摘要：針對智能科學與技術專業(yè)腦與認知科學課程教學實際，在分析專業(yè)特色、課程特點的基礎上，闡述教師課堂講授、實驗創(chuàng)新教學與學生主動學習實踐相結(jié)合的觀點。大連海事大學智能科學與技術專業(yè)2009級教學實際表明，腦與認知科學課程主動學習在教學中取得良好效果。
　　關鍵詞：腦與認知科學；教學模式；教學方法；主動學習
　　
　　腦與認知科學是心理學、神經(jīng)科學、計算機科學技術、網(wǎng)絡與通信技術、信息科學和人工智能中發(fā)展很快的前沿領域。它立足功能定位理論與神經(jīng)元理論，試圖揭開人類認知活動的腦機制之謎。目前，腦與認知科學是國內(nèi)外備受關注的科學分支，在一系列認知領域的研究已取得顯著進展，成為智能控制、分布式控制、機器人、人機交互系統(tǒng)、腦機接口、智能交通、復雜問題求解(特別是分布式求解)、決策理論及支持等方面的基本理論和方法[1-2]。
　　1內(nèi)容與目標
　　腦與認知科學是高等學校智能科學與技術專業(yè)本科二年級的專業(yè)課，該課程意在加強腦與認知科學的基本知識、基本理論、基本方法及基本技能，其內(nèi)容主要包括腦和認知科學導言、腦與神經(jīng)及功能解剖、腦和認知科學的研究技術和手段、認知框架、視覺、聽覺與言語、注意與意識、思維與問題解決、語言、目標與執(zhí)行控制及行動、情緒、社會認知、認知發(fā)展等領域的最新研究進展。通過該課程的學習，讓學生基本掌握自然智能和人工智能之間的密切聯(lián)系，其教學目標不僅僅是知識的掌握，還注重學生能力的培養(yǎng)[3]。
　　2策略與方法
　　2.1尊重個性 因材施教
　　尊重個性是指尊重學生的個體特點和興趣愛好，給學生更大的自由學習空間。教師需要轉(zhuǎn)變角色，從原來以課堂講授為中心的“講解者”，轉(zhuǎn)化為學生主動學習的引導者、學生活動的服務者，根據(jù)學生的特點引導學生掌握適當?shù)膶W習方法和個性化的實現(xiàn)。同時，學生也需要轉(zhuǎn)變角色，由原來單純聽講、接受灌輸?shù)谋粍咏巧?，轉(zhuǎn)化為能主動參與、自由探究、自我發(fā)現(xiàn)的主體。這樣，學生就會積極參與，充分發(fā)揮學生主體的作用，使學生不僅快樂自由地主動學會知識，還能體驗自己的學習方法，實踐自我發(fā)現(xiàn)的過程[4]。
　　2.2關注前沿 結(jié)合實際
　　近些年來腦與認知科學的研究與實踐發(fā)展非常迅速，Nature、Science、Nature Review Neuroscience、Trends in Cognitive Science等具有重要影響的期刊上幾乎每一期都有腦與認知科學相關的熱點研究和最新進展報道[5-6]，有些內(nèi)容甚至否定了早期的一些研究結(jié)果，所以，我們在腦與認知科學教學中以一本主講教材和一本參考教材為主，以期刊論文和研究報告為輔，充分利用最新研究成果，結(jié)合我們生活學習密切相關的主題，例如，什么是前瞻記憶，前瞻記憶對我們的學習生活有什么作用；我國著名的數(shù)學家華羅庚說“學習使人聰明”，我們腦與認知科學方面是否有相應的證據(jù)？這些與自身生活學習密切相關的探索性主題，在教學中能夠突出其啟發(fā)性，調(diào)動學生的積極性，同時注重交流的雙向性、學習實用性。
　　2.3結(jié)合專業(yè) 發(fā)展特色
　　我們的腦與認知科學課程是面向智能科學與技術專業(yè)學生開設的。根據(jù)現(xiàn)行專業(yè)目錄，智能科學與技術專業(yè)屬于計算機科學體系，我們智能科學與技術系的教師、課程設置主要也是以計算機科學技術為班底，筆者雖然在博士研究生、生物醫(yī)學博士后流動站工作期間選修過一些神經(jīng)科學、認知科學的課程，但還是以計算機應用技術為主要基礎。因而，我們還是要通過這門課程理解復雜人腦這一生物智能，影響、引導機器智能的設計與實現(xiàn)。
　　2.4雙語教學 培育能力
　　如前所述，腦與認知科學最新熱點和研究成果大量發(fā)表在英文期刊和雜志上，相關的文獻和資料大部分是英文的，而其中的專業(yè)詞匯在平時的英文讀寫中很少接觸，以計算機專業(yè)為基礎的教學單元如果不加強雙語、英文教學和學習強化，學生很難在短時間內(nèi)真正學好腦與認知科學課程中的內(nèi)容。同時，雙語教學是教學實踐的需要，也是建設一流課程和一流教學隊伍的需要、建立高水平學科的需要[7]。我們必須采用多種方式堅持漢英雙語教學，并不斷積累經(jīng)驗。雙語教學不僅有助于學生的專業(yè)英語學習，提高學生的學習興趣，并能夠引導學生學習英文參考文獻，為查閱英文專業(yè)文獻資料打下良好基礎。
　　2.5加強合作 促進交流
　　腦與認知科學本身是多學科交叉發(fā)展而成的，它需要加強跨專業(yè)合作。在大連有不同類型的學校，大連海事大學、大連理工大學、大連醫(yī)科大學、遼寧師范大學、大連外國語學院、大連大學、大連交通大學、大連民族學院、中國人民解放軍二一〇醫(yī)院等，有人工智能、計算語言學、神經(jīng)信息學、認知心理學、生物醫(yī)學工程、醫(yī)學影像學、計算機應用技術、計算機網(wǎng)絡、通信與信息系統(tǒng)、數(shù)學與應用數(shù)學、物理學等不同學科或?qū)I(yè)，這些資源需要組織在一起，并結(jié)合自身專業(yè)特色，從事腦與認知信息相關理論與技術的課程教學和科學研究。我們與美國奧本機器智能實驗室網(wǎng)絡、法國群智中心、美國卡內(nèi)基梅隆大學心理學系、美國安納學院機器智能研究所、國立愛爾蘭大學梅努斯分校電子工程系進行交流和合作，建立互訪機制，合作實驗研究、共同培養(yǎng)學生。
　　2.6強化實驗 倡導多元
　　現(xiàn)代理工科課程教學必須理論聯(lián)系實際。為智能科學技術課程建立實驗平臺的主要目的是使學生通過實驗，研究探討課程講授的基本原理和實現(xiàn)過程，提出思路并加以積極驗證，從而更好地掌握知識、加深理解，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新能力。
　　腦與認知科學是腦科學與認知科學交叉的新興學科，本質(zhì)上是一門實驗性科學?？茖W家在解答認知科學的許多問題時要借助于實驗手段，他必須按照某一設定好的程序來收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，最后才能得到答案[8]。今天，腦與認知科學教科書中的許多知識都是依靠這些程序積累起來的，這些程序就是腦科學與認知科學實驗。腦與認知科學實驗為解答腦科學和認知科學的疑難問題提供了開放的和完備的程式，它可以保證得到盡可能準確和完整的答案。想學習并進一步研究腦與認知科學，仍然需要這種科學方法。如果要理解腦與認知科學、完整地享用腦科學和認知科學家關于腦與認知的發(fā)現(xiàn)，也必須對實驗研究方法有一個基本把握。
　　在實驗教學過程中，我們提倡多元化的模式。首先，提倡多學科相互結(jié)合，共同推進交叉型實驗課程。例如，腦電實驗課程就需要心理學的實驗設計方法、計算機的圖像處理技術和神經(jīng)科學的腦神經(jīng)知識[9]，學生通過這門課的學習，取長補短，拓展了學習和研究的視野。其次，鼓勵學生在學好本專業(yè)的基礎上，積極主動地涉獵其他相關學科的實驗和技術，從而培養(yǎng)腦與認知科學“通才型”的科研后備軍。比如，我們購置綜合心理實驗和機器人創(chuàng)新教學實驗平臺，結(jié)合誘發(fā)電位、腦功能成像等實驗和技術[10]，為學生設置多學科交叉的實踐課程，這樣，學生在今后學習和創(chuàng)新研究中，碰到心理學、神經(jīng)科學、計算數(shù)學等方面的問題就能夠做到迎刃而解。
　　3實踐與實例
　　我們在腦與認知科學課程教學過程中，踐行雙語教學，采用教材、課件、論文、學術報道等內(nèi)容，與學生積極互動，引導學生主動學習。如課程的考核依據(jù)采用報告評分的方式，利用最后4課時，讓學生分組報告，采用動態(tài)評分組的形式評分，即一名老師、兩名互不同組且不與報告人同組的學生組成一個評分組參與評分，最后得分取中值。大部分學生報告積極、生動，有些報告的內(nèi)容非常深入，它對于包括主講教師在內(nèi)的所有聽眾而言，都是很好的知識補充，如下是幾個有趣的例子。
　　
　　1) 有的小組報告了“似曾相識”的體驗。當人們身處一個全新場景時，會有幾秒鐘的時間，覺得完全了解或確切經(jīng)歷過這些場景。一個聲音、一種味道或某瞬間的場景，都可能激起一個人回憶的感覺。這種現(xiàn)象到底是怎么回事？最新研究表明，這與大腦中“海馬”的活動有關。麻省理工學院的生物學教授利根川進(Susumu，1987年生物學與醫(yī)學諾貝爾獎獲得者)一直在研究這個區(qū)域，他認為海馬就是辨認新舊情景相似點的區(qū)域。當小鼠被破壞了海馬區(qū)中控制N－甲基－D－天冬氨酸受體的基因時，它們置身于一個從未到過的容器時的反應，與置身于一個只與平常常見的容器略微不同的容器的反應是一樣的，即這些小鼠無法區(qū)分類似場景。海馬位于控制學習和記憶活動的中樞，主要負責形成和儲存長期記憶。其實，記憶是被化學作用聯(lián)系在一起的腦細胞群。喚起某種記憶相當于找到特定腦細胞群并激活它。海馬可幫我們根據(jù)現(xiàn)在的經(jīng)歷，在記憶中尋找相同或相似的回憶。找到后，就將現(xiàn)在的印象認為是發(fā)生過的并形成似曾相識的感覺。有時海馬也會因疏忽出現(xiàn)錯誤：它們有時會將眼前的觀感歸到人曾經(jīng)發(fā)生的過去感覺中，從而產(chǎn)生了前世記憶般的“似曾相識”。
　　2) 有的小組探討了說謊的腦依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常說謊的人前額大腦皮層中的白質(zhì)含量普遍比正常人高，而相對的，他們的灰質(zhì)含量較少。白質(zhì)能使人的思維變得迅速，而灰質(zhì)起到調(diào)停、仲裁的作用。較多的白質(zhì)和較少的灰質(zhì)是研究人員在騙子和普通人的大腦中最早發(fā)現(xiàn)的生理差異。研究人員曾用腦成像技術證明過，在普通人說謊時，大腦皮層中的白質(zhì)十分活躍。并不是所有的謊言都比真相更加復雜，也不是所有的謊言都帶來更多的心理壓抑。撒謊的神經(jīng)生物學基礎也可能并不僅僅局限于大腦某一區(qū)域的變化，而要比這個復雜得多。
　　3) 有的小組討論為什么很多動物都是“右撇子”，認為是陽光、避害、進化的綜合結(jié)果。還有的小組嘗試揭示視覺誤差的原因，包括視覺限制、人腦創(chuàng)造的邏輯將非現(xiàn)實的信息合理化、認識習慣忽略事物的真實面貌、“噪音”影響“眼見之景象”、傳統(tǒng)想法加上利害關系等。
　　圖1是學生成績分布及主動學習比重，其中灰色的條狀圖表示學生課程總分分布情況，黑色條狀圖是學生主動學習的成績分布情況，可以直觀地看出，主動學習占較大比重的學生表現(xiàn)更為積極活躍。
　　4結(jié)語
　　腦與認知科學在智能科學與技術專業(yè)課程體系中具有重要地位，學生需要該門課程作為專業(yè)基礎，掌握其基本知識、基本理論、基本方法及基本技能，同時，還需要注重能力培養(yǎng)，但是對于以計算機科學為基礎的本科生來說，它也是一門有專業(yè)跨度、比較難掌握的課程，其教學方式方法值得我們?nèi)パ芯亢吞剿?，我們在分析專業(yè)特色、課程特點的基礎上，闡述教師課堂講授、實驗創(chuàng)新教學與學生主動學習實踐相結(jié)合的觀點，并根據(jù)大連海事大學智能科學與技術專業(yè)2009級教學實際，探索主動學習的教學方法。在今后的教學中，我們將繼續(xù)完善、踐行、豐富這一教學方法和過程，不斷提高教師自身的素質(zhì)，提高教學質(zhì)量，為國家和社會培養(yǎng)出更多的合格的人才。
　　
　　參考文獻：
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