中圖分類(lèi)號(hào)：G424

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.17.012

Teaching Reform and Practice of the Course \"Intelligent Computing and Modern Optimization Algorithms\"

WANG Dingxiang， WU Leyuan， FAN Shaosheng （School of Artificial Intelligence， Changsha University of Science and Technology， Changsha，Hunan） AbstractThis study focuses on the reform and practice of postgraduate education. Taking the course \"Intellgent Computing and Modern Optimization Algorithms\" as an example，it conducts in-depth research on teaching reform in terms of teaching content， teaching methods，andteaching evaluation，aiming atthe existing problems incurrentcourse teaching. Byintroducing the project-driven teaching method，hybrid teaching mode，and diversified evaluationsystem， the study aims to improve the quality and eficiency of course teaching and cultivate postgraduate talents with innovative and practical abilities.

Keywordsintelligent computing; modernoptimization algorithms; postgraduateeducation; teaching reform; project-driven

2017年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出，要加快培養(yǎng)聚集人工智能高端人才[。2020年1月21日，教育部、國(guó)家發(fā)展改革委和財(cái)政部印發(fā)的《關(guān)于“雙一流”建設(shè)高校促進(jìn)學(xué)科融合加快人工智能領(lǐng)域研究生培養(yǎng)的若干意見(jiàn)》出臺(tái)，從事人工智能專業(yè)領(lǐng)域的研究生大幅擴(kuò)招。此外，在湖南省“三高四新\"戰(zhàn)略中，人工智能被列為湖南省重點(diǎn)發(fā)展方向之一，而智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法課程在人工智能專業(yè)具有重要的地位?？紤]到該課程的特點(diǎn)以及長(zhǎng)沙理工大學(xué)的實(shí)際情況，課程團(tuán)隊(duì)面向人工智能專業(yè)學(xué)生開(kāi)展課程教學(xué)改革與課程體系建設(shè)，教師在授課過(guò)程中不斷探索科學(xué)的課程體系、授課內(nèi)容以及考核方式，不斷完善教學(xué)模式，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高其創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)其知識(shí)運(yùn)用能力，為研究生階段的學(xué)習(xí)與后續(xù)就業(yè)夯實(shí)基礎(chǔ)。

1智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法課程改革背景及意義

智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法是人工智能專業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)專業(yè)課程，以經(jīng)典優(yōu)化理論為基礎(chǔ)拓展學(xué)習(xí)解決傳統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題的新方法，社會(huì)管理以及工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域中存在的各種優(yōu)化問(wèn)題均需要運(yùn)用這些優(yōu)化算法。尤其在人工智能領(lǐng)域，移動(dòng)機(jī)器人、智能語(yǔ)音、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理、數(shù)據(jù)挖掘等多個(gè)領(lǐng)域的各類(lèi)算法都需要與這些現(xiàn)代優(yōu)化算法緊密結(jié)合。

1.1服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略，助力社會(huì)發(fā)展

智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法課程新穎超前，在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，該課程在國(guó)內(nèi)外各個(gè)高校均已開(kāi)設(shè)，為人工智能專業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)?！督逃扛叩冉逃娟P(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》的發(fā)布，推動(dòng)了全國(guó)各地的高校進(jìn)行新工科的教研與實(shí)踐，從理論和實(shí)踐層面推進(jìn)工程教育改革，大大促進(jìn)了新工科的建設(shè)與發(fā)展4。面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，高等教育改革發(fā)展被賦予了新的使命，工科專業(yè)在當(dāng)前環(huán)境中機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，如何根據(jù)時(shí)代需求改進(jìn)和創(chuàng)新教學(xué)理念，進(jìn)一步探索具有核心能力的創(chuàng)新人才的培養(yǎng)方式，是適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的關(guān)鍵因素[。在新工科“五個(gè)新”的要求下，智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法課程原有的教學(xué)方法已不能適應(yīng)創(chuàng)新工程教育的要求，對(duì)其進(jìn)行教學(xué)改革勢(shì)在必行。

1.2順應(yīng)技術(shù)革新，促進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展

智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法作為人工智能學(xué)院的研究生核心課程之一，其課程改革有助于優(yōu)化課程內(nèi)容，將最新的科研成果和技術(shù)應(yīng)用引入課堂，使學(xué)生能夠及時(shí)了解和掌握前沿知識(shí)，使其更加貼近人工智能領(lǐng)域的最新發(fā)展；有助于提升研究生的培養(yǎng)質(zhì)量，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合，并引入跨學(xué)科內(nèi)容，在提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的同時(shí)，拓寬學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，增強(qiáng)其跨學(xué)科應(yīng)用能力，為未來(lái)的學(xué)術(shù)研究和職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；有助于推動(dòng)學(xué)校交通運(yùn)輸工程、土木工程、電氣工程等優(yōu)勢(shì)專業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)人工智能與傳統(tǒng)學(xué)科的交叉融合，推動(dòng)學(xué)科間的協(xié)同創(chuàng)新，為學(xué)校的高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

2智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法課程改革設(shè)計(jì)

本文旨在通過(guò)引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、混合教學(xué)模式及多元化評(píng)價(jià)體系，對(duì)智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法課程進(jìn)行全面深入的教學(xué)改革。具體目標(biāo)包括：優(yōu)化課程內(nèi)容，建立科學(xué)合理的課程架構(gòu)；創(chuàng)新教學(xué)模式，提高教學(xué)效果；構(gòu)建多元化評(píng)價(jià)體系，全面評(píng)價(jià)研究生的學(xué)習(xí)成果。

2.1課程內(nèi)容優(yōu)化

智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法作為人工智能專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其指導(dǎo)思想是從基本原理、基本步驟流程和基本特點(diǎn)的理解入手，精心選擇本學(xué)科領(lǐng)域最本質(zhì)、帶有共性的教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)研究課程知識(shí)體系，探索其內(nèi)在規(guī)律與聯(lián)系，整合出課程的核心知識(shí)單元，建立起科學(xué)合理的課程架構(gòu)和內(nèi)容體系。當(dāng)前課程內(nèi)容存在算法內(nèi)容抽象、概念與理論繁多、理論實(shí)踐結(jié)合不緊密，以及知識(shí)應(yīng)用程度不高等問(wèn)題，學(xué)生普遍存在畏難心理。只有兼顧不同層面的學(xué)生群體，把控教學(xué)內(nèi)容的難度，才能樹(shù)立學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。

2.1.1課程內(nèi)容體系建設(shè)

分析學(xué)情，加強(qiáng)知識(shí)整合，選擇權(quán)威教材以確保知識(shí)的正確性，建立科學(xué)合理的課程內(nèi)容體系；針對(duì)教學(xué)內(nèi)容抽象的特點(diǎn)，在理論教學(xué)中輔以原理事物的演示；對(duì)部分章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容組織相應(yīng)的課程實(shí)驗(yàn)；建立課程主講教師與助教教學(xué)團(tuán)隊(duì)，選聘本專業(yè)的優(yōu)秀研究生作為助教輔助主講教師進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)；融入課程科普元素，有機(jī)統(tǒng)一“課程知識(shí)\"和“認(rèn)知知識(shí)”，分別從“生物機(jī)理”“種群行為\"“自然現(xiàn)象\"“工業(yè)原理\"出發(fā)，挖掘科普知識(shí)，提升課程內(nèi)容的趣味性及可理解性。

2.1.2構(gòu)建項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容體系

現(xiàn)代優(yōu)化算法注重培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)中可結(jié)合指導(dǎo)教師的科研項(xiàng)目，增加算法建模內(nèi)容，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，加強(qiáng)實(shí)踐能力訓(xùn)練，突破理論學(xué)習(xí)與工程項(xiàng)目之間的障礙，促進(jìn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過(guò)學(xué)生分組選題，引導(dǎo)學(xué)生在面向具體問(wèn)題的建模過(guò)程中，重點(diǎn)關(guān)注對(duì)問(wèn)題的分析、前提假設(shè)以及構(gòu)建理論數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，重點(diǎn)關(guān)注數(shù)學(xué)方法、具體算法的擇優(yōu)篩選、特異化設(shè)計(jì)以及實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程，重點(diǎn)關(guān)注所構(gòu)建模型與所選算法的匹配性、適應(yīng)性分析過(guò)程，重點(diǎn)關(guān)注模型求解的驗(yàn)證、模型構(gòu)建與算法對(duì)應(yīng)的改進(jìn)過(guò)程。將建模方法、算法理論和算法應(yīng)用改進(jìn)的關(guān)系有機(jī)統(tǒng)一，以項(xiàng)目化需求來(lái)統(tǒng)攝智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法教育，以需求牽引理論、應(yīng)用推動(dòng)改進(jìn)的模式來(lái)相應(yīng)地培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)建模以及算法應(yīng)用、改進(jìn)能力。

2.1.3人工智能前沿專題內(nèi)容引入

教學(xué)與科研緊密結(jié)合，增加專題學(xué)習(xí)計(jì)劃，銜接人工智能前沿研究。具體實(shí)施方法如下：第一階段采用案例教學(xué)，先由簡(jiǎn)單的應(yīng)用案例入手，比如典型的旅行商問(wèn)題、電網(wǎng)能源分配機(jī)組優(yōu)化問(wèn)題、機(jī)器人導(dǎo)航定位與路徑規(guī)劃問(wèn)題、最大流問(wèn)題等。第二階段，加入前沿的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生先分為若干個(gè)小組，每組自選研究領(lǐng)域，選一篇最新的相關(guān)文獻(xiàn)做算法復(fù)現(xiàn)，科學(xué)研究與數(shù)學(xué)建模的開(kāi)放性作業(yè)可以二選一。最后，聯(lián)合從事矩陣論、離散數(shù)學(xué)等課程教學(xué)工作的任課教師，將相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通，使理論教學(xué)內(nèi)容與科研算法研究緊密聯(lián)系，提升學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.2教學(xué)及評(píng)價(jià)方法應(yīng)用

在智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法課程教學(xué)過(guò)程中，全方位應(yīng)用先進(jìn)教學(xué)方法，解決課堂枯燥、學(xué)生參與度不高的問(wèn)題。實(shí)施“重點(diǎn)講授”“引導(dǎo)自學(xué)”“加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)方法改革。在課堂講授重點(diǎn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，注意引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生自主拓展學(xué)習(xí)。同時(shí)注重理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相互呼應(yīng)、互為銜接、互為關(guān)聯(lián)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

2.2.1“線上 + 線下\"混合式教學(xué)模式

在課程教學(xué)過(guò)程中，線下采用BOPPPS課堂與對(duì)分課堂（PAD）模式相結(jié)合的方式。采用BOPPPS教學(xué)模式的課堂，有利于教師提升對(duì)課堂的把控程度，同時(shí)注重以學(xué)生為中心的參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。在參與式學(xué)習(xí)階段，采用PAD教學(xué)方法，具體又可以細(xì)化為教師課堂講演（Presen-tation）、學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)并內(nèi)化吸收（Assimilation）、教師與學(xué)生共同參與課堂討論（Discussion）等三個(gè)主要階段，其結(jié)合了講授式教學(xué)與討論式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)走向主動(dòng)學(xué)習(xí)。

科教導(dǎo)刊

線上授課采用翻轉(zhuǎn)課堂模式。結(jié)合人工智能相關(guān)的專業(yè)背景，探索和應(yīng)用高效的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)細(xì)節(jié)方法，依據(jù)智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法課程教學(xué)要求，使學(xué)生具備利用Matlab和Python等工具完成問(wèn)題建模、算法選擇、算法改進(jìn)以及性能分析等任務(wù)的能力，有效提升學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的水平。翻轉(zhuǎn)課堂模式可加強(qiáng)學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的參與感，提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性。通過(guò)在課前針對(duì)性布置課堂教學(xué)任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的整體認(rèn)知，在充分體現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)思維、方法的同時(shí)，確保了學(xué)生在課程教學(xué)中的主體地位，有助于實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的全面提升[7]。

2.2.2課程知識(shí)思維導(dǎo)圖

學(xué)生可借助Matlab、python等工具來(lái)進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目的算法建模及應(yīng)用，通過(guò)構(gòu)建知識(shí)思維導(dǎo)圖，聯(lián)結(jié)相應(yīng)的概念和方法，進(jìn)而促進(jìn)對(duì)知識(shí)脈絡(luò)的理解與知識(shí)點(diǎn)內(nèi)涵的把握，提高學(xué)習(xí)效果。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)知識(shí)點(diǎn)的起源及發(fā)展過(guò)程，可采用圖文結(jié)合的模式融入思維導(dǎo)圖，使思維導(dǎo)圖的運(yùn)用和理解更符合人類(lèi)大腦的自然思維過(guò)程，這樣既可以協(xié)助學(xué)生記憶、提高創(chuàng)造力，又可以提升學(xué)習(xí)過(guò)程的趣味性。將思維導(dǎo)圖運(yùn)用到智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法的教學(xué)過(guò)程中，既可以促進(jìn)師生間對(duì)于具體知識(shí)點(diǎn)的看法交流，又可以提高學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用及發(fā)展邏輯的理解，對(duì)于提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及教學(xué)效率具有重要作用。

2.2.3多元化考核評(píng)價(jià)

多元化的考核機(jī)制可以解決教學(xué)考核評(píng)價(jià)單一的問(wèn)題。全方位評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，引導(dǎo)學(xué)生在知識(shí)、能力和素質(zhì)三個(gè)方面全面協(xié)調(diào)發(fā)展。充分利用雨課堂線上平臺(tái)的記錄功能實(shí)現(xiàn)課程的過(guò)程化考核，全方位地記錄學(xué)生的預(yù)習(xí)、提問(wèn)、作業(yè)情況，期末試卷考試部分內(nèi)容不拘泥于教材，設(shè)置專題答辯環(huán)節(jié)，評(píng)分涉及實(shí)際人工智能算法的開(kāi)發(fā)方案選擇、創(chuàng)新點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路等，并建立完備的評(píng)分細(xì)則。

3效果與展望

上述教學(xué)改革方案的實(shí)施，將本專業(yè)智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法研究生課程的教學(xué)質(zhì)量提升到一個(gè)新的高度。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法和混合教學(xué)模式的引入，不僅提高了研究生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力，還培養(yǎng)了其創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。多元化評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建和個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑的實(shí)施，為研究生的全面發(fā)展提供了有力支持。

*通信作者：吳樂(lè)園

★基金項(xiàng)目：2025年度長(zhǎng)沙理工大學(xué)教研教改項(xiàng)目“《智能計(jì)算與現(xiàn)代優(yōu)化算法》課程教學(xué)改革研究”（60503010001）；2024年度長(zhǎng)沙理工大學(xué)教研教改項(xiàng)目“《服務(wù)‘三高四新’的研究生專業(yè)素質(zhì)教育改革與實(shí)踐研究一一以《矩陣論》課程改革為例》課程教學(xué)改革研究”（3040102|1205）。

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