面向应用的智能科学与技术专业课程体系建设

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摘 要 ：针对工科院校如何按照高等教育方向来组织智能科学与技术专业的教学及实践,培养工程应用型人才.文章结合学校实际情况,在构建面向应用的专业课程体系等方面,提出一系列改革举措并付诸实践,力求培养适用于市场的工程应用型人才.

关 键 词 ：工科院校；高等教育；课程体系；工程应用型人才

0 引言

近年来,教育部将高等教育建设的重点之一放在提高本科教学质量上,推动高等教育内涵式发展,探索创新人才培养途径,大力推进培养模式改革.从智能科学与技术本科专业建立时,我们的培养初衷就是要培养掌握本领域理论基础和专门知识的工程应用型人才,发挥学院师资和实验教学的优势.近年来,学校推出了“卓越工程教育”的一系列举措,最近又推出了“精品本科教育”的一系列计划,提出创新高校与行业企业联合培养人才的机制,改革工程教育人才培养模式,提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力.为此,笔者从以下几个方面人手,探索提升智能科学与技术专业学生工程实践和创新能力的培养机制.

1.改革现有专业课程体系和人才培养模式

上海理工大学于2010年开始经教育部批准设立智能科学与技术本科工程类专业,并于当年招收第一批学生.该专业设在光电信息与计算机工程学院的控制科学与工程系下,依托上海理工大学光电信息与计算机工程学院的控制科学与工程系、计算机科学与工程系、测试与信息工程系、电气工程系和光电信息工程系的基础资源和师资,借助学院自动化仪表、光学工程等社会应用背景,培养智能测控、智能信息融合、智能信息管理等方面的工程应用型人才.要实行“卓越工程教育”和“精品本科教育”就必须尝试对现有专业课程体系进行改革.

1.1 改革现有专业课程体系

自设立智能科学与技术专业以来,学校每年都派教师参加全国智能科学技术教育暨教学学术研讨会.随着培养方向、培养目标和专业标准的日趋明确,培养计划每年都会进行适当的调整和完善.自2010年开始,光电信息与计算机工程学院根据学校“卓越工程教育”计划和“工程教育认证”计划,对现有培养计划和课程体系进行了改革,主要对专业课程体系做了较大的探索性尝试.智能科学与技术专业要求学生修满174学分（每个学分为16课时）,其中通识教育课程为46.5学分,光电信息与计算机工程类学科基础课程为59.5学分,专业课程为60学分,任选课程为8学分.通识教育课程由学校统一规划,除政治、思想、道德、体育及人文等方面的教育外,还包括外语基础、电脑应用常识及计算机程序设计基础.学科基础课程由光电信息学院与计算机工程学院结合各本科专业的具体要求统一制订,主要包括数学基础类、工程设计基础类、电类基础课程、自动控制基础课程及计算机原理等.专业课程分为5个课程组,见表1.

专业课程组的第1模块为核心课程,共13学分,为学生必选课,主要包括智能科学导论、智能检测技术与系统、智能信息处理、机器人学和机器视觉技术及应用等.第2模块为重点课程,主要包括人工智能、模式识别、数字信号处理、计算机图形学、嵌入式系统、数据库基础及应用、自然语言理解和计算机网络与通信等课程,共19学分,学生任选12学分.第3模块为实践课程,共2.5学分,为必选课,包括智能检测综合实践、机器视觉综合实践和智能信息处理实验.第4模块为拓展课程,主要包括VC程序设计、MATLAB仿真技术及应用、智能控制、智能决策支持系统、数据挖掘、DSP原理及应用、电磁兼容理论及应用、虚拟现实技术、图像分析和现代控制理论等,共24学分,学生任选4.5学分.第5模块为实习和毕业设计,各14学分,为必选项目,要求本专业的学生对“智能科学与技术”相关的专业基础理论和技术有一个全面的掌握.学院在确定核心课程时更注重课程的实用性并考虑了学生在选择专业方向时的知识覆盖面.

1.2 探索人才培养模式

上海理工大学一年级的学生在基础学院进行通识教育课程的学习.一年学习结束后选择专业,然后进入各学院进行专业学习.同样智能科学与技术专业的学生从二年级开始进入光电信息与计算机工程学院进行专业阶段的学习,目前在学院学习的是2010级和201l级学生,其中2010级有17名学生,2011级有58名学生.学院为每个学生分配一个教师作为学士导师（也可以双向选择）,承担该学生今后3年的学业指导,主要在学习、科研、创新、实践、就业和学业规划等方面给予学生具体指导,并形成导师负责制,学院每年会给学士导师一定的教学工作量.从2010年开始至今,学士导师制的内涵在不断地丰富和完善,许多学生与其学士导师之间建立了互动的常态,学士导师定期与学生沟通,大部分学士导师会将个人的科研项目让学生参与进行学习和锻炼,在学生的学习、学业规划、申请学校和上海市大学生创新项目、实习、考研、出国学习和就业等方面；学士导师都会给予一定的指导和帮助.实践证明,这种改革已经取得了一定的成果.

2.专业课程教学与工程实践融合

上海理工大学是以工程应用见长的工科院校,而光电信息与计算机工程学院更是如此.因此,专业方向和培养目标的定位是很明确的,就是要培养智能测控、智能信息融合、智能信息管理等方面的工程应用型人才,力求在专业课学习时,让学生做到融会贯通、综合应用.学院每个本科专业都有一个承担其专业教学的知识传授团队,学院每年都会向团队投入一定经费用于提高本科教学质量.智能科学与技术专业知识传授团队经过教学总结,提出并实施了“课内外一体化的专业课程教学”和“专业课程教学中引人工程实践思想”的教学思想.

2.1 课内外一体化的专业课程教学突出“实践性”

在专业课教学时,我们发现一个现象,就是如果只靠“课堂教学、课后作业”的教学模式,很难激起教师和学生的教和学的积极性,大部分学生并不会在课后深入消化教学内容,可是很多专业课程却有着很强的“实践性”,因此,智能科学与技术专业知识传授团队在专业课教学时,适当选取理论和实际应用结合较强的内容,要求学生在课后完成,并在课内进行交流.这样做可以提高学生课外自主学习的积极性和学习效率,也可以充分发挥学士导师制的优势.例如,在讲授计算机控制技术课程时,将数控系统中用于直线和圆弧加工的直线插补和圆弧插补算法,让学生用程序设计的方法动态地仿真这一过程,开始有些学生可能觉得有点难,但经过一段时间后,学生们都给出了出色的成果.在课堂交流时,有的学生在Visual Studio.Net环境下用C++语言实现,有的用Visual Basic语言实现,也有的用MATLAB GUI实现,充分发挥了各自的特长,体现了学生的学习积极性,很好地实现了教学互动.这要求教师在课堂上把教学内容彻底讲透,而学生在课外要大量的心血.实践证明,这种教学方式更能提高学生的学习兴趣,得到更好的教学效果,在这个过程中,不仅提高了学生综合知识和贯通知识的能力,而且提高了学生相互学习和独立解决问题的能力. 2.2 专业课程教学中引入工程实践思想

智能科学与技术是面向前沿高新技术的基础性本科专业,覆盖面很广.智能科学与技术已成为自动化工程、机电工程和计算机工程等方面的核心内容,智能技术及其应用已成为IT行业创新的重要增长点,有着较强的工程性和实践性.因此,我们培养的学生是高新技术研究及其产业发展急需的人才,只有加强理论教学和工程实践教学并重的培养模式,才能使这些学生作为人才参与到传统产业的改造和提升中,并起到积极的作用.

专业课程授课教师不仅要具备本专业领域的理论知识,还应具备一定的工程实践经验,这就要求教师要不断地学习,关注专业领域专业技术的发展和应用.在专业课程的教学中,必然会将自己做过的工程项目案例、工程项目设计思想和一些新技术引进教学中.智能科学与技术专业知识传授团队的9个教师,都是35岁以上的中青年教师,有着丰富的科学研究和工程实践能力,教学传授团队每隔一定的时间会进行教研活动,探讨和交流适合工程实践教学的专业课程的教学方法,提出必须在教学中将工程实践思想与课程内容有效地结合,将教师的科研成果、科研方法和设计思路融合到教学中,让学生了解与课程内容相关的科研项目及工程技术问题,吸引学生产生进一步了解的好奇心,从而会在课外投人时间和精力去学习和思考.

3.构建基于课内外一体化的创新实践教学体系

构建较完备的实践教学体系（专业学习阶段）有助于培养工程应用型人才.我们的实践教学体系已经做到课内外教学相互渗透,主要包括课内实验、课内外一体化的专业课程教学实践、融入工程实践思想的专业课程教学、实践课程、课外创新项目实践、第7学期的实习以及第8学期的毕业设计.下面主要对后4项实践内容做些说明.

3.1 实践课程

目前培养计划中的实践课程模块包括智能信息处理实验、智能检测综合实践和机器视觉综合实践3个部分,第1部分放在第6学期与智能信息处理课程同时进行,后2个部分放在短学期5,也就是在所有专业课程结束后（第6学期）的几周.实践课程的设置充分考虑了专业定位和培养方向,是要加强核心课程和重点课程的学习和实践,向工程实践靠拢.实践课程的内容都是智能科学与技术知识传授团队根据专业培养方向,精心讨论而定下的包括硬件、软件及多种平台交互的综合设计.有工程实践经验丰富的教师担任主讲和实施,指导学生完成项目设计和实现.学生可以自行结合分组,也可以个人实施项目设计,项目完成后,学生要进行答辩交流并提交设计报告.

实践课程的认真实施达到了以下目的：①将智能工程实践引入课堂,学生直接参与工程项目的设计和实现,深化了某些专业理论、工具的使用和分析,激发了学生的学习研究兴趣；②提高了工程实践技能,开阔了专业视野；③学生在协作交流的条件下学习、设计项目,发挥各自的长处,全面提高了自身的职业表达能力和团队协作精神；④学会了项目设计的全局观,提升了分析问题和解决问题的能力；⑤增强了学生综合运用、分析和归纳相关专业知识的能力.

3.2 课外创新项目实践

课外创新项目实践主要包括大学生创新项目实践和各类竞赛实践等,这两项已经成为学生课外常态化的创新实践项目.

自2010年该专业成立以来,就鼓励学生积极参与课外创新项目的申请.由于学生在专业课学习期间已经大量地接触到了工程实践思想的熏陶和专业课课外实践的锻炼,有了一定的申请创新项目的积极性,加上自进人专业课学习后由于学生与其学士导师有了充分的沟通与协作,学生在选题、选择指导教师、项目实施方案、关键技术和经费申请等方面都会听取其学士导师的指导意见.因此,不管是学校的大学生创新项目还是上海市的大学生创新项目的申请,获得批准立项的成功率很高,2010级智能科学与技术专业的学生在2011年10月申请获批的上海市大学生创新项目有7个,2011级智能科学与技术专业的学生2012年10月申请获批的上海市大学生创新项目9个,2013年4月申请获批的上海理工大学大学生创新项目14个.2010级学生的参与率达100%,2011级学生的参与率达90%.2012年,智能科学与技术专业知识传授团队被评为2012年上海理工大学唯一一个创新优秀指导教师团队.

竞赛实践的组队分为系层面和学士导师组队两种形式.目前控制科学与工程系有智能科学与技术和自动化两个本科专业,系层面组队的生源来自本系的各专业,并指派指导教师；学士导师组队的生源来自本专业.组织参加的竞赛主要有全国“电脑鼠走迷宫”竞赛、中国机器人大奖赛暨Robocup公开赛和“华为杯全国大学生智能设计竞赛”等.在竞赛等级的选择、竞赛项目的选择、竞赛经费的支持、参与学生的比例和指导教师的配备等方面,还有待提高.今后在创新项目立项时应考虑与竞赛项目很好地结合,有利于提升竞赛项目的质量和竞争.

3.3 将以往第7学期的理论教学改为实习

借鉴德国工程型人才培养方法,以学生个性发展为出发点,以强化创新实践能力培养为重点,按照“分层次、多模块、加强综合实践、发展专业特色”的教学改革思路,优化课程体系,将以往的第7学期以理论教学为主改为以实践为主的实习.实习有多种形式,学生可以选择到学院提供的校企合作单位实习,可以自己找合适的实习单位,可以做上海市大学生创新项目,也可以做自己立项的课题或作为主要参赛选手参与各类大奖赛项目.学院为实习指定了很严格的评审、监督和总结制度以保证实习工作的顺利开展.对学生选择实习方式有专门的审批程序,就是学生→学士导师→专业负责人→学院评审小组.由学士导师全程负责掌握学生的实习进程,如果学生在企业实习,学士导师必须有去实习现场了解学生实习状况并与企业导师沟通的经历.14周实习结束后,每个学生须提交实习总结报告,开展实习总结和交流.

2013年是学院首次实行第7学

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毕业设计是本科教学的最后一个综合实践环节,是对学生4年学习情况的一个反映,也是对本科教学工作的一个检验.学院一直非常重视毕业设计及其相关制度的建立,并已经建立了一套适用于毕业设计立题、选题、中期检查、答辩的完善制度.

（1）立题.专门设计了一套用于网上立题、审题和选题的软件系统,分为管理员、教师通道和学生通道3个人口.在第7学期中期,按本科专业划分教师进行网上立题；将课题的简介、内容等录入网上系统,等待课题审核小组的评审意见,如果返回“不合适”或“需修改”等意见,教师就要按修改意见进行修改直到通过审核.立题完成后,指导教师提交毕业设计任务书.

（2）双向选题.选题分为学生选题和教师选学生两个步骤,故名“双向选择”.学生可以按志愿选择3个题目,教师根据分配的人数选择学生,双向选择不成功的则按专业统一安排,这些学生还有一次更改课题的机会,可以与指导教师协商选择自己感兴趣方向的题目.有些学生也可以选择在实习单位做毕业设计,但必须有实习单位出具的书面立题报告且配备指导人员.

（3）中期检查.毕业设计中期有一个中期检查,指导教师提交中期检查表,反映学生实施课题的工作态度、进展和存在的问题.学生提交中期报告,反映其完成课题的具体进展和指导教师对其指导的情况.学院有一个中期检查抽查制度,被抽中的学生与其指导教师一起参加由毕业设计督导小组主持的中期检查汇报会议,督导小组评审未通过的会收到警告,要求必须参加大组答辩.

（4）答辩.毕业设计答辩按专业分为小组答辩和大组答辩.一个本科专业的答辩可以由若干个小组和一个大组构成,先进行小组答辩再进行大组答辩.报优秀的、中期检查不合格的或小组答辩有异议的学生则参加大组答辩.

正是有了这一整套完善的制度,毕业设计整体质量得到了保证.

4.实验室建设

以专业核心课程建设为主线,夯实专业办学条件基础,充分利用学院现有的实验设备.学院目前实验室资源较充足,已经具备一套完整的光电、信息、计算机应用、电力、电子、电器、自动化仪表、自动控制等实验室.先期建设智能科学与技术实验室,主要为智能科学与技术专业课程提供实验支持.本着人才培养需要、特别是实践能力和创新能力的培养要求,进行合理的规划,充分利用,使其发挥效益,使专业人才培养的基础设施完备、良好,达到与产业界衔接的水平.先期以机器视觉和智能检测为主要实验建设内容,可开展尺寸测量、缺陷检测、模式识别、图像融合、目标跟踪、三维重构以及智能温度检测、智能压力检测、智能流量检测、智能物位检测和智能成分检测等多种综合性实验项目.我们重视针对现有实验设备的二次开发和创新实验项目的设计,目前,这些开发项目正在实施进行中.

专业实验室的建设以面向应用为前提,突破以认知为目的的实验计划,加强探索性、创新性的实验内容,形成包括课程实验、综合设计、实习实训、’毕业设计等环节构成的实践培养体系.实验室对本专业学生全天候开放.

5.结语

智能科学与技术专业的设立对我们来说既是机遇又是挑战,需要通过一种新的教学模式来适应一种科学与技术高度结合、把智能理论转化为工程应用的挑战.为此,我们立足于未来,立足于社会需求,在改革专业课程体系等方面做了一些探索和尝试,力求培养适用于市场的工程应用型人才.

（见习编辑：刘丽丽）