出了非經典計算強大計算力帶來的改變，既延續了經典算法課程中對算法的介紹和討論方式，又對比了典型問題在經典算法和非經典算法中的不同解決方式。這樣的授課內容作為對算法體系基本知識點的考查，以閉卷考試內容來設計，是十分合適的。課程延展部分的開放知識點由學生的論文及報告內容進行評分衡量。最后，我們將兩個部分的成績作為本門課程的最終成績。

3）課程教材的選定。

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算法不僅是計算機科學的一個分支,也是計算機科學的核心,可以說,它與絕大多數科學、商業和技術都是相關的[1]。目前,在國內外大學計算機專業、自動控制、信息工程等相關專業中,這門課程除了作為本科生的必修或選修課程外,還作為研究生的學位課程。

計算機科學是一種創造性思維活動,其教育必須面向設計。無論是計算機系統、系統軟件和解決計算機的各種應用課題都可歸結為算法的設計。如何上好計算機算法設計與分析課,對廣大教師來說是一種挑戰和考驗。學生普遍反映該課程“難”。的確,這是一門比較難的課程。首先,它需要扎實的數學和數據結構基礎。其次,它不同于有些課程靠記憶,而是靠理解,并且能靈活應用。此外,這門課程要求學生具有對問題的理解能力以及獨立解決問題的能力。也就是說,這是一門知識和實踐技能并重的課程。

我校在2001年首次開設本科生的算法設計與分析課程,作為教師,不僅要傳授各種經典的算法,也要注意培養學生設計算法的能力,幫助他們克服“難”關。因此,在該課程的教學過程中,筆者進行了一些嘗試,得到了一些經驗。

智能科學與技術專業是近年來新設置的本科專業。我校近年也新增了該專業,在該專業的課程體系中,算法設計與分析仍然作為該專業的一門重要的基礎課程開設。另外,由于受到學時、學分限制,該課程性質由必修改為選修。因此從新專業與學時壓縮的角度考慮,研究和探討如何講授該課,以達到新專業人才培養的目標,具有現實意義。

本文針對智能科學與技術的專業特點,研究與探討新形式下算法設計與分析課程的教學問題。研究內容主要包括教學內容的設計;考核方式與評價標準的改革;其他教學因素的一些思考,比如教學方式的改革、教材選擇、雙語教學、學生差異性等。

1教學內容

給本科生講授這門課,切忌講授太多深奧的理論,這會使學生失去學習的信心;同時,也切忌對數據結構課程內容的重復講授,使學生失去興趣。因此,在教學內容的組織上要做到內容難度適中,選擇適合學生的內容來授課。結合實際問題和相關專業知識來講解算法設計技巧及算法分析方法,使學生既能理解,又能拓展創新。

如前所述,算法設計與分析課程是一門知識和技能并重的課程,40個學時的課堂教學是遠遠不夠的,因此,教師要充分調動學生學習的積極性,充分利用他們的課外時間來實踐。結合我以前的教學經驗,我

如前所述,算法設計與分析課程是一門知識和技能并重的課程,40個學時的課堂教學是遠遠不夠的,因此,教師要充分調動學生學習的積極性,充分利用他們的課外時間來實踐。結合我以前的教學經驗,我們認為采用32學時左右的“課堂授課”,6學時左右的“討論課”,學生的學習積極性比較高,學習效果比較好。

們認為采用32學時左右的“課堂授課”,6學時左右的“討論課”,學生的學習積極性比較高,學習效果比較好。

首先,讓我們從以下幾點談談“課堂授課”。

1) 保留經典算法部分,如涉及分治法、動態規劃法、貪心法、回溯法等有關策略的典型算法。

2) 將計算機領域熱門話題或前沿知識擴展到教學中,比如增加介紹算法設計與分析領域的新成果,如隨機算法、近似算法等。這部分內容重在簡單介紹,引領學生了解一些前沿領域。同時,結合ACM比賽或是一些企業組織的比賽介紹一些有關的題目,引導能力比較好的強的學生進一步思考問題以及培養他們解決問題的能力。

3) 注重體現該課程與其他課程的關系,激發學生的學習興趣。這門課程屬于計算機專業的綜合性課程,它還可以深化其他專業課程的學習與理解[2]。例如,講解有限期作業調度問題時,提示學生該算法和操作系”統課程中的資源分配算法、進程調度等關系密切;講解搜索算法時,可以給學生先簡單講解棋類游戲問題,為后續人工智能等專業課程作鋪墊。

4) 結合智能科學與技術的前沿問題[3-5],引導學生設計并實現常見的機器智能算法,比如遺傳算法。充分利用互聯網信息資源,將更多新知識信息融入教學之中,比如電子商務中的智能推薦。

有教師認為,在32左右學時內完成上述課堂授課內容有困難。的確,在學時縮減的情況下,我們必須改變觀點,一定要充分利用啟發式教學方法。我的觀點是,針對每種經典算法設計思想,選取經典例子講解,重點講清楚問題,引導學生思考如何去解決問題,如何類比,讓學生看到如何用我們算法課里介紹的方法去解決這個問題。這種思路的引導比直接告訴他們求解算法更重要。筆者一般是用1～2個學時講一個典型范例,師生共同得出解決方法;然后,教師告訴學生課后如何去思考,如何去完善。這樣,我們教師也達到了“搶占”學生課后時間的目的。需要注意的是上述課堂授課內容在安排上并不是單純的串行關系,如何做好融合需要進一步的探討。

“討論課”實際上是“大作業”的延續,它包括以下幾點。

1) 給學生的習題集,凝聚著教師對整個專業學科的理解,教師可以在此結合其他課程給出一些訓練習題。比如,針對智能科學與技術專業,我們可以給出一些典型的但比較基礎的,像神經網絡、生物智能、群體智能、網絡智能等方面的算法。另外,這里的習題也可以理解為項目,都是一些需要學生通過合作、需要花較多編程時間來完成的。也就是俗稱的“大作業”。

2) 學生分組課后完成“大作業”。以學生興趣為導向,3～5位同學一組,分工協作,共同完成。程序設計期間,請研究生助教輔助指導。最后每組同學提交詳細的論文報告。

3) 上討論課。實際上,討論課上的主角是學生,教師主要起到一個主持人的作用。一般我會給每個組15～-20分鐘(根據組的多少調整)的報告時間,包括程序演示和5分鐘的提問時間。教師需要注意控制課堂秩序,糾正學生錯誤的觀點或說法。

“大作業”要記入最終考核成績,所以,學生比較積極。另外,由于有演示環節,對相當一部分同學來說,這是一個難得的展示機會,通常他們會很認真完成程序部分。討論課上有的學生做的“大作業”非常漂亮。,這是因為展示給了他們學生壓力,也給了他們互相學習的機會。

“大作業”可以鍛煉學生實際編程能力,加強學生的分工合作能力,增強學生查找資料的能力,訓練學生的口才與應對能力,鍛煉學生的寫作能力。

2考核方式

目前,算法設計與分析這門課程的成績大多按兩部分計算:一部分是平時作業情況,占總成績的30%～-40%;另一部分是閉卷考試,占總成績的60%～-70%。這樣,大部分學生只重視閉卷考試部分,不重視平時學習,更不會挖掘潛力進行創新研究。教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見中指出教師為教學質量的提高發揮著重要作用[6]。因此,我們教師非常有必要進行考試形式和評分標準的改革,尤其這對于本科生以及本科學歷以上的高級人才的培養更為重要。

就算法這門課程,筆者曾對算法課程進行了一些過改革嘗試。,通過幾屆學生學習情況的對比,我們發現,采用上所述“大作業”的考核方式后,學生的學習積極性得到提高,最終成績也比較好。我們采用的具體方式是實驗課成績占17%;“大作業”40%;測驗35%;出勤平時成績等8%。

其中,“大作業”(40分)又分為提交完整的論文報告(20分)、提交程序(10分)和課堂報告(10分)。論文報告包括問題描述(提出問題)、解題思路(算法設計)、算法描述、算法分析(對比)、試驗和結論等各個環節。程序與課堂報告展示部分的成績由教師和學生共同給出,學生以組為單位參與互相評分。采用此種方式,在一定程度上提高了學生參與的積極性。

實驗課成績反映的是學生在規定時間內完成任務的能力。因為是分組完成的大作業,所以,在測驗部分,我們希望能評測出學生的個人能力,出題時基礎內容比較少,題目難度相對較大。具體操作時,我們將考試時間縮短。

3相關因素

3.1以學生為中心的教學方式

目前,在大學課堂教學中,常見的模式是大部分時間或所有時間教師唱主角,而學生很少發表自己的獨立見解,不愛提問,而算法設計與分析這門課程的目標就是培養學生的能力,應該充分調動學生的積極性。教師授課的重點在于幫助學生理解算法設計的基本策略與分析的基本思路,通過具體實例解析一些經典算法。在課堂上開展討論時,教師應起主持人的作用,引導學生提問或回答問題,讓學生對各種方法加以評價,激發學生探求新的解決思路。文獻[7]就是本科生同學針對筆者課堂授課提出的問題進行思考后提出的一個改進算法。

3.2教材的選擇與雙語教學

近年來,算法設計與分析的教材在國內逐漸豐富[8]。鑒于計算機學科的特點,許多學者主張用英文原版作為教材。考慮到該課程有一定難度,我們認為讓一般院校學生直接使用英文教材不適宜。因此,我們仍然選用中文教材,對學有余力的學生,我們采用局部案例使用英文教案的方式進行教學。就結果看,這種方法不會造成學生理解上的困難。

就個人而言,我贊同采用國外優秀原版教材進行教學,這可以使學生更準確地理解課程內容,更及時地把握學科發展脈絡。尤其是針對智能科學與技術的學生來說,可以讓他們較多地接觸到英文的專業術語。這樣做是基于如下兩點的考慮:一是算法是基于英語描述的,程序的開發環境一般都是英文環境,熟悉這些有助于學生提高表達能力以及編寫調試程序的能力,提高學生素質。二是智能科學與技術本身的前沿性要求。像典型的遺傳算法、蟻群算法等等有關的大量文獻是英文的,較早接觸到英文文獻,有助于提高學生專業興趣、培養能力。就個人而言,我贊同采用國外優秀原版教材進行教學,這可以使學生更準確地理解課程內容,更及時地把握學科發展脈絡。尤其是針對智能科學與技術的學生來說,可以讓他們較多地接觸到英文的專業術語。這樣做是基于如下兩點考慮:一是算法是基于英文描述的,程序的開發環境一般都是英文環境,熟悉這些有助于學生提高表達能力以及編寫調試程序的能力,提高學生素質。二是智能科學與技術本身的前沿性要求。像典型的遺傳算法、蟻群算法等有關文獻都是英文的,較早接觸到英文文獻,有助于提高學生專業興趣、培養能力。

3.3學生的差異性的考慮

在校大學生來自全國各地,學生對于計算機熟悉的程度有較大差別。這給教學帶來一些困難。目前,我們的教學通常是照顧水平居中的大多數同學生,而如何更好地針對兩端的學生展開教學,仍然是一個難題。

筆者認為,教師可以在課堂上有針對性地設置一些問題,講解一些方法,引導學習好的同學課后更多地思考和展開實踐工作。同時,利用學生喜歡的QQ流方式,教師可以有針對性地上傳一些學習資料、學習方法等。對于差生,除了鼓勵還是鼓勵,另外,可以采用分組的方式,幫助其學習。

此外,教師應該注意保護學生的自尊心。比如,在“大作業”中,每個題目的難度不同。所以,分組時,我采取學生自由組織,選題上則采用抓鬮的老方式。課下,與學生交流時,教師應注意引導難度小的題目組以“多”來出成績,對難度大的題目組,教師則要引導學生查資料,找到解決辦法。

4結語

本文探討了面向智能科學與技術專業的算法設計與分析課程教學改革,從該課程新專業要求所面臨的問題入手,結合以前的教學經驗,針對該課程教學內容、教學方式、考核方式等的變革進行了討論。同時,針對影響教學的其他因素,比如教材選擇和雙語教學等進行了探討。

參考文獻:

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Study onAlgorithms Design and Analysis Course Teaching for the Specialty of

Intelligence Science and Technology

YU Hong

篇（8）

智能機器人作為一個最為典型的工程系統對象，涵蓋了機械、電氣、信息、通訊、控制、系統等所有現代工程專業的內容，因此機器人作為一個典型的系統對象，是所有創新工程專業教育改革的理想載體，可以貫穿工程訓練、專業基礎教育和專業創新教育的全過程，是教學實驗和研究的最理想的平臺。智能機器人實驗室是一個涉及多學科，測、控充分結合的實驗室，集各種傳感與執行機構于一體，又是一個測控一體化的綜合實驗對象。

首都師范大學智能機器人實驗室是專門服務于智能科學與技術專業本科教學和實踐的系統平臺，是高年級智能機器人、模式識別等專業課程的實踐創新基地。經過近10年的建設發展，我們在實驗室建設、實驗體系研究、目標定位等方面積累了一定的經驗。

1 實驗室建設定位和配置

智能機器人與模式識別是智能科學與技術專業的特色，其中，智能機器人重點培養學生在智能機器人設計與開發、智能機器人傳感器技術、智能控制、多傳感器信息采集與融合等方面的實際應用能力；模式識別是基于信號處理、人工智能、計算機等技術，用機器代替人去識別和辨識客觀事物，用數學技術方法來研究模式的自動處理和判讀的學科內容，其相關系統理論和方法的研究近年來迅速發展，因此實驗室的建設主要圍繞這兩門課程的實踐教學和科研活動展開。

實驗室自2005年創建，占地面積約150m2。根據教學實踐需要，實驗室設備配置包括通用計算機系統、小型組足球機器人、輪式智能移動機器人平臺、大學生創新實踐中級套件、示教型教學工業機器人、各種傳感器等。軟件系統包括Matlab、機器人編程系統、通用編程語言環境、模式識別工具箱等，在這些設備的基礎上，開展智能科學與技術的實踐教學。隨著設備的老化，根據課程發展的需要，實驗室即將購進人形機器人、滅火機器人、游歷機器人以及自主設計機器人的各類配件。

2 實驗室創新實驗體系

2.1 通用創新實驗體系

根據智能科學與技術的學科特點，智能機器人實驗室提供循序漸進的系統訓練課程：初級課程、中級課程、高級課程，具體開課情況見表1。

（1）針對低年級學生的系統化基礎工程訓練：學生可以利用該平臺，進行學科基本能力的培養，包括計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計能力、開發應用能力等；并能夠動手組裝和調試簡單電路；編寫控制軟件；獲得全方位的、系統化的基礎工程訓練。

（2）針對中年級學生：可以利用該平臺，進行系統能力的培養，要求學生能夠站在系統的全局去看問題、分析問題和解決問題，從而更加深入地學習并實踐自動控制、電子電路、微機原理接口技術及應用、單片機原理與應用等學科知識與試驗學習結合起來。

（3）針對高年級學生：利用該平臺，深入研究目前前沿的學科知識，進行人工智能、圖像處理、語音識別、機器人自主導航、運動控制、機械設計、機械電子學、電機拖動、機器人學、自動控制、數字控制、先進控制、智能控制、傳感器、傳感器信息融合、信號處理、模式識別、人工智能、面向對象編程、軟件工程、圖像處理、語音識別、神經網絡、遺傳算法等多學科的研究驗證，進行創新能力培養。

2.2 智能機器人課程實踐教學體系

智能機器人是首都師范大學智能科學與技術高年級學生的重要專業課程，涉及的學科范圍包括力學、機器人拓撲學、機械學、電子與微電子學、控制論、計算機、生物學、人工智能、系統工程等諸多課程，是理論性、實踐性和綜合性很強的課程，也是培養學生具有機械設計能力、能夠直接解決實際問題的課程。該課程授課課時為36學時，實驗課時為36學時，達到了1：1的比例。

第一階段，教師以最為典型的能力風暴機器人、示教—再現機器人為教學對象，讓學生掌握基本程序的編制，掌握電機的控制方法，掌握最簡系統的組裝、編程、調試的方法，能夠實現基本系統的各種控制，實現機器人走正方形、機器人邊唱邊跳等經典控制項目，從而對機構設計、軟件編制以及優化有一定的認識。

第二階段，設計和開發自己的機器人運動機構，完成機器人綜合組裝、調試工作，在第一階段的基礎上增加一些標準傳感器知識，學生可以通過對典型傳感器，如紅外傳感器、光敏傳感器、碰撞開關、光電編碼器等使用學習，完成機器人跟人走、避障等實驗。另外，學生熟練掌握完整智能控制系統的編程與應用方法，為拓展其他各種傳感器與功能模塊的應用打下基礎。

第三階段，學生可以在以上基礎上增加其他各種擴展芯片、傳感器、大學生創新模塊套件及執行機構，熟練應用不同傳感器，設計方案以及試驗環境來實現不同功能，例如完成語音控制機器人小車、加工車床等試驗。通過這個環節，學生可以深入掌握不同傳感器及執行機構的工作原理與應用方法，培養學生解決實際問題的能力。

第四階段，面向競賽和學生科研課題，學生獨立進行自主創意或完成指定項目的設計。在這個階段，學生可以對人工智能、圖像處理、自主導航、遺傳算法等前沿學科進行深入研究及驗證，例如火星隕石標本采集概念機器人的設計、智能圖書存取系統設計等。

2.3 模式識別課程實踐教學體系

模式識別課程是首都師范大學智能科學與技術高年級學生的重要專業課程，其目的是通過對模式識別基本理論、概念和方法的學習，使學生能夠靈活運用所學知識，借助計算機解決實際工程應用中的自動識別問題，其主要任務是使學生掌握對物體進行分類的有關理論和方法。實驗課是本課程重要的教學環節，目的是使學生掌握模式識別基本分類方法的算法設計及其驗證方法。提高學生分析問題、解決問題的能力。本課程授課課時36學時，實驗課時時。

第一類實驗是安裝并使用模式識別工具箱。本次實驗可以讓學生了解模式識別軟件的具體形態、基本設置以及運行流程，了解基本識別方法的工作過程。

第二類實驗使用常用分類算法進行實驗，例如，貝葉斯分類算法的原理和使用、最近鄰算法的分析試驗。

第三類實驗為課程設計，例如用支持向量機進行人臉識別。本次實驗可以讓學生掌握支持向量機的運行機理、參數選擇與快速算法等，了解在實際分類中學習樣本庫的重要性。

3 實驗室發展成果

3.1 提高科研水平，促進實驗室良性發展

實踐證明，科研項目的研究對改善學科軟硬件條件作用重大。在帶動實驗室建設上，科研課題以優勢、特色學科為基地，購置大量先進的儀器設備，構建起堅實的實驗條件，在完成科研任務的同時，轉化為學科教學、科研發展的基礎設施，為培養高水平本科人才提供物質支撐。首都師范大學智能科學與技術專業先后申請主持國家自然科學基金項目等國家級項目4項、省部級項目近20項，校級項目若干，發表包括SCI、EI檢索在內的學術論文一百多篇，從而極大促進了智能機器人的實驗室建設，為實驗室的長期發展創造堅實的物質基礎和持續的科研動力。

3.2 開展學生科研，培養學生創新能力

智能科學與技術專業堅持以智能機器人實驗室為依托，鼓勵學生申報、開展各級各類學生科研項目，進行專業實習、完成畢業設計，并按照本科生的學習發展階段，為學生規劃科研申報體系，如圖1所示。

近四年來，我們積極組織學生申請全國級大學生創新實驗計劃6項，參與學生近30人。申請校級各類學生科研項目近20項，參與學生近百人。通過有組織地、循序漸進地開展學生科研，學生極大地發揮了鉆研精神和創新能力。

3.3 通過學科競賽，調動學生實踐積極性

篇（9）

0 引言

創新是民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。其中，創新人才是創新的主體。因此，高等學校作為人才培養的主體應積極思考如何培養適應國家及社會發展需要的創新型人才。人才培養和科學研究是高校的2項主要任務，研究表明高校人才培養與科學研究之間存在顯著的正相關系。然而，科學研究并不直接對人才培養起作用。科學研究必須有相應的機制、手段和方法才能有效促進人才培養。

智能科學與技術專業是適應國家發展及社會需要而新設立的專業。它是現代檢測技術、電子技術、計算機技術、自動化技術、光學工程和機械工程等多學科相互交叉融合的綜合學科。繼北京大學最早于2004年設立該專業后，其他20余所高校也相繼設立該專業。從目前設立該專業的高校來看，多是在本專業領域有突出科研優勢的高校，如北京大學在視聽研究領域、南開大學在機器人研究領域等。如何將科研優勢轉化為人才培養的優勢是擺在各高校面前的現實問題。

重慶郵電大學是以信息技術為特色的教學研究型大學，致力于信息技術領域的科學研究，并已在智能科學與技術學科建設上取得了突出成績。2009年秋，重慶郵電大學招收了第一批智能科學與技術專業本科學生。為辦好本專業，突出人才培養特色，教師們進行了多項改革與嘗試，已取得了初步成果。

1 教學團隊與科研團隊建設結合

高質量的人才培養離不開高素質的師資隊伍，高素質的師資隊伍不能沒有高水平的科學研究的錘煉。可見，科學研究是促進人才培養質量提升的有效手段。然而，高等教育進入到21世紀后，教學和科研活動的組織不再是單個教師的行為。通過將一些在技能上相互補充，并且愿意為共同的目標、業績目標而相互承擔責任的教師組合在一起，形成教學團體和科研團隊是目前高校教學科研管理的有效手段。

教學團隊以培養高水平學生為目的，科研團隊以出高水平科研成果為目的。教學團隊雖然目標明確，但其顯示度較低，在教學工作中的投入很難在短期內看到成效，無法通過量化的方式進行考核。由于教學活動的組織個體性強，教學團隊的成員間相互協作與溝通較少，使得教學團隊整體缺乏凝聚力。科研團隊的人員組成一般由專業方向相近或互補的人員構成，有具體研究目標和任務指標，因此科研團隊往往結構上更緊密。通過將教學團隊與科研團隊結合，有利于增強團隊的凝聚力，促進優勢學科和科研資源轉化為教學資源。

在具體實施中，教師首先根據學科領域形成科研院所，然后再根據科研方向形成研究組。同時，所有課程根據學科領域分為課程群，教師根據主要承擔的課程形成課程組。每個科研院所設置有負責人，這些負責人同時也是相關課程群的負責人。各負責人在進行科研工作規劃的同時還需要考慮人才培養，這就從工作組織上將科研工作與人才培養有效地結合到一起。經過多年的建設，團隊建設工作已經取得了階段性成果，軟件教學研究部被評為“國家級教學團隊”，并獲首屆“重慶市十大杰出青年群體”稱號，信息安全教學研究部被評為“重慶市教學團隊”。

2 吸納本科生參與科學研究項目

目前，各高校在本科生的培養形式上不外乎理論教學、實驗教學、課程設計、實習實訓等。其中，理論教學主要進行知識性的講解，實驗教學、課程設計、實習實訓等一般都只是根據預先制定好的計劃進行重復性操作。這些形式很難培養學生的創新能力。其根本原因在于理論教學中學生只需要把教師講授內容記住就可以了，實踐教學環節的結果都是既定的，學生在整個學習過程中變成了“記憶器”和“重復器”。學習中少有開放性和探索性的內容。

科學研究是指對一些現象或問題經過調查、驗證、討論及思維，然后進行推論、分析和綜合，來獲得客觀事實的過程。科學研究具有開放性和探索性，其結果有可能成功，也有可能失敗，成敗的關鍵與創新思維密切相關。因此，在本科生的培養過程中，有計劃地引導學生參與科學研究將有效促進學生創新能力的培養。

為培養本科生參加科研的興趣，教師在新生入學初就組織學生到各研究所參觀。通過參觀，學生增強了對本專業的認識，了解到各研究所的一些研究工作情況，同時也激發了其研究興趣。在學習過程中，為加強對學生科研活動的引導，每個班級都設置了班導師，班導師的職責主要是對學生進行專業學習輔導，并在科研活動上給予指導。通過一段時間的基礎課程學習和專業訓練，當學生具備了一定的研究所需的知識和能力，就可以通過自薦或推薦的形式到感興趣的研究所參與科研工作。

目前，各團隊所負責的科研項目中50%都接收了本科學生進行畢業設計和科研實踐訓練。科研工作使學生在學習中思想更開放、更活躍，近年來通過積極組織學生參加全國大學生“挑戰杯”競賽、全國縮微智能車競賽等各類比賽，共獲得國家級、省部級獎勵80余項，近年來指導的本科學生發表研究論文10余篇。

3 科研成果轉化為教學素材

當前社會，科學技術發展迅速，尤其是進入信息化社會后，科學技術的發展更加迅速，并且呈現出加速增長的趨勢。智能科學與技術專業作為多學科交叉所產生的新興專業更是如此，這就要求教師在授課過程中及時更新教學內容，培養學生在知識能力上緊跟科學技術發展的步伐。

團隊教師經過科研歷練，積累了大量的科研成果。近年來團隊獲得包括國家科技進步二等獎在內的國家級、省部級科技獎10余項，發表高水平學術論文500余篇，其中SCI、EI收錄200余篇（次）。這些科研成果一方面促進了科學研究的發展，另一方面通過轉化豐富了教學素材。

團隊教師將科研成果轉化為課堂教學案例、實驗內容和畢業設計題目，學生獲得了良好的熏陶和鍛煉。教師將最新的科學技術、方法和手段引人教學的各個環節，不僅體現在課堂教學內容上，而且表現在課程設計指導、綜合訓練以及各種學生課外科技競賽指導中，提出并設計了許多既有訓練意義又有實用價值的好題目，豐富了教學內容。

4 科研基地補充創新環境

團隊近年來承擔了包括國家973計劃、攀登計劃、863計劃、國家自然科學基金等10余項國家級和30余項省部級科研項目。這些高水平的科研項目不僅為創新人才培養提供了豐富的科研選題，也為人才培養提供了充足的科研經費和優良的科研條件。科研工作直接帶來設備投入的增加，團隊利用自身的科研優勢，在保質保量完成科研項目的同時向本科教學傾斜，以補充學生創新實驗教學條件的不足。

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2互聯網下教學新方法和舉措

2.1社交軟件

不管是獲取信息還是與他人交流，大部分人都能在社交軟件中找到適合自己需求的東西。社交軟件的特點就是包羅萬象、有不同的人和圈子、內容符合人類的共性，并極有可能形成病毒性傳播的趨勢等。經過長期與大學生群體的接觸及調查，筆者發現當前大學生群體尤其是90后在日常學習、生活中都十分喜愛如下的社交軟件。

（1）QQ。QQ是騰訊公司于1999年推出的基于Internet的即時通訊網絡工具。隨著時間推移，騰訊公司旗下的QQ軟件高速發展，逐漸發展成為影響大眾日常生活的重要社交軟件，其最大特點是不僅可提供點對點即時通訊，還能提供群通訊功能。

（2）微信。微信是騰訊公司于2011年推出的一個為智能手機提供即時通訊服務的免費應用程序，其最大特點是可以跨通信運營商、跨操作系統平臺，用極少的網絡流量實現語音短信、視頻、圖片和文字交流，并具有共享流媒體內容和基于位置的社交插件，在廣大年輕用戶群體中非常流行，尤其是在90后的大學生群體內。

（3）貼吧。貼吧是百度公司于2003年推出的一款重量級產品，是基于關鍵詞的主題交流社區，可以與搜索緊密聯系，能夠準確把握用戶需求，通過用戶輸入的關鍵詞自動生成討論區，使用戶可實時參加交流、自己感興趣話題的信息和想法，在各類學生興趣愛好團體中極具人氣。

（4）知乎。知乎作為社交軟件中的后起新秀，是一個廣受各行各業精英所喜愛的實名制網絡問答社區，友好、理性和認真的社區氛圍使其成為集求知、分享和社交為一體的UGC（usergeneratedcontent）平臺，在求知欲極強的90后大學生群體中也極具人氣。

通過對比分析，可以發現上述社交軟件具有共同的特點。

（1）社會關系鏈整合。社交軟件可以清晰地整合熟人圈，形成團結程度甚高的小團體，尤其在90后大學生群體中效果最為明顯。在這個相對密閉的小團體空間內，用戶傳播信息，可使該信息快速通過社交軟件得到擴散，而且擴散速度在與目標群體相關的臨近群體中快得超乎想象，極具傳染性。

（2）聊天。社交軟件聚合大量同屬性的用戶形成群體，群體內用戶對由群體成員發起的話題進行及時討論，形成積極快速的討論氛圍。熱點話題通常會激發群體內大多數用戶的積極性，擴大討論的范圍，增加信息量。

（3）圖片/視頻/流媒體分享。社交軟件大都可以在智能手機/智能平板等終端上應用，很便捷地上傳圖片/視頻/流媒體資料，并使之在目標群體內快速傳播。

（4）興趣聚合。社交軟件大多是通過興趣愛好聚合，即一個群體基本具有一定共同相關屬性的聯系，這類聯系可以使群體內部用戶相互之間形成強烈的聚合效應。90后大學生群體基本上都喜愛使用這些社交軟件，保持極高的刷屏率，基本貫穿在日常生活、學習中，極具黏性。這些社交軟件已經儼然成為90后大學生群體日常生活中不可缺少的一部分。

2.2虛擬現實技術課程教學新方法和舉措

基于90后大學生對上述社交軟件的應用程度，教師可提出如下課程教學新方法和新手段。

（1）針對教科書教學內容較為陳舊的問題，使用貼吧讓學生自主瀏覽虛擬現實的主題社區關鍵詞。通過瀏覽主題社區，學生對于當前國內外虛擬現實技術的發展動向能夠有一個較直觀的認知。由于貼吧每天都有新的話題出現，信息更新速率極快，因此學生通過對話題的瀏覽可在較短時間內對當前虛擬現實技術的發展狀況有較深入的認知。這樣就可以達到先導引入虛擬現實技術課程基本概念的目標，令學生對教科書上較枯燥的理論內容有更直觀的認知。

（2）在虛擬現實技術課程開始至中期階段，適時建立相關主題QQ群，給學生一個對課程相關內容自由發言的平臺。主講教師可以適時引入一些與課程相關的話題，發動學生討論并給予適當的指引；及時回復和解答學生在群里的提問，形成師生間的良好互動；對于學生提問較多或疑惑較大的共性問題，可以作為重點內容進行課堂講解，提高學生的學習參與度，培養學生對問題本質的探索精神；通過課堂教學和群內討論，積極發現和挖掘具有一定潛質的學生，使其成為二次傳播的源頭，為群內其他成員答疑。

（3）虛擬現實技術實驗課開始后，教師可以利用群共享流媒體內容，突破傳統課堂教學中教學手段陳舊跟不上時代的問題，及時上傳與學習內容相關的最新資料，供學生參考。學生也可以積極地把找到的學習資料傳到群中，實現資源共享；適時引入相關視頻公開課讓學生觀看及學習，導入基于VRML開發虛擬現實技術的案例，引導學生從虛擬現實技術基礎內容入手，學會使用VRML類腳本語言進行相關的應用開發。由于基于VRML的程序調試及編寫簡單易學并可使用瀏覽器直接查看、易于掌握，因此能更好地激發學生的學習興趣。

（4）在虛擬現實技術課程的最后，引導一些對虛擬現實技術有濃厚興趣并學有余力的學生進入知乎，在知乎上對他們感興趣的技術問題進行提問，借助軟件平臺獲得其他專業人士的幫助和指導，為學生認知策略的發展提供可行性。通過課程學習，學生逐漸從一個單純的提問者轉變成一個在提問的同時也能為新入門者解惑的專業人士，從而達到能力提升的目的。（5）虛擬現實技術課程結束后仍保留QQ群，功能則轉換為主題興趣愛好群，成為一些對虛擬現實技術有興趣的學生能夠持續交流的平臺。到最后畢業設計階段，又可以轉換為畢設主題群，方便選擇虛擬現實技術相關畢業設計課題的學生進一步交流，并借助QQ群的特點為學生的畢業設計提供幫助，達到能力提升的目的。

3教學實踐

3.1虛擬現實技術課程實踐

武漢工程大學智能科學與技術本科專業的虛擬現實技術課程開設在四年級秋季學期，自2012年以來，對該專業4屆共計260余名學生開展了課程教學方法和手段的改革實踐。實踐證明，學生成績均有所提高。暫不考慮2012級學生的情況，單純通過平均成績分析表中期末考試卷面數據，可以發現這幾屆學生的課程平均成績有顯著提升，而且2011級學生的成績提升幅度最大，平均已達到80分以上。通過對不及格人數的統計發現，經過幾年的實踐，學生對課程的喜愛程度逐漸提高，不及格人數明顯減少，到2011級不及格人數為0。這說明不斷調整課程的教學方法和教學手段后，學生對課程的重視程度和學習熱情都有明顯提高，通過課程學習起到學以致用、能力提升的作用，消除了不及格情況。所以說，對教學方法和教學手段的改革取得了一定成效，具有積極價值。

3.2虛擬現實技術相關畢業設計實踐

自2012年以來，武漢工程大學計算機科學與工程學院對智能科學與技術專業4屆共計29位學生開展了與虛擬現實技術相關的畢業設計實踐，暫不考慮2012級學生選擇虛擬現實技術相關內容課題的情況，從最終獲得的評價來看，學生參加實踐改革后再進入畢業論文環節，對于虛擬現實技術相關的最新知識較為熟悉，在興趣驅動下能夠較好地完成課題并寫出較高質量的畢業論文，而且成績逐年提高的趨勢非常明顯；還有2位同學的畢業設計通過專家評審獲得湖北省優秀學士學位論文的榮譽。這說明教學改革實踐對于畢業論文質量的提高有促進作用，能夠為創新人才培養模式的形成提供可借鑒的思路和做法。