肖雄子彥，陳江平，仝月榮，楚朋志

（上海交通大學(xué)a.學(xué)生創(chuàng)新中心；b.教務(wù)處，上海 200240）

0 引言

人工智能發(fā)展已上升為國(guó)家戰(zhàn)略，成為推動(dòng)社會(huì)智能化發(fā)展的決定性力量［1］，而有效開(kāi)展人工智能人才培養(yǎng)也正成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵與現(xiàn)階段高等教育的重要使命［2］。

2017 年教育部新工科建設(shè)中對(duì)工科人才培養(yǎng)提出新要求［3-4］，以學(xué)科交叉、產(chǎn)教融合背景下的學(xué)生工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)［5］。2017 年底，國(guó)務(wù)院辦公廳出臺(tái)《關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)［2017］95號(hào)），明確指出“深化產(chǎn)教融合，促進(jìn)教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈有機(jī)銜接”“充分調(diào)動(dòng)企業(yè)參與產(chǎn)教融合的積極性和主動(dòng)性，構(gòu)建校企合作長(zhǎng)效機(jī)制”［6］。

教學(xué)模式的改革創(chuàng)新正不斷提升著高校教學(xué)質(zhì)量［7-9］，智慧教學(xué)工具［10］與混合式教學(xué)設(shè)計(jì)［11］的方法與手段為教學(xué)改革拓展了新思路。混合式教學(xué)通過(guò)傳統(tǒng)教學(xué)形式與數(shù)字化工具的有機(jī)結(jié)合［12］，鞏固基礎(chǔ)打造差異化學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與度。

現(xiàn)有人工智能課程大多存在重理論而輕實(shí)戰(zhàn)、缺乏專業(yè)的實(shí)踐平臺(tái)與計(jì)算資源［13］、教學(xué)模式單一、與行業(yè)需求脫離等問(wèn)題，一定程度上限制了學(xué)生工程能力的發(fā)展。因此，為了更好把握新工科建設(shè)的內(nèi)涵，落實(shí)校企協(xié)同與教學(xué)模式創(chuàng)新，我校學(xué)生創(chuàng)新中心引入多種信息化手段和產(chǎn)業(yè)資源，對(duì)人工智能實(shí)踐課程——“深度學(xué)習(xí)算法與實(shí)踐”進(jìn)行了混合式教學(xué)改革，提出了基于產(chǎn)教融合創(chuàng)新設(shè)計(jì)的循環(huán)混合式教學(xué)方法。

1 課程背景與學(xué)情分析

1.1 課程簡(jiǎn)介與學(xué)習(xí)目標(biāo)

深度學(xué)習(xí)算法與實(shí)踐課程為我校學(xué)生創(chuàng)新中心開(kāi)設(shè)的校企公共選修課（32 學(xué)時(shí)，2 學(xué)分）。課程面向全校各專業(yè)本科生，內(nèi)容覆蓋計(jì)算機(jī)視覺(jué)與自然語(yǔ)言處理基礎(chǔ)理論，引入了華為云人工智能開(kāi)發(fā)平臺(tái)與智能硬件拓展實(shí)踐場(chǎng)景、與行業(yè)相接軌。通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、以賽促學(xué)等教學(xué)設(shè)計(jì)，提升學(xué)生批判性思維與工程實(shí)踐等綜合能力，促進(jìn)人工智能與多學(xué)科交叉融合。

課程圍繞知識(shí)單元，在價(jià)值引領(lǐng)、知識(shí)探究、能力建設(shè)與人格養(yǎng)成方面，樹(shù)立了相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，如圖1所示。

圖1 深度學(xué)習(xí)算法與實(shí)踐課程目標(biāo)

1.2 學(xué)情分析與重點(diǎn)問(wèn)題

人工智能作為一個(gè)由多學(xué)科交叉滲透發(fā)展起來(lái)的學(xué)科，其突出特點(diǎn)是知識(shí)面廣、概念抽象，同時(shí)對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、邏輯思維及計(jì)算機(jī)編程水平要求較高［14］。秉持著以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，對(duì)課程重點(diǎn)學(xué)情進(jìn)行調(diào)研與分析，充分剖析、挖掘?qū)W生需求，提出教學(xué)改革的思路與解決方案。

根據(jù)選課數(shù)據(jù)與課前調(diào)研，該課程學(xué)生來(lái)自電子信息、機(jī)械動(dòng)力、船舶海洋、經(jīng)濟(jì)管理、生命科學(xué)等不同專業(yè)，大部分學(xué)生具備了Python 編程、微積分與線性代數(shù)等前置知識(shí)，但仍有部分同學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱。于是，針對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊的問(wèn)題，需要重組線上線下資源，通過(guò)教學(xué)環(huán)節(jié)的精心設(shè)計(jì)來(lái)加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)的補(bǔ)充，同時(shí)進(jìn)行合理化的分層教學(xué)以滿足不同學(xué)生的需求。因此引入了信息化程度更高、教學(xué)形式更豐富的線上線下混合式教學(xué)方法。

此外，工程性缺失和實(shí)踐教學(xué)薄弱是我國(guó)高等工程教育長(zhǎng)期存在的問(wèn)題［15］，工程實(shí)踐能力通常被認(rèn)為是解決實(shí)際問(wèn)題必備的綜合能力［16］。問(wèn)卷調(diào)查顯示，有83%的學(xué)生表示“希望有更多項(xiàng)目實(shí)踐機(jī)會(huì)”“想了解產(chǎn)業(yè)平臺(tái)”等需求。反映出學(xué)生工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，對(duì)行業(yè)案例探索的意愿較強(qiáng)烈。于是，針對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力薄弱的問(wèn)題，需要有選擇性、有針對(duì)性地融入產(chǎn)業(yè)平臺(tái)與教學(xué)資源?；趯W(xué)生創(chuàng)新中心與華為公司的深厚合作基礎(chǔ)，課程引入華為人工智能開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)拓展課程的實(shí)踐場(chǎng)景，促進(jìn)高校與企業(yè)的良性互動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)“課賽結(jié)合”的設(shè)計(jì)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提升學(xué)生的工程能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2 產(chǎn)教融合的循環(huán)混合式教學(xué)模式分析

2.1 產(chǎn)教資源的融合與重塑

深化產(chǎn)教融合是培養(yǎng)面向行業(yè)創(chuàng)新型人才的重要途徑。在此過(guò)程中，行業(yè)和高校需要建立一種資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的合作模式，以達(dá)到發(fā)展共贏的目的。校企融合，首先是資源細(xì)分，然后是資源重組，最后是融合創(chuàng)新。

課程理論部分將以高校教師為主體，開(kāi)發(fā)較為系統(tǒng)、完善的理論內(nèi)容，以企業(yè)專家為輔助延伸，探索行業(yè)前沿應(yīng)用案例；而實(shí)踐部分將以企業(yè)平臺(tái)為載體，校企協(xié)同開(kāi)發(fā)適應(yīng)學(xué)生需求的行業(yè)案例，幫助學(xué)生學(xué)以致用，提升工程能力。因此，課程聯(lián)合華為云專家，協(xié)調(diào)校企雙方教學(xué)資源，探討提出了產(chǎn)教融合背景下的實(shí)踐環(huán)節(jié)創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略，如圖2 所示。

圖2 人工智能實(shí)踐課程中產(chǎn)教融合實(shí)踐創(chuàng)新策略

（1）穩(wěn)固基礎(chǔ)。由點(diǎn)到面引入產(chǎn)業(yè)平臺(tái)，利用線上導(dǎo)學(xué)做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，在線下課堂配合理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行產(chǎn)學(xué)融合案例實(shí)踐。

（2）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。在教師引導(dǎo)下發(fā)揮各自學(xué)科背景優(yōu)勢(shì)，以華為云平臺(tái)為載體進(jìn)行項(xiàng)目研究，探索人工智能的社會(huì)行業(yè)價(jià)值，促進(jìn)多學(xué)科交叉融合。

（3）以賽促學(xué)，課賽結(jié)合。校企協(xié)同組織校內(nèi)賽，學(xué)生基于產(chǎn)業(yè)平臺(tái)進(jìn)行打榜競(jìng)技，探究解決該社會(huì)問(wèn)題的最優(yōu)策略，全面鍛煉學(xué)生的綜合能力。

2.2 循環(huán)混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

作為混合式教學(xué)的基礎(chǔ)，線上學(xué)習(xí)不是錦上添花而是必備的教學(xué)活動(dòng)。線上資源應(yīng)主要由學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)、思考可以順利掌握的內(nèi)容構(gòu)成，如：低階的算法基礎(chǔ)、初級(jí)的產(chǎn)學(xué)實(shí)驗(yàn)、課堂知識(shí)的回顧梳理、課后的知識(shí)鞏固與拓展閱讀等。

而線下教學(xué)亦不是傳統(tǒng)課堂的照搬，以教師精心設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)為載體，對(duì)線上內(nèi)容進(jìn)一步拓展延伸，形成完整的知識(shí)體系，并在實(shí)踐中靈活運(yùn)用。線下課堂應(yīng)由需要教師引導(dǎo)的、學(xué)生靠自主學(xué)習(xí)難以達(dá)到最佳效果的教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成，如知識(shí)體系梳理、高階算法難點(diǎn)、復(fù)雜的產(chǎn)學(xué)拓展實(shí)踐、小組團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等。

基于上述討論，結(jié)合課程實(shí)際情況，提出了基于產(chǎn)學(xué)融合的循環(huán)混合式教學(xué)設(shè)計(jì)方法，如圖3 所示。

圖3 產(chǎn)教融合的混合式教學(xué)改革過(guò)程設(shè)計(jì)

通過(guò)從線上到線下再到線上的循環(huán)學(xué)習(xí)過(guò)程，將產(chǎn)與學(xué)有機(jī)融入課前、課中、課后的每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，形成學(xué)習(xí)閉環(huán)，做到課前有準(zhǔn)備，課中有收獲，課后有拓展。最后通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)貫穿課前、課中、課后全過(guò)程，促進(jìn)課堂從以教為中心轉(zhuǎn)變成以學(xué)為中心。

3 教學(xué)實(shí)施過(guò)程

課程改革的實(shí)施過(guò)程融入了多種智能化、信息化手段，包括上海交通大學(xué)CANVAS 線上平臺(tái)、數(shù)字化“雨課堂”、華為云實(shí)踐平臺(tái)來(lái)豐富教學(xué)場(chǎng)景，提升教學(xué)效率，如圖4 所示。同時(shí)，基于小規(guī)模專有在線課程（Small Private Online Courses，SPOC）模式，通過(guò)在線學(xué)習(xí)的方式拓展教學(xué)場(chǎng)景，提高教育的靈活性，構(gòu)建了課前、課中、課后的3 個(gè)主要階段教學(xué)過(guò)程［17］。

圖4 教學(xué)實(shí)施過(guò)程中的多種信息化手段

3.1 課前：基于CANVAS 平臺(tái)的SPOC 建設(shè)，增強(qiáng)互動(dòng)提升效率

教師整合線上產(chǎn)學(xué)資源，進(jìn)行了基于CANVAS 平臺(tái)上的課前導(dǎo)學(xué)內(nèi)容建設(shè)，主要包括：國(guó)內(nèi)外精品名師MOOC相關(guān)知識(shí)、產(chǎn)業(yè)平臺(tái)實(shí)踐手冊(cè)與視頻、教師補(bǔ)充視頻講解與課件、話題討論與課前練習(xí)等。學(xué)生通過(guò)對(duì)線上資源的自主學(xué)習(xí)，完成練習(xí)作業(yè)與討論，教師進(jìn)行在線評(píng)分與交流互動(dòng)。

一方面，學(xué)生在討論區(qū)能查看其他同學(xué)對(duì)當(dāng)下問(wèn)題的理解，形成更好的“社交式”學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考、提升課程參與感，讓學(xué)生帶著思考走入線下課堂。另一方面，通過(guò)基礎(chǔ)內(nèi)容的前置，盡量將學(xué)生基礎(chǔ)拉至同一“起跑線”，也幫助教師提前了解學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果與知識(shí)盲區(qū)，適時(shí)調(diào)整線下內(nèi)容，進(jìn)行有針對(duì)性的知識(shí)延伸與補(bǔ)充。

3.2 課中：數(shù)字化雨課堂夯實(shí)理論，產(chǎn)業(yè)平臺(tái)助力實(shí)踐

課中采取線下課堂面授的形式，將理論與實(shí)踐相結(jié)合。

（1）銜接課前導(dǎo)學(xué)內(nèi)容，從學(xué)生體驗(yàn)出發(fā)設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà)課件拆解知識(shí)重難點(diǎn)，幫助基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)更好掌握知識(shí)原理，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，通過(guò)數(shù)字化“雨課堂”記錄學(xué)生學(xué)習(xí)的全過(guò)程，學(xué)生通過(guò)掃碼可在手機(jī)端對(duì)課件進(jìn)行標(biāo)記、收藏，并收到老師發(fā)送的各類習(xí)題（單選、投票題、填空、主觀題）進(jìn)行作答、思考。教師可在移動(dòng)端跟蹤學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果、對(duì)知識(shí)盲區(qū)及時(shí)答疑解惑，根據(jù)雨課堂生成的數(shù)據(jù)對(duì)課堂學(xué)習(xí)效果進(jìn)行總結(jié)。

（2）由淺入深引入產(chǎn)業(yè)平臺(tái)和學(xué)習(xí)資源，本課程中使用了華為云（ModelArts 開(kāi)發(fā)平臺(tái)）、對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)、智能硬件（華為Hilens Kit）。教師結(jié)合課程主要知識(shí)單元開(kāi)發(fā)產(chǎn)學(xué)融合的實(shí)踐案例，學(xué)生基于產(chǎn)業(yè)平臺(tái)，完成從基礎(chǔ)到進(jìn)階的綜合實(shí)驗(yàn)，同時(shí)展開(kāi)期中項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與期末打榜競(jìng)賽，逐步提升工程能力、動(dòng)手實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作等綜合技能。

3.3 課后：線上鞏固與拓展提升，打造差異化學(xué)習(xí)

課后，學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況再次回到線上進(jìn)行知識(shí)鞏固與拓展學(xué)習(xí)。教師以CANVAS 平臺(tái)為載體，錄制了產(chǎn)學(xué)實(shí)踐的詳細(xì)視頻供基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生查漏補(bǔ)缺，加強(qiáng)鞏固。同時(shí)，整合拓展閱讀資料、進(jìn)階實(shí)踐與相關(guān)話題討論，供能力較強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)與探究。教師、助教團(tuán)隊(duì)協(xié)同企業(yè)專家，三方共同支持學(xué)生課后的學(xué)習(xí)成長(zhǎng)與進(jìn)一步交流探索。

3.4 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)貫穿教學(xué)全過(guò)程，促進(jìn)多學(xué)科交叉

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL）模式在研究和實(shí)踐中推陳出新，不斷被賦予新的內(nèi)容［18-19］。如圖5 所示，課程融入PBL 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)、產(chǎn)業(yè)平臺(tái)為依托，結(jié)合所學(xué)知識(shí)單元與專業(yè)背景，完成小組項(xiàng)目探究與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生理解人工智能的社會(huì)價(jià)值，將技術(shù)與行業(yè)（機(jī)械、經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)、美學(xué)設(shè)計(jì)等）相結(jié)合。在此過(guò)程中，學(xué)生將發(fā)揮主觀能動(dòng)性，獲得較大的自主學(xué)習(xí)空間。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)充分檢驗(yàn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度理解，也鍛煉了學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力。

圖5 PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生將技術(shù)與行業(yè)相結(jié)合

4 多元化評(píng)價(jià)與改革成效

課程采取了多元化的評(píng)價(jià)機(jī)制，如圖6 所示。綜合考慮了線上學(xué)習(xí)與線下課堂的表現(xiàn)，項(xiàng)目學(xué)習(xí)使用了教師點(diǎn)評(píng)與學(xué)生互評(píng)相結(jié)合的模式，期末考核采用了校企協(xié)同以賽促學(xué)。

圖6 課程考核方案與成績(jī)構(gòu)成

4.1 線上＋線下：多種信息化手段考查學(xué)生學(xué)習(xí)效果

如圖7 所示，線上成績(jī)主要由CANVAS 平臺(tái)的練習(xí)、討論、作業(yè)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)組成，線下成績(jī)主要由“雨課堂”中記錄的線下答題數(shù)據(jù)、課堂表現(xiàn)得分組成。從線上與線下的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)分析得出：學(xué)生線上學(xué)習(xí)參與度高達(dá)88%，學(xué)習(xí)心得較以往更加豐富；“雨課堂”數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握程度普遍提高，課堂互動(dòng)性增強(qiáng)，學(xué)生的提問(wèn)從廣度和深度上相較以往都有所提升。

圖7 多元化評(píng)價(jià)，“線上+線下”綜合考量

4.2 教師點(diǎn)評(píng)＋學(xué)生互評(píng)：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)互促成長(zhǎng)

課程中期采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，各小組對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行展示、匯報(bào)。學(xué)生將轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處熃巧钡巧现v臺(tái)，分享本組的項(xiàng)目探究成果，各組同學(xué)進(jìn)行廣泛的交流與討論，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)與補(bǔ)充。

評(píng)價(jià)方式采取學(xué)生互評(píng)與教師綜合統(tǒng)籌的形式，如圖8 所示，學(xué)生將從算法講解、邏輯思路、行業(yè)價(jià)值、團(tuán)隊(duì)分工等方面進(jìn)行互評(píng)。最后，由教師對(duì)各組所選擇的項(xiàng)目難度進(jìn)行加權(quán)評(píng)分，得到最終的項(xiàng)目成績(jī)。從學(xué)生項(xiàng)目匯報(bào)成果來(lái)看，42%的學(xué)生團(tuán)隊(duì)選擇了挑戰(zhàn)難度較高的算法，實(shí)驗(yàn)完成度較往屆更高，項(xiàng)目展示效果更加精彩。

圖8 項(xiàng)目考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)

4.3 產(chǎn)業(yè)＋高校：以賽促學(xué)，基于產(chǎn)業(yè)平臺(tái)的能力提升

課程期末，教師團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為云專家組織校內(nèi)賽。由高校教師進(jìn)行競(jìng)賽規(guī)則培訓(xùn)，由企業(yè)專家提供技術(shù)支持與保障。學(xué)生將基于企業(yè)提供的平臺(tái)與數(shù)據(jù)，針對(duì)所給定的社會(huì)問(wèn)題（如城市垃圾檢測(cè)、國(guó)防衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)分割等），探究最優(yōu)策略，進(jìn)行打榜競(jìng)技。在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景中提升學(xué)生工程實(shí)踐能力。

從學(xué)生競(jìng)賽成績(jī)分析，近30%的學(xué)生團(tuán)隊(duì)，超過(guò)了企業(yè)專家樹(shù)立的“標(biāo)桿分?jǐn)?shù)”，獲得的評(píng)分較往屆有了明顯的提升，課賽結(jié)合模式充分激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新活力。并且在“華為云杯2021 人工智能應(yīng)用創(chuàng)新大賽”中，本課程學(xué)生團(tuán)隊(duì)榮獲全國(guó)三等獎(jiǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

在新工科建設(shè)內(nèi)涵的指導(dǎo)下，我校學(xué)生創(chuàng)新中心以深度學(xué)習(xí)算法與實(shí)踐選修課為例，探索校企協(xié)同與教學(xué)模式創(chuàng)新，依托多種信息化手段，進(jìn)行了基于產(chǎn)教融合的循環(huán)混合式教學(xué)改革與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。積極探索校企合作協(xié)同育人，將企業(yè)優(yōu)秀技術(shù)平臺(tái)引入高校課堂，“以課為基，以賽促學(xué)”，通過(guò)線上與線下混合式教學(xué)的有機(jī)聯(lián)動(dòng)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)與高校的深度融合，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)貫穿教學(xué)全過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生工程實(shí)踐等綜合能力的提升，有利于人工智能技術(shù)與多學(xué)科的交叉融合，本課程改革構(gòu)建了具有一定普適價(jià)值的產(chǎn)學(xué)合作模式。