姜輝 周凱

摘 要 “計(jì)算智能”課程是面向計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的專業(yè)課程。當(dāng)前的教學(xué)中主要存在教師對(duì)學(xué)生缺乏啟發(fā)和引導(dǎo)、課程實(shí)驗(yàn)效果不佳、學(xué)生缺乏主動(dòng)解決問(wèn)題能力等問(wèn)題。為此，引入CDIO教學(xué)理念，對(duì)“計(jì)算智能”課程教學(xué)進(jìn)行改革，重點(diǎn)探討課堂教學(xué)模式改革、實(shí)踐驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、教學(xué)資源平臺(tái)構(gòu)建和課程考核機(jī)制改革。從而提升“計(jì)算智能”課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞 計(jì)算智能 計(jì)算機(jī) 實(shí)踐教學(xué) 課程改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.06.053

Abstract The course "computation intelligence" is the course for the students of the computer science. Currently， there are some problems remaining in the teaching process of the course. For example， the lecturer can hardly arouse the interest of the students. The experiments of the course are usually not well done. The students lack the ability to solve the problems by themselves. To solve these problems， this paper applies the CDIO， a type of the teaching idea， to reform the course "computation intelligence". This paper discusses the revolution of the classroom teaching， practical learning， the building of the teaching resources platform and the revolution of the evaluation mechanism. As a result， the quality of the teaching of the course can be improved； the students can be well trained.

Keywords Computation Intelligence； computer； practice teaching； curriculum revolution

0 引言

CDIO是由MIT提出的教學(xué)理念，其代表的含義是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），即構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行。[1]它是一種以技能培養(yǎng)為目標(biāo)的全新教學(xué)模式，將實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的目標(biāo)貫穿于課程和專業(yè)學(xué)習(xí)的全生命周期。CDIO是基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)的一種模式，這種教學(xué)方式具有較強(qiáng)的可操作性、適應(yīng)性和實(shí)踐性。我國(guó)計(jì)算機(jī)教育中普遍存在重理論、輕實(shí)踐的問(wèn)題，造成高校教育與社會(huì)需求的脫節(jié)。此外，學(xué)生缺乏團(tuán)隊(duì)意識(shí)、難以開(kāi)展有效合作。CDIO教育模式對(duì)上述問(wèn)題均具有重要改革意義，其已經(jīng)被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程的教學(xué)改革，取得了良好的效果。[2-5]

“計(jì)算智能”課程是面向計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)的專業(yè)課程，主要面向本科生和研究生教學(xué)。課程中包含了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法、免疫算法、分布估計(jì)算法和Memetic算法等教學(xué)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生從事科研工作或工程應(yīng)用具有重要作用。課程內(nèi)容廣泛，具有極強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性和實(shí)踐性。實(shí)際授課中，由于課時(shí)限制，教師重點(diǎn)在分析算法思想，無(wú)法對(duì)算法細(xì)節(jié)講解；其次，計(jì)算智能是一門動(dòng)態(tài)發(fā)展的學(xué)科，不斷有新的算法出現(xiàn)，學(xué)生亦需結(jié)合所學(xué)創(chuàng)新。[6]

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出基于CDIO的“計(jì)算智能”課程教學(xué)改革方法。通過(guò)CDIO教學(xué)模式對(duì)“計(jì)算智能”課程教學(xué)方法進(jìn)行改革，著重培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目意識(shí)、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作等綜合素質(zhì)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，以更好地適應(yīng)“計(jì)算智能”學(xué)科進(jìn)步的需要。

1 “計(jì)算智能”課程當(dāng)前的主要問(wèn)題

“計(jì)算智能”課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)學(xué)生的重要課程，具有極強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性和實(shí)踐性。傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)缺乏充分理解和認(rèn)知，導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)后往往無(wú)法將理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐。傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題主要包括：

（1）教師對(duì)學(xué)生缺乏啟發(fā)和引導(dǎo)。“計(jì)算智能”由于課程內(nèi)容多、授課學(xué)時(shí)少，教師與學(xué)生在課堂上難以充分互動(dòng)，授課普遍存在“填鴨式”的情況。在課程專業(yè)知識(shí)方面，教師對(duì)如何激發(fā)學(xué)生對(duì)“計(jì)算智能”相關(guān)算法的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生在課外主動(dòng)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)方面存在顯著缺陷。另外，教師本身亦存在工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的可能，因而更難以對(duì)學(xué)生起到啟發(fā)和引導(dǎo)的作用。

（2）課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置流于形式?！坝?jì)算智能”涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、遺傳算法等多種算法，內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)，學(xué)生難以將理論內(nèi)容的內(nèi)涵與實(shí)踐項(xiàng)目相聯(lián)系，使學(xué)生將大量時(shí)間用于算法的演算上，弱化了課程的實(shí)踐性，且學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容難以產(chǎn)生興趣。與此同時(shí)，課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是課程涉及算法的簡(jiǎn)單驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，來(lái)源于科研、工程項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較少，學(xué)生無(wú)法通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)課程內(nèi)容有更深刻的認(rèn)識(shí)，難以將理論知識(shí)準(zhǔn)確地運(yùn)用到實(shí)踐之中。

（3）學(xué)生缺乏主動(dòng)解決問(wèn)題的能力。“計(jì)算智能”是一門需要多種計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程相關(guān)知識(shí)的課程，主要運(yùn)用到計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、C語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程的基礎(chǔ)知識(shí)。如果學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)課程掌握欠佳，且學(xué)生缺乏主動(dòng)解決問(wèn)題的能力，將影響課程的學(xué)習(xí)。此外，課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)亦需要學(xué)生全身心投入、充分調(diào)動(dòng)主觀能動(dòng)性，積極解決實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問(wèn)題，才能對(duì)課程能容有更深刻的認(rèn)識(shí)。然而，目前學(xué)生對(duì)“計(jì)算智能”課程學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，缺乏主動(dòng)解決問(wèn)題的能力。

2 “計(jì)算智能”課程教學(xué)改革措施

2.1 課堂教學(xué)模式改革

改變傳統(tǒng)課堂以教師講授為主的教學(xué)模式，由學(xué)生自由組成實(shí)踐小組。由課程教師設(shè)計(jì)課程實(shí)踐項(xiàng)目的主要方向，學(xué)生根據(jù)相關(guān)方向擬定實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容，并實(shí)施實(shí)踐項(xiàng)目。各學(xué)生小組推選代表，以動(dòng)畫、幻燈片、視頻等方式匯報(bào)，設(shè)課堂提問(wèn)環(huán)節(jié)。從而通過(guò)互動(dòng)教學(xué)引起學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的興趣。同時(shí)，采取案例式教學(xué)，由教師將實(shí)際科學(xué)研究課題或工程項(xiàng)目中的成果提煉為案例，在科課程中講授。通過(guò)這種方式開(kāi)闊學(xué)生視野、提高學(xué)生興趣、引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2.2 實(shí)踐驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

課程實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)需將CDIO的理念融入其中，主要可分為算法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。算法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的反饋，重點(diǎn)加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解，掌握課程相關(guān)的基本技能；算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生綜合利用所學(xué)的理論知識(shí)解決簡(jiǎn)單的應(yīng)用問(wèn)題；創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)由學(xué)生實(shí)踐小組完成，使學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作，運(yùn)用課程知識(shí)完成具體科學(xué)研究或工程應(yīng)用問(wèn)題。

在CDIO教學(xué)模式下，教師完成角色轉(zhuǎn)變，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力及專業(yè)綜合素質(zhì)。教師成為設(shè)計(jì)者，設(shè)計(jì)出與工程實(shí)際相匹配的“計(jì)算智能”課程。課堂教學(xué)突破傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)模式，變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與的形式，讓學(xué)生均有機(jī)會(huì)參與課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和實(shí)踐能力。

2.3 教學(xué)資源平臺(tái)構(gòu)建

由于“計(jì)算智能”課程內(nèi)容豐富、需要大量基礎(chǔ)課程知識(shí)，課堂教學(xué)學(xué)時(shí)難以滿足實(shí)際教學(xué)需要。教學(xué)資源平臺(tái)的構(gòu)建可以有效解決上述問(wèn)題，其主要由課程介紹（課程概要、教學(xué)視頻、課堂講義、參考算法下載）、自主學(xué)習(xí)（課程提綱、在線測(cè)試、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目）、討論答疑（留言板）等模塊組成。此外，教學(xué)資源平臺(tái)設(shè)置作業(yè)提交功能，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在線提交算法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的相關(guān)材料。

通過(guò)教學(xué)資源平臺(tái)的構(gòu)建，使教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、進(jìn)度有更好的掌握，并使學(xué)生有相對(duì)開(kāi)放的環(huán)境進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮主動(dòng)能動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效率。

2.4 課程考核機(jī)制改革

傳統(tǒng)課程考核方式主要是由平時(shí)成績(jī)（約占總分30%）和期末考試成績(jī)（約占總分70%）構(gòu)成。對(duì)“計(jì)算智能”課程而言，通過(guò)試卷的形式難以反映學(xué)生對(duì)課程理論在實(shí)踐中運(yùn)用能力的掌握水平，無(wú)法體現(xiàn)CDIO中基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的理念。為了突出課程實(shí)踐的重要性，并使學(xué)生對(duì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)充分重視，對(duì)現(xiàn)有的考核方式進(jìn)行改革。課程的總分由算法驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)（約占總分10%）、算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（約占總分10%）、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)（約占總分50%）、期末考試成績(jī)（約占總分30%）組成。通過(guò)多樣化的考核方式促進(jìn)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)，同時(shí)避免填鴨式教學(xué)的學(xué)生。教師需要建立客觀的考核標(biāo)準(zhǔn)與制度，同時(shí)以教學(xué)督導(dǎo)、同行教師評(píng)價(jià)、學(xué)生座談等方式對(duì)教師工作形成監(jiān)督。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，以“計(jì)算智能”課程為代表的計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)課程仍以理論教學(xué)為主，忽視實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)施能力沒(méi)有得到很好的訓(xùn)練。雖然各高校投入大量資源，以提高教學(xué)質(zhì)量，但學(xué)生仍需通過(guò)企業(yè)實(shí)習(xí)才能得到相關(guān)實(shí)踐能力的訓(xùn)練，這是高校計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)中亟待解決的重要課題。

本文針對(duì)上述問(wèn)題，將CDIO教學(xué)理念引入“計(jì)算智能”課程教學(xué)。通過(guò)課堂教學(xué)模式改革、實(shí)踐驅(qū)動(dòng)式教學(xué)、教學(xué)資源平臺(tái)構(gòu)建和課程考核機(jī)制改革等方式對(duì)“計(jì)算智能”課程進(jìn)行改革，強(qiáng)化課程的實(shí)踐能力培養(yǎng)，同時(shí)完成教師角色的轉(zhuǎn)變。從而，提升“計(jì)算智能”課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才。本文的成果亦可作為計(jì)算機(jī)、機(jī)械工程等其他工程類學(xué)科課程改革的參考。

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