时间：2022-07-20 19:34:09
关键词：课程体系；实验体系；教学平台
中图分类号：G642 文献标识码：A、
1 引言
智能科学的理论、技术及其应用已经发展成为信息技术创新的重要生长点，“智能科学与技术”本科专业是面向21世纪、具有广阔发展前景和巨大应用需求的新型专业。该专业旨在培养具有信息科学、智能科学、脑与认知科学、现代科学方法学的基本理论知识，掌握计算机、人工智能、信息网络、信息处理、自动控制、系统优化专业知识和综合技能的高级复合型人才。2004年，北京大学开始在“智能科学与技术”本科专业招生，开创了“智能科学与技术”专业本科教育的先河。随后，国内更多院校陆续开设该专业，现在“智能科学与技术”本科专业在全国已初具规模。
尽管“智能科学与技术”本科专业被誉为“操纵未来的专业”，但将其纳入本科教育，仍处于探索阶段，可供参考的资料和形成的教学经验和体系非常有限，仍需要开拓创新，努力探索，大胆实践。本文结合我校在专业建设过程中的一些探索和想法，就教学平台建设谈一些体会，重点谈课程体系、实验体系、学生创新能力培养方面的问题。
2 课程体系建设
计算机和通讯技术的结合，形成了以计算机为核心的信息网络，由此引发的信息革命也是一场数字化革命，智能革命的时空动力是网络革命，促使信息网络发展为智能网络。“智能科学与技术”专业的课程体系建设应以计算机科学的内涵为逻辑起点，以数字信息获取、处理和响应的本质属性为中心，由浅入深地推理和演绎出一套完整的理论体系，在理论框架的指导下科学合理地建立一套完整的课程体系。结合我院的实际，我们在对学生、学科和社会需求研究的基础上，确定了课程内容。我们把对学习主体的尊重、学科的发展和社会的需要协调起来，在课程体系建设方面重点考虑了以下内容：
(1)面向应用
我院是以教学为主的高等院校，重点培养应用型人才，学生应具有较强的实践动手能力。
(2)以学生为中心
课程体系的建设应树立以学生为本、为学生服务的思想，有利于学生素质教育和创新能力的培养。
(3)突出特色
信息通信是我院的传统和特色，它和测控技术、自动化技术、计算机技术、信息技术密切相关。根据我院的办学特色，参考其他兄弟院校的培养方案，我们将该专业培养的重点放在智能信息处理、智能机器人两个方向上。
按照课程设置的原则，遵循国家的相关规定，参考其他院校的经验，我院智能科学与技术专业的课程体系围绕“三个平台，两个方向，一个目标”进行建设。三个平台分别为公共基础课平台、专业基础课平台、专业课平台；两个方向分别为智能信息处理和智能机器人；一个目标为培养有特色、面向就业的工程应用型人才。具体如图1所示：
3 实验体系建设
“智能科学与技术”是一个新兴专业，实验教学体系尚处于探索阶段。总结近年来智能信息处理和智能机器人理论研究成果和实验设备开发已有素材的基础上，我们在“智能科学与技术”专业的实验教学体系建设上重点考虑了以下几方面：
(1)层次化
实验教学一方面是为了配合理论教学而设置的验证性实验，一方面是为了提高学生的综合能力而进行的综合设计性实验。此外还应面向学生就业，通过各种方法和手段开展实训、创新性实验。
(2)开放性
开放性包含两个层面的含义，一是开放实验时间和实验场地，让学生自己选择实验时间和实验场地；二是开放实验内容，让学生自己选择部分实验项目，提高学生理解和解决问题的能力，加强学生的动手实践能力。
(3)有特色
立足我院信息通信特色，强化智能信息处理、智能机器人方向的实验设置。
为此，我们的实验室建设体系围绕“三个层次，两个方向”进行建设。三个层次是配合理论教学的验证性实验、提高学生能力的综合设计性实验、强调创新的开放性实验。两个方向是奇偶智能信息处理和智能机器人，智能信息处理以图形图像为主要处理对象，进行图像处理、模式识别等内容的实验，以软件设计为主、部分结合硬件；智能机器人重点放在了以硬件设计为主的嵌入式系统设计。具体的教学实验平台如图2所示：
4 创新能力培养
在高等学院质量工程建设中，国家明确提出了培养创新型人才。作为新兴的专业，“智能科学与技术”专业更是应该从一开始就抓住这个机遇，制定创新型人才培养的新模式。我们认为，培养创新精神需要坚持“一个中心”、“三个结合”，即以学生为中心，课内与课外相结合，科学与人文相结合，教学与研究相结合，逐渐形成独具特色的创新人才培养模式。重点考虑做好以下几方面的工作：
(1)加强学生集中实践环节的教学，建立实习基地，加强认识实习、课程设计、开放实验、科研训练、生产实习和毕业设计实践环节的教学，提高学生的团队协作、认真求实和独立思考的创新意识。
(2)增加选修课、跨学科课程和素质拓展类课程，提高学生的求知欲、进取心、挑战欲、自信心、意志力等。
(3)积极引导和鼓励学生参加各种竞赛，参加学科竞赛是引导学生努力学习、灵活创新的有效途径。
(4)组织素质高、能力强学生参与教师的科研活动，使学生的能力在真正的科研活动中得到锻炼和提高。
关键词：智能科学与技术；小学期；教学计划
2008年湖南大学智能科学与技术专业开始招生，根据三年的建设教训和经验，2009年制订的教学计划有许多需要调整和优化之处，其存在的弊端阻碍了教师教学的展开和专业特色的体现，这是本文得以成文的内因。另一方面，为了有利于能力培养工作的展开，国内多所高校借鉴国外暑期学校的成功案例，提出了“小学期”制度。旨在利用学期结束后若干周时间，采用开放灵活多样的教学方式，扩大学生的知识面，启发学生的创新思维，增强学生的动手能力。2011年湖南大学也将“小学期”这一制度引入本科教学计划中。在以上内外因的诱发下，对智能科学与技术专业的本科教学进行了总结，并针对湖南大学新实施的“小学期”制度，以本科专业教学计划的制订为契机探索了智能科学与技术本科专业教学新思路。
1本科专业教学现状
信息产业智能化趋势充分表明该专业强烈的社会需求和发展前景[1]。湖南大学智能科学与技术专业是集众多老师特长和成果，在成立伊始，甚至申请之时，对其人才培养模式就进行了深入讨论和广泛考量。在本院其他专业的现行教学方案基础上，针对智能科学与技术专业的自身特点，制订了该专业的培养方案和教学计划[2]。2008年招收的第一批本科生实施了该方案。表1是该方案的学分和课程计划。
该培养方案包含4个阶段，前3个阶段以课程学习为主，辅以一定的课程实验。最后集中实践阶段训练学生的知识运用能力，巩固学生对知识的掌握。全校公共通识教育主要包括哲学、历史、人文、法律、英语等课程。学科通识教育围绕整个学科的基础核心课，分为两个部分，第一部分主要指学科学习的相关基础先修课程，如物理、高等数学、概率论、程序设计基础等。第二部分只要指计算机学科的基础核心课程，如离散数学、数字电路与逻辑设计、计算机组成与结构、数据结构，这部分课程的确定是综合考虑计算机科学与技术专业、通信工程专业、信息安全专业、智能科学与技术专业的结果。
专业教育阶段体现了专业之间的区别，分为专业核心课程、专业选修课程、专业拓展课程。智能专业的专业核心课程有高等程序设计、电路分析基础、信号与系统、应用统计与随机过程、微电子电路导论、电磁场和电磁波、计算机网络、操作系统8门课程。专业选修课根据课程之间的相关性，分为两个课程组，学生自由选修其中一个课程组，不同的课程组体现了专业不同的侧重点，有侧重智能控制的，有智能信息处理的，等等。专业拓展课程是在最后一个学年学生根据指导教师的意见，结合毕业设计题目设计领域，在其方向课程组中选择相应学分的课程门数。根据我院教师的科研领域，包括先进计算、生物信息、智能系统、媒体计算、模式识别5个方向。专业选修课程为专业知识的深入学习，学生可根据个人专业兴趣及发展方向自行选择一组课程修读；专业拓展课程(要求至少修读8学分以上)为学生知识面的横向拓展或纵向的继续深入，学生可自全院范围内选择以加强专业学科交叉。
集中实践环节由实验教师对低年级开设软硬件基础实验课程、高年级学生开设综合实验课程。毕业实习与毕业设计也纳入到集中实践环节。
1.1存在的问题
1) 专业核心课没有体现专业特色。
在专业成立之初，考虑到教师对专业课程的教学不够成熟，因此，采用了保守的做法：沿用了老专业――计算机科学与技术和通信工程的核心课程，从上文的描述，不难发现这些课程不能充分体现智能科学与技术专业的特色，智能专业的学生也常常感叹体会不到自己所选专业与其他专业的不同之处。随着智能专业教学经验的积累，科研工作的展开，几个优势的方向和课程(如自动控制、图形图像处理、脑与认知科学等)逐渐清晰，将这些基础的、专业关联较为紧密的课程作为核心课程可谓时机成熟。
2) 专业选修课课程组限选模式约束了学生的涉猎范围。
在2008、2009届学生的教学和培养过程中，发现很多学生对专业知识有广泛涉猎的心理和基础，另外，一些学生可能对课程组中若干课程有兴趣，而对其他课程没有学习动力，而现行的培养计划中选修课的限选模式限制了学生的涉猎范围，未能充分开启和挖掘学生的学习兴趣和动力，因此，任选的模式可能更符合学生的需求，学院只需提供丰富多样的专业选修课程，由学生自主决定修读哪些课程。
3) 缺乏对智能科学与技术专业的学科交叉性的重视。
交叉性是智能科学与技术专业所具有的一个重要的学科特点。智能学科融合了物理、化学、生物学等理学学科，与管理学、经济学、社会学等人文学科也有广泛的联系。这种学科之间的交叉性自然也就要求学生对多个学科都需要有一定的了解。而现行的培养计划是学院封闭式的，除了通识教育阶段，没有给学生提供学习其他学科专业课程的平台，这阻碍了学生素质的培养和智能专业的发展。跨专业选修为学生提供了了解交叉学科知识的渠道。
1.2 “小学期”新特点
目前，国内大部分高校都设立了集中实践环节，在教学计划中安排2～3周的时间专门用于学生的实践、实习。近来，从美国学来的“小学期”也悄然在国内高校流行起来，所谓“小学期”是指在理论教学结束后利用假期的部分时间集中进行实验实践教学活动。如何高效地利用这种“小学期”，能够真正培养学生的创新能力，锻炼学生的实践水平，是当前实验教学所急需探索的重要问题。只有当实验教学从理论教学的从属地位中跳脱出来，自身建立起一套完善健全的教学模式和课程体系，有重点有目标有计划地进行人才的培养，才能实现为社会输送高层次创新人才的目标。
“小学期”里，学生没有课程学习和考试的压力，在假期完全自由放松的氛围下，进行兴趣拓展和能力锻炼，能够收到事半功倍的效果。“小学期”的课程体系如何设置，教学方式如何安排，是发挥“小学期”作用的关键。好的课程和教学计划，使学生不会感觉是另一个学期的提前开始，而是一个夏令营，学生愿意主动参与其中，在娱乐的环境下习得知识，提升能力。
2专业实验室建设进展
依据长期以来，我院大批教师及研究生所从事的智能科学技术相关研究，凝练了几个基础较厚实、成果较丰硕的子方向，并由此制订了本科选修课程及群组。为了使实验室建设重点明确、特色突出，将智能科学与技术专业实验室划分为5个子方向实验室相对独立建设，如图1所示[3]。
在三年的智能科学与技术专业的发展过程中，在专业实验室建设中不断投入，目前该专业实验室仪器设备及数量如表2所示。
该专业实验室具备以下规模和能力：
1) 可以支撑80%智能科学与技术专业的相关课程实验。
2) 能够开出机器视觉、小型仿真机器人等综合性实验项目。
3) 由1名教授、2名博士等6人组成的实验教师队伍。
研究生创新基地、嵌入式系统与网络实验室将大力支持智能专业实验室的建设。我们正在积极申请985学科建设经费，购买电梯调度实验平台等仪器设备，提高实验室的实验开出率和覆盖面。以上的软硬件环境，体现了本专业的建设特色，实验室条件的完善和增强，也需要进行人才培养模式的修订。
3专业培养方案和教学计划
针对以上存在的问题和“小学期”新特点的出现，我们探索和制订了新的培养方案和教学计划[4-5]，下文将从培养方案、课程计划、和实践教学3个方面分别进行描述。
3.1培养方案
表3给出了新制订的培养方案。通识与文化素质教育与以往基本保持不变，但在学科门类教育中涉及的学类核心课程增加，相比于之前的理科B组课程增加了微电子电路、电路分析、操作系统、计算机网络等课程。变化较为显著是专业教育部分，首先专业核心课程由C++程序设计、信号与系统、脑与认知科学、人工智能基础、科学计算导论、算法设计与分析、控制理论基础、计算机图形图像处理八门课程取代。此外，开设了种类更丰富的专业选修课程，涉及数据挖掘、生物信息处理、机器人、物联网等，为学生提供了更多广的选择。
未来发展教育从就业和深造两个角度进行考虑，设定的分组课程充分结合了智能科学与技术专业实验室的条件，设立了生物信息学、智能信息系统、智能控制和机器人、媒体计算与机器视觉4个方向课程组，通过利用专业实验室的资源，将这些高级课程与毕业设计有机结合起来。
值得特别提出的是跨专业限选课程，这正是对学科交叉性考虑的结果。学生有机会去接触到更多的学科知识，有利于对智能有更为全面深刻的认识。尽管这是一个新的尝试，并且这扇门现在打开的还有限，如果实践证实这是必需和有效的，这扇门还将为学生更加敞开。
3.2课程计划
在以上培养方案的指导下，根据课程之间的先后关系，具体的课程计划如图2所示。
从该本科4年的课程教学计划来看，第一学年以学校通识课程为主，第二学年包括与信息学科相关的基础课程，和信息学科的核心基础课程。第三、四学年以专业课程为主，最后一个学期，学生根据毕业设计方向选择课程组里相应课程。整个课程的时间分布遵循循序渐进、由易到难的学习过程，通过最后的毕业设计反映学生对整个专业的理解和把握。在毕业设计阶段，从学生的未来发展着手，分为深造和就业两部分，每一个课程组都按照这两个类别设立了相应的课程。学生根据自身发展的定位，选择适当的课程。
3.3实践教学
实践教学作为理论教学的补充，根据学生专业知识学习的深度，分为3个阶段展开：
1) 实训、通识实践(编程实训、仿真实训)安排在第一学年的小学期。
2) 专业实训(软件技术基础实训、硬件技术基础实训)安排在第二学年的小学期。
3) 综合实践(专业综合设计)安排在第三学年的小学期。
“小学期”的实施，可以把过去那些集中实践的内容放到“小学期”中进行。然而“小学期”有其自身的特点和形式，过去的集中实践内容和教学方式等可能都需要做出相应的调整优化，下面将在教学改革部分阐述我们所进行的有益尝试和探索。
4教学改革
1) 多姿多彩的“小学期”。
“小学期”绝不应该是过去集中实践的改头换面，只是简单地将集中实践换个时间而已，应该走教学内容丰富多样、形式活泼轻松的路子。
(1) 邀请在学生群体中有影响力和号召力的知名人士来校讲座和交流，在学生中刮起头脑风暴，集思广益。
(2) 安排学生走进生产第一线，深入社会底层，真切体会大学生应该具有的技能和素质，结合所学专业，积极思考人生定位。
(3) 当然，集中实践的内容也不可少，如何让学生享受了假期又增长了知识是接下来将进行的第二个改革的目标。
2) 活泼有趣的集中实践。
现行的集中实践环节是老师布置若干题目，学生选择其中几个完成，学生普遍觉得这种教学内容和方式枯燥无味。可以通过以下3个途径，使得集中实践环节变得活泼有趣，提高学生的积极性。
(1) 实验平台。配置可自由装配的设备，或者说基本的零器件，而非成型的仪器，便于学生动手动脑，自由设计。实验室实行开放式运行管理。
(2) 实验内容。开设具有专业特色的实验课程。请一些有丰富经验的教师面向全校学生开设门槛低、趣味性浓厚的公共实验课。对于一些有优势的学科竞赛，定期开设面向所有学生的培训，吸收有潜力的学生组队参赛。
(3) 教学方式。改革实验课程的教学方式，减少教师设计实验内容，增加学生自主设计实验的比重，使学生有相对充分的时间思考并在教师指导下，从实验原理、系统设计、仪器选用、实验数据采集与分析等环节入手，自主开设实验。
5预期目标与效益
通过在2011年入学的新生中实施该计划，我们期待达到以下目标和效果。
1) 培养出具有良好的智能科学人文素养与数理能力，系统掌握信息与智能科学的理论与方法，熟练掌握程序与软件设计方法、数字系统设计能力、多媒体信息与生物信息处理技术、机器感知与智能控制技能的科学研究、工程技术与技术管理专业人员。
2) 充分结合专业实验室的建设，通过教学内容和方式的改革，充分发挥“小学期”的作用，使得“小学期”制度能够真正使学生受益。
3) 体现出我院智能科学与技术专业的自身特色，人才培养能够发挥出我院在生物信息处理、智能控制、图形图像处理、计算智能等领域上的优势。
6结语
在三年智能科学与技术专业建设实践中，我们根据学生培养实际情况，总结了当前培养方案存在的不足，专业特色缺乏、选修范围受限、学科交叉性忽视，并重新修订了该专业培养方案。在学校新实施的“小学期”制度下，通过汲取其他高校的经验教训，抓住“小学期”的特点，在课程内容和教学方式上提出了改革思路。通过以上的探索，我院在专业建设、人才培养等方面更上一个台阶。
参考文献：
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[2] 赵欢,廖波,朱雯. 湖南大学“智能科学与技术”本科专业建设探讨[J]. 计算机教育,2009(11):49-52.
[3] 李智勇,肖正,骆嘉伟,等. 湖南大学智能科学与技术本科专业实验室建设[J].计算机教育,2010(15):91-94.
[4] 魏秋月. 关于智能科学与技术专业人才培养和学科建设的思考[J]. 教育理论与实践,2009(9):18-19.
[5] 胡军,李伟生,王国胤,等. 重庆邮电大学“智能科学与技术”专业建设中若干问题的探讨[J]. 计算机教育，2009(11)：57-60.
Investigation on Teaching of the Specialty of Intelligence Science and
Technology under Summer School System
LI Zhiyong, XIAO Zheng, ZHAO Huan, LI Renfa
(School of Information Science & Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)
中图分类号：G642 文献标识码：A
1 引言
“智能科学与技术”专业是国家教委在2006年设置的新专业，代码；080627S，属于工学电气信息类。现已有南开大学、西安电子科技大学等12所高校获准招生。
智能科学技术是信息科学技术的核心和现代科学技术的前沿和制高点，涉及自然科学的深层奥秘，触及哲学的基本命题。智能科学技术的研究将对国民经济、社会进步、国家安全生产产生深刻而巨大的影响，并将为智力革命、知识革命和信息革命建立理论基础，为智能系统的研制提供新概念、新思想、新途径。智能科学的兴起和发展标志着对人类为中心的认知和智能活动的研究已进入新的阶段。目前，国际上对智能科学及其相关学科的研究高度重视。我国对该领域的发展特别关注。
智能科学与技术在一定程度上代表着信息技术的前沿，其理论研究与应用开发对我国现行的教育与教学理念提出了挑战。在现有的教育体系中增加智能理论和智能技术教学，对全面地培养学生的信息素养、创新的思维方式及激发学生们对信息技术未来的追求具有积极的意义。因此，为适应智能科学与技术的深入研究和社会对从事智能化产品研发人员的迫切需求，在本科阶段设立相应的“智能科学与技术”专业是十分必要和及时的。因此，我校设立“智能科学与技术”专业是适应了社会发展要求的，必将为河北乃至全国的社会、经济发展作出巨大的贡献。
近5年来，我校自动化系先后从事的包括11项国家级项目在内的70余项科研课题，发表的近200篇学术论文，均不同程度地与“智能科学与技术”领域相关，积累了深厚的学术基础。由于良好的办学队伍和实验条件，由我校申报的“智能控制技术与装置教育部工程研究中心”已经通过省级审查上报，因此，学科已经具备了承办“智能科学与技术”新专业的条件。
2 办学条件
2.1 师资状况
从我校办学发展来看，“智能科学与技术”专业的设立主要来自于近年来“自动化”专业在“智能化”和“信息化”方向的逐渐发展，以及“自动化”专业与“信息工程”、“计算机科学与技术”等专业的交叉。受专业发展特色和学时等因素的限制，仅靠在原有“自动化”专业课程中增设新课已经难以满足相关领域人才培养的需要，因此可以说“智能科学与技术”专业是由量变积累超出“自动化”专业领域而质变派生出的一个新专业。基于此原因，“智能科学与技术”专业主要由自动化系中抽调人员组织专业课程阶段的教学任务，专业基础课程阶段的教学任务则由电工电子教学中心等单位系协助完成。
由于我校“智能科学与技术”专业是由“自动化”专业发展派生出的新专业，两个专业多门课程的教学内容是相同的，因此“智能科学与技术”专业可以得到“自动化”专业的协助，从而避免多数新专业先期出现的师资力量欠缺问题。
2.2 相关支撑专业
“智能科学与技术”专业的主要相关支撑专业有“自动化”、“信息工程”、“计算机科学与技术”等，其中与同属电气信息类的“自动化”专业关系最近。考虑到我校的具体情况，在新专业的办学初期，“智能科学与技术”专业和“自动化”专业在科研、办学经费、研究生培养等方面的统筹安排上统一划归省重点学科“控制理论与控制工程”管理。两个本科专业的教学与学科的总体发展相互协调和支持，共同进步。
2.3 实验条件
由于“智能科学与技术”和“自动化”两个专业多门专业课程的教学内容是相同的，因此“自动化”专业的多个本科生实验室可以与“智能科学与技术”专业共用，包括：微机原理与微机控制技术实验室、控制理论实验室等，可完成“自动控制理论”、“现代控制理论”、“微机原理”、“微机控制技术”和“单片机原理与应用”等多门专业基础课程的实验。
2.4 生源及就业形势
智能科学与技术已经成为信息技术创新的重要增长点，其广泛的应用前景日趋明显，如智能化电器、智能化楼宇、智能机器人、智能化机器、智能化物流等，所培养的学生正是目前高新技术研究及产业发展急需的人才，同时这类人才也会对传统产业的提升起到积极的作用，就业前景广阔。在招生生源和毕业生就业方面均具备比较好的条件。
3 近期办学规划
3.1 师资队伍建设
在师资建设方面，需要采取积极的人才战略，走引进和培养并重的道路，注重引进和培养具有智能信息处理或智能控制研究背景的人才。同时，聘请人工智能领域经验丰富的专家、教授对本专业的实验及教学进行指导，积极鼓励教师们的学术交流活动。
3.2 实验室建设
(1)利用自动化专业的微机原理与微机控制技术实验室、控制理论实验室等，完成“智能科学与技术”专业本科教学环节中“自动控制理论”、“现代控制理论”、“微机原理”、“微机控制技术”、“单片机原理与应用”5门课程的实验。
(2)建设“智能信息处理实验室”，以通用实验平台的模式用于“数字信号与数字图像处理”、“软件工程”、“数据库与数据挖掘”等课程的实验和上机。
(3)利用教师在承担智能科学与技术相关领域科研课题中购置的相关实验设备和仪器，满足学生在毕业设计阶段和参加科技创新活动中对实验设备的需求。3，3新专业课程体系建设
(1)积极向已经设立“智能科学与技术”专业的南开大学、北京科技大学等高校学习，通过广泛的调研，使新专业的教学体系和课程内容逐步合理化。
(2)紧跟科技发展新趋势，突出“智能科学与技术”新专业的特色，注重学生实践能力的培养，在智能化电器、智能化楼宇、智能机器人、智能化机器、智能化物流等方面培养社会急需的特色人才。
(3)在控制科学与工程一级学科硕士点下设立“智能科学与技术”的相关研究方向，加强该专业的学术梯队建设和人才培养，促进学院整体教学科研的和谐发展。
4 培养方案
4.1 培养目标
我们努力使学生德、智、体、美全面发展，具有坚实的数学、电子、计算机、自动控制和信息处理的基础知识，系统地掌握智能科学的基础理论、基础知识和基本技能与方法，受到良好的科学思维、科学实验和初步科学研究的训练，具有分析问题和解决问题的能力，以及知识自我更新和不断创新的能力。学生能适应智能科学与技术的飞速发展。在个人素质方面，具有全面的文化素质、良好的知识结构和较强的适应新环境、新群体的能力，并具有良好的语言和计算机运用能力。
4.2 基本要求
使学生系统地掌握“智能科学与技术”的基础理论知识，以适应自动化、智能信息处理与技术等方面的工作需求；掌握电路与系统的基本理论和实验技术，具备分析和设计电子设备的能力；掌握信息获取、处理的基本理论和方法，具有系统设计、集成、应用的基本能力；了解智能科学与技术领域的学科前沿、最新进展和发展动态；了解自动化和信息系统及网络技术的应用现状和理论前沿，具有研究开发新系统、新技术和各种智能化工程装备的初步能力。
4.3 主要课程
我校“智能科学与技术”专业的主要规划课程包括电路、电子技术、微机原理、自动控制理论、现代控制理论、嵌入式系统、软件工程、计算机网络、数字信号与数字图像处理、智能控制、数据库与数据挖掘、人工智能概论、信息管理系统等。
在课程的设置上，我校适应社会发展需求，突出“工学并举”实践能力的培养，开展有自身特色的“智能科学与技术”本科生教学。区别于北京大学等高校的智能理论算法为主、南开大学等高校的智能信息处理为主、西安电子科技大学等高校的通信工程应用为主的办学主导方向，突出河北工业大学地方工科院校的自身特色，以培养学生研究开发新系统、新技术和各种智能化工程装备的基础能力为目标，设置相关的课程。其中，学科基础课程、专业必修课程和专业选修课程安排如表1～表3所示。
我国科学技术发展的总体目标是自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑;基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础[1]。
广大高校教师对当前科技研究及发展方向有深刻理解，在整个国家人才类型需求与人才培养之间扮演着纽带角色，不但有科研能力还有教书育人的能力，因此在国家科技发展过程中的地位举足轻重。国家需要的人才是由高校教师来培养，教师对学生的培养应以国家需要为依据，而学校应以国家对人才的需求而制定相应的教学大纲和教学内容，以保证国家需要的人才与学校及教育机构培养的人才一致。国家、科技项目、教师和学生这4个环节只有保持协调一致，才能使国家科技稳步快速的向前发展。
智能科学技术是信息科学技术的核心和现代科学技术的前沿和制高点，涉及自然科学的深层奥秘，触及哲学的基本命题。智能科学技术的研究将对国民经济、社会进步、国家安全生产产生深刻而巨大的影响，并将为智力革命、知识革命和信息革命建立理论基础，为智能系统的研制提供新概念、新思想、新途径。
1国家科技项目中与智能相关的内容
国家每年会颁布一些科研项目指南，如863、973、国家科技重大专项、国家科技支撑计划和国家重大科学研究计划等。这些项目指南中均包含大量与智能相关的内容。下面以国家科技重大专项和973计划为例加以说明：
1) 国家科技重大专项。
2011年国家科技重大专项中包含2项有关智能方面的项目，其中“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”重大专项中包含一个“智能海量数据资源中心”课题;“新一代宽带无线移动通信网”重大专项中包含2个有关智能的课题：“移动互联网及业务应用研发”和“物联网及泛在网”。
2)973计划。
据不完全统计，在2008年到2011年的973计划指南中关于“智能”一词的出现频率如表1所示。
从上述统计数字可以看出，“智能”一词的出现次数由1次增加到12次;出现在一级标题的次数由1个增加到3个，出现在二级标题的次数由空白增加到4个。由此不难分析出，智能科学技术在973计划中的比例逐年增加，其重要性不言而喻。
这些项目的前期研究以及后续成果的产业化，不可避免地需要更多的智能方面的专业人才。在设立智能科学与技术一级学科的建议书中提到，智能科技人才的社会需求占整个信息领域人才需求的1/6左右，而且将不断增长。高校需要培养这方面的人才，满足国家和社会的需要。
2河北省和天津市科技项目与智能相关内容
河北工业大学隶属于河北省，坐落于天津市，形成了立足天津面向河北的发展战略，为河北省和天津市提供有力的技术支撑。
河北省当前正在实施转变经济发展方式的战略部署，充分发挥科技创新在推进传统产业技术进步和培育战略性新兴产业中的重要作用，并于2010年3月启动了光伏、风电装备、钢铁节能减排等8个支柱产业的技术路线图的编制工作，河北工业大学承担了其中“河北省风电装备产业技术路线图”的绘制工作，该路线图为全国首个关于风电的路线图，对我国风电产业的健康发展将起到积极的推动作用。
以2011年天津市科技支撑计划重点项目指南为例，该计划以促进产业技术升级和结构调整为主攻方向，以提高原始创新、集成创新和消化吸收再创新为目标，通过关键技术的突破、引进技术的消化吸收再创新、高新技术的应用及产业化，为天津市产业结构调整、社会可持续发展和提高人民生活质量提供技术支撑。2011年共安排25个专项，与“智能”相关的内容有软件专项中的创意产业关键技术和数据挖掘与信息检索技术;数字技术专项中的智能检测、监控技术研发及应用;可再生能源及能源存储转换专项中的智能电网等。
由上面的分析，可以看出智能科学技术在河北省和天津市的科技项目布局中占有重要的地位，这也对高校提出了培养高素质人才的要求。
3河北工业大学智能科学与技术专业现状
据教育部统计，自2004年北京大学自主设置“智能科学与技术”本科专业通过备案以来，先后有北京邮电大学、南开大学、西安电子科技大学、北京信息科技大学、首都师范大学、武汉工程大学、西安邮电学院、北京科技大学、湖南大学、厦门大学、河北工业大学、桂林电子科技大学、重庆邮电大学、大连海事大学、中南大学和上海理工大学共17所高校建立了智能科学技术本科专业。
河北工业大学在结合自身优势和借鉴兄弟院校办学经验的基础上，智能科学与技术专业的教学体系和课程内容逐步合理化;紧跟科技发展新趋势，突出智能科学与技术专业的特色，注重学生实践能力的培养，在智能化电器、智能化楼宇、智能机器人、智能化机器、智能化物流等方面培养社会急需的特色人才;在控制科学与工程一级学科硕士点下设立“智能科学与技术”的相关研究方向，加强该专业的学术梯队建设和人才培养，促进控制科学与工程学院整体教学科研的和谐发展。
我们努力使学生德、智、体、美全面发展，具有坚实的数学、电子、计算机、自动控制和信息处理的基础知识，系统地掌握智能科学的基础理论、基础知识和基本技能与方法，受到良好的科学思维、科学实验及初步科学研究的训练，使其具有分析问题和解决问题的能力，知识自我更新和不断创新的能力。在个人素质方面，要求学生具有全面的文化素质、良好的知识结构和较强的适应新环境、新群体的能力，并具有良好的语言和计算机运用能力。
4教学内容的思考
目前智能科学与技术专业隶属于控制科学与工程学院，本学院包括自动化、风能与动力工程和智能科学与技术3个本科专业。自动化专业作为一个成熟专业，有稳定的社会认可度，其近年的发展受到了无行业背景的限制;风能与动力工程专业是一个新兴专业，为了满足国家风力发电的强势发展需求而设立的，具有显著的行业背景，从目前情况看，学生就业前景很好;智能科学与技术专业作为新兴专业，没有固定的行业背景，因此有必要根据学校的实际情况确定1～2个背景，体现个1～2个特色，以使学生的学习落在实处。
我校的智能科学与技术专业拟将智能网络和风力发电机组控制系统作为本科生的学习指向，在相关课程的讲授中以它们作为实例讲解，筹建智能网络的平台，以及利用风能与动力工程专业的实验平台进行相关内容的操作和演示，在课外科技活动中以它们作为选题方向，激发学生的学习兴趣。
我校作为地方工科院校，结合自身特点和优势，对智能科学与技术专业的特色定位于工业过程和实际工程中的智能控制与智能决策，相对应的核心课程包括智能控制、智能信息处理、复杂系统建模、智能系统、智能机器人和智能工程。我们希望通过这些课程教学内容的规划，使培养的学生“考研考得上，分配分得出”。
1) 智能控制课程在介绍控制理论的同时，通过课内实验和单独学时的课程设计使学生对智能网络、风力发电机组等在内的实际系统先进控制方案/方法的实现有较深入了解，并侧重于硬件实现。
2) 智能信息处理课程主要介绍经典人工智能、计算智能和其他智能理论，通过方法的介绍和推导，培养学生理论素养，并通过将具体方法代码化提高学生的编程能力，其中可以将风电场数据作为研究对象。
3) 复杂系统建模课程在介绍复杂系统基本概念、理论基础以及与建模相关问题的同时，着重以复杂网络和风力发电机组为着力点，对这两大类系统的模型进行建立和分析。
4) 智能系统课程在介绍人工智能技术如何具体应用于某些领域的同时，侧重分析如何应用于智能网络特别是物联网领域，以及如何应用于风力发电领域。
5) 智能机器人课程在介绍机器人基本工作原理以及控制方法的同时，加强与实际工程的结合，如自动化仓库等领域。
6) 智能工程课程在介绍人工智能技术如何具体应用于某个实际工程的同时，着重考虑目前国家急待发展的工程方向。
通过上述课程的学习，并基于软硬件的结合与课内课外的配合，学生可对目前体现前沿科技的行业有所熟悉，为进一步的深造和就业打下坚实基础。
5结语
前沿性、时代性是大学课程的一大特点。20世纪以来，现代科学技术的快速发展，使知识的更新周期越来越短，大大丰富了大学的课程及其内容，也改变了课程设置的技术与方法。
通过对前沿科技和人才培养的需求进行分析，可以总结出学校的教学应针对国家对人才类型的需求而制定，使人才得到相应的供应，保持供求平衡。
（北京信息科技大学自动化学院，北京100192）
摘要：面向工程型智能科学与技术专业，探讨微控制器技术课程的教学内容及教学方式改革，提出以机器人为对象，将MSP430微控制器引入教学，并介绍一系列课程案例的开发。
关键词 ：智能科学与技术；机器人；微控制器；课程改革
基金项目：北京信息科技大学2014年教学改革立项项目(2014JG08)；北京信息科技大学自动化学院2015年青年教师教学能力提升项目“2015年人才培养质量提高”(5111523309)。
第一作者简介：陈启丽，女，讲师，研究方向为递归神经网络、智能控制，qilichen@hotmail．com。
1 背景
智能科学与技术专业是一个面向前沿高新技术的基础性本科专业，涉及机器人技术、以新一代网络计算为基础的智能系统、新一代的人一机系统技术等。特别是经过近几十年的发展，智能机器人技术及其应用已经成为各个行业及各个领域创新的重要生长点，应用前景日趋广泛。总书记在2014年两院院士大会讲话中提到，“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点，我国将成为全球最大的机器人市场。
智能科学与技术本科专业在我国的发展尚属初级阶段，主要由多个专业的合并和重组而成，因此其本科教学模式具有融合、交叉、综合等特点的同时又各具有自身的特色。
基于对智能科学与技术学科内涵的科学认识和十几所高校的实践经验，中国人工智能学会教育工作委员会于2004年8月提出《智能科学与技术本科专业专业规范》，建议不同学校根据自身特点定位其人才培养目标。北京信息科技大学智能科学与技术专业定位于培养工程技术型人才，以本科生实验教学模式为主进行教学改革。结合本科生能力培养实际，从基础的实验能力锻炼、开放式网络化实验教学、组建科研小组到举办机器人比赛等多个方面提高学术的自主学习能力、创新能力、实际操作能力以及在工程领域中的应用能力。智能科学与技术将传统机器智能化，为新学科发展提供研究载体和持久动力，同时引入生命科学、认知科学和脑科学的研究成果和研究方法，推进信息系统的智能化。
2 面向机器人设计的微控制器技术课程开发
嵌入式微控制器是机器人的大脑，是机器人实现智能的先决条件和基本平台。微控制器可以控制机器人进行信息采集、存储、处理以及实现机器人智能的行为。“微控制器技术”并不是一个全新的课程，几乎是每个工科院校都开设的一门专业基础课，该课程是学习和使用机器人必不可少的课程之一。机器人的核心控制模块就是微控制器，机器人搭载的各种传感器获取的数据均会通过单片机的I/O口或者其他通信模块传输给微控制器。经过一定的运算决策，微控制器将控制策略传输给机器人的执行机构，最终实现机器人的智能控制。
从教学方式来看，学生将机器人作为一个学习对象，通过微控制器技术课程的学习，直观地将自己所学的内容应用于机器人获取环境以及控制过程，这也是一种新型的教学方式。对学生而言学习内容极具有趣味性，激发其主观能动性。
在教学安排上，微控制器技术课程设计环节使学生不但掌握微控制器技术的基本原理，而且能够熟练应用微控制器技术进行机器人等智能系统的应用开发。
微控制器技术课程主要包括微控制器的基本原理，微控制器内核心模块的功能、设置及应用，微控制器的程序设计等。通过课程学习，学生理解和掌握微控制器技术基础理论，微控制器内部时钟系统、端口模块、定时器以及串口通信等工作原理及设计方法，微控制器的程序设计方法；能使用微控制器技术实现机器人对环境信息的准确采集、信息处理以及对机器人行为、动作和运动的有效控制。
在教学过程中引入智能机器人，可以融合传感科学与技术、通信科学与技术、计算机科学与技术等来实现智能技术。传感科学与技术的任务是把原始信息转换为机器可感知信息；通信科学与技术的任务是可靠地传输感知信息；计算机科学与技术的任务是将感知信息进行计算、处理并转换为可用信息。智能机器人为学生把可用信息转换成为知识进而在目标制导下转换为智能策略提供了可靠的平台。
3 教学研究
3.1 选用先进的MSP430微控制器作为教学平台
华盛顿协议对工程类本科生的能力要求主要有以下几方面：
(1)在系统、工艺和机器的设计、操作和改进过程中，能够应用数学、自然科学和工程技术知识；
(2)发现并解决复杂工程问题；
(3)了解并解决环境、经济和社会与工程相关的问题；
(4)具有有效沟通能力；
(5)能够接受终身学习并促进职业发展；
(6)遵守工程职业道德；
(7)能够在当今社会中发挥作用。
基于以上的7个能力要求，我们设计了一系列课程案例。在各类机器人中，目前轮式机器人的结构较为简单且较容易控制。在老师的指导下，学生基本都能搭建各种形式的轮式机器人。教学过程中主要选用MSP430F149系列的单片机作为机器人的核心控制模块。MSP430F149芯片是美国TI公司推出的超低功耗微处理器，包括60KB+256字节的flash、2KB的RAM，基本时钟模块、看门狗定时器、3个捕获／比较寄存器、PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4个8位并行端口、模拟比较器、12位A/D转换器、2个串行通信接口等模块。MSP430F149芯片具有如下特点：
(1)低电压、超低功耗；
(2)强大的处理能力；
(3)丰富的片上外围模块；
(4)系统工作稳定；
(5)方便高效的开发环境。
其作为学生学习的入门级微控制器，既不像51单片机功能过于简单，也不像TI公司其他系列的单片机功能过于复杂，其能够兼顾学生学习能力和市场需求。
机器人除了控制模块之外，主要由传感器模块和执行机构构成。传感器模块主要用于智能获取环境信息，执行机构则主要用于执行智能决策。教学过程中使用的机器人，其内部搭建了摄像头传感器和超声传感器，执行机构有电机、机械臂等。基于MSP430单片机的机器人实验平台为智能科学与技术系的学生搭建了一个智能控制的硬件平台。该平台可以引导学生设计机器人的一些智能行为并通过使用微控制器技术实现该智能行为。
3.2 开发验证性案例实验
验证性实验主要实现以下功能：
(1)编程产生PWM波，控制机器人移动；
(2)编程产生PWM波，控制机器人机械臂；
(3)读取超声波的测量值；
(4)读取摄像头的图像等。
教学过程中设计了部分基础实验（见表1），学生在实验过程中，理解微控制器的工作原理及具体应用。帮助学生建立起理论与应用之间的对应关系，为学生开展创新性工作、开拓性工作奠定扎实的理论及实践基础。
3.3 开发设计性案例实验
设计性实验多为课外开放实验，主要实现以下功能：
(1)使用一种传感器实现机器人的控制；
(2)融合两种以上的传感器实现机器人的控制；
(3)基于摄像头实现机器人机械臂的抓取任务等。
我们在教学过程中设计了各式各样的项目式课外开放实验，见表2。学生自己完成方案设计、动作设计、控制器设计等内容，老师给予一定的理论指导，最终实现机器人完成各式各样的项目任务。
4 结语
在课程教学中，我们精心设计及开发各类机器人模型，充分考虑工程素质教育要求，增加学生的动手实践环节。实践表明，实物实验降低了学生对单片机课程理论的排斥心理，很大程度上增加了学生的学习兴趣。基于机器人平台的设计性实验，有效锻炼了学生的创新性思维以及应用理论解决实践问题的能力，增加了本科学生对智能科学与技术专业的深入理解。
参考文献：
[1]钟义信．智能科学技术导论[M]．北京：北京邮电大学出版社，2007.
[2]陈雯柏，李擎，王万森．工程型智能科学与技术专业知识体系与课程研究[J]计算机教育，2014(19): 29-33．
[3]王万森，适应智能化应用发展趋势，培养创新型智能科技人才[J]．计算机教育，2013(10):1．
[4]王万森，方勇纯，张磊．课程与教学研究[J]．计算机教育，2011 (15): 47．
[5]中国科协国际联络部，中国科协代表我国顺利加入《华盛顿协议》[J]．科协论坛，2013(7): 28．
关键词：智能化建筑，计算机科学与技术，应用
中图分类号：G623.58 文献标识码：A 文章编号：
前言
但随着我国改革开放和经济建设的发展，建筑行业发展如火如荼，行业竞争大有愈演愈烈的趋势。在这种竞争背景下，显然传统施工技术已不足以满足需要，利用计算机科学与技术这一崭新技术的理论研究和实际应用，达成提高质量、降低成本、加快进程等建筑施工中最关键的目标，是建筑行业全体人员的责任。计算机科学与技术的广泛应用使得智能化建筑各个系统内涵和外延都得到更好的实现和发展，保证了其现代化、高效化和经济化的高标准要求。计算机科技应用主要集中在多系统集成化模型对智能化建筑的管理和对通讯监控系统方面，其优化了智能化建筑的管理、维护和控制，使得其有充分的表现形式。
1、建筑智能化系统概念
所谓建筑智能化，是一项全新的技术，它应用到了数字技术、智能技术以及自动化技术，是网络技术迅速发展并在建筑行业得到良好应用的有力佐证之一。
当前，由于建筑施工自身复杂棘手的特点，使得施工过程中信息得不到充分共享，造成资源浪费以及硬件设备的重复投入，大大增加了不必要的建筑成本。低效、高耗、缺乏可靠性、实用性不强等等关于传统建筑系统的摆在建筑施工人员面前的难题，最终促使了建筑智能化系统的诞生。该系统通过计算机网络和控制网络技术，把构成智能建筑的各主要子系统的各个分离的设备、功能和信息等集成一个相互关联的、统一的和协调的系统之中，从而顺利解决了以上所有难题。
2、建筑智能化系统的优势
为更好利用有限的劳动力和生产资料，有必要大力推广建筑智能化系统的普及，合理利用智能建筑的一体化集成管理能力对建筑施工企业的生产计划和工程施工的进度计划进行优化、调整和控制，以达到缩短工期，提高工效、降低成本、增加经济效益的目的。建筑智能化系统的优点枚不胜举，仅列以下几条以供参考。
2.1 办事效率得到强化
传统管理方法使得施工趋于粗放式，施工过程效率低下。而新的智能系统加入了计算机网络技术及其应用技术、通信技术等新要素，通过这些技术构筑一个统一的信息平台，并以此来有计划地缩短施工过程时间，有效配置相应的作业资源，提升管理人员的工作效率，确保管理人员各尽其责等具体途径，不仅提高了施工过程的管理职能的结合紧密性，还促进施工作业向高效率、高质量方向发展。
2.2 有效监督各环节
鉴于人力有限以及信息量巨大，建筑工作人员往往难以做到对成本管控、质量建设、施工进度控制等进行有效追踪，也就无法及时掌控现场的施工情况并发挥现场监督职能。但如果计算机网络技术能够应用到建筑施工行业，即表现为建筑智能化，这些问题便将迎刃而解。凭借着网络技术的高效率、可靠性、准确性诸多优点，工作人员可以利用建筑智能化系统快速整合建筑施工行业的信息，极大减少了工作量，提高工作效率。只需就系统处理信息后得到的结果，工作人员便可以进行对施工的实时动态管理，真正做到有效监督各环节。
3、计算机多系统集成化模型管理智能化建筑
大多数智能化建筑中信息的组织模式都存在差异性的缺陷，特别是早期的产品更是由于结构化的数据文件长时间应用，现在才开始更新成数据库化的文件组织信息形式，但是数据库类型的不一产生信息资源异构性的不足。运用计算机科学与技术手段，按照建筑物智能化的系统设计特征，进行总体的模型框架设计综合各个子系统的信息管理，集成各子系统所负责接口模块间信息的协调和交流。通过对对象进行分步计算，融合进面向对象的程序设计和分布的计算系统关键性软件技术支持，其使得能够高效技术且灵活的面向对象，在多机异构的网络环境之中分布入可重复使用进而加以应用。在智能化建筑中计算机系统总体的模型框架下多子系统协调分工，密切配合，相辅相成，共同实现人性化的功能需要。首先，集成平台作为集成系统中管理者身份，其负责整个系统所有数据的收集工作，完成各个子系统的对象互相通信的处理任务，还要提供集中管理下的控制和决策。集成平台实现综合功能的手段使其三个层次分项平台，第一层是数据通信层，负责最基本的标准接口和子系统对象间交互任务；第二层是分析控制曾，对智能化建筑各项数据分析、整理并进行过滤处理，得到日志、控制信息和报表；第三层是辅助决策层，在数据分析完成之后进行辅决策工作。其次是子系统对象，是实现集成平台和整个模型重要的一个环节，又分为封装、控制和通讯功能。按照智能化建筑系统主要的组成要求，数据通信层建立了设备的自动化系统接入口、保安监控自动化系统接入口、办公系统自动化系统接入口、火灾隐患应急预警自动操作接入口和通讯联络自动化系统接入口五个接入口类型。子系统对象接收集成平台发出的控制信息，根据子系统文件、程序和数据库信息的调用实现自身功能，以对等关系形式交互联络。
4、智能化建筑中计算机技术与通讯监控系统应用
4.1 现场通讯监控单元系统
计算机技术与通讯监控系统在现场以现场通讯监控单元实现职能，其连接各个电源的设备，进行智能化设备调控和环境信息数据采集，还能够接收监控设施的各项具体参数。现场监控单元还承担着数据的上行向区域性监控中心传送收集的各项数据信息的责任，包括参数的设置、环境的变化值和智能化信息要求等。此外，现场监控采集得到的数据完成分析之后要反馈回来控制命令，这些命令受到之后现场设备就要采取主动或者半主动形式的变化加以适应调整。
4.2 区域性监控中心系统
区域性的监控中心通过接入口来接收现场通讯监控单元发过来的数据信息，也可以通过公开的智能化接入口接收相关数据，使用文字、图像或声音等形式导入。系统在接收到真实表现的监控对象信息之后，对当前的状态和接收到的应急预警等信息进行甄别，根据参数设置要求和规律，对历史数据进行保存，统计分析情况类别，反馈信息给集中化监控中心。
4.3 集中化监控中心系统
集中化监控中心同样通过相应接入口获得区域性监控中心反馈过来的数据信息，以文字、图像或声音的形式进行各种人机交流，将监控对象实际的状态信息和应急数据等进行真实表现出来，保存并分析各项参数。分析处理得到的结果通过另一接入口反馈给区域性监控中心，发出控制指令以实现各个设备的控制目标，并根据要求来生成各项报表进行归档。建设集中化监控中心系统便于对整个监控系统集中性的控制管理，继而实现整个智能化建筑的控制中心实现自动化的运行、管理和控制，从而提高各项设备的可靠性及安全性，全面的提升智能化建筑自动化和集成化的水平和程度。
4.4 监控终端
完成智能化建筑中计算机技术与通讯监控应用任务需要先进的监控终端设备，具体包括智能的开关电源、直流屏和蓄电池组；数字式配电线架；环境监测设备，包括对温度和湿度的控制设备；空调及通风设备监控终端。
结语
通过十几年的实践证明，计算机科学与技术的广泛应用使得智能化建筑各个系统内涵和外延都得到更好的实现和发展；随着我国综合国力的增强，国民经济的快速持续发展，城市信息化建设的推进，也为智能建筑的发展提供了有力的保障。相信我国智能化建筑中计算机科学与技术的发展前景将一片光明！
参考文献
关键词:专业建设;人才培养;教学改革;课程体系;教学模式
21世纪是智能科学技术快速发展的时期,智能科学与技术本科专业应当抓住这个契机,大力推进智能科学与技术的本科教育和专业建设,培养适合社会发展和市场需求的智能科学技术人才[1]。坚持以学生为根本,以传授知识、培养能力、提高素质和协调发展为己任,以我国经济结构战略性调整的要求和社会发展对人才的迫切需求为重心,针对师资队伍、人才培养模式、教学内容与课程体系、教学方法与手段、教学管理及培养质量等方面进行深入改革,形成具有先进的办学理念、完善的管理体制、领先的改革思路、优秀的师资队伍的龙头专业。智能科学与技术作为具有广阔发展前景和巨大应用需求的综合交叉学科,高校应进一步拓展相关研究领域,结合办学条件、管理制度及政策倾斜,突出人才培养和专业建设的特色。
1深化实践教学改革,探讨多元复合型人才培养模式
智能科学与技术专业要协调发展,首先必须明确专业特色,形成自己特有的学科体系、人才培养模式和课程特色。在智能科学技术相关研究已经渗透到各个领域的形势下,对人才的培养要从多元化角度来考虑[2]。一方面,当前国内外智能科学领域的相关研究如火如荼,原创性理论与核心技术的研究步伐在进一步加快,国际上对智能科学与技术专业研究型人才求
贤若渴。另一方面,智能科学领域的一系列学术研究成果,迫切需要转化成能够产生社会效益、支持社会主义经济发展及人民生活需要的产品,大型企业、著名公司对具有智能科学技术专业知识的应用型和工程型人才的需求势头正旺,因此,目前探讨智能科学与技术专业的人才培养模式正当其时。
1) 多元化人才培养模式。智能科学与技术专业是一个集智能技术、通信技术、计算机技术、控制技术等多学科交叉、跨应用领域的本科专业。根据社会经济的发展、市场对人才的需求以及专业自身的发展特点,智能科学与技术专业的人才培养应当兼顾研究型、应用型和工程型等多元复合型人才需求,因此,智能科学专业在充分整合优质教育资源的基础上,需要不断改革教育模式。一方面,通过各种教学活动,丰富各层次、各类型的课程教学资源,如:积极开设双语教学、探究式教学、“本、研合一”的高水平课程、校外名师课程等,强化学生创新知识和科研学术能力的培养,推进高素质人才的培养计划;另一方面,针对智能科学与技术专业的应用特点,积极开展学生科研活动和实践训练,使学生通过项目实践锻炼自己的实际研发能力,提高运用所学知识解决实际问题的能力。此外,充分利用我校多学科、综合化的人才培养优势,通过以跨学科、跨专业的交叉融合,打通各方的优质教学资源,给学生提供更加广泛的学习空间,促进优质高效的复合型人才培养。
2) 专业素养培养。完善由智能科学与技术专业基础课程、专业核心课程、专业方向课程三部分组成的定位明确、特色突出、规范合理的专业教育课程体系,加强学生在基础知识训练和智能科学专业技能的素养培养,强化专业基础的相关性,突出专业核心的稳定性,扩大专业方向的多样性。
3) 科研素养和适应发展能力培养。智能科学与技术专业面对多元化人才需求,不仅要培养学生独立从事科学研究的能力,自主不断学习新理论、新方法和新技术的能力,以胜任学科的前沿研究和技术发展;同时还要重视学生在研发团队的协同工作能力,以适应学科在实际中的各种应用需求,在不断开发高质量智能软件系统及项目研发的实际锻炼中,培养学生的高效工作能力和良好的沟通能力。
基于以上观点,我校在教学模式的改革中,积极提倡“夯实基础、综合提高、加强实践”的三结合人才培养改革思想,针对学生的专业素养、专业技能等多个方面细化培养方案,不仅注重培养学生的实际应用能力,还要兼顾培养学生的研究型思维、科学研究的能力及创新精神,从整体上提升智能科学技术人才培养的素质。
我校智能科学与技术专业坚持“教学、科研、团队的协调发展,学科、专业、课程的整体建设”,依托北京市实验教学示范中心、北京市高等学校工程研究中心,北京市重点建设学科“计算机应用技术”、校级重点建设学科“软件理论与技术”以及与其他专业和兄弟院校的联合,开展了以教师队伍建设为基础、以人才培养改革为核心,以促进学生知识、能力、素质协调发展为目标的专业建设工作,并形成了层次型人才培养方案,如图1所示。
图1层次型人才培养方案
1.1层次型人才培养方案及教学模式
结合智能科学与技术本科专业的特点,针对多元化人才培养需求,我们构建了“教―学―用”的层次型培养模式,形成了“2+1+1”的教学模式。前两个学年主要学习计算机科学技术和智能科学基础理论知识,以学习、理解和掌握知识为主,同时采用启发引导及探究讨论的教学策略,培养学生自主学习的能力和主动探究的兴趣,进一步结合相关问题、设计方法、分析讨论和问题求解培养学生的专业素养[3]。第三学年侧重学习智能专业核心课程,如:智能机器人、智能游戏与虚拟现实技术、模式识别、智能信息获取与决策管理、自然语言处理等体现智能科学与技术专业特色的课程,使学生在理论方法的学习中提高专业技能,同时所设课程与相应的实验课相结合,加强学生理论知识的消化和实践能力的训练。第四学年,以综合实践训练为主,学生根据各自的情况和兴趣,参加学生科研立项、各类科研竞赛活动、大学生创新实验、专业实习、毕业设计及教师的科研项目等,进一步强化实践能力培养环节,有利于学生整体综合素质的提高。同时,以问题为纲,培养学生在解决问题的同时自主发现新问题和新知识,进一步培养学生的主动思维和创新提高的科学研究素养[4]。
1.2 “本、研合一”的教学体系
本科生与研究生的培养互动是推动本科生创新能力培养的有效措施。我校智能科学与技术专业经过几年的探索和实践,形成了“本、研合一”的教学体系。“本、研合一”教学体系的设计思路是将学生在各个学习阶段的知识结构、实际应用能力和科学研究能力进行一体化设计,使学生在有限的时间里掌握尽可能多的知识,得到尽可能充分的实践与锻炼,并在一体化的教学体系设计中逐步培养学生的研究型思维、应用型和工程型能力,以及创新型精神,提升智能科学与技术专业的人才素质。
我校智能科学与技术专业借助已获批北京市和校级精品课程、探究式课程、双语课程及网络多媒体课程,包括智能信息获取技术、人工智能原理、模式识别、智能科学与技术导论、智能机器人和自然语言处理等,在三年级开设提高性的研究型课程,这种提高性教学采取本科生与研究生合班上课的形式,使一部分本科学生在本科阶段先行选修部分研究生课程,并接受高水平教师的培养。这一阶段要求教师面向研究和学习对象,将每一阶段的理论知识与实际应用系统对应设计,同时要求理论课和专业技术课都要针对研究和学习对象设计问题,留出解决问题的空间。在完成整个学习阶段后,组织学有余力的本科生与研究生联合申请科研立项(由学校条装处资助)、实验室开放基金(由学校学生处资助);有计划地将本科生按照他们的兴趣爱好,逐步吸纳到由研究生导师、研究型教师、研究生、本科生组成的科研课题组或特色研究小组,以科研项目组为单位,对学生进行系统的综合提高训练。
1.3积极开展“研、教互动”,培养具有前沿性、时代性和实用性的复合型人才
教师的科研和教改项目为学生提供了课外学习的平台和广阔的发展空间。部分学生将课程组教师的研究成果,实现了直观验证和探索归纳两种实验分析模式。另外,我们还组织部分有能力、有兴趣的学生成立课外科研兴趣小组,参加各种科研活动,4年来课程组教师指导的36个校级科研项目中有22个获得学校奖励。科研活动与教学的互动不仅提高和增强了学生学习的兴趣和动力,更激发了他们钻研与探索的精神。在本科第三年,一方面聘请国内外知名教授,为本科生开设前沿性的科研讲座;另一方面要求学生去联合实践基地、对口企业进行为期三个月的专业实习和相关实践活动,由双方共派导师形成导师组联合指导培养学生。这些项目不仅给学生从事基础研究创造了机会,也加强了专业科研对外合作,有利于专业人才培养水平的提高。
2以多渠道交流、合作及开放的方式,加强“产、学、研”结合的多元化培养模式
我校智能科学与技术专业广泛利用国内外优势教育资源开展主题鲜明、形式多样的教学科研合作,积极开拓产学研结合渠道,与企业共建科研开发中心合作,一方面提供学生进行专业实习、毕业设计、综合训练等,另一方面,还为学生提供科技创造的实践环境和为社会提供各种技术服务的平台。智能专业除了与本校的兄弟学院建立教学科研合作之外,还与澳洲悉尼科技大学、美国密西根州立大学、中科院高能所、中科院自动化所、IBM公司、北京上善中加信息技术有限公司、北京智能谷科技有限公司等几十家中外著名大学、软件公司、企业及高级研究机构建立了开发、科研与人才培养合作的机制,通过多种多样的方式在学校和校外各方进行联合,积极开拓产学研结合渠道,引进最先进的智能研发环境,培养学生掌握最新的研究成果和开发技术,成为适应国家科学研究、社会主义市场经济和信息产业发展需要的研究型、应用型、工程型的复合型人才,力争在人才竞争中保持优势。
3加强师资队伍建设
师资队伍建设一直以来都是专业建设的基本保证,我校智能专业注重建立教师深造培训、学术交流和工作分配的有效机制,进一步为教师提供丰富教学经验、了解人才需求的平台,以人尽其才的用人方式激发教师的工作积极性。近年来,我们已先后从中国科学院、北京理工大学、西安工业大学、北京科技大学等国内知名高校和科研机构引进了多名具有博士学位的教师,并结合智能专业的特点,建立了一支多学科、多专业的基础理论课教师、专业核心课教师、科研及工程技术人员组成的专兼结合的教师团队。这支以中青年为主的教师队伍长期工作在教学、科研第一线,积累了丰富的教学经验,教学效果显著,其中教授3人,副教授2人,研究生导师6人,具有博士学位的教师6人。经过多年的建设,专业已形成了一支知识结构、学缘结构和年龄结构比较合理的师资队伍,教师具有扎实的专业基础,深厚的教学功底,开阔的学术视野和较强的科研能力,其中,2人获北京市优秀青年骨干教师称号,3人多次获得学校优秀主讲教师、优秀导师和优秀毕设指导教师等称号。
在专兼结合的教师团队中,智能科学与技术专业的教师侧重培养学生扎实的理论基础和专业知识,同时注重院校内部交叉学科知识的融会贯通,联合院内信息工程专业、计算机科学专业、软件工程专业以及教育科学学院从事相关研究的学者,通过讲座与项目联合的方式,培养学生对跨学科交叉领域知识的掌握与应用。同时,积极开展与国内外著名软件公司、企业及高级研究机构的交流与协作,建立相关产业和领域一线工程技术人员到学校兼职授课的制度和机制,进一步扩充师资队伍的力量。另外,在教师队伍的建设建设中,采用以老带新和以新促长的方式,注重分工协作和交流发展,采用课程主讲教师负责制,全面负责课程的教学、实验、实习和实践;而实验教师负责实验、实习和实践教学,从而保证了队伍的连续性和优势互补性。此外,教授、副教授每学年必须为本科生开设核心课程,并要承担一定的教学实验、专业实习、指导本科学生科研立项、毕业论文指导等工作,切实保障了课程理论学习与实验、实践、研究环节的紧密跟踪与指导。
4优化课程体系
课程建设是专业建设的重要内容,课程教学的质量直接关系到人才培养的质量。智能科学与技术专业目前有北京市、校级精品课程、优秀课程、探究式课程、双语课程及多媒体网络课程7门,智能信息获取技术、人工智能原理、模式识别、智能决策支持系统、智能机器人、自然语言处理,另外还有多门课程的建设工作验收合格。智能科学与技术专业在课程体系的设置和改革方面,参考了国内外著名高等学校,包括麻省理工大学、斯坦福大学、东京大学、悉尼大学以及北京大学、南开大学、西安电子科技大学、北京邮电大学的智能科学专业的课程设置,充分考虑了我院在信息处理技术方面的特色,以及智能科学专业多年来在机器学习、模式识别、自然语言理解以及智能信息处理等方向的科研成果及研究生培养经验积累,以智能机器人、智能游戏及智能信息处理等为特色课程,以建设“理论―研究―实践”为指导思想,设置了协同递进的特色课程体系,如图2所示。通过“学习+提高+实践”的协同递进和不断深化的过程,达到系统掌握和融会贯通,并由“基础训练”提高到“专业素养”,最终上升为综合能力。在理论基础和实践训练的协同学习过程中,案例学习与项目带动的一体化方式可以激发学生的学习热情和科研兴趣,同时使学生感知理论基础知识的重要性。
图2协同递进的课程体系
5拓宽多学科领域的教学科研合作,提高人才培养质量
智能科学与技术专业自身特点决定了在人才培养方面的学科综合交叉性[5],体现了与其他领域的技术相互渗透的必要性,这种跨学科的交叉应用研究更能激发智能科学与技术专业的活力,更能充分发挥智能专业的科研潜力。拓宽领域合作是各个学科在教学改革中值得思考的问题,我校智能科学与技术专业结合本校的办学特色,与教育科学学院教师联合开展了在教育信息智能化方面的相关合作,将专业技术广泛应用于教育信息的智能处理中,从学业表情、知识驱动、网络信息监管与安全分析入手,基于情感计算、数据挖掘、Multi-agent、分布式智能检测、教育信息等技术,在情绪信息认知计算模型和信息安全监控模型方面进行广泛深入的合作研究。这种交叉领域的教研合作,有利于促进专业相关课程及其实验、实习、科研、毕业论文、学生科研活动取得良好的应用效果[6]。
6人才培养和专业建设的架构
本校智能科学与技术专业结合近年来在人才培养和教学改革中的经验和教训,缜密剖析了当前智能科学与技术专业在我国的学科地位、自身特点和未来发展,建立起了“专业基础+项目实践+社会服务”的人才培养与专业建设架构,如图3所示。
图3人才培养与专业建设架构
7结语
智能科学与技术是一个与学科领域前沿及最新发展紧密结合的多学科交叉专业,因此要结合心理学、哲学、生命科学等多学科不断优化知识结构,根据教育部、教学指导委员会和国家及北京市科技发展中长期规划纲要,突出重点领域和前沿技术优先发展的有关要求,认真研究专业定位,规范智能科学与技术专业建设的基本内容,加强基础,提高素质,优化结构,增强优势,协调发展,突出特色;顺应社会的
发展需求,面向市场的用人需求, 构建经济社会发展需要的课程体系,规范课程教学内容设置,加强精品课程建设,开设高水平课程。同时,政策倾斜、条件改善和严格管理是提高人才培养质量的保障,高校应当进一步加大投入,支持智能科学与技术专业的实验室、实习基地、图书资料、基础设施、师资优化等教学条件的建设和改善,使其具有更好的办学条件和更加先进的教学手段,满足多元复合型人才培养的需要。此外,专业建设实行专业责任制,明确专业建设目标,理清专业建设思路,切实制定和完善专业建设实施规划,加强师资队伍建设,在课程改革与建设、教材建设、实践教学基地建设、教学改革与管理等方面落实相关人员责任,落实专业建设经费,确保达到专业建设的预期目标。最后,加强专业毕业生就业服务与跟踪调查:以科学发展观为指导,以学生的全面和谐发展为中心,在统筹兼顾的前提下,重点加强专业的毕业生就业服务与指导工作,努力提高就业率,积极开展就业跟踪调查,多渠道了解信息,建立更加完善的毕业生社会评价反馈体系,加强专业毕业生的后续管理,进一步提高专业的影响力和社会声誉。
参考文献:
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The Discussion on the Undergraduate Training and Professional Building of the Specialty of
Intelligence Science and Technology
LIU Li-zhen, SHI Chang-di, LI Zhi-ping, ZHANG Cong-xia
(College of Information Engineering, Capital Normal University, Beijing 100048, China)
关键词：数字图像处理；教学内容；教学方法；科研创新能力
中图分类号：G642 文献标识码：A
1 引言
“数字图像处理”课程是“智能科学与技术”专业一门重要的专业主干课，是为了培养本专业学生数字图像处理的基础知识、技术技能以及在实践中的运用能力而设置的专业课程。在“智能科学与技术”专业中，“数字图像处理”课程是该专业一个重要的专业方向――“机器视觉系统”的基础，也是掌握好该专业方向的关键。目前，该课程已经成为本专业信息获取与处理方向的重要课程之一，在学生的专业培养和知识获取中占有重要的地位。
该课程作为专业主干课，具有承前启后的作用，既可作为学生继续学习的研究方向，又是后续相关课程重要的理论基石。随着数字图像处理理论在智能系统的研究不断深入和图像处理技术在国民经济各个领域的广泛应用，我校的“数字图像处理”课程结合课程本身的特点，在教学内容、教学方法、教学手段等方面都进行了一系列的探索，形成了具有我校特色的、能够服务于智能科学与技术专业的课程。
2 制定科学、合理的教学目标和教学内容
“智能科学与技术”专业的培养目标是使学生系统地掌握智能科学的基础理论、基础知识以及基本技能与方法，使学生受到良好的科学思维、科学实验和初步科学研究的训练，并具有分析问题和解决问题的能力，以及知识自我更新和不断创新的能力。依据这样的培养目标，我校的“数字图像处理”课程制定了科学、合理的教学目标和循序渐进且兼顾相关学科的教学内容。由于数字图像处理融合了数学、电子、计算机软硬件、智能系统集成等众多先进技术，体现了诸如计算机技术、自动化技术、光学工程等学科相互交叉和融合的综合运用，内容丰富，应用广，因此本课程在教学内容上既要重点介绍数字图像处理的基本理论、方法，又要介绍当今图像处理的重要应用领域以及与其他学科之间的内在衔接与融合，使教学内容具有系统性、完整性、科学性和先进性。
在教学内容的选取上，继续深化重概念、重基础、重实验、重综合的“四重”教学，突出学以致用的观念，使学生通过课程学习掌握解决具体问题的方法。以能让学生较深入地理解数字图像处理的基本概念、基础理论以及解决问题的基本思想方法，熟练地掌握数字图像处理的基本过程为目的，使学生在有限的学时内有最大的收获，并为后续的机器视觉、数字图像分析等课程打下坚实的基础。例如， “图像变换”是“数字图像处理”课程的核心内容，是理解后续的“图像增强”、“图像复原”等内容的基础，因此我们重点讲述了“傅立叶变换”和“小波变换”，将walsh变换作为学生自学内容。这样选择教学内容的目的，是要使学生明白“图像变换”的目的在于使我们所更关心的一些原始图像的特征更加明显，变换手段不同导致了不同的变换结果。此外，以智能科学技术为核心的我校机器人足球项目在国际国内屡获冠军，形成我校智能专业一大特色和优势，并在计算机视觉等方面形成了特色培养方向。因此，“数字图像处理”作为智能机器人重要的支撑课程，在教学内容的选取上，我们也充分考虑到这一点，例如选择讲述有关移动机器人的视觉图像的获取过程，并根据该流程分析了图像预处理、图像分割以及特征提取的要求。将课程内容与实际应用相结合，使学生产生了极大兴趣，提高了学习积极性，更能为我校机器人足球项目进行人才储备。可以说，“数字图像处理”课程的教学内容正是专业培养目标的真实体现。
3 根据专业特色和课程特点，采用先进的教学方法和手段
在“数字图像处理”课程的教学过程中，为提高教学质量，在教学中采用了多种教学方法和教学手段，注重采用多种教学方式调动学生学习的主动性和积极性，加强学生获取知识能力和创新精神的培养，这也是深化教学改革的重要内容。“智能科学与技术”专业涉及检测技术、控制技术、计算机技术及网络技术等当代信息技术多个领域，是典型的交叉学科，根据“数字图像处理”课程的特点，我们在教学方法和教学手段方面进行了以下的探讨尝试，并取得了一定的成效。
3.1 扬弃传统教学
虽然传统教学采用黑板板书加教师“满堂灌”的教学方式，不利于学生形成主动思维的学习习惯，但在讲述数学公式的推导以及定理证明的过程中，教师在黑板上按步骤推导的过程是非常必要的，而且是必须的。“数字图像处理”课程需要对大量的数学公式进行推导，如果将这些数学公式的推导采用投影方式直接呈现给学生，缺少了在推导过程中与学生的互动环节，不利于学生深刻理解，使学生只是知其然，不知其所以然。此时，传统的书写黑板教学方式在公式推导以及定理证明中是必要的。同时，传统教学中老师在课堂上通过抑扬顿挫的语气以及丰富的肢体语言共同协助传达需要传授的知识，可以加强课堂的感染力，帮助学生理解并掌握知识。因此，在数字图像处理课程的教学中，传统的教学方式既不能完全照搬，也不能完全否定。一方面采用多媒体教学，另一方面也不能完全抛弃传统教学方式。传统教学方式在必要的时候要发挥它的重要作用。
3.2 应用现代化教学手段
“数字图像处理”是以图像为处理对象，其输出形式为图像、图形和数字。该课程非常适宜采用多媒体教学方式。如以图像的形式显示教学信息，图像比语言更容易被学生感知；采用动画和视频更能准确地显示事物的空间特性、时间特性和运动特性，提高了信息的表现力，有利于学生详细观察、分析，提高感受性。应用多媒体技术可以实时重现模拟图像处理前后的直观效果，大大增加了课堂的信息量。针对不同的教学内容，辅以声音、图像、视频、动画等多样化手段，化静态为动态，化抽象为直观，化复杂为简洁，既能活跃课堂气氛，又能最大限度地调动学生想象力，激发学生的学习兴趣，从而教学效果大为提高。例如在讲授图像的采样与数字图像的质量关系时，通过不同采样数据的照片的对比，加深了学生对图像的量化与数字图象的质量关系的理解，也激发出他们对本课程的浓厚兴趣。另外，“数字图像处理”课程的具体应用随着计算机技术发展的日新月异也不断变化，这就要求教师自身的知识要不断更新，授课讲义也要不断反映最新内容。通过近年的积累，我校“数字图像处理”课程在参考了其他学校的教学讲义、教学研究成果，尤其是国内外著名大学的教材、讲义的基础上，结合我校“智能科学与技术”专业的培养目标和专业特色，制作了具有最新内容的课堂教学课件和实验教学系统。现代化手段教学的实践表明， 采用现代化教学手段能缩短学时，提高教学效果，优化教学过程，同时提高学生的学习热情和创新意识，有利于多方面开发学生智力，提高学生的综合素质等。
3.3 建设网络教学辅助平台
我们已经整合各类课程教学资源，如课程介绍、主讲教师介绍、教学大纲、授课教案、作业习题、实验指导、参考文献目录、课程考试考核办法、授课实况录像等资源全部上网，建成网络化辅助教学系统，应用该系统开展网络化辅助教学。例如在“网络学习”栏目中，我们将“数字图像处理教学模拟系统”放置在这里，学生可以根据课堂讲授，结合该模拟系统在课后对课堂知识进行消化吸收，加深对课堂内容的理解，深入分析试验数据，对实验结果进行论证。如在讲解采用线性变换进行图像增强的原理时，给出了曝光不足情况下，通过线性拉伸增强对比度的演示实例。学生在学习了模拟系统的示例演示后，对其中的数据进行修改，观察到经过不同的数据变换后的图像增强结果，加深了对这部分知识的理解。借助网络，学生的学习和与教师交流可以跨越时空。通过网络教学辅助平台，既能实现以教师为中心向以学生为中心的转变，为增强学生的信息意识、综合素质、创新能力和个性发展奠定坚实的基础，又能获取同行和学生的反馈信息，促进教学经验交流、教学资源共享甚至教学成果推广应用。
3.4 加强实践教学
在实验课堂上，一方面，把某些研究成果以图像、图形和数据的方式向学生展示，扩大学生的知识视野，从中抽取与课程相关的内容进行重点描述，加强理论与实际应用的联系；另一方面，要求学生进行实际的数据处理、软件设计和影像处理，以培养学生分析并解决实际问题的能力、方案设计能力、编程实践能力和创新能力。在实践教学中，重视使用Visual c++图像编程技术，使学生更符合社会对“智能科学与技术”专业的人才需求。“数字图像处理”按照课程内容设置了图像变换、图像增强及复原、图像分析、图像编码等4个实验和图像处理系统综合设计。其中前4个为设计性实验，利用基于Visual c++的基本实验平成。最后的综合设计是培养学生综合运用所学知识与技能，训练他们分析和解决实际问题的能力的重要手段。综合设计中不仅要编写程序代码并测试，还要撰写综合设计报告，以此来进一步提高学生理论研究、查阅资料等方面的能力。通过综合设计，85％的学生认为动手编程能力得到了加强，92％的学生认为对所学知识有了更深刻的理解，83％的学生认为综合训练后可以比较熟练地利用Visual c++进行图像处理操作，90％的学生认为通过综合设计，激发了学习兴趣，锻炼了图像处理技能，对就业更有信心。
此外，在实践环节中，计算机学院为规范各类实践教学的环节，精心编制了实践教学管理实施细则，并建立了严格的考核制度。该细则包含了任务说明、实施计划、现场检查等多项附表，从各个细节入手进行规范管理，保证了实践教学质量提高。
4 结合科研课题教学，促进学生科研创新能力培养
“智能科学与技术”专业依托我校湖北省重点学科一一模式识别与智能系统的学科优势，在教学过程中，结合教师的科研课题讲授，从多方面促进学生的科研创新能力。我校的机器人足球项目是“智能科学技术”专业的特色，以此为平台的计算机视觉也形成了特色培养方向。而“数字图像处理”是计算机视觉的重要理论和技术基础，因此，我们在“数字图像处理”课程中将足球机器人系统中运用的大量数字图像处理前沿的基础知识和技术引入课堂。如讲授了自主移动机器人视觉系统中针对移动机器人的技术要求与视觉导航的特点，运用了图像预处理、图像分割与特征提取等图像处理技术。
课程主讲教师队伍目前承担了一批省(部)级的纵向科研项目(含教育部科学研究计划项目、湖北省教育厅科学研究计划项目、湖北省自然科学基金项目等)和横向科研项目，这些项目都是与数字图像处理密切相关。在这些项目资助的基础上，创建了良好的实验平台。借助该平台，学生结合老师的科研课题，通过参加校内外科技活动，开展了一些与数字图像处理有关的研究与实践工作，培养了他们适应社会的竞争力和工程实践能力，并取得了良好的效果。例如本专业2007级15名学生依托教师的科研项目申请了三项大学生校长基金项目――“基于信息融合的半自主机器人系统研究”、“多源图像信息融合技术的分析及应用研究”、“基于内容和相关反馈的图像检索方法”，占本班级学生总数的54％。学生除了可以获得一定的金额资助外，还能获得学校认定的创新学分。以上措施极大地调动了学生学习本门课程的积极性，从另一个侧面提高了教育教学的质量。
关键词：智能科学与技术；计算方法；教学；改革
1 教学现状及存在问题
计算方法又称数值分析或科学计算，是计算机应用的重要领域，主要研究利用计算机解决数值计算的理论和最先进有效的算法。计算方法是高等学校计算机科学与技术、软件工程、智能科学与技术等专业学生必修的一门专业基础课。其先修课程是高等数学、线性代数和程序设计语言（一般是C语言）。课程内容包括算法与误差分析、插值问题、线性方程组的直接解法和迭代法、数值积分和常微分方程的解法。课程内容决定了计算方法的教学不仅介绍各种数值算法的数学原理，而且强调借助程序设计语言实现算法。计算方法课程意在培养学生用计算机解决各种数学问题的能力。
1.1 理论教学环节存在的问题
第一，学生缺乏学习热情。计算方法主要介绍各种数值算法的数学原理，不可避免地要进行理论探讨。实际教学中，学生们普遍对理论教学缺乏学习热情。加之理论探讨过多，与应用存在距离，缺少对学生工程能力的训练，学生普遍认为不会从事工程计算类工作，因此不知道这门课程能干什么，更增加了冷漠情绪。
第二，数学内容多。学生在学习高等数学、线性代数等课程中，由于对数学类课程难度有了认识，产生了一定逆反心理，认为与数学有关的都难、烦，不喜欢学数学、不喜欢学计算方法。
第三，计算方法课程依循传统教学法进行讲授。教师讲，学生听。这种教学模式很难激发学生学习探究的兴趣。现在理论授课多以PowerPoint演示授课，只有少量内容进行板书。学生几乎不记笔记，上课带个耳朵听，课后把课件拷贝走。这样的学习过程能记住乃至掌握多少课程内容，很难预料。
1.2 实验教学环节存在的问题
首先，理论与实践结合不紧密。由于学生几乎不复习，实验课上机时，部分学生几乎已经将理论课内容和上机练习内容忘记殆尽，只是随同学复制代码，运行程序，并没有真正去思考和动手解决问题，这根本无法达到实验课培养工程实践能力的目的，使实验上机成了走过场。
其次，我们选择以c++语言为工具进行程序设计。学生学过C，但没有学过C++语言，无法准确分辨C和C++语言的异同和优劣，更无法应用自如。学生普遍将C++语言当成C语言使用，这使学生产生疑惑，为什么要用C++，甚至有这样的疑问：C++和c有什么不一样？另一方面，因为不理解面向对象程序设计方法，当在c++程序中遇到面向对象的程序时，就会更加不解。C++语言没有给学生学习计算方法带来促进作用，反而在一定程度上扰乱了学生的思路。
如何在已有课时内，调整教学思路、更新教学大纲、改进教学方法，激发学生的学习、探究兴趣，促使学生掌握计算方法的基本思想，学会利用数值算法解决问题，能进行误差分析，能上机编程计算，提高学生工程应用能力，是我们必须正视并着力解决的问题。
2 教学改革措施
针对上述问题，采取以下改革措施完成课程教学，提高教学质量。
2.1 理论教学改革措施
要求学生树立正确观念，客观认识计算方法课程，做好迎难而上的心理准备。具体而言，引导学生认识以下几点：
（1）构造算法和对每个算法进行理论分析是计算方法课程的基本任务，要主动适应“公式多”“讲理论”的特点。
（2）理解每个算法建立的数学背景、数学原理和基本线索。
（3）从各种算法的理论分析中学习推理证明方法，提高推理证明能力。
（4）对于每一个算法，要将数学模型、算法公式、计算步骤及算法流程图作为一个整体来理解，这是计算方法课程的学习模式。
2.2 实验教学改革措施
（1）认真进行数值计算的训练，尤其是编程计算的训练，将流程图看作连接算法与程序的不可缺少的重要环节，养成按流程图或算法伪码编程的良好习惯。
（2）将程序设计语言更改为MATLAB。培养学生使用专业工具进行科学计算。
2.3 教学方法改革措施
加强教学法研究和教学经验的交流，重视教学改革，积极采用现代化教学手段，不断提高课堂教学效率和教学质量；提倡教师站在本课程全局的高度，用“系统论的方法”来研究本课程各知识点之间的内在逻辑联系。争取用简洁的语言、清晰的思路、最少的学时向学生传授最多的知识和技能；注重学生自学能力的培养，引导学生独立完成课外作业。
教师在开学前精心备课，组织试讲，交流讲课内容、风格，并进行改进提高。课堂上，以学生为中心，以问题为起点，以知识点为主线，以案例和启发式教学为主，贯穿教学模式于整个教学过程中。
3 教学大纲
3.1 理论教学
根据教学改革思路和教学改革措施，制订新的教学大纲。新的教学大纲体现了目前微型计算机应甩日益普遍，计算机语言向多极发展的特色，将重点放在算法的构造和原理上，每一算法又围绕数学模型、算法原理、计算步骤和算法流程图展开。通过该课程的学习，学生应该了解和掌握各种算法的数学模型、计算公式和计算步骤，能画出各种算法的流程图，‘并能根据各种算法的流程图编程上机求解相应的数学问题，掌握差商、差分的性质并能推导和证明，掌握插值和数值积分、微分各种算法的基本理论和误差分析及3种三角分解公式的简单推导。
新教学大纲中，课程内容是以知识点为基础的体系架构，包括概念、知识点、原理、方法、应用、案例。教学要求由深入到一般共分为3个层次：掌握、理解、了解。以插值方法理论教学要求为例，如表1所示。
每个教学环节都有符合教学要求难易适中的例题作为课后作业留给学生，促使学生复习，巩固记忆，加强课堂教学效果。
实验根据实验出勤、态度、程序设计、实验报告等评定实验成绩。要求学生以以下几个实验环节做足准备。
（1）实验预习。预先编写相应程序，能正确回答指导教师提出的相关问题。
（2）实验操作。实验操作方法正确，算法设计正确，能独立解决实验中出现的一般问题，而且实验结果正确。
（3）实验报告。内容全面，字迹清晰工整，数据记录、处理正确，对实验中出现的问题分析正确。
3.3 考核方式
课程考核采用开卷考试，成绩由理论考试成绩和实验成绩组成。
3.2 实验教学
实验教学着眼于提高学生工程实践能力，掌握解决问题的技能。为学生的就业竞争和未来职业发展储备能量。以插值方法实验教学要求为例，如表2所示。
（1）理论成绩，占总成绩的80%，主要考查学生数值算法基础、算法原理、数学模型、算法流程图及误差分析等的掌握程度。
（2）实验成绩，占总成绩的20%，主要考查学生编程能力，要求完成从数学模型、公式、计算步骤、算法流程图、编写代码、调试到撰写实验报告的整个过程。
关键词：人工智能；异化；规范；生态文明观
中图分类号：TP18
文献标识码：A
一、人工智能技术的发展及其影响
人工智能技术研究开始于20世纪50年代中期，距今仅有60年的发展历程，但是其迅猛的发展速度，广泛的研究领域以及对人类产生的深远影响等令人惊叹。调查显示，77.45%的人认为现实生活中人工智能技术的影响较大，并且86.27%的人认为人工智能技术的发展对人类的影响利大于弊；认为人工智能技术对人类生活影响很小且弊大于利的人权占很小一部分。人工智能技术的发展和应用直接关系到人类社会生活，并且发挥着重要的作用。人工智能技术的发展方向和领域等由人类掌控着，所以人类应该尽可能地把人工智能技术的弊处降到最低以便更好地为人类造福。2016年3月份，围棋人工智能AlphaGo与韩国棋手李世h对弈，最终比分4∶1，人类惨败。4月份，中国科学技术大学正式了一款名为“佳佳”的机器人，据了解，机器人“佳佳”初步具备了人机对话理解、面部微表情、口型及躯体动作匹配、大范围动态环境自主定位导航和云服务等功能。而在这次正式亮相之前，“佳佳”就担纲主持了2016“首届全球华人机器人春晚”和“谁是棋王”半Q赛。人工智能技术确实给人类带来了诸多的便利，给人类生产生活带来便利；但是，人工智能技术的快速发展超乎人类的预测，引起了人类的恐慌和担忧。百度CEO李彦宏称，人工智能是“披着羊皮的狼”。毋庸置疑，科学技术是一把双刃剑，当人类醉心于科学技术所带来的福利中时，更应当注意其带来的负面作用。人类发明和创造科学技术最终是为了造福人类，而非受到科技的异化。
随着科技的发展，人工智能技术越来越成熟，在此整体趋势之下，不同的人群对人工智能技术的不断成熟与应用有着不同的看法。调查结果显示，在关于机器人会不会拥有人类的思维甚至超过人类的问题方面，27.45%的人认为机器人会拥有人类的思维和超过人类；而56.86%的人认为机器人不会拥有人类的思维和超过人类，小部分人对此不是很清楚。由于受到人工智能技术迅猛发展的冲击，如机器人保姆、AlphaGo围棋等智能产品对人类发展带来的威胁，一部分人仍然对人工智能技术的发展担忧甚至认为终有一天机器人将代替人类、征服人类、控制人类。但是，大部分的人在机器人是否能够超过人类方面，保持乐观积极的态度，认为机器人永远不会拥有人类的思维并且超越人类，因为人类是技术的主导者，人类掌握着技术的发展方向，技术终究是为了人类服务。这一看法肯定了人类的无止境的创新，然而，在人类醉心于技术创新的同时，应意识到某些创新确实超出了人类的预料，如AlphaGo与李世h围棋人机大战就是人类在技术面前失败的惨痛教训。因此，面对科技对人类的异化，人类要时刻保持警惕，适时地总结“技术异化”的缘由和解决对策。
二、人工智能技术发展面临的问题及其原因
随着技术的革新，人工智能技术的应用越来越广泛，与人们的日常生活联系也愈加密切。从智能手机的普及到自动驾驶汽车的研制成功，再到生产、建设、医疗等领域人工智能技术的应用，都表明了人工智能技术正悄无声息地改变着我们生活方式。诚然，人工智能技术使我们的生活更加丰富多彩，给我们带来了极大便利，但与此同时，人工智能技术也给社会带来了一系列不可忽视的问题：人工智能技术在社会生产领域的应用对劳动市场造成冲击；人工智能系统在收集、统计用户数据过程中个人隐私及信息安全方面的隐患；人类对人工智能产品的依赖引发的身心健康问题；人工智能引起的责任认定问题等。斯蒂芬・霍金在接受BBC采访时表示，“制造能够思考的机器无疑是对人类自身存在的巨大威胁。当人工智能发展完全，就是人类的末日。”表示同样担忧的还有特斯拉的创始人马斯克，他曾直言，“借助人工智能，我们将召唤出恶魔。在所有的故事里出现的拿着五芒星和圣水的家伙都确信他能够控制住恶魔，但事实上根本不行。”不可否认，人工智能技术是把双刃剑，有利亦有弊，争议从来就没有停止过，而最不容忽视的莫过于人工智能技术引发的一系列伦理困境，关于人工智能的伦理问题成了重中之重。
调查发现，47.55%的人认为人工智能所引发的伦理问题是因为人性的思考，占比较大；而22.55%的人认为是由于人们价值观念的改变；29.9%的人认为是利益分化与失衡以及一些其他的原因导致的。由此可以看出导致人工智能伦理困境的原因是多方面的。主要总结为以下几个方面。
第一，从技术层面来看，人工智能技术在现阶段仍然有很大的局限性。人工智能是对人脑的模仿，但人脑和机器还是存在本质区别的，人脑胜于人工智能的地方，就是具有逻辑思维、概念的抽象、辩证思维和形象思维。人工智能虽能进行大量的模仿，但由于不具备形象思维和逻辑思维，仅能放大人的悟性活动中的演绎方法，不可能真正具有智能，这决定了机器不能进行学习、思维、创造。此外，智能机器人也不具备情感智能，它们根本无法去判断自己行为的对错，也无法自动停止自己的某项行为，所以如果人工智能技术一旦被不法分子利用，后果不堪设想。可见，由于人工智能自身技术上的局限性导致的伦理问题已经影响到其未来发展。
第二，从规制层面来看，伦理规制的缺失和监督管理制度的不完善是导致伦理问题产生的重要原因。科技的发展目标是为人类谋求幸福，但我们必须认识到，无论是在科技的应用还是发展过程中总是存在一些难以控制的因素，倘若没有相应的伦理原则和伦理规制加以约束，后果难以想象。在目前人工智能领域，缺乏一套成体系的关于人工智能技术产品的从设计、研究、验收到投入使用的监督管理方案，也没有一个国际公认的权威性的规范及引导人工智能技术的发展及运用的组织或机构。现有的监督体制远远滞后于人工智能技术的发展速度，无法匹配技术发展的需要。缺乏相关监管制度的约束，人工智能技术就不可避免会被滥用，从而危害社会。
第三，从社会层面来看，公众对人工智能技术的误解也是原因之一。人工智能作为一门发展迅猛的新兴学科，属于人类研究领域的前沿。公众对人工智能技术的了解十分有限，调查显示，对人工智能技术只是了解水平较低的人较多，占62.75%，以致部分人在对人工智能技术没有真实了解的情况下，在接触到人工智能技术的负面新闻后就夸大其词，人云亦云，最终导致群众的恐慌心理，从而使得更多不了解人工智能技术的人开始害怕甚至排斥人工智能技术。我们必须清楚，人工智能是人脑的产物，虽然机器在某些领域会战胜人，但它们不具备主观能动性和创造思维，也不具备面对未知环境的反应能力，综合能力上，人工智能是无法超越人脑智能的。在李世h对弈AlphaGo的旷世之战中，尽管人工智能赢了棋，但人类赢得了未来。
三、人工智能技术的发展转向
人工智能技术的发展已经深入到人类社会生活的方方面面，其最终发展目标是为人类服务。但是，科学技术是把双刃剑，它在造福人类的同时，不可避免地会给人类带来灾难，因此，人类应该趋利避害，使人工智能和科学技术最大化地为人类服务。这就要求人类必须从主客体两个角度出发，为人工智能技术的健康发展找出路。
1.技术层面
（1）加强各个国家人工智能的对话交流与合作。人工智能自20世纪50年代被提出以来，尤其是近六十年来发展迅速，取得了许多丰硕的成果。如Deep Blue在国际象棋中击败了Garry Kasparov； Watson 战胜了Jeopardy的常胜冠军；AlphaGo 打败了顶尖围棋棋手李世h。从表面上看，人工智能取得了很大的进步，但深究这些人工智能战胜人类的案例，我们发现这些成功都是有限的，这些机器人的智能范围狭窄。造成这一现象的很大一部分原因就在于国际间人工智能技术的对话交流与合作还不够积极，所以加强各个国家人工智能的对话和交流迫在眉睫，同时也势在必行。
（2）跨学科交流，摆脱单一学科的局限性。从事人工智能这项工作的人必须懂得计算机知识、心理学和哲学。历史的经验告诉我们，一项科学要想走得长远就必须有正确的意识形态领域的指导思想的介入。在人工智能这项技术中，有些科学家们可能只关注经济利益而没有引进相应的伦理评价体系，最终使得技术预测不到位，没有哲学的介入，等真正出现问题时就晚了。所以要加强科学家与哲学家的沟通交流，令科学家能更多地思考伦理问题，提高哲学素养，在人工智能技术中融入更多的哲学思想，保证人工智能技术能朝着正确、健康方向发展。
（3）人工智能技术的发展，要与生态文明观相结合。在人工智能技术发展中，要注入更多的生态思想，这关系人民福祉、关乎民族未来的长远大计。在人工智能发展中，若是产生资源过度消耗、环境破坏、生态污染等全球性的环境问题时，人类必须制止并进行调整。人工智能技术要想发展得更好，前景更加明亮，前途更为平坦，就必须保持与生态文明观一致，与人类自身利益一致，为人类造福。
2.人类自身层面
（1）增强科学家道德责任感。科学技术本身并没有善恶性，而研发的科学家或是使用者有善恶性。人工智能将向何处发展，往往与研发人工智能的科学家息息相关。科学家应打破“个体化原理”，要融入社会中去，关注社会道德伦理问题，承担起道德责任，为自己、他人、社会负责，多去思考自己研发的技术可能带来的后果，并尽可能去避免，多多进行思考，严格履行科学家的道德责任。
（2）提高公众文化素养。调查发现，对人工智能技术了解水平较低的人较多，占62.75%；而非常了解的人较少，占4.41%；另外，对人工智能技术了解的人占21.08%，不了解的人占11.76%。由此可以看出，大部分的人对人工智能技术都能有所了解，但都不是很深入，而且仍有部分人对人工智能技术丝毫不了解，所以，人工智能技术对于个体的影响是比较微小的，其发展还没有深入到个人的日常生活中。特别是在一些关于人工智能的科幻电影的渲染，可能使那些对于人工智能技术并不了解或是一知半解的人产生偏见。在日常生活中，人工智能给人类带来了极大的便利。通过提高公众的文化素养，使公众正确认识人工智能技术，将是缓解甚至是解决人工智能技术某些伦理问题的重要途径之一。
（3）加大监督力度。人类需要通过建立一个完善的监督系统引导人工智能技术的发展。对于每项新的人工智能技术产品从产生到使用的各个环节，都要做好监督工作，以此来减少人工智能技术的负面影响，缓解甚至减少人工智能技术的伦理问题。
3.道德法律用
（1）通过立法规范人工智能技术的发展。调查发现，90.69%的人认为有必要对人工智能技术所引发的科技伦理问题实行法治，由此可以看出，要想保证科技的良好健康发展，必须要建立健全相关法律条例。然而我国在这一方面的法律还存在很大的漏洞，相关法律条文滞后于人工智能的发展，并未颁布一套完整的关于人工智能的法律体系。没有规矩不成方圆，在人工智能领域亦是如此。我们都无法预测将来人工智能将发展到何种地步，这时就需要人类预先加以适当的限制，利用法律法规加以正确引导，使其朝安全、为人类造福的方向发展。
（2）构建人工智能技术伦理准则并确立最高发展原则。要构建以为人类造福为最终目的的伦理准则。人工智能技术的伦理问题已经给人类造成了很多负面影响，而要防止其带来更多负面影响，构建合适的人工智能技术伦理准则势在必行。
此外，要确立以人为本的最高发展原则 。一切科学技术的发展都应把人的发展作为出发点。人工智能的发展也是如此，要将以人为本、为人类服务为出发点，并作为最高发展原则。
四、结语
科学技术是把双刃剑，人类只有消除人工智能技术的潜在威胁，发挥人工智能技术最大化效用，避免伦理困境重演，才能实现人机交互的良性发展，实现人工智能与人类的良性互动。
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【关键词】新课程改革;信息技术教师;实践智慧
【中图分类号】G420 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2009)12―0016―03
随着基础教育改革的逐步推进和教师教育的不断发展,人们逐渐意识到教师的教学要回归实践,关注教师实践智慧的重要性,“让智慧回归教育,让智慧唤醒课堂,让智慧引领教师专业成长”已成共识。教师实践智慧是其专业特性的重要表现,培养教师实践智慧应当成为当前教师教育的重要目标之一。目前关于教师实践智慧理论研究的文章逐渐增多,但对信息技术教师实践智慧论述的文章寥寥无几。信息技术教师实践智慧的强弱,不仅决定着信息技术课教学质量的高低,而且在一定程度上会影响中小学教育信息化的进程和新课改的效果。我国信息技术教师实践智慧的特征和表现如何,信息技术教师如何积累、丰富、完善自己的实践智慧等等,都已成为当前信息技术教师发展必须要解决的重要问题。
一 新课改呼唤智慧型信息技术教师
我国新课改即基础教育课程改革于2001年启动,要求从教育观念、教学方式和学习方式、课程功能、课程结构、课程管理方式及课程建设方式等方面做深度改革。[1]教师是新课程改革的实施者,新课程改革对教师从教育观念、教学行为、教学模式和教学方式等方面都提出了新的要求。信息技术教师作为中小学教师殊的群体,既要接受新课改对一般教师的要求和挑战,还要接受新课改对自己提出的独特要求和挑战。不仅要依据课程标准和新课改的要求,对信息技术课程进行大胆、积极、创新地改革,而且要协助其他学科教师进行课程改革,从技术和理念方面推动信息技术与学科课程整合,加快整个学校的信息化进程。新课改对信息技术教师提出了以下具体要求:①转变教学理念:从传统意义上的知识传授者转变为新课程的实施者、参与者、研究者和创作者,成为学生学习的促进者,成为学生数字化学习能力的培养者;②调整课程结构:新课程改革注重信息技术课程内容的社会性和人文性,强调教学内容的开放性,强调与不同学科知识内容的融合,信息技术教学内容不限于书本、课标、教材、技术理性层面的科学知识,而是向生活、自然开放,向人类道德、价值领域开放,向信息技术学科前沿开放;③融洽师生关系:从以往强调教师权威的苛刻型师生关系转向强调民主、师生对话的平等师生关系;④创新教学模式:由以往注重知识传授的注入式、传递接受式教学模式转向倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手、主动合作、提高信息素养及问题解决能力的探究-发现式教学模式;⑤转换课程角色:由课程内容的传递者转向课程内容的建设者和开发者。
改革需要热情和激情,更需要理性和智慧,因为课程改革是一种教学实践,而成功的教学实践需要理性的指引和智慧的导航,所以新课程改革亟需智慧型、专家型教师的积极参与,也亟需教师尽快提升自己的实践智慧。信息技术教师要迎接新课改对自己提出的挑战,除了具备坚实的学科专业基础和掌握丰富的教育教学理论以外,还需要在教学实践中去体验、去落实、去创造,通过大量的实践探索,不断反思、总结经验,并且把教育理性和情感有效地整合和融化,不断地积累、丰富、完善自我的实践智慧。
二 信息技术教师实践智慧的特征
1 信息技术教师的实践智慧
教师要有广博的知识,深厚的素养以及一定的理论修养和思辨能力,但这不能取代教师的实践智慧。教师实践智慧的提出是相对于教师的理论智慧而言的,是教师教育智慧的核心要素之一。苏霍姆林斯基在《给教师的建议》中说:“教育的技巧并不在于预见到课堂的所有细节,而在于根据当时的具体情况,巧妙地在学生不知不觉中做出相应的变动。”
有学者认为:“所谓教师的实践智慧是指教师对教育合理性的追求,对当下教育情景的感知、辨别与顿悟以及对教育道德品性的彰显。”[2]也有学者认为:教师的实践智慧主要指教师在教育教学实践中基于善的教育价值追求,对教学工作的规律性把握、创造性的驾驭,深度洞悉、深度思考、敏锐的感悟与反应以及灵活机智应对的综合能力。[3]
笔者认为:信息技术教师的实践智慧是在信息技术教学活动和数字化学习资源创作与管理的实践活动中,对有关信息技术教学和数字化学习资源创作的整体直觉认识。它来源于教学和学习资源开发的经验,通过对具体的教学和数字学习资源开境、教学事件和课件开发事件的关注和反思,将感性的、内隐的经验提升,使其内化为信息技术教师的教学实践能力和学习资源开发能力,并且使信息技术教师能在不断变化的工作情景中采取有效的行动,解决实际问题。
信息技术教师的实践智慧既包括教学实践智慧,也包括数字化资源开发和管理的实践智慧,它是信息技术教师在长期的教育教学和数字化学习资源开发实践中感悟、反思的结果,也是他们教学理念、技术素养、艺术素养、情感与价值观、教学风格等多方面素质高度个性化的综合体现。
2 信息技术教师实践智慧的特征
信息技术教师的实践智慧具有一般教师实践智慧的共性,又有自身的专业特色,具体来讲,信息技术教师的实践智慧具有以下特征:
(1)内隐性:波兰尼(Polanyi M)认为:人类有两种知识:即显性知识和隐性知识,隐性知识是不能用语言文字、地图和公式表述的。隐性知识具有如下特征:不能通过语言、文字或符号进行逻辑说明;不能以正规的方式加以传递;不能“批判性反思”。[4]信息技术教师实践智慧主要来源于,在对软硬件的操作过程中对知识和技能的渐进累积,众所周知,对同一个软件的操作方法因人而异,而且在实际的软件使用情境中有些技巧和方法是只可意会不可言传的,难以与他人分享,而只能靠个体去体会和感受。信息技术教师的实践智慧具有很明显的内隐特征,完全符合波兰尼所认定的隐性知识的特征。
(2)个体性:实践智慧是信息技术教师个性的独特表现,是其教学风格的折射。教师的实践智慧存在于个人过去的经验、现在的身心和将来的行动和计划中,因为它来自教师的个人经验,是教师自己的体验和感悟。但不同的教师由于其年龄、成长经历、生活背景等差异,对教学的感悟也会有种种不同,再与个人的思维方式、行为特征相结合,往往会形成极具个性化特点的实践智慧。
(3)动态性:信息技术教师的工作环境变化多端,信息技术教师工作的环境不仅包括教室等物理环境,还包括以计算机为核心的各种软硬件环境。信息技术教师实践智慧是在和复杂多变的对象以及环境交互中动态生成的,又反作用于实践,是在信息技术教学实践中对复杂教学关系的梳理,体现教师的随机应变能力和灵活的教学机智,也是教师在长期的数字化资源开发和管理实践中,对用户需求、软件构架和系统生成的经验积累、深度反思。
(4)随机性:信息技术教师面对的是个性多异的学生和学科教师在课程整合和信息化教学实践中遇到的复杂技术难题。因此,信息技术教师在实践工作中面临的对象、任务和工作内容都具有不确定性和不可预测性。信息技术教师的实践智慧是教师无法预设的随机行为,它的发生具有一定的偶然性,与信息技术教学过程中发生的偶然事件有一定的联系。信息技术教师在数字学习资源开发和管理过程中,经常会遇到“有心栽花花不成,无心插柳柳成荫”的现象,这充分体现了信息技术教师实践智慧的随机性。
(5)情境性:“实践智慧处于特定时空所构成的情境中,与特定的事情相关联,实践智慧需要的是与情境的特殊性相关的认知和思考。”[5]教学情境和数字资源开发与管理的情景具有易变性、不确定性和特殊性等特征,充满变化和不确定性的实践要求教师时刻机敏地感知、辨别与顿悟当下的教育情景和资源开景。信息技术教学与特定人、物、时、空和具体的情境密切相关:一方面,信息技术教师实践智慧的生成是在具体的教学情境和特定的问题背景下,具有情境特定性;另一方面,信息技术教师的实践智慧适用的教育情境也是无法预料的,所以难以对这种情境中的教学行为或事件予以准确的认定,事先制定合理而有效的应对策略。
三 信息技术教师实践智慧的培育策略
1 在专业意识唤醒中激活实践智慧
关注信息技术教师的职业情感状态,学校对信息技术教师的职业认同和接受,会直接影响信息技术教师的整体智慧水平。要提升信息技术教师的实践智慧水平:第一,要唤醒自身的专业意识,给自己准确的定位。信息技术虽然是小学科,但不要把自己定位为技术和服务人员,要有发展成学校主流学科教师的志气。第二,要转变学校领导和学科教师的信息技术课程观念。观念是行动的灵魂,教育观念对教学实践具有指导和统率的作用。现实中,学校领导和学科教师对信息技术教师的专业认同存在偏见,要转变学校领导和学科教师对信息技术教师的偏见和陈旧观念,重视信息技术教师的生存问题,采取切实有效的措施,解决信息技术教师的工作量、职称评定等一系列问题。
2 在学习中坚实实践智慧
“要给学生一碗水,教师要有一桶水。”信息技术是一个不断发展的动态学科,信息技术日新月异,新名词、新概念层出不穷,需要信息技术教师及时更新自己的知识储备,把自己的“一桶水”变成“长流水”。新课改对信息技术学科的要求更高了,学校教育信息化要求信息技术教师学习更多的教育新理论并进行新的尝试。因此,提高理论知识和技术、强化自己的实践智慧是信息技术教师的当务之急。
信息技术教师既要学习先进的教学理论和信息技术的新知识,还要注重对教学和媒体实践知识的积累。实践智慧的核心要素是个体在“Know how”方面的实践性知识。对实践性知识的学习,最好的获取方法是给一个师傅当徒弟――不是因为师傅能教他,而是因为只有通过与一个不断实践它的人持续接触,才能习得它。[6]信息技术教师可以通过拜师获取信息技术教学专家的实践智慧,可以有意识地深入到他人的教学场景和工作场景,领悟他人的实践智慧。
3 在反思中梳理实践智慧
美国心理学家波斯纳(Posner G.J)提出了教师成长的公式:“成长=反思+经验”。信息技术教师要获得或者增进实践智慧,不能坐等经验的自然积累,而要充分利用个人现有的经验,不断自我提问或与他人对话,这种反思是以具体的信息技术教学情境为背景、以教师个人经验为基础、以信息技术教学实践为指向。结合自己的专业特色,信息技术教师可以通过以撰写反思日记的方式进行课后反思,反思的内容包括教学起点、教学内容、教学目标、教学媒体和教学过程等方面。
4 在对话中共享实践智慧
新课程强调,教学是教与学的交往、互动,交往意味着人人参与,意味着平等对话。对话是提升信息技术教师实践智慧的有效手段。与学生之对话,折射自己教学实践智慧的效果,为以后的教学实施提供参考。与学科教师对话,既可以促进信息技术教师对学生的全面认识,也能让不同学科教师的实践智慧相互碰撞,共同提高与发展,还能促进学科教师信息技术与课程整合的步伐和效果。与学校领导对话,让学校领导知晓信息技术教师的工作状态,认同信息技术教师的工作。与资深教师对话,资深教师身上蕴含丰富的实践智慧,年轻教师经过对资深教师课堂教学实践的观察、模仿和体验资深教师的实践智慧。[7]与互联网中信息技术教学相关论坛中的同行对话,观看和收集同行的教学日志和教育叙事,挖掘其行为背后的思想闪光点。
5 在培训中丰富实践智慧
信息技术与其他成熟学科不同,没有多少较好的、完备的经验可供参考,需要教师不断地去探索实践。信息技术教师专业成长需要专家引领、同伴合作、和自我反思相结合;需要新课程通识培训、专业培训、课堂教学实践培训相结合,通过培训激活教师的实践性智慧。要探索注重教学实践的培训模式,如案例式教学、问题式教学、参与式教学和情景体验式教学等。其中参与式培训是目前教师培训中备受青睐的一种方式,也是信息技术教师实践智慧重要的生成过程。参与式培训赋予每位教师平等学习和表达的权利,还十分重视教师已有的知识经验,把它视为重要的课程资源,通过教师分享彼此之间的教学经验,将自己的实践经验通过交流表达出来。通过培训能真正积累实践经验,为自己今后的实践智慧的提升提供新思路,打下坚实的基础。
信息技术教师利用机会培训其他学科教师,授之以渔,让学科教师掌握基本的信息技术知识,这样既历练了信息技术教师的实践技能,又提高了学科教师的信息素养。
6 在研究中提升实践智慧
前苏联教育家苏霍姆林斯基曾说过:“如果你想让教师的劳动能够给教师带来乐趣,天天上课不至于变成一种单调乏味的义务,那你就应该引导每一位教师走上从事研究这条幸福的道路上来。”新课程要求教师应该是教育教学的研究者,信息技术教师要树立“教学即教研”、“教师即研究者”的观念。
对信息技术教师来说,最有效和最可行的方式之一就是引导教师结合自己的教育教学实践开展行动研究。行动研究是专门以解决教育实践中的问题为目的,把解决实际情境中的问题放在第一位,倡导教师以研究实践者的角色进入研究情景。信息技术教师分析自己在专业发展和教学实践中遇到的问题,通过反思,结合实践境遇,提出解决问题的方案,并实施方案,观察和记录自己实施的过程,通过多轮的行动研究,直到自己的实际问题解决为止。信息技术教师也要关注当前信息技术教育专家提出的各种理论、各种学说,从教学实际出发,在实践中尝试、试验,并发展完善。
随着新一轮基础教育课程改革的深入发展,信息技术与学科课程整合的呼声也越来越高,信息技术课程及信息技术教育的普及都亟需富有智慧的信息技术教师,但是信息技术教师实践智慧的培育和提升犹如一艘刚刚启航的帆船,任重而道远,还需信息技术教师、同行、学校、社会的共同护航,才能顺利抵达胜利的彼岸。
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关键词：建筑；智能化；发展趋势；建造师
一、智能建筑的内涵
所谓智能建筑，是指的当代高新科技和建筑技术结合的产物。其英文是Intelligent Building，又被称作智能大厦。它是现代高科技的结晶，是伴随着社会信息化和经济国际化产生的。其内涵能够很好的体现建筑艺术和信息技术的结合。近年来，随着各种电子技术的迅速发展，自动化水平的提高，建筑物设备的自动化程度也越来越高，发展为综合自动控制。而智能建筑技术的崛起是多学科，多种技术综合应用的结果，比如：自动化技术，计算机技术，通信技术，管理技术等等。
另外，对于智能建筑的内涵，国际国内针对不同的出发角度不同也各有各自的偏重点。作者通过多年的工作经验，结合实际情况，总结智能建筑的实质为：为了某一特定的需求，建立一个信息自动化平台，将所有相关的要素结合在一块，包括：数据，知识，设备，网络，模型，信息等等；同时，也包括综合和基础的媒体内容，将其无缝地统一在应用的框架平台下， 并按照应用的需求进行连接、配置和共享，达到系统智能化的总体目标。
二、建筑智能化设计对建筑的要求
在了解智能建筑内涵基础上，必须要明白建筑智能化设计对建筑的要求。总结起来如下：建筑智能化不同于传统建筑设计，它的出现也改变了建筑师的一些思路。具体是：各个智能化子系统有各种不同的设备，比如计算机设备，楼宇自控设备，闭路电视监控设备，通讯设备，火灾自动报警及联动控制设备等等。需要的不同管线包括控制电缆，同轴电缆，通讯电缆等等。另外还需要有架空地板、网络地板、线槽等作为室内布线通道；竖井作为垂直通道；需要有吊顶作为水平通道等等。
三、我国智能化建筑技术发展存在的问题
近年来，我国智能化建筑技术得到了快速的发展，然而，在发展的同时也遇到了很多的问题，总结如下：
1、综合性权威组织缺乏
综合性权威组织的缺乏主要也是政策，管理以及能力的问题。我国智能土木建筑起步比较晚，国家也没有行程相应的政策，规定以及标准，导致无章可循。职能部门管理业不全面，出现混乱的现象，因此，很多智能技术和智能控制系统大都以来国外，这就给了外商机会。智能化建筑是多学科，多种技术综合运用的整体建筑物业产品。这就要求国内各个部门协调发展，需要统一计划，协调。只有这样才能合理的进行管理。
2、智能化建筑技术产品还没有实现国产化
任何一项技术的国产化是非常重要的，而我国智能化建筑技术产品还没有实现国产化，严重影响了其发展。因此，我们在以后的使用中，必须大力扶持鼓励发展国产化的技术产品与系统，建筑技术发展才可能形成国产化产业。同时要把智能化建筑技术发展要实现产业化。
3、政府的扶持政策力度不够
智能化建筑是一项新兴的高新技术，尚不成熟不完善，它不同于传统技术领域。因此，技术发展政策既需要有远见卓识的前瞻先进性，更需要有深思熟虑的严谨准确性。政府要对智能化建筑技术正确指导，加大扶持力度，才能保证智能化建筑向着好的方向发展。
四、我国智能化建筑的发展对策
针对以上我国智能化建筑技术发展遇到的问题，提出了以下适合我国智能化建筑的发展对策：
1、提高认识
为了加快我国智能化建筑的发展，必须从思想上提高认识，改变建筑智能化技术不正规的现状。实际上，建筑智能化还有很多的技术难题有待我们去攻克，所以必须对其进行全新的认识，无论是计划项目还是自筹项目，从国家到地方的科研机构都应该加以重视并对其的发展给予大力支持。
2、加快具有中国特色的智能建筑技术
为了发展我国的智能建筑技术，必须加快发展具有中国特色的智能建筑技术。从智能大厦到智能土木建筑群，甚至智能城市的发展，是当代建筑设计师的艰巨的使命。智能土木建筑同时也为建筑设计师们突破传统的设计思维，开辟了新的建筑设计创作道路展示了一种广阔的前景。在以后的发展中，必须在相关城市兴建大型的公共型智能土木建筑，提高其发展。
3、加强开放式可互操作性系统技术的规范化、标准化
由于智能化建筑系统是多学科、多技术的系统集成整体，因而开放式可互操作性系统技术的规范化、标准化，就成为实现智能化建筑及其产品设备与系统的产业化技术水平的核心关键。
4、“可持续发展技术” 才是智能建筑技术发展的长远大方向
新兴的环保生态学、生物工程学、生物电子学、仿生学、生物气候学、新材料学等等技术发展，正在渗入渗透到建筑智能化多学科多技术领域中，实现人类聚居环境的可持续发展目标。从而在国际上也形成所谓“可持续发展技术产业”。很多智能化系统将会引进生物智能技术，绿色建筑的建设也将推动更多新领域新技术的发展。生物技术在现代建筑中的应用包括：生物技术与建材的融合，使建筑物更节能；环境检测技术。希望将来生物智能芯片的感知能力更接近于人，生物技术将对有害物的处理发挥功效。
五、智能化建筑的发展趋势
当前智能化建筑直接利用的技术是建筑技术、计算机技术、网络通信技术、自动化技术。在21 世纪的智能建筑领域里，数据卫星通讯技术、双向电视传输技术等各种技术， 都将会有更加深入广泛地具体发展应用。特别是开放性控制网络技术正在向标准化、广域化、可移植性、可扩展性和互可操作性方向发展。
智能建筑作为一个整体建筑物业产品的技术发展来说，“可持续发展技术”才是21 世纪智能建筑技术发展的长远大方向。新兴的环保生态学、生物工程学、生物电子学、仿生学、生物气候学、新材料学等等技术发展， 正在渗入渗透到建筑智能化多学科多技术领域中， 实现人类聚居环境的可持续发展目标。从而在国际上也形成所谓“可持续发展技术产业”。
由于智能化建筑系统是多学科、多技术的系统集成整体，因而开放式可互操作性系统技术的规范化、标准化，就成为实现智能化建筑及其产品设备与系统的产业化技术水平的核心关键。因此，智能化建筑必然要从各个方面加强发展，才能更好的利于建筑行业的发展。
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