姚琳?石志國

摘 要：針對(duì)新工科的培養(yǎng)目標(biāo)，提出了新興產(chǎn)業(yè)中的人工智能課程體系建設(shè)以及相應(yīng)的教學(xué)方法。在課程中，探索人工智能各個(gè)階段的課程規(guī)劃，建立新的工程模型以及相應(yīng)模型下的新概念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新系統(tǒng);同時(shí)針對(duì)問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法進(jìn)行了探索，最后提出檢驗(yàn)教學(xué)方法的評(píng)價(jià)手段。

關(guān)鍵詞：新工科;人工智能;課程體系;教學(xué)方法;評(píng)價(jià)方法

自人工智能這個(gè)概念首次提出以來，人工智能的發(fā)展幾經(jīng)沉浮。隨著計(jì)算機(jī)核心算法的突破、計(jì)算能力的迅速提高以及海量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的支撐，人工智能終于在21世紀(jì)的第二個(gè)十年里迎來質(zhì)的飛躍，成為全球矚目的焦點(diǎn)[1]。目前，人工智能的發(fā)展對(duì)于我們來說是一個(gè)歷史性的機(jī)遇，抓住人工智能這一機(jī)遇，就等于抓住了發(fā)展的契機(jī)，對(duì)于我們解決人口壓力問題、應(yīng)對(duì)可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)至關(guān)重要。

人工智能的核心課程主要在人才培養(yǎng)中突出大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新信息技術(shù)的交叉融合，多學(xué)科的交叉融合推動(dòng)人工智能人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新，并為智能教育提供更多智慧創(chuàng)造、協(xié)同合作和意義建構(gòu)的教育體驗(yàn)[2]。“人工智能+教育”將進(jìn)一步改造傳統(tǒng)模式，推動(dòng)教學(xué)互動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)，構(gòu)建智能化、個(gè)性化的教育體系，實(shí)現(xiàn)以教為主轉(zhuǎn)化為以學(xué)為主。當(dāng)數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)達(dá)到一定的規(guī)模，數(shù)據(jù)本身就會(huì)有一定規(guī)律，需要采用人工智能的手段進(jìn)行分析和處理，所以人工智能課程的探索和建設(shè)對(duì)于現(xiàn)階段的發(fā)展極其重要。人工智能可以使教育成為一個(gè)可追溯、可視化和可計(jì)算的過程，在“人工智能+教育”普及的情況下，教育更加追求人性化，人工智能技術(shù)會(huì)滲透到高等教育的各個(gè)層面，根據(jù)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、智力、知識(shí)掌握程度，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的教學(xué)和輔導(dǎo)[3]。

近些年來，對(duì)人工智能的人才需求越來越大，研究人工智能方向課程體系，可以開闊專業(yè)視野，提高復(fù)合型人才培養(yǎng)的水平，開拓學(xué)生的就業(yè)方向，同時(shí)進(jìn)行企校聯(lián)合可以有效地促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

一、課程體系

基于新工科的培養(yǎng)目標(biāo)，建立各階段的課程設(shè)置框架，并在此基礎(chǔ)上探索建立人工智能方向的課程體系，探索產(chǎn)學(xué)結(jié)合的教學(xué)方法，旨在解決實(shí)際問題，研究相應(yīng)的教學(xué)方法[4]。人工智能專業(yè)應(yīng)當(dāng)著重培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)，系統(tǒng)深入地了解人工智能的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力，使學(xué)生具有在人工智能及相關(guān)領(lǐng)域跟蹤和發(fā)展新理論、新知識(shí)和新技術(shù)的能力[5]。

在主要的課程方面，將人工智能課程分成三部分：人工智能基礎(chǔ)算法模塊、核心技術(shù)模塊和創(chuàng)新應(yīng)用模塊。設(shè)計(jì)并構(gòu)建每個(gè)模塊知識(shí)點(diǎn)組成，并用具體課程實(shí)現(xiàn)模塊和知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，構(gòu)建的模塊如表1所示。此外，在課程內(nèi)容方面不能把每門課程建設(shè)成單一的孤立單元，各課程內(nèi)容要緊密結(jié)合，有序銜接。

在人工智能學(xué)科經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上，該課程體系將最新、最前沿的創(chuàng)新觀點(diǎn)及研究成果引入課堂，鼓勵(lì)學(xué)生了解多種學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和對(duì)本學(xué)科領(lǐng)域的最新發(fā)展提出自己的疑問，建立創(chuàng)新思維，形成自己的觀點(diǎn);培養(yǎng)學(xué)生探究問題的能力和批判精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

相關(guān)課程主要基于研究型教學(xué)。研究型教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)科原理的形成過程，并通過師生互動(dòng)進(jìn)行講授，講授內(nèi)容包括了學(xué)科知識(shí)、理論本身以及研究者的工作經(jīng)歷。在一定程度上鼓勵(lì)學(xué)生拋開書本知識(shí)的禁錮，勇于發(fā)現(xiàn)書本知識(shí)的問題，發(fā)表獨(dú)立見解，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)方法

在教學(xué)方法方面，著力培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新，靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題。同時(shí)通過團(tuán)隊(duì)討論提高團(tuán)隊(duì)的合作能力。

（1）教學(xué)內(nèi)容注重更新。應(yīng)順應(yīng)科技發(fā)展趨勢，合理利用前沿的科研成果，不斷完善學(xué)科內(nèi)容。

（2）講授內(nèi)容重思路。在課堂上應(yīng)突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生了解課程內(nèi)容，并且注重培養(yǎng)課外學(xué)習(xí)的能力。

（3）教學(xué)方法重改革。不應(yīng)只教師講解而忽略學(xué)生的存在，而是通過啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生的思考方向，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂活躍性。在授課過程中，合理安排學(xué)生提問、研討的時(shí)間，將課程中的部分內(nèi)容或一些開放型問題交給學(xué)生來講解。

（4）培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。教師應(yīng)因材施教，充分了解學(xué)生的興趣方向，在課堂上營造一種多方向發(fā)展的氛圍。同時(shí)要精心布置作業(yè)，結(jié)合學(xué)生本身的能力，安排學(xué)生利用課外時(shí)間去獲取知識(shí)，定期安排學(xué)術(shù)報(bào)告。

（5）充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和圖書館資料等教學(xué)資源，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為學(xué)生互動(dòng)提供豐富的課外資源。

（6）關(guān)注科研方法的訓(xùn)練，培養(yǎng)實(shí)踐能力。在學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)上，注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。具體講授人工智能及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的基本思想和方法，避免只局限于工具或應(yīng)用的介紹，鼓勵(lì)學(xué)生在遇到實(shí)際問題時(shí)，能夠在其已有知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展學(xué)習(xí)，有方向性地尋找解決思路，設(shè)計(jì)具體解決方案[6]。

同時(shí)改進(jìn)教學(xué)手段，學(xué)科知識(shí)結(jié)合多種教學(xué)手段（多媒體、演繹推理、仿真模擬等），使教學(xué)內(nèi)容更直觀，相對(duì)集中在學(xué)生面前，讓學(xué)生積極參與課堂。例如在授課中講解機(jī)器人推箱子的場景可以給學(xué)生一種非常直觀的印象[7]。

課堂中使用多媒體技術(shù)，可以使授課過程更為生動(dòng)形象，增加課堂信息量，提高學(xué)生理解能力。例如使用仿真的方法，模擬課程內(nèi)容，使知識(shí)的獲取更加生動(dòng)深刻，啟發(fā)學(xué)生理解能力，有利于改善教學(xué)效果。

根據(jù)研究課題組成幾個(gè)學(xué)生小團(tuán)隊(duì)，討論課題中的關(guān)鍵點(diǎn)，難點(diǎn)或熱點(diǎn)問題，形成各自的觀點(diǎn)。通過討論發(fā)言、答辯和提問，學(xué)生可以擴(kuò)展思維，產(chǎn)生知識(shí)并分享成果。教師一般只充當(dāng)組織和鼓勵(lì)的角色，提供教學(xué)資源和學(xué)習(xí)建議，控制整個(gè)過程，最后進(jìn)行分析和總結(jié)，以學(xué)生的自主能力培養(yǎng)為中心，要求學(xué)生自己組織課題內(nèi)容，如圖1所示。

此外，還要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化。對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了層次劃分，分為理論教學(xué)、技術(shù)教學(xué)和應(yīng)用教學(xué)，針對(duì)3種層次采取具有各自特色的教學(xué)方法。

利用實(shí)驗(yàn)課、實(shí)踐課進(jìn)行因材施教，針對(duì)學(xué)生不同的發(fā)展方向和實(shí)踐需求，組織學(xué)生到不同的企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)。

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過程中，應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，適當(dāng)考慮到學(xué)生本身的能力。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容應(yīng)由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)、全面和創(chuàng)新能力。進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力[8]。

三、評(píng)價(jià)方法

課程考核中應(yīng)重視學(xué)生學(xué)習(xí)過程，優(yōu)化課程考核體系，將教學(xué)過程與教學(xué)目標(biāo)相結(jié)合，評(píng)價(jià)體系以課內(nèi)教學(xué)為主，課外實(shí)踐為輔。全面評(píng)估學(xué)習(xí)過程中的知識(shí)獲取、探索研究、自主學(xué)習(xí)、思維創(chuàng)新和學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐能力。

經(jīng)過多方面研究，結(jié)合該課程特點(diǎn)，將課程考核分為3個(gè)部分，閉卷考試占60%，課程答辯占30%，學(xué)生平時(shí)成績占10%。其中要求3個(gè)部分均通過，其中任何一部分不通過，該課程均不通過。

按照工程教育的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，課程體系的評(píng)價(jià)方法主要從下面12個(gè)方面進(jìn)行：①工程知識(shí);②問題分析;③設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案;④復(fù)雜工程問題研究;⑤使用現(xiàn)代工具;⑥工程與社會(huì)影響評(píng)價(jià);⑦環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展理解評(píng)估;

⑧職業(yè)規(guī)范;⑨個(gè)人和團(tuán)隊(duì)角色承擔(dān);⑩溝通;k項(xiàng)目管理;l終身學(xué)習(xí)。

此外，還可以采用直接評(píng)價(jià)與間接評(píng)價(jià)兩種方式進(jìn)行評(píng)價(jià)[9]。直接評(píng)價(jià)根據(jù)課程考核的材料，比如考試、隨堂測驗(yàn)、課程作業(yè)、課程報(bào)告等，完成“課程達(dá)成度評(píng)價(jià)”和“畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)”工作;間接評(píng)價(jià)主要以第二課堂為主，根據(jù)用人單位反饋，畢業(yè)生調(diào)查問卷等完成評(píng)價(jià)。

改變工程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)方式以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向，面向工程實(shí)際，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)技能的培養(yǎng)。專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力、自主創(chuàng)新能力以及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力[10]。

參考文獻(xiàn)：

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[10] 王紅軍，常城，鐘建琳，等. 基于工程教育認(rèn)證理念的機(jī)械類實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)方法與評(píng)價(jià)方式改革[J]. 高教學(xué)刊，2018（1）.

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