智能信息處理實驗課程建設(shè)

孫紅　孟佳偉　韓震　孔雪娜

摘要：針對本科實驗課課程中出現(xiàn)的諸如學(xué)生對于實驗相關(guān)知識體系的薄弱和實驗所需使用軟件的生疏等問題，分析原因，說明問題解決的方案與措施。

關(guān)鍵詞：智能信息處理；實驗課程；知識體系；解決方案

0引言

隨著社會進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，整個社會對于應(yīng)用型人才的需求量越來越大，而實踐能力作為應(yīng)用型人才應(yīng)該具有的基本能力，尤其顯得重要，因此實驗教學(xué)在本科教學(xué)中的作用尤為突出。

1實驗課程簡介與意義

1.1實驗課程簡介

智能信息處理實驗課程是對智能信息處理理論課程的實踐與實驗，智能信息處理理論課程也包含了一些課內(nèi)實驗，學(xué)時安排如下：

智能信息處理（48理論學(xué)時，8學(xué)時課內(nèi)實驗）+智能信息處理實驗（16學(xué)時），其中理論課程講述了各種智能信息處理的方法以及遺傳算法、免疫算法、蟻群算法、粒子群算法等諸多智能優(yōu)化算法的理論知識，幫助學(xué)生掌握智能優(yōu)化算法的理論知識。

智能信息處理實驗課程給予學(xué)生實踐的機(jī)會，學(xué)生在應(yīng)用軟件MATLAB上使用這些算法，將這些算法應(yīng)用在現(xiàn)實問題中，既加深學(xué)生對智能算法的理解，又能提高學(xué)生的實踐能力。

1.2實驗課程意義

完成一項實驗并不都是和想象中一樣簡單，在具體操作時學(xué)生可能遇到各種各樣的問題。在進(jìn)行實驗課程的教學(xué)中我們就發(fā)現(xiàn)了一些問題。

要成功地完成一次實驗，需要具備相關(guān)方面的許多知識。從實驗的基本理論知識到實驗中需要操作的軟件和硬件的使用都包含相當(dāng)多的知識，可以說成功地完成一次實驗，不僅僅是對于學(xué)生的動手能力、實驗?zāi)芰蛣?chuàng)造能力的一次考驗，更是檢驗學(xué)生所學(xué)知識的好機(jī)會。因此，多次的成功實驗，不僅可以讓學(xué)生的動手能力、實踐能力和創(chuàng)造能力有長足的長進(jìn)，而且也能對學(xué)生所接觸過和學(xué)習(xí)過的理論知識進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固和加深印象。這是一種讓學(xué)生能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)所會的知識應(yīng)用到現(xiàn)實中的教學(xué)形式，這和教學(xué)中一直倡導(dǎo)的實踐出真知和理論結(jié)合實踐不謀而合。然而，應(yīng)該注意到的是，一次失敗的實驗也會在一定程度上對學(xué)生產(chǎn)生負(fù)面的影響，影響學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識和進(jìn)行動手實驗的興趣和積極性Ⅲ。因此針對怎樣才能讓學(xué)生更好地進(jìn)行實驗課程的學(xué)習(xí)而提出實驗課程的課程建設(shè)和研究顯得尤為重要。

2實驗課程中發(fā)現(xiàn)的問題

2.1實驗必要知識不足

首先，在實驗課程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于相關(guān)的理論知識很模糊或者說根本沒有相關(guān)的接觸。再者，有許多學(xué)生對實驗中需要使用的軟件并不了解，因此更談不上熟練使用。就拿智能信息處理實驗課中的模糊控制實驗來說，學(xué)生對于實驗中需要用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法原理并不非常熟悉，而且對于實驗中最重要的軟件MATLAB的使用更加生疏，甚至有的學(xué)生并未接觸過MATLAB軟件，因此，學(xué)生需要先了解相關(guān)程序的操作，然后才能開始進(jìn)行實驗。

2.2課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)不同

在智能信息處理實驗課中，學(xué)生對于課堂的專注程度不同。教學(xué)方式采用的是先由老師通過投影儀講解實驗原理和具體實驗步驟，然后學(xué)生再根據(jù)講解內(nèi)容進(jìn)行實驗操作。然而并不是所有學(xué)生都會耐心地聽到所有內(nèi)容講完，有些功底比較好的學(xué)生往往并不是很耐心，很多實驗?zāi)軌蜓杆偻瓿?。?dāng)然，也有一些學(xué)生對于投影儀上講解的內(nèi)容乏味，而喜歡自己先進(jìn)行實驗，等到出問題了再具體問題具體研究。這些情況就導(dǎo)致了所有學(xué)生的聽課效率不在一個水平線上，對之后的實驗也是有影響。

2.3外界因素影響實驗

實驗中本身存在一些外界因素，以至于影響實驗的成功。比如在進(jìn)行遺傳算法實驗時，我們調(diào)用的實驗函數(shù)Rastrigin在個別電腦中的MATLAB中可能被修改過，導(dǎo)致最后實驗失敗。還有在進(jìn)行模糊控制實驗時，由于每臺電腦上的MATLAB版本并不統(tǒng)一，不但導(dǎo)致一些意想不到的實驗錯誤，更是給解決實驗中的錯誤帶來了極大的麻煩。

2.4學(xué)生積極性不高

在實驗中，學(xué)生往往被動地去進(jìn)行實驗，而不去積極地進(jìn)行思考。往往是教學(xué)中怎么進(jìn)行實驗，學(xué)生就怎么做實驗。雖然這樣可以在一定程度上保證學(xué)生實驗的成功率，可是換個思維方式來看，這同時也是從實驗步驟上固定了學(xué)生的思維方式，雖然不能說所有學(xué)生都會按著步驟走從而喪失創(chuàng)新，但是這樣的上課方式確實會使得大部分學(xué)生不去思考而一味地原搬照抄。

3解決實驗問題的方法與建議

3.1完善課程制度

分析部分學(xué)生相關(guān)理論知識生疏和實驗必須使用的軟件不會操作的原因，總的來說是本科課程系統(tǒng)的不完善。就拿智能信息處理實驗課來說，這是一門必修課，所有的學(xué)生都必須選這門課，而作為這門課程的相關(guān)課程比如MATLAB相關(guān)課程和智能算法相關(guān)的課程有的卻是選修課程，這就導(dǎo)致了會有部分學(xué)生在實驗課開始之前并未接觸過MATLAB軟件或者并未了解實驗中一些理論知識，因此，當(dāng)實驗課程中講到這些并且需要使用到某些軟件時，學(xué)生只能從頭開始，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，這樣的學(xué)習(xí)不僅十分不牢固，學(xué)生在實驗課之后不久就會忘記這些臨時學(xué)習(xí)的軟件，而且這樣的方式嚴(yán)重影響了實驗進(jìn)度，對于這部分沒有基礎(chǔ)的學(xué)生來說在不充裕的實驗課程時間內(nèi)還要先去學(xué)習(xí)軟件的操作再進(jìn)行實驗，他們又怎么能夠像可以熟練使用軟件的學(xué)生那樣在完成實驗之后有時間思考創(chuàng)新。

對于這類問題，我們提出的想法是完善課程建設(shè)體系，學(xué)校既然將某些相關(guān)課程設(shè)立為選修課程，那么就不適合將它們?nèi)優(yōu)楸匦拚n，同時如果全變成必修課也會影響學(xué)生的自由選擇并且加重學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，因此我們的想法是盡量將必修課的相關(guān)體系課程排成一類，在學(xué)生新生入學(xué)或者選課之初就盡量將所要求的必修課的相關(guān)基礎(chǔ)課程清晰地列舉在必修課程之后。讓學(xué)生盡可能做到心里有數(shù)，有選擇地進(jìn)行選修課學(xué)習(xí)。就算沒有選擇相關(guān)的選修課，學(xué)生也可以在必修課開課前對其需要的選修基礎(chǔ)學(xué)科進(jìn)行自學(xué)，從而達(dá)到一定的基礎(chǔ)，更好地完成實驗。

3.2優(yōu)化課程內(nèi)容

對于學(xué)生聽課專注度不同以及本身水平不同這一點，我們沒有辦法做到讓每個學(xué)生都一樣。我們知道，每個人的注意力集中時間是有區(qū)別的，同樣，每個學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)能力也是客觀上存在差別的。當(dāng)然，有些學(xué)生沒有興趣聽課，在一定程度上也是因為實驗課，尤其是智能控制相關(guān)的實驗課所選用的實驗題材本身不具有對學(xué)生的吸引力，學(xué)生感到無聊才會無法集中注意。所以說既然無法從學(xué)生本身進(jìn)行改變，那么只能從課堂內(nèi)容加以優(yōu)化和改良。

關(guān)于這個問題，我們的想法是，可以采用半自由式課堂。所謂半自由式課堂，也就是在實驗課開始之前，針對本次實驗所要注意的細(xì)節(jié)和常見的錯誤錄制視頻并且制作PPT，在上課之前拷貝到每臺電腦里。這樣學(xué)生可以選擇按照老師的步驟走一步一步聽完理論概念和實驗步驟再進(jìn)行實驗，也可以自己先進(jìn)行試驗，在遇到不理解的地方翻看視頻和PPT。對于本科實驗課程這種非小班化的教育課程來講，學(xué)生數(shù)量過于多，如果所有人都需要教師指導(dǎo)才能解決實驗中出現(xiàn)的問題，教師肯定是無法照顧到所有人。這樣，如果事先錄制視頻，當(dāng)出現(xiàn)了視頻中沒有的問題時再請教教師，對于學(xué)生和老師來講都是事半功倍的。當(dāng)然，對于本身實驗內(nèi)容的選擇來講，應(yīng)當(dāng)盡量做到趣味性，可以在實驗教學(xué)的背景講解部分穿插相關(guān)實驗的顯示應(yīng)用，最好是有比較震撼人心的成品實例，講課的方式也要輕松愉快，不能按PPT照本宣讀。另外，對于學(xué)有余力的學(xué)生，可以在每次實驗之后加上與本次實驗相關(guān)的思考題性質(zhì)的實驗，難度可以呈階梯式的增加。準(zhǔn)備一節(jié)實驗課的教學(xué)不應(yīng)該是一成不變的，而是隨著學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)從而進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化與改良。增加思考題性質(zhì)的實驗一方面能夠啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新性思維，另一方面也是避免學(xué)生浪費課程時間。

3.3加強(qiáng)課前準(zhǔn)備

關(guān)于外界因素影響實驗，我們提出如下措施。首先，對于實驗室中做實驗需要用到的軟件進(jìn)行統(tǒng)一安裝，比如做算法實現(xiàn)的實驗，有的時候需要使用MATLAB軟件，那么在上課之前，首先就要核查上課人數(shù)與實驗室容納量，確保每個學(xué)生都能有實驗設(shè)備；第二就要確保所有電腦上的MATLAB沒有版本問題，版本一致才能方便授課和方便學(xué)生實驗；第三，在上課前對本次實驗需要用到的軟件自帶函數(shù)進(jìn)行檢查，確保實驗時每臺設(shè)備都能調(diào)用需要的函數(shù)，并且也要檢查這些自帶函數(shù)有沒有被篡改，進(jìn)行實驗教學(xué)的時候經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于實驗所需軟件自帶函數(shù)被篡改導(dǎo)致實驗無法順利進(jìn)行的情況，因此實驗前對軟件自帶函數(shù)檢查十分重要。對每臺電腦上的本次實驗需要用的軟件進(jìn)行檢查，確保順利實驗十分重要。總的來說，就是要有充足的課前準(zhǔn)備，確保實驗的失敗不是人為因素。

3.4注重學(xué)生互動

關(guān)于學(xué)生積極性不高問題，首先如果一味地強(qiáng)調(diào)獨立、創(chuàng)新，沒有固定的步驟給學(xué)生，那么很大可能就是在浪費課堂時間。我們的建議是，實驗課程中的演示實驗要與學(xué)生需要完成的實驗存在差異，或者說是類似實驗，在保留相似實驗步驟的同時，又能讓學(xué)生獨立完成實驗。當(dāng)然也要鼓勵學(xué)生以新思路新方式進(jìn)行實驗。

4結(jié)語

對于實驗課程出現(xiàn)的問題、做出的分析與提出的看法都是為了更好地進(jìn)行課程建設(shè)，完善實驗課程上課方式，讓學(xué)生能夠更好地在實驗課中學(xué)到東西，鍛煉動手能力和創(chuàng)新能力的同時，增強(qiáng)學(xué)生實驗實踐能力。我們提出的課程改進(jìn)措施和問題解決方案還有待完善和具體實踐證明，另外我們提出的問題，只是實驗課教學(xué)中的一些比較普遍的問題，還有許多問題有待發(fā)現(xiàn)和解決。我們認(rèn)為，提高實驗課課程質(zhì)量和引導(dǎo)學(xué)生更好地完成實驗課課程要求應(yīng)該從更多的方面加以思考進(jìn)行改良，根據(jù)教授學(xué)生的狀況和所在學(xué)校的課程教學(xué)狀況具體問題具體分析，不斷從實際出發(fā)優(yōu)化改良。

（編輯：郭田珍）