貴向泉 高禎 李立 王瑞鵬 謝鵬壽 薛建彬 張璽君 馬維俊

摘要：“新工科”計劃中的“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”的工程教育目標是推動研究生教育課程改革的重要動力。將新工科的建設理念與人工智能教學實踐相結(jié)合，緊跟技術(shù)發(fā)展的趨勢，在理論和實踐結(jié)合的基礎(chǔ)上，摒棄單一的教學方法和模式，根據(jù)實時教學情況修改和更新課程內(nèi)容，充分調(diào)動學生的積極性以及培養(yǎng)創(chuàng)新能力，從而達到提高教學質(zhì)量和效率的最終目標。

關(guān)鍵詞：“新工科”建設;人工智能;教學改革;創(chuàng)新能力

中圖分類號：G643.2? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）15-0129-03

近年來，我國為主動應對新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，以支撐服務創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，提出“新工科計劃”。其中，“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”的工程教育目標是推動研究生教育課程改革的重要動力。研究生智能教育的開展和完善是我國實現(xiàn)智能創(chuàng)造的迫切需求，同時對我國在2030年成為全球人工智能創(chuàng)新中心的戰(zhàn)略目標具有重要意義[1]。

自人工智能概念的第一次提出，理論和技術(shù)不斷發(fā)展，其應用領(lǐng)域也不斷擴展，該課程所培養(yǎng)的學生具備很強的工程性和實踐性，為高新技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供人才支撐。將新工科的建設理念與人工智能教學實踐相結(jié)合，對該課程在教學內(nèi)容、教學方法和教學模式上進行變革，重點應放在如何緊跟技術(shù)發(fā)展的趨勢，在理論和實踐結(jié)合的基礎(chǔ)上，摒棄單一的教學方法和模式，根據(jù)實時教學情況修改和更新課程內(nèi)容。

一、新工科，新智能

“新工科”的新在于“存量更新”和“增量補充”，新型工科專業(yè)屬于“存量更新”，新生和新興工科專業(yè)屬于“增量補充”[2]。未來新工科不僅僅涵蓋工程領(lǐng)域，各個專業(yè)領(lǐng)域之間的關(guān)聯(lián)更為緊密，彼此依靠、協(xié)同發(fā)展成為一種趨勢。因此，新工科發(fā)展面臨的首要問題就是應解決不同學科之間交叉融合產(chǎn)生的復雜工程問題。

現(xiàn)今社會各個領(lǐng)域的發(fā)展與人工智能的關(guān)系愈發(fā)緊密，對于不同領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的融合，教育逐漸顯現(xiàn)出其在人工智能發(fā)展歷程中發(fā)揮的重要作用。在高校中建設人工智能課程是為滿足市場不斷增長的需求，專門建立一門課程體系乃至專業(yè)，對培養(yǎng)新一批擁有創(chuàng)新型思維、交叉融合多學科、具備高水平能力的人才至關(guān)重要。

人工智能課程的“新”應從基礎(chǔ)課程出發(fā)，建立獨立的課程體系，在教學過程中穿插區(qū)別于傳統(tǒng)教學方法的培養(yǎng)模式。教師應摒棄課程的目的在于知識傳授、以單一的考試測評作為評判學生水平高低的標準的傳統(tǒng)觀念，秉承“授人以漁”的教學態(tài)度?；A(chǔ)課程應聚焦于人工智能前沿技術(shù)，及時更新知識點，以多角度切入不同領(lǐng)域人工智能的應用，靈活運用慕課、微課等授課手段，實現(xiàn)師生交互式教學，提高學生參與度，充分調(diào)動創(chuàng)造性和積極性，營造奮發(fā)向上、積極進取的良好創(chuàng)新環(huán)境。

二、“智能”培養(yǎng)

作為一種新型的交叉學科，人工智能發(fā)展迅猛的關(guān)鍵在于其與其他學科的融合率高、對不同學科的發(fā)展建設起到極大的推動作用。人工智能發(fā)展迅速的時代背景對人工智能的教學提出新要求：注重實踐和理論的結(jié)合，在傳授基礎(chǔ)理論的同時，緊跟前沿技術(shù)的發(fā)展趨勢;根據(jù)具體問題及時更新知識點，淘汰過時的理論，提高教學效率;建立完備的教學資源庫和完善的培養(yǎng)模式以保證整體教學質(zhì)量;明確培養(yǎng)目標，為今后人工智能發(fā)展提供高水平的人才支撐[3]。為滿足人工智能發(fā)展的要求，本文著重討論從教學內(nèi)容、教學手段和培養(yǎng)模式三個角度變革進行討論，建設具有創(chuàng)新色彩和質(zhì)量保證的課程教學體系。

（一）優(yōu)化教學內(nèi)容

作為一門課程的基礎(chǔ)，教學內(nèi)容的選擇是人工智能教學首要考慮的問題，適宜的教學內(nèi)容可以使得教學的效果取得事半功倍的效果。對于人工智能教學內(nèi)容的選擇，基礎(chǔ)理論可以幫助迅速了解人工智能的起源發(fā)展以及充分理解基礎(chǔ)理論的表達和推理，奠定良好的專業(yè)知識基礎(chǔ)。前沿技術(shù)的概述則能夠以實際應用展現(xiàn)人工智能與其他領(lǐng)域的結(jié)合點、切入點，為以后現(xiàn)實問題的提出和解決培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。

（二）拓寬教學手段

教學手段總是隨著課程體系的建設變革而不斷創(chuàng)新和增加，根本目的在于充分調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。改變教學方式，提高學生的參與度是目前教學面對的根本問題。

人工智能的學科性質(zhì)決定了在教學過程中運用新型技術(shù)和新穎的方式更能引起學生的興趣，對于課堂互動式教學，可采取的教學手段包括課堂辯論、網(wǎng)絡實驗以及運用成熟的教學應用程序（例如慕課）等等。鼓勵他們參與到教學過程中，增加師生之間的溝通，及時向教師反饋教學存在的問題，從而提高教學的效率。

（三）完善培養(yǎng)模式

對于培養(yǎng)模式，首先明確培養(yǎng)方向和教育理念，實行教學和研究結(jié)合，將實踐作為教學過程的重要組成部分;其次，引導學生培養(yǎng)獨立探索、主動求解的思維，鼓勵學生提出自己的主張，調(diào)動學生進行科研的主動性和積極性;突破傳統(tǒng)的教學方法，在教學過程中探索教學方法和拓寬教學手段，與時俱進的調(diào)整教學內(nèi)容;針對研究型、應用型、綜合型等不同方向建設教育模式;嚴格把控教學過程，建立多層次的教育質(zhì)量評估體系，反饋教學過程中存在的問題，促進模式變革的良性發(fā)展[4]。

三、教學改革的實踐

蘭州理工大學十分重視學生的創(chuàng)新實踐能力，在對國家“新工科”建設理念進行剖析以及對人工智能課程改革中涉及的教學手段和培養(yǎng)模式進行研討后，教研組認為必須適當增加人工智能課程教學過程中科研討論和專題討論的強度;引導學生積極參與課程實踐，以實踐促進對基礎(chǔ)理論知識的吸收，培養(yǎng)學生獨立學習和融匯多學科交叉應用的能力;充分利用本校工程類強項專業(yè)的優(yōu)勢，將人工智能的理念與其他專業(yè)課程內(nèi)容緊密結(jié)合，讓學生更直觀的了解人工智能在其他領(lǐng)域的應用以及實現(xiàn)方法。

（一）教學目標和大綱

人工智能課程的根本目的在于介紹如何通過計算機來實現(xiàn)模擬人類智能，對于課程的設置應讓學生了解人工智能的概念、發(fā)展歷程以及國際人工智能的主要流派和研究情況，熟悉人工智能的研究領(lǐng)域，熟練掌握知識表示的各種方法、基本原理、算法、設計語言、編程環(huán)境和系統(tǒng)技術(shù)，熟悉人工智能的主要應用領(lǐng)域等基礎(chǔ)知識。教學大綱內(nèi)容以實際問題與人工智能相關(guān)理念結(jié)合為切入點（見下表）。

（二）課程組織和實施

本課程的教學分為兩個部分：理論教學和實踐教學，共計8周。理論教學以相關(guān)概念、基本原理、算法、設計語言、編程環(huán)境和系統(tǒng)技術(shù)的傳授為主;實踐教學則以基礎(chǔ)方法的實現(xiàn)和結(jié)合相關(guān)應用的實際問題解決為出發(fā)點進行制定。理論教學部分采取課堂上教師講授基本理論和案例教學的方式，對基礎(chǔ)知識進行講解，歷時6周;實踐部分采取實際問題布置，提交學生個人研究方案，并對課題進行總結(jié)和優(yōu)化，歷時2周。

第一階段，教師講授。課堂上講授人工智能的相關(guān)專業(yè)知識，并對具體案例進行專題分析。每周4課時，歷時3周。

第二階段，個人子課題和小組選題。教師引導，學生自主查閱資料、調(diào)研、團隊交流，確定研究方向，擬定選題。課上2課時。

第三階段，研究方案擬定。學生設計研究方案并對其進行調(diào)整和優(yōu)化，提出設計思路，步驟、需求分析和進度規(guī)劃。歷時一周，課下進行。

第四階段，匯報研究方案。課上匯報研究方案，教師進行指導調(diào)整。歷時4課時，課堂教學部分結(jié)束。

第五階段，研究課題實施。學生對研究方案進行優(yōu)化調(diào)整、實施，并提交最終方案總結(jié)報告和設計成果。教師對課題研究進行審核，提出方案存在問題并給出意見。歷時3周，12課時。

（三）科研訓練和實踐創(chuàng)新

培養(yǎng)學生利用課下時間學會獨立獲取知識的能力至關(guān)重要。鼓勵學生廣泛閱讀國內(nèi)外人工智能相關(guān)文獻，積極參與科研論壇和學術(shù)交流，在共享資源的環(huán)境中提高學生自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。提倡學生參加科研競賽，學以致用，鍛煉學生面對實際問題的分析決策能力[5]。

在實踐創(chuàng)新方面，要求學校建立完善的實踐環(huán)境，引導和培養(yǎng)學生參與到項目創(chuàng)新中;增加實踐課的設置，鼓勵學生參與科研訓練和創(chuàng)新項目，將課程的理論性和應用性結(jié)合，結(jié)合基礎(chǔ)知識點分析案例，重點突出項目實訓和實踐操作的作用。引導學生在學習和實踐的過程中，培養(yǎng)出獨立自主、創(chuàng)新發(fā)展的思維。

（四）考核方式

基于本課程的目的在于充分調(diào)動學生實踐創(chuàng)新的積極性以及掌握人工智能的專業(yè)知識，培養(yǎng)學生獨立學習和實踐能力相結(jié)合的綜合素養(yǎng)，采取結(jié)課考試和平時成績相結(jié)合的考核評價方式。結(jié)課考試占60%比重，平時成績占40%比重。其中，平時成績的考核包括課題研究和教師評價，課題研究成績占70%，成績設定為優(yōu)秀、良好、及格和不及格四個等級，比例控制在10%、35%、45%和10%。

四、結(jié)束語

人工智能的發(fā)展是隨著時代的發(fā)展和技術(shù)的進步而變化，本文從高校角度出發(fā)進行課程體系變革的探討，為新時期如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才和新時期的工程教育變革提供參考。

參考文獻：

[1]李德毅，馬楠.智能時代新工科——人工智能推動教育改革的實踐[J].高等工程教育研究，2017，（05）：8-12.

[2]林健.引領(lǐng)高等教育改革的新工科建設[J].中國高等教育，2017，（Z2）：40-43.

[3]游曉明.新工科背景下人工智能課程教學改革與實踐[J].福建電腦，2019，35（01）：59+62.

[4]徐曉飛，丁效華.面向可持續(xù)競爭力的新工科人才培養(yǎng)模式改革探索[J].中國大學教學，2017，（06）：6-10.

[5]馬曉雨，生龍.新工科背景下引入人工智能理念的“結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設計”課程的構(gòu)建[J].高教學刊，2019，（06）：36-37+40.