摘"要：隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證制度在高校的推廣，其所倡導(dǎo)的以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向的OBE教育理念，對本科教學(xué)模式的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，但對于該理念是否同樣適用于研究生課程的研究相對較少。本文從我校碩士研究生課程“智能優(yōu)化算法”入手，對此問題進(jìn)行了探討。首先分析了研究生課程當(dāng)前存在的問題，其次研究了在課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核評價等方面的問題，踐行OBE教育理念的途徑，以期通過課程改革，提高研究生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：智能優(yōu)化算法；OBE理念；工程認(rèn)證；課程改革

1"概述

隨著我國2016年加入工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》，作為工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念，OBE（Outcome"Based"Education）教育理念在我國高校本科專業(yè)建設(shè)中得到了大力推廣。OBE教育理念強(qiáng)調(diào)在整個教學(xué)活動過程中，以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，最終實現(xiàn)對學(xué)生能力的培養(yǎng)。OBE教育理念對于促進(jìn)學(xué)生達(dá)成專業(yè)畢業(yè)要求，實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，滿足社會人才需求，發(fā)揮了極其重要的作用［13］。

相較于本科課程，現(xiàn)有文獻(xiàn)對碩士研究生課程該如何踐行OBE教育理念，如何以學(xué)生能力培養(yǎng)為中心組織教學(xué)活動，如何利用該理念提升學(xué)生的科研能力和專業(yè)素質(zhì)，研究相對較少。

本文以我校信息與通信工程專業(yè)的“智能優(yōu)化算法”課程為例，對基于OBE教育理念的研究生課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討。首先，分析了信息與通信工程專業(yè)研究生課程現(xiàn)有教學(xué)活動中存在的問題；其次，基于OBE教育理念，針對問題，對“智能優(yōu)化算法”課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)方法和考核評價四個方面進(jìn)行了課程教學(xué)改革探索，以期實現(xiàn)對研究生科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力的綜合提高。本課題的研究可為同類高校的相關(guān)課程提供教學(xué)模式參考。

2"目前研究生課程教學(xué)存在的問題

2.1"課程定位不清晰

課程教學(xué)中，主講教師不清楚所講課程對研究生能力培養(yǎng)的支撐作用，不能以研究生能力培養(yǎng)為中心組織教學(xué)，課堂上不能引導(dǎo)學(xué)生理解課程在培養(yǎng)過程中的地位和角色，致使研究生對課程的作用了解不深，不清楚課程知識和科學(xué)研究的相互關(guān)系。學(xué)習(xí)的目的僅僅是為了完成培養(yǎng)方案規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，過于注重考試內(nèi)容，課程參與度不高，缺乏與課程內(nèi)容相關(guān)的深度知識探索，難以培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和綜合素質(zhì)。

2.2"教學(xué)內(nèi)容更新慢

信息與通信工程專業(yè)知識日新月異，如當(dāng)前人工智能生成技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，6G通信技術(shù)的大規(guī)模研究等，對信息與通信工程專業(yè)的課程內(nèi)容都提出了新的要求。相反的是，研究生的教材內(nèi)容更新相對緩慢。比如本課題所研究的“智能優(yōu)化算法”課程，課本中所講述的優(yōu)化算法多是以粒子群、遺傳算法等傳統(tǒng)優(yōu)化算法為主，缺少對當(dāng)前最新研究成果的追蹤。其優(yōu)化實例也多是針對信息與通信工程專業(yè)的老問題，缺乏符合當(dāng)前現(xiàn)實的案例分析，以及與行業(yè)發(fā)展趨勢接軌的項目探究，致使學(xué)生知識面狹窄，對當(dāng)前新技術(shù)、新問題的研究不充分，無法獲得行業(yè)內(nèi)最新的知識與經(jīng)驗，影響學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.3"教學(xué)過程缺少知識探索

目前教學(xué)活動中，教師對學(xué)生能力培養(yǎng)普遍重視不足，更傾向于理論教學(xué)，課堂直接傳授課本知識，研究生被動接收，屬于照本宣科式教學(xué)。授課過程缺少知識的探索與碰撞，不能從多個角度和多個層次激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生難以從課程學(xué)習(xí)中受到啟發(fā)，所學(xué)知識難以指導(dǎo)自己的科研探索，使得教學(xué)實效大打折扣，難以滿足研究生解決復(fù)雜科研問題的能力需要。另外，目前的課程考核機(jī)制不是專門針對學(xué)生能力水平的考核，起不到能力培養(yǎng)的引導(dǎo)作用，課程考核體系還有待進(jìn)一步完善和細(xì)化。

3"OBE理念下的“智能優(yōu)化算法”課程教學(xué)設(shè)計

“智能優(yōu)化算法”是一門以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，模擬生物進(jìn)化、種群行為或物理現(xiàn)象的算法設(shè)計和分析課程，是傳統(tǒng)最優(yōu)化算法的補(bǔ)充和改進(jìn)［46］。從課程地位來講，在信息與通信工程專業(yè)的課程體系中，“智能優(yōu)化算法”是一門專業(yè)選修課程，希望通過本課程系統(tǒng)地學(xué)習(xí)智能優(yōu)化領(lǐng)域的專業(yè)知識和技能，在以后的實際科研活動中，能針對通信或信號處理領(lǐng)域的復(fù)雜待優(yōu)化工程問題，提出有獨(dú)到見解的智能優(yōu)化解決方案，從而培養(yǎng)學(xué)生對信息與通信領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的分析能力、算法設(shè)計能力和創(chuàng)新能力，對學(xué)生獨(dú)立科研能力的提高具有重要作用［7］。

在課程整體教學(xué)設(shè)計中，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、授課方式到課程考核，始終貫徹工程認(rèn)證OBE教育理念，以學(xué)生為中心，以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)效果。

3.1"設(shè)立有明確能力要求的課程目標(biāo)

課程目標(biāo)是課程大綱中的首要內(nèi)容，體現(xiàn)了課程在整個培養(yǎng)體系中對畢業(yè)要求的支撐作用，規(guī)定了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的直接目的。根據(jù)OBE教育理念以學(xué)生能力培養(yǎng)為中心的要求，依據(jù)學(xué)生畢業(yè)要求中關(guān)于能力培養(yǎng)的需要，制定課程的課程目標(biāo)。具體到“智能優(yōu)化算法”課程，要求研究生通過課程的學(xué)習(xí)，從理論和技術(shù)上掌握經(jīng)典的和新穎的智能優(yōu)化算法，提升解決復(fù)雜工程問題的能力和獨(dú)立進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的能力，培養(yǎng)具有科學(xué)思維、創(chuàng)新意識和開闊視野的高端專業(yè)技術(shù)人才。具體的課程目標(biāo)包括以下方面。

（1）科學(xué)思維養(yǎng)成。能夠基于科學(xué)原理、采用科學(xué)方法對研究中遇到的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析與解釋，并能科學(xué)地設(shè)計實驗方案，通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

（2）創(chuàng)新能力培養(yǎng)。對智能優(yōu)化算法的特性有深刻的認(rèn)知，能夠?qū)ρ芯恐杏龅降膹?fù)雜工程問題進(jìn)行建模，并有針對性地根據(jù)模型特點(diǎn)選用和改進(jìn)優(yōu)化算法，或創(chuàng)新性地提出新的優(yōu)化解決方案。

（3）開闊的視野。具備一定的國際視野，對優(yōu)化算法的國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)有良好的掌握，能運(yùn)用優(yōu)化算法的新理論、新方法解決研究中遇到的問題，并理解其局限性。

為了實現(xiàn)上述課程目標(biāo)，“智能優(yōu)化算法”的課程內(nèi)容、授課方式和課程考核都圍繞其課程目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。

3.2"制定面向能力培養(yǎng)的課程內(nèi)容

課程內(nèi)容是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，是課程目標(biāo)的具象化。只有通過對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生才有可能達(dá)到課程目標(biāo)的要求，實現(xiàn)課程教學(xué)的目的。在工程教育認(rèn)證OBE理念下，首先，根據(jù)“智能優(yōu)化算法”課程的課程目標(biāo)，反向設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容。“智能優(yōu)化算法”的課程內(nèi)容主要包括啟發(fā)式優(yōu)化的理論基礎(chǔ)、典型的智能優(yōu)化算法和算法特性分析等知識模塊。在具體內(nèi)容上，注重和信息與通信工程學(xué)科前沿相結(jié)合，緊跟學(xué)科前沿發(fā)展趨勢，動態(tài)學(xué)習(xí)新知識新方法，培養(yǎng)研究生創(chuàng)新意識。其次，注重課程內(nèi)容的深度和廣度，提升課程內(nèi)容的高階性。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，以科研反哺教學(xué)，將智能優(yōu)化算法學(xué)術(shù)前沿成果運(yùn)用到信息與通信工程專業(yè)研究生的真實科研中，形成經(jīng)典案例。最后，在課程中適當(dāng)引入思政內(nèi)容，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容和課程目標(biāo)之間的關(guān)系如表1所示。

表1"課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和授課方式對應(yīng)關(guān)系表

課程目標(biāo)課程教學(xué)內(nèi)容授課方式

課程目標(biāo)（1）智能優(yōu)化算法概論、啟發(fā)式優(yōu)化的基本概念及思想、經(jīng)典測試函數(shù)、問題的計算復(fù)雜性、NP問題、鄰域的概念多媒體講授、探究、案例教學(xué)

課程目標(biāo)（2）貪婪算法、禁忌搜索、模擬退火、遺傳算法、粒子群算法、經(jīng)典案例分析案例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、實訓(xùn)項目

課程目標(biāo)（3）國內(nèi)外文獻(xiàn)查閱、自學(xué)蟻群、蜂群、哈里斯鷹優(yōu)化算法、Matlab程序?qū)崿F(xiàn)自主學(xué)習(xí)

課程目標(biāo)（1）的課程內(nèi)容包括：（1）智能優(yōu)化算法概論、啟發(fā)式優(yōu)化算法的基本概念及思想等。通過從簡單搜索到智能優(yōu)化算法知識，從遺傳算法的起源到現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)，讓學(xué)生從算法演化過程中體會前人對復(fù)雜問題的處理脈絡(luò)，從而形成啟發(fā)式優(yōu)化的思想，實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的科學(xué)思維發(fā)展。（2）復(fù)雜待優(yōu)化問題描述，包含了問題的計算復(fù)雜性、NP問題的概念等。通過問題的計算復(fù)雜性的分析和對NP問題的介紹，讓學(xué)生掌握復(fù)雜問題的分類，理清什么樣的問題需要優(yōu)化，什么樣的問題才需要智能優(yōu)化，并對問題的復(fù)雜性有一定的認(rèn)知，如多峰問題、動態(tài)問題、多目標(biāo)問題等。只有這樣，才能在后期優(yōu)化算法設(shè)計中提出有針對性的解決方案。

課程目標(biāo)（2）的課程內(nèi)容包括：（1）從簡單的智能優(yōu)化算法貪婪算法講起，逐漸根據(jù)問題的復(fù)雜性深入復(fù)雜的智能優(yōu)化算法，如禁忌搜索、模擬退火、遺傳算法、粒子群算法等，讓學(xué)生實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的思維跳轉(zhuǎn)，并在算法的魯棒性、精度、速度等性能分析中，體會算法如何通過設(shè)計實現(xiàn)探索與開發(fā)、精度與速度的平衡。（2）對算法進(jìn)行經(jīng)典問題案例分析。通過對信息與通信工程領(lǐng)域存在的經(jīng)典問題進(jìn)行建模，通過優(yōu)化算法解決該問題，并進(jìn)行算法性能分析，讓學(xué)生掌握算法的應(yīng)用方式。同時要求學(xué)生針對自己科研中遇到的優(yōu)化問題進(jìn)行建模，并選用合適的智能優(yōu)化算法，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)并進(jìn)行性能分析，增加研究生實踐能力和創(chuàng)新能力。

課程目標(biāo)（3）對應(yīng)的課程內(nèi)容主要通過國內(nèi)外文獻(xiàn)查閱、最新的智能優(yōu)化算法自學(xué)等方式實現(xiàn)，并在學(xué)生自學(xué)的基礎(chǔ)上，分析幾個較新的如哈里斯鷹優(yōu)化智能算法，以拓寬學(xué)生視野，開闊思維模式，提高創(chuàng)新能力。

3.3"采用能實現(xiàn)能力訓(xùn)練的授課方式

授課方式是教師在知識傳授過程中采用的手段和方法，不同的授課方式會對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生不同的影響。研究生的課程具有和本科生課程不同的特點(diǎn)，更強(qiáng)調(diào)通過采用不同的授課方式，促進(jìn)學(xué)生科研能力的培養(yǎng)。在工程教育認(rèn)證OBE理念下，“智能優(yōu)化算法”課程授課方式采取了以學(xué)生為中心，以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，針對“智能優(yōu)化算法”課程目標(biāo)的特點(diǎn)和要求，確定能支撐課程目標(biāo)實現(xiàn)的授課方式、方法，針對不同課程目標(biāo)的主要授課方式如表1所示。

針對課程目標(biāo)（1）科學(xué)思維養(yǎng)成，課堂對于智能優(yōu)化算法的基本概念和核心思想，主要采用多媒體講授和探討的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過討論或探究活動，引導(dǎo)學(xué)生分析和認(rèn)識問題。以實際通信工程問題為例進(jìn)行研討，如對頻譜利用率最優(yōu)化設(shè)計，在研討過程中拆解數(shù)學(xué)建模步驟，分析問題的復(fù)雜性及特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生采用智能優(yōu)化算法進(jìn)行求解。每個學(xué)生獨(dú)立完成優(yōu)化方案，并進(jìn)行優(yōu)化效果對比分析，如各種方案的收斂速度、收斂精度，查找差別原因，對算法調(diào)優(yōu)。通過此過程訓(xùn)練，學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的綜合能力。

針對課程目標(biāo)（2）創(chuàng)新能力培養(yǎng)，課堂主要采用案例教學(xué)的方式，對鄰域優(yōu)化和全局優(yōu)化進(jìn)行分類，并主要分析禁忌搜索、模擬退火、遺傳算法和粒子群算法的各自特點(diǎn)、適用場景。通過對多個智能優(yōu)化算法進(jìn)行分析，提出一般性優(yōu)化規(guī)律。采用翻轉(zhuǎn)課堂互動方式，轉(zhuǎn)變師生角色，提升互動效能。分小組研討優(yōu)化過程中跳出局部最優(yōu)陷阱的方法、算法全局探索和局部開發(fā)的平衡、收斂速度和收斂質(zhì)量的平衡，實現(xiàn)研究生對智能優(yōu)化算法的深刻認(rèn)知。在此基礎(chǔ)上，課后布置工程優(yōu)化真實案例問題，訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)問題特征有針對性地改進(jìn)或創(chuàng)新優(yōu)化方式，并分析其優(yōu)化性能，鼓勵學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考和探究，提高創(chuàng)新性地解決工程問題的能力。

針對課程目標(biāo)（3）開闊的視野，主要通過自主學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生查閱最新文獻(xiàn)資料，緊跟發(fā)展最新動態(tài)，了解最新發(fā)展趨勢。另外，自學(xué)課堂中沒有講到的蟻群、蜂群和哈里斯鷹等優(yōu)化算法，吸取多種優(yōu)化算法的精髓，拓寬視野。

在授課過程中，及時進(jìn)行學(xué)習(xí)效果形成性評價，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，改進(jìn)教學(xué)方法。期末根據(jù)學(xué)生課程論文的質(zhì)量，對每個課程目標(biāo)的達(dá)成情況進(jìn)行綜合評價分析，查找反饋授課過程中存在的問題，持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)質(zhì)量，以提升課程目標(biāo)達(dá)成度。

結(jié)語

研究生在科研活動過程中會遇到各種各樣的復(fù)雜工程問題，其中可能是NP問題，難以通過傳統(tǒng)解析方法求解。本文依據(jù)OBE教育理念，面向產(chǎn)出的“智能優(yōu)

化算法”課程教學(xué)，研究了如何針對能力培養(yǎng)要求，科學(xué)合理地設(shè)計教學(xué)過程，最終提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和解決復(fù)雜工程問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］賓辰忠，李德明.OBE理念下網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)操作系統(tǒng)課程改革研究［J］.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2024，7（04）：1921.

［2］黃喆.基于OBE理念的西方經(jīng)濟(jì)學(xué)課程改革的思考［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2024，45（09）：238240.

［3］孟超，李赫亮，董世知，等.基于OBE理念的材料制備技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐［J］.高教學(xué)刊，2024，10（12）：150153.

［4］李宏.“智能優(yōu)化算法”碩士課程教學(xué)設(shè)計與實踐［J］.教育現(xiàn)代化，2020，7（50）：135138.

［5］黃宏博，潘淑文.數(shù)據(jù)智能類專業(yè)最優(yōu)化類課程教學(xué)研究［J］.高教學(xué)刊，2020（21）：113115.

［6］張國輝，朱捷，郭勝會，等.新時代“智能優(yōu)化與算法”課程教學(xué)改革探索與實踐［J］.科教文匯，2023（23）：109112.

［7］劉淼.智能算法在通信技術(shù)課程教學(xué)優(yōu)化中的應(yīng)用［J］.集成電路應(yīng)用，2024，41（02）：314315.

基金項目：河北省省級研究生示范課程立項建設(shè)項目《智能優(yōu)化算法》（項目編號：KCJSX2024078）

作者簡介：賈東立（1972—"），男，漢族，河北邯鄲人，博士研究生，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：智能信號處理。