智能信息处理实验课程建设

孙红　孟佳伟　韩震　孔雪娜

摘要：针对本科实验课课程中出现的诸如学生对于实验相关知识体系的薄弱和实验所需使用软件的生疏等问题，分析原因，说明问题解决的方案与措施。

关键词：智能信息处理；实验课程；知识体系；解决方案

0引言

随着社会进步与科学技术的发展，整个社会对于应用型人才的需求量越来越大，而实践能力作为应用型人才应该具有的基本能力，尤其显得重要，因此实验教学在本科教学中的作用尤为突出。

1实验课程简介与意义

1.1实验课程简介

智能信息处理实验课程是对智能信息处理理论课程的实践与实验，智能信息处理理论课程也包含了一些课内实验，学时安排如下：

智能信息处理（48理论学时，8学时课内实验）+智能信息处理实验（16学时），其中理论课程讲述了各种智能信息处理的方法以及遗传算法、免疫算法、蚁群算法、粒子群算法等诸多智能优化算法的理论知识，帮助学生掌握智能优化算法的理论知识。

智能信息处理实验课程给予学生实践的机会，学生在应用软件MATLAB上使用这些算法，将这些算法应用在现实问题中，既加深学生对智能算法的理解，又能提高学生的实践能力。

1.2实验课程意义

完成一项实验并不都是和想象中一样简单，在具体操作时学生可能遇到各种各样的问题。在进行实验课程的教学中我们就发现了一些问题。

要成功地完成一次实验，需要具备相关方面的许多知识。从实验的基本理论知识到实验中需要操作的软件和硬件的使用都包含相当多的知识，可以说成功地完成一次实验，不仅仅是对于学生的动手能力、实验能力和创造能力的一次考验，更是检验学生所学知识的好机会。因此，多次的成功实验，不仅可以让学生的动手能力、实践能力和创造能力有长足的长进，而且也能对学生所接触过和学习过的理论知识进行复习巩固和加深印象。这是一种让学生能够将自己所学所会的知识应用到现实中的教学形式，这和教学中一直倡导的实践出真知和理论结合实践不谋而合。然而，应该注意到的是，一次失败的实验也会在一定程度上对学生产生负面的影响，影响学生学习相关理论知识和进行动手实验的兴趣和积极性Ⅲ。因此针对怎样才能让学生更好地进行实验课程的学习而提出实验课程的课程建设和研究显得尤为重要。

2实验课程中发现的问题

2.1实验必要知识不足

首先，在实验课程中发现学生对于相关的理论知识很模糊或者说根本没有相关的接触。再者，有许多学生对实验中需要使用的软件并不了解，因此更谈不上熟练使用。就拿智能信息处理实验课中的模糊控制实验来说，学生对于实验中需要用的神经网络算法原理并不非常熟悉，而且对于实验中最重要的软件MATLAB的使用更加生疏，甚至有的学生并未接触过MATLAB软件，因此，学生需要先了解相关程序的操作，然后才能开始进行实验。

2.2课堂学习状态不同

在智能信息处理实验课中，学生对于课堂的专注程度不同。教学方式采用的是先由老师通过投影仪讲解实验原理和具体实验步骤，然后学生再根据讲解内容进行实验操作。然而并不是所有学生都会耐心地听到所有内容讲完，有些功底比较好的学生往往并不是很耐心，很多实验能够迅速完成。当然，也有一些学生对于投影仪上讲解的内容乏味，而喜欢自己先进行实验，等到出问题了再具体问题具体研究。这些情况就导致了所有学生的听课效率不在一个水平线上，对之后的实验也是有影响。

2.3外界因素影响实验

实验中本身存在一些外界因素，以至于影响实验的成功。比如在进行遗传算法实验时，我们调用的实验函数Rastrigin在个别电脑中的MATLAB中可能被修改过，导致最后实验失败。还有在进行模糊控制实验时，由于每台电脑上的MATLAB版本并不统一，不但导致一些意想不到的实验错误，更是给解决实验中的错误带来了极大的麻烦。

2.4学生积极性不高

在实验中，学生往往被动地去进行实验，而不去积极地进行思考。往往是教学中怎么进行实验，学生就怎么做实验。虽然这样可以在一定程度上保证学生实验的成功率，可是换个思维方式来看，这同时也是从实验步骤上固定了学生的思维方式，虽然不能说所有学生都会按着步骤走从而丧失创新，但是这样的上课方式确实会使得大部分学生不去思考而一味地原搬照抄。

3解决实验问题的方法与建议

3.1完善课程制度

分析部分学生相关理论知识生疏和实验必须使用的软件不会操作的原因，总的来说是本科课程系统的不完善。就拿智能信息处理实验课来说，这是一门必修课，所有的学生都必须选这门课，而作为这门课程的相关课程比如MATLAB相关课程和智能算法相关的课程有的却是选修课程，这就导致了会有部分学生在实验课开始之前并未接触过MATLAB软件或者并未了解实验中一些理论知识，因此，当实验课程中讲到这些并且需要使用到某些软件时，学生只能从头开始，现学现用，这样的学习不仅十分不牢固，学生在实验课之后不久就会忘记这些临时学习的软件，而且这样的方式严重影响了实验进度，对于这部分没有基础的学生来说在不充裕的实验课程时间内还要先去学习软件的操作再进行实验，他们又怎么能够像可以熟练使用软件的学生那样在完成实验之后有时间思考创新。

对于这类问题，我们提出的想法是完善课程建设体系，学校既然将某些相关课程设立为选修课程，那么就不适合将它们全变为必修课，同时如果全变成必修课也会影响学生的自由选择并且加重学习负担，因此我们的想法是尽量将必修课的相关体系课程排成一类，在学生新生入学或者选课之初就尽量将所要求的必修课的相关基础课程清晰地列举在必修课程之后。让学生尽可能做到心里有数，有选择地进行选修课学习。就算没有选择相关的选修课，学生也可以在必修课开课前对其需要的选修基础学科进行自学，从而达到一定的基础，更好地完成实验。

3.2优化课程内容

对于学生听课专注度不同以及本身水平不同这一点，我们没有办法做到让每个学生都一样。我们知道，每个人的注意力集中时间是有区别的，同样，每个学生的学习方式和学习能力也是客观上存在差别的。当然，有些学生没有兴趣听课，在一定程度上也是因为实验课，尤其是智能控制相关的实验课所选用的实验题材本身不具有对学生的吸引力，学生感到无聊才会无法集中注意。所以说既然无法从学生本身进行改变，那么只能从课堂内容加以优化和改良。

关于这个问题，我们的想法是，可以采用半自由式课堂。所谓半自由式课堂，也就是在实验课开始之前，针对本次实验所要注意的细节和常见的错误录制视频并且制作PPT，在上课之前拷贝到每台电脑里。这样学生可以选择按照老师的步骤走一步一步听完理论概念和实验步骤再进行实验，也可以自己先进行试验，在遇到不理解的地方翻看视频和PPT。对于本科实验课程这种非小班化的教育课程来讲，学生数量过于多，如果所有人都需要教师指导才能解决实验中出现的问题，教师肯定是无法照顾到所有人。这样，如果事先录制视频，当出现了视频中没有的问题时再请教教师，对于学生和老师来讲都是事半功倍的。当然，对于本身实验内容的选择来讲，应当尽量做到趣味性，可以在实验教学的背景讲解部分穿插相关实验的显示应用，最好是有比较震撼人心的成品实例，讲课的方式也要轻松愉快，不能按PPT照本宣读。另外，对于学有余力的学生，可以在每次实验之后加上与本次实验相关的思考题性质的实验，难度可以呈阶梯式的增加。准备一节实验课的教学不应该是一成不变的，而是随着学生在课堂上的表现从而进行相关优化与改良。增加思考题性质的实验一方面能够启发学生的创造力和创新性思维，另一方面也是避免学生浪费课程时间。

3.3加强课前准备

关于外界因素影响实验，我们提出如下措施。首先，对于实验室中做实验需要用到的软件进行统一安装，比如做算法实现的实验，有的时候需要使用MATLAB软件，那么在上课之前，首先就要核查上课人数与实验室容纳量，确保每个学生都能有实验设备；第二就要确保所有电脑上的MATLAB没有版本问题，版本一致才能方便授课和方便学生实验；第三，在上课前对本次实验需要用到的软件自带函数进行检查，确保实验时每台设备都能调用需要的函数，并且也要检查这些自带函数有没有被篡改，进行实验教学的时候经常发现由于实验所需软件自带函数被篡改导致实验无法顺利进行的情况，因此实验前对软件自带函数检查十分重要。对每台电脑上的本次实验需要用的软件进行检查，确保顺利实验十分重要。总的来说，就是要有充足的课前准备，确保实验的失败不是人为因素。

3.4注重学生互动

关于学生积极性不高问题，首先如果一味地强调独立、创新，没有固定的步骤给学生，那么很大可能就是在浪费课堂时间。我们的建议是，实验课程中的演示实验要与学生需要完成的实验存在差异，或者说是类似实验，在保留相似实验步骤的同时，又能让学生独立完成实验。当然也要鼓励学生以新思路新方式进行实验。

4结语

对于实验课程出现的问题、做出的分析与提出的看法都是为了更好地进行课程建设，完善实验课程上课方式，让学生能够更好地在实验课中学到东西，锻炼动手能力和创新能力的同时，增强学生实验实践能力。我们提出的课程改进措施和问题解决方案还有待完善和具体实践证明，另外我们提出的问题，只是实验课教学中的一些比较普遍的问题，还有许多问题有待发现和解决。我们认为，提高实验课课程质量和引导学生更好地完成实验课课程要求应该从更多的方面加以思考进行改良，根据教授学生的状况和所在学校的课程教学状况具体问题具体分析，不断从实际出发优化改良。

（编辑：郭田珍）