智能科学与技术概论课程规划

林宝尉，周国顺，韩 娓

（大连东软信息学院电子工程系，辽宁大连116023）

摘要：智能科学与技术概论课程是智能科学与技术专业重要的必修基础课，对整个专业课程体系有概括性的引导作用，对学生深入学习后续课程有很大帮助。文章从智能科学与技术概论课程的教学实际出发，提出该课程的整体课程规划，并根据学生的学习情况验证其适用性。

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关键词 ：智能科学；专业基础必修课；课程规划

基金项目：2012年辽宁省普通高等学校本科工程人才培养模式改革试点项目(G2201249)。

第一作者简介：林宝尉，男，讲师，研究方向为计算机视觉、模式识别，linbaowei@neusoft．edu．cn。

0 引言

智能科学与技术概论课程是智能科学与技术专业的必修基础课。学生通过学习基础课，能够了解整个专业的知识构成、体系结构以及发展方向，便于将来学习必修专业课，包括模式识别、人工智能、智能机器人等课程。在这个过程中，如何让学生顺利地过渡到更高层次的专业课学习中，如何提高其学习兴趣，如何帮助学生深入了解各门专业课之间的层次关系，都是该专业设置过程中需要考虑的问题。智能科学与技术概论的规划起到了承上启下的作用。虽然专业导引课也从全局对该专业的情况进行了介绍，但其内容以学生职业引导、兴趣培养为主，对专业课程的设置并无过多展开。因此，智能科学与技术概论课程的设置十分必要。

1 课程规划设置

1.1 能力指标

课程将学生的能力体系分为5个部分：技术知识与推理能力、开发式思维与创新、个人职业能力、态度与习惯、时间构思设计实现和社会贡献，与其对应的二级、三级及详细指标见表1。每个能力指标平均对应4个学时，共32个学时。

1.2 讲授方式

(1)精讲多练。通过讲解智能科学的相关内容并结合相关实验，让学生掌握智能科学的基础知识，提高其学习兴趣，为后续课程的学习打下良好基础。

(2)以项目为导向组织教学，通过案例教学，将构思、设计、实施和运行引入教学过程中。

(3)鼓励学生自主学习，加强基本职业能力的训练。教学过程中注意互动和引导，运用讲授教学、练习教学、实验教学、案例教学等多种教学方法完成教学任务。

(4)教学实施过程中，提供丰富的教学资源，如多媒体课件、案例、网络资源、优秀学生作品和外文技术资料等。

(5)对学生进行多方面考核与评价。结合课程实施过程，从知识掌握、能力水平、态度表现等方面，对学生进行全方位的考核。

1.3 讲授内容

该课程讲授内容分为3个单元，具体内容如下。

单元一：智能科学导论，主要涉及智能科学与技术的目标界定、学科分类、涉及范围、学科定位、人类认知以及学科简史等知识点。该单元将在2个学时中完成，并要求学生课外学习2个学时。

单元二：学科基础理论知识，主要涉及机器系统、视觉感知、高级语言编程等知识点。该单元主要介绍支撑学科的相关课程，并在实践课中使用高级语言编写简单系统。该单元共10个课时，其中包括4个实践课时。

单元三：专业课介绍，主要涉及数字图像处理介绍、模式识别介绍、计算机视觉介绍、智能机器人介绍等相关必修专业课的入门介绍，并在每次课程结束后配合实践编程、工具使用、机器人搭建等实践环节提高学生的学习兴趣，使其全面认识后续专业学习。该单元共20个学时，其中包括12个实践课时。

1.4 实验设置

实验课程共16个学时，包括4次实验，详细内容如下。

实验一：数字图像处理实验。使用课程中讲授的Matlab语言，实现数字图像的傅里叶变换、边缘检测功能。该实验共4个课时，配合单元一以及单元二的部分知识点，使学生基本掌握Matlab编程语言，并理解数字图像处理的基本知识。

实验二：模式识别机器学习实验。该实验利用高级程序语言，实现数据的SVM算法以及KMeans算法，让学生理解模式识别以及机器学习等知识。该实验共4个学时。

实验三：计算机视觉实验。使用图像拼接、3D场景重建等相关专业工具，实现二维图片的3D重现。该实验共4个学时。

实验四：机器人实验。学生在机器人实验室，实际动手组装博创模块化机器人，并编程实现机器人运动调试。该实验共4个学时，实验地点为模块化机器人实验室。

1.5 结课考试

在教学的各个环节，教师从出勤情况、日常表现、作业、实验、结课项目及结课报告的完成情况对学生进行全方位的考核，其中结课项目、调查报告及实验作业占最终成绩的90%。结课项目为小组项目，4个学生为一个小组完成系统的设计、编写、调试等步骤，并组织5名教师对每个小组进行答辩考核。

2 问题及改进

学校于2012年申请创办智能科学与技术专业。该专业培养学生掌握计算机基础、电子电路、控制方法、智能信息处理与识别等基本知识，使其具备信息处理、自动控制、人工智能系统开发等基本能力。智能科学与技术概论课程在大二下学期开设，共32学时，其中理论教学16学时，实践教学16学时。通过理论教学和实践教学，学生了解了智能科学的基础理论知识，掌握该专业核心专业课的关系，认识相关后续课程，并能够使用简单的算法和工具，为日后深入学习专业课打下良好基础。

2.1 教材选择

由于本专业办学时间较短，没有足够的针对智能科学与技术概论的教材可供选择。现阶段使用较多的教材为《智能科学与技术导论》以及《智能科学》。《智能科学与技术导论》是钟义信主编、北京邮电大学出版社出版的、适合智能专业大一新生使用的专业教材，对整个专业有详细的介绍，适合作为新生的专业导引课程，安排16个学时较为合适，并不适于我校智能科学与技术概论课程的要求。《智能科学》是史忠植主编、清华大学出版社出版的专业教材，该教材对整个智能专业的重要内容都有涉及，系统地介绍了智能科学的概念和方法，吸收了脑科学、认知科学、人工智能、数理逻辑、社会思维学、系统理论、科学方法论和哲学等方面的研究成果，适合高年级学生使用，安排64个学时较为合适，也不适于我校情况。

鉴于上述原因，我们设计该课程时，前半部分理论知识介绍使用了《智能科学与技术导论》，后半部分专业课程介绍使用自制课件。经过2轮的教学实践以后，我们将根据教材使用情况编写自用的讲义教材。

2.2 内容设计

该课程内容会介绍智能专业的重要专业课，但要在32学时内完成所有专业课程的介绍，并保证该课程内容不与专业导引课以及智能信息处理导引课冲突，难度很大，因此选择最合适的讲授内容，对于该课程的授课效果非常重要。

在授课过程中我们发现，学生对简单的数字图像处理、计算机视觉的流行应用以及动手要求强的机器人课程兴趣较大，但对数学推导要求较高的模式识别、机器学习等课程接受程度较低。该课程的教学目的是让学生了解相关课程的意义、历史、发展等知识，所以，建议加大实验动手课程的课时比例，让学生多使用相关知识、算法和应用，尽量避开复杂的数学推导。

2.3 资源配置

学校的智能科学与技术专业创建于电子工程系，依托电子系的软硬件实验室，培养学生的软硬件知识储备，提高学生的实际动手能力。其中，软件算法将配合嵌入式设备进行硬件集成，并指导学生设计具有智能算法应用的硬件设备。教学过程中将使用校实验室中的模式识别嵌入式开发板、博创模块化机器人平台以及Turtlebot智能机器人平台。该课程在实际讲授时，理论课以及算法相关实验在大班进行，硬件实践课程在小班进行，能取得较好的授课效果。

3 实施效果

在该课程设计内容的指导下，智能科学与技术概论已经完成了2轮的课程教学，并在课程结束后组织学生填写调查问卷。题目分两类，第一类包括课程目标是否清晰、该课程能否提起学生对该专业课的学习兴趣、该课程的实验设计能否有效提高学生的动手能力，以及该课程的内容相关设计是否优秀。统计结果如图1所示。除极个别学生外，大多数学生都选择了符合以及完全符合，说明该课程设计可以满足教学要求。第二类问题总结学生在课程中获取的知识能力，包括编程调试、理论知识应用、信息获取、技术文档写作、自主学习、分析问题、解决问题等，为多选题。从图2可以看出，学生对各项能力的认可率均超过50%，其中信息获取、分析问题等能力的认可率接近80%，说明该课程设计基本满足教学目标。

4 结语

智能科学与技术概论对智能专业学生的深入学习起到了重要的引导作用。我们根据自身的实际情况出发，设计出适合该专业学生的课程设计安排。经过两轮的实施效果证明，该课程的设计方式比较适合学生。随着课程的持续，我们将不断解决存在的问题，并编写适合我校学生使用的教材。

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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] Edward FC，Johan M，Soren O．重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M]．顾佩华，沈民奋，陆小华，译．北京：高等教育出版社，2009．

[3]史忠植．智能科学[M]．北京：清华大学出版社，2006．

（编辑：孙怡铭）