劉瀏 高采

摘要：人工智能專業(yè)是為了適應(yīng)我國信息現(xiàn)代化快速發(fā)展而開設(shè)的新工科專業(yè)，其課程的核心在于培養(yǎng)具有AI理論基礎(chǔ)和實踐能力的專業(yè)人才。文章在分析現(xiàn)有專業(yè)課程教學(xué)過程中存在的不足，立足于本專業(yè)課程特點和專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)提出在新工科背景下人工智能專業(yè)教學(xué)改革方案。該方案包括了課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段、課后實踐的方式以及專業(yè)教師隊伍建設(shè)等多個方面。

關(guān)鍵詞：新工科;教學(xué)改革;人工智能

一、緒論

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)正在逐步成為促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎。尤其是近年來，人工智能技術(shù)已經(jīng)覆蓋了全行業(yè)，從智能家電到智慧城市，從自動駕駛到工業(yè)4.0，人工智能正在滲透到社會經(jīng)濟(jì)生活的每一個角落。2017年7月，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，標(biāo)志著發(fā)展人工智能成為我國的國家戰(zhàn)略。為了落實該通知，2018年教育部印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》。該計劃對人工智能技術(shù)人才培養(yǎng)提出了加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域?qū)W科和專業(yè)建設(shè)、加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)、構(gòu)建人工智能多層次教育體系等三方面要求。同時計劃提出包括堅持創(chuàng)新引領(lǐng)，堅持科教融合、堅持服務(wù)需求、堅持軍民融合等基本原則。由此可以發(fā)現(xiàn)，地方高校開設(shè)人工智能專業(yè)的教育目標(biāo)和教育手段已經(jīng)與傳統(tǒng)學(xué)科具有巨大的不同，它更加注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化高校與地方政府、企業(yè)以及科研院所之間的合作。

人工智能專業(yè)是典型的新工科，該專業(yè)發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用的成熟有著密切的聯(lián)系。這就決定了人工智能專業(yè)具有知識更新速度快，傳播手段主要依靠網(wǎng)絡(luò)以及實用性強(qiáng)等特點。但是目前人工智能專業(yè)與傳統(tǒng)工科專業(yè)使用基本相同的教學(xué)策略，知識教授的途徑還是以線下課堂集中教學(xué)為主，知識的來源依舊是依靠傳統(tǒng)的紙質(zhì)書籍，考核目標(biāo)重點仍舊集中在基礎(chǔ)的理論知識的上面。上述情況嚴(yán)重制約了人工智能專業(yè)的發(fā)展，難以實現(xiàn)其人才培養(yǎng)目標(biāo)。為此本文，通過深入研究現(xiàn)階段人工智能專業(yè)發(fā)展中面臨的困境，對人工智能理論教學(xué)、實踐能力培養(yǎng)以及教師隊伍培養(yǎng)等多個方面進(jìn)行探索與研究。

二、人工智能專業(yè)教學(xué)面臨的困境

人工智能專業(yè)課程本科教學(xué)面臨的困境主要由其專業(yè)知識覆蓋面廣、內(nèi)容以抽象的算法為主、算法的迭代速度快等特點決定的。知識覆蓋面廣不僅是因為該專業(yè)的理論基礎(chǔ)涉及線性代數(shù)、概率論、圖論、圖像圖形學(xué)等多科專業(yè)知識，而且其屬于典型的交叉學(xué)科涉及的研究方向十分的寬泛，比如圖像處理、信息抽取、機(jī)器翻譯、生物信息學(xué)等。這就導(dǎo)致如果要掌握人工智能專業(yè)的所有課程，就要了解多種不同領(lǐng)域的知識，并且這些知識存在差異性較大。內(nèi)容以抽象的算法為主，是指人工智能發(fā)展史相對較短，其主要依賴于算法模型不斷發(fā)展。通常這些枯燥的算法以復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，這就導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程更像是綜合大部分?jǐn)?shù)學(xué)課程的復(fù)習(xí)。算法迭代速度快是指算法不停演變，并且演變的過程遠(yuǎn)比知識傳授的過程要快。尤其是近些年，GPU、NPU以及高性能計算設(shè)備的發(fā)展大幅提高計算機(jī)的數(shù)據(jù)處理性能，是的深度學(xué)習(xí)模型及其應(yīng)用得到了快速發(fā)展。由于這些特點的存在，使得基于經(jīng)典課本知識的傳統(tǒng)教授模式無法適應(yīng)人工智能專業(yè)的發(fā)展需求，尤其是對于沒有接受過相應(yīng)系統(tǒng)訓(xùn)練的本科學(xué)生而言，課程內(nèi)容難度加大，學(xué)業(yè)壓力增強(qiáng)，容易產(chǎn)生厭學(xué)心理和自卑心理。這就對人工智能專業(yè)課程的教師提出了更高的要求。

三、人工智能專業(yè)教學(xué)改革舉措

（一）理論課程教學(xué)改革

專業(yè)理論課程教學(xué)以課堂教學(xué)為主，是學(xué)生掌握本專業(yè)課程基本知識重要途徑，也是教師與學(xué)生進(jìn)行交流的中主要的途徑之一，因此探索具有高效的理論教學(xué)模式和教學(xué)手段是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段。本文針對教學(xué)過程的不同環(huán)節(jié)，提出了多種教學(xué)模式以提高理論課程的效率。

1.與時俱進(jìn)，案例牽引

針對人工智能知識更新快，知識點枯燥的特點，這就要求教師在備課時不能僅對經(jīng)典課本知識進(jìn)行研究，需要從網(wǎng)絡(luò)中尋找知識來源和案例來源。通過對前沿科技的研究，不僅能夠是教師更為透徹掌握課本知識，開闊教學(xué)視野，還能夠讓其掌握最新的科研動態(tài)，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)方向提供指導(dǎo)。增加課堂的趣味一直是理工科教學(xué)的一大難點，因此選擇生動貼切的教學(xué)案例是活躍課堂氣氛的關(guān)鍵。教師以學(xué)生的視角出發(fā)，從網(wǎng)絡(luò)尋找能夠貼近學(xué)生生活的案例為切入點進(jìn)行課堂知識引入和思政教育。

2.線上線下混合式教學(xué)

線下面對面教學(xué)的時間是有限的，尤其是對于新教授人工智能專業(yè)課程的教師很難在這有限的時間內(nèi)實現(xiàn)理想的教學(xué)效果。同時為了幫助學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后溫習(xí)功課，使用線上線下混合式教學(xué)方式最為有效。教師能夠通過視頻剪輯、ps特效等手段實現(xiàn)視頻教學(xué)內(nèi)容的豐富性和連貫性，并且通過設(shè)置斷點答題的方式了解學(xué)生對知識掌握程度。同時學(xué)生也可以隨時暫停、回放以及在線提問等方式對知識進(jìn)行及時思考和鞏固。隨著MOOC大學(xué)、超星泛雅平臺以及其他線上教學(xué)平臺等逐漸成熟，學(xué)生同時可以利用這些公共資源進(jìn)行個性化的主動學(xué)習(xí)。

3.反客為主，組建討論式課堂

傳統(tǒng)的教學(xué)中教師是課堂的主體，教師是知識的傳授者，相對的學(xué)生是知識的接受者。這種方式往往使學(xué)生處于被動狀態(tài)，難以激發(fā)學(xué)生對知識的渴望和主動探索。因此通過分組討論，以前沿論文閱讀為任務(wù)，讓學(xué)生走上講臺開展專題知識的講解工作，從而使學(xué)生從被動接受者向主動學(xué)習(xí)和知識傳播的角色轉(zhuǎn)變。這樣還可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊精神、演講能力，而且還可以讓學(xué)生親身參與教學(xué)工作，體會教師備課的辛苦。

（二）實踐課程教學(xué)改革

作為新工科專業(yè)，實踐課程是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和創(chuàng)新能力的重要途徑。但是由于實踐課程通常以經(jīng)典的實驗手冊為指導(dǎo)，會導(dǎo)致學(xué)生能力的培養(yǎng)與社會需求相脫節(jié)，從而使得學(xué)生畢業(yè)后難以適應(yīng)工作崗位的需求。為此，本文提出實踐課程應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行改革：

1.以比賽激發(fā)學(xué)生的探索欲

每年與人工智能相關(guān)的專業(yè)競賽有許多，鼓勵學(xué)生積極組隊參與比賽是幫助學(xué)生快速成長的重要途徑。尤其是“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽這樣的國家比賽，不僅要求學(xué)生具備一定專業(yè)基礎(chǔ)知識和動手能力，而且還能夠鍛煉學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和團(tuán)隊組織能力。通過比賽榮譽為牽引，使學(xué)生在強(qiáng)烈的好勝心和榮譽感的號召下自發(fā)的鍛煉自己的實踐能力和開闊了眼界。

2.校企聯(lián)合培養(yǎng)

企業(yè)的需求決定了學(xué)生能力培養(yǎng)的目標(biāo)，只有讓學(xué)生走進(jìn)企業(yè)才能真正地了解行業(yè)現(xiàn)狀，才能得到真正的能力鍛煉和提升。一般本科院校的授課教師很少具有企業(yè)鍛煉經(jīng)歷，無法從企業(yè)項目開發(fā)的角度為學(xué)生設(shè)計實踐課程教案。所以校企合作是讓學(xué)生進(jìn)企業(yè)鍛煉，也是要送教師進(jìn)企業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時也要將企業(yè)中的技術(shù)專家請進(jìn)課堂為學(xué)生授課。嵌入式培養(yǎng)方式是實現(xiàn)校企聯(lián)合培養(yǎng)的最佳實踐途徑之一，通過嵌入式培養(yǎng)可以讓企業(yè)導(dǎo)師直接指導(dǎo)學(xué)生參與企業(yè)項目，從而能快速提升學(xué)生的專業(yè)技能和積累豐富的項目經(jīng)驗。

四、結(jié)語

人工智能專業(yè)是一門新興學(xué)科，其教學(xué)內(nèi)容伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷豐富。本文針對目前人工智能專業(yè)課程中存在的顯著特點以及教學(xué)過程存在的不足進(jìn)行總結(jié)，并從理論課程和實踐課程兩個方面的提出一些行之有效的教學(xué)改革措施。但是人工智能專業(yè)課程改革的發(fā)展還需廣大任課教師一起繼續(xù)探索和實踐，同時也要從教學(xué)大綱設(shè)定、師資隊伍培養(yǎng)、激勵政策等頂層設(shè)計方面著手改革，才能使人工智能專業(yè)發(fā)展適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)對科技人才的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[EB/OL].（2017-07-20）[2019-04-03].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的通知[EB/OL].http：//www.cac.gov.cn/201804/11/c_1122663790.htm，2018-04-11.

[3]郭媛，敬世偉，魏連鎖，等.“新工科”建設(shè)背景下地方高校產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人模式的研究[J].高師理科學(xué)刊，2019，39（6）：85-88.

[4]趙靜麗.“新工科”背景下人工智能課程教學(xué)改革探索[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（33）：111-112+127.

[5]徐曉暉，吳姍.人工智能課程差異化多維度教學(xué)改革研究[J].福建電腦，2020，36（10）：36-38.

[6]張永梅，杜治蓉，馬禮.人工智能技術(shù)課程實踐教學(xué)改革[J].計算機(jī)時代，2021（02）：83-85+89.

[7]張利群，曹楊，劉培勝.人工智能課程教學(xué)改革與實踐的幾點探索[J].現(xiàn)代計算機(jī)，2020（23）：74-77.

[8]秦記峰，任東海.人工智能課程實踐教學(xué)改革探討和研究[J].計算機(jī)教育，2019（10）：12-15.

基金項目：本文系國家自然科學(xué)基金（項目編號：71901215）到 研究成果;江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上項目（項目編號：20KJB413003）的研究成果;2019年江蘇省高等教育教改研究立項課題，（項目編號：2019JSJG573）的研究成果。

作者簡介：劉瀏（1988—），男，漢族，江蘇省宿遷市，博士研究生，宿遷學(xué)院信息工程學(xué)院，講師，主要研究方向：人工智能、自然語言處理、信息安全高等院校教育教學(xué)改革研究等。