王朋 倪翠

【摘要】針對人工智能教學和交通行業(yè)需求相脫節(jié)、學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)以及傳統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)無法達到創(chuàng)新能力培養(yǎng)等問題。本課題建設自主學習為核心的實踐體系建設和綜合創(chuàng)新設計，探索實施人工智能+交通專業(yè)教育課程建設與實踐方法。遵循學生學習能力培養(yǎng)的基本規(guī)律，以真實工作任務及工作過程為依據(jù)，整合優(yōu)化教學資源，實現(xiàn)更高水平的“教、學、做”一體化。

【關鍵詞】人工智能? 交通專業(yè)? 課程建設

【基金項目】山東交通學院本科教學改革研究項目資助（NO.2020ZD10）。

【中圖分類號】G642;TP18-4? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）24-0118-02

近年來，由于機器學習、大數(shù)據(jù)分析等人工智能領域關鍵技術的出現(xiàn)，人工智能正以前所未有的速度和趨勢蓬勃發(fā)展，人工智能應用領域不斷拓展，廣泛應用于教育、安全、醫(yī)療和機器人等領域。人工智能技術越來越滲透到人們的生活，整個社會對人工智能人才的需求量也愈來愈大。因此，進行人工智能課程建設、服務社會發(fā)展是大勢所趨[1]。我國高校人工智能專業(yè)建設起步較早。2003年，北京大學率先開設智能科學與技術專業(yè)，2003年至2011年，全國各大高校陸續(xù)新增了19個智能科學與技術專業(yè)點，2012年至2016年新增15個，2017年新增19個，目前共有53所高校開設了智能科學與技術專業(yè)。國家政策上也高度重視人工智能的發(fā)展，先后出臺了一系列鼓勵指引人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃[2]。2018年8月，教育部公示了2018年度本科專業(yè)申報名單，其中包括智能科學與技術備案專業(yè)點100個，人工智能工程備案專業(yè)點49個。此外，還有38所高校申報人工智能專業(yè)點。人工智能相關專業(yè)點申報呈現(xiàn)井噴趨勢，人工智能專業(yè)建設進入蓬勃發(fā)展時期[3-4]。

以山東交通學院為例，為了積極適應社會發(fā)展形勢，深化人才培養(yǎng)模式改革，2018年，我校成立人工智能學院，面向全校一年級理工類本科專業(yè)開設《人工智能基礎》課。同時，信息科學與電氣工程學院決定在2018級學生中探索實施優(yōu)秀學生“卓越計劃”，遴選62名一年級優(yōu)秀學生組建人工智能“卓越計劃”創(chuàng)新班。2019年，我校建設了人工智能機器人教學實驗平臺。2020年，我校印發(fā)了《學校加快發(fā)展“人工智能+交通”綜合改革實施方案》，提出要主動推進交通領域人工智能的人才培養(yǎng)與科技創(chuàng)新。該實施方案具體提出五個建設目標，其中，在學科專業(yè)建設方面和人才培養(yǎng)方面，要求規(guī)劃建設“人工智能+交通”實驗室與實踐教學基地，進一步優(yōu)化“人工智能+”課程體系。具體到信息科學與電氣工程學院，則要求建設人工智能課程體系，系統(tǒng)培養(yǎng)人工智能專業(yè)人才。因此，在現(xiàn)階段探索人工智能+交通專業(yè)課程建設與實踐方法研究，具有非常重要的意義和價值，也十分符合我校實際發(fā)展需求。

一、人工智能+交通專業(yè)課程建設的主要問題

（一）人工智能教學和交通行業(yè)需求相脫節(jié)。教師對學生預備知識和學習興趣掌握不夠，對交通行業(yè)和人工智能知識體系的需求不夠了解。如何設計課程建設方法提升學生的學習積極性。如何設計符合交通行業(yè)實際應用的教學場景，使學生將人工智能課程模塊的主要內(nèi)容與所學專業(yè)相結(jié)合，有效提升學生的實踐能力和實踐積極性，培養(yǎng)學生的理論認知與應用能力，需要進一步探討和研究。

（二）學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。教學過程中，大部分采用的是以教師講授為主的教學模式，學生處于被動學習狀態(tài)，在學習的過程中缺乏獨立思考的能力。并且人工智能+交通專業(yè)需要多門相關課程的支撐，若學生先導知識不足，會增加學生的學習難度。如何在實踐過程中鍛煉和培養(yǎng)學生的自主學習能力，團結(jié)協(xié)作能力，以及面向過程的管理方式方法等能力，也非常重要。

（三）傳統(tǒng)實踐課程實踐通常采用常規(guī)的課內(nèi)實驗方式，且大多是驗證性實驗，實驗內(nèi)容枯燥乏味，學生缺乏積極性，不利于學生動手能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。如何解決目前交通行業(yè)關注的熱點問題，如智慧交通、智能推薦等。如何有效地將最新應用案例嵌入課堂內(nèi)容，激發(fā)學生興趣，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力，也是值得我們深入思考的問題。

二、人工智能+交通專業(yè)課程建設與實踐方法

（一）人工智能+交通專業(yè)課程內(nèi)容建設

將機器學習引入交通專業(yè)。主要講述與機器學習的有關基礎知識，并闡述有關領域的基本概念與發(fā)展過程。學習不同種類型的機器學習算法，包括監(jiān)督學習（參數(shù)/非參數(shù)算法、K-近鄰算法、樸素貝葉斯算法、支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡等）和無監(jiān)督學習（聚類、主成分分析法、降維、深度學習等）。同時，結(jié)合專業(yè)背景、時代特征，在學習理論的基礎上，介紹智慧交通、智能推薦等領域的關鍵技術，讓學生了解機器學習的理論知識在交通領域的實際應用案例。

調(diào)研我校交通相關專業(yè)，如交通物流、交通土建、軌道交通、汽車工程等專業(yè)，科學分析不同專業(yè)的學生特征和企業(yè)需求，加強人工智能+交通專業(yè)課程建設內(nèi)容研究。通過問卷調(diào)查、訪談等多種方式，對學生的學習特點和學習需求進行認真研究與剖析，進一步掌握學生的預備知識、學習規(guī)劃和感興趣點，有針對性的為學生推送學習資料。在培養(yǎng)過程中，結(jié)合我校學生的學習特點以及人工智能在交通行業(yè)的最新技術、工程案例和企業(yè)需求，建設接近現(xiàn)實應用的教學內(nèi)容和實踐場景，提高教學質(zhì)量和學生的學習積極性。

（二）以自主學習為核心的實踐體系建設

積極探索MDP課程建設模式，即課前MOOC、課上Discuss、課后Project。在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，學習成為無時不可、無地不可的事情，學生只有連接網(wǎng)絡就可以學習，不必完全依賴課堂和書本，真正實現(xiàn)時空上的自由。鼓勵學生積極參與線上學習，不僅局限于我校開設的人工智能MOOC，也要學習中國大學MOOC、智慧樹等多個平臺上的相關課程，多方面綜合獲取知識，以在線課程等方式構建以學習者為中心的教育理念和模式，有效滿足學生個性化和多樣化的學習需求。

課程內(nèi)容講授時，由相關案例引入主要知識和技術，使學生將案例中的內(nèi)容和主要知識點相對應，通過對案例的深入剖析加深學生對知識與技術的原理、應用方式的理解。部分內(nèi)容可由學生自行討論講解，將學習的決定權轉(zhuǎn)移到學生，使課堂氣氛更為活躍。在課堂內(nèi)的寶貴時間，使學生更主動地學習。

在理論教學的基礎上，給學生布置課后Project，讓學生通過線上學習，分成多個項目小組，結(jié)合各自專業(yè)，探討機器學習在本專業(yè)的應用，完成課后Project的分析、設計與實現(xiàn)。利用課外時間按課題分組進行人員集中，遇到的難點，同學之間相互討論，老師點評指導，并選取具體案例，讓學生將機器學習方法付諸實踐，解決專業(yè)難題，并在課堂上以PPT形式對Project進行介紹和演示，引導學生Discuss，啟發(fā)學生多向思維和設計思路，充分發(fā)揮學生的主觀能動性。讓學生充分利用課外時間進行自主學習，了解所學專業(yè)對人工智能知識體系的需求。

（三）綜合創(chuàng)新設計

為了讓學生更好地運用所學的人工智能知識解決交通專業(yè)的實際問題，建設“以學帶做，以做促學”實踐體系，將人工智能課程與綜合創(chuàng)新實踐相結(jié)合。要求學生進行綜合性的項目設計，自行選擇感興趣的課題，組建團隊，運用所學知識和技術進行項目研發(fā)，開發(fā)的具體過程分為系統(tǒng)需求分析、軟件設計、實現(xiàn)、集成和測試幾個部分，由團隊成員分工實踐、定期總結(jié)匯報、提問互動交流，使全體學生對工程項目的每個環(huán)節(jié)都有所了解，同時每個人又可以發(fā)現(xiàn)自己最為擅長的領域，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神，提升學生的學習積極性，更深入地投入到人工智能技術的應用。同時要求學生積極參加學校、省市及全國性的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽或全國電子設計大賽，充分展開“第二課堂”建設。通過大賽了解其他高校的作品和正在開展的研究，以及相關企業(yè)需求，加強交流，對比分析，檢驗自身學習效果，并反哺到以后的學習中，進一步檢驗和提升學生的自主創(chuàng)新能力。在這一過程中，做到“學生為主，教師為輔”，從發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研、方案制定、作品設計及實現(xiàn)等方面組織學生獨立開展工作，讓學生邊學邊做，以學帶做，以做促學，將實踐環(huán)節(jié)與交通行業(yè)相結(jié)合，培養(yǎng)以實踐為基礎的科學精神和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、動手實踐能力，不斷提高學生自主學習、團結(jié)協(xié)作和組織實施能力。

三、總結(jié)

人工智能+交通專業(yè)開設時間較短，該專業(yè)課程建設與實踐方法存在一些問題。本文針對人工智能+交通專業(yè)課程建設和實踐中存在的實際問題，并根據(jù)問題分析人工智能背景下課程建設模式和實踐方法。課程建設打破常規(guī)教學模式，采用“翻轉(zhuǎn)課堂”模式，以學生為中心教學，讓學習更加靈活、主動，讓學生的參與度更強，發(fā)揮學生的主體地位。建設“以學帶做，以做促學”實踐體系，調(diào)動學生的主動性，使學生具有系統(tǒng)深入的人工智能專業(yè)知識和實踐能力，從而提升學生的高階認知能力，促進課程的學習效率。

參考文獻：

[1]王艷.基于“立地頂天”教學理念的人工智能課程建設[J].云南科技管理，2021，34（1）：19-22.

[2]吳秦，宋曉寧，楊金龍.新工科時代“人工智能”課程教學模式探討[J].教育教學論壇，2021（34）：131-134.

[3]高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃[J].中國信息技術教育，2018（8）：2-5.

[4]趙圣魯，余燕萍.產(chǎn)教融合背景下人工智能技術服務專業(yè)課程體系構建[J].電腦知識與技術，2021，17（27）：232-233+256.

作者簡介：

王朋（1982年-），男，山東德州人，副教授，博士，研究方向為數(shù)字圖像處理、計算機視覺。

倪翠（1982年-），女，山東德州人，副教授，博士，研究方向為數(shù)字圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘。