王順曄 王寧 郭順超 劉大勇

【摘? ?要】? ?針對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范專業(yè)人才培養(yǎng)中存在的師范教育弱化、教師對實踐能力理解不充分，教學(xué)中案例資源單一、短缺等問題，通過實踐研究，提出面向中學(xué)人工智能教育的“四新”師范人才培養(yǎng)理念，明確創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的重要路徑，豐富“四新”案例資源，探索“六位一體，做有溫度的課程思政”的教學(xué)理念。經(jīng)實踐檢驗效果良好，對人才培養(yǎng)、專業(yè)建設(shè)、創(chuàng)新實踐能力等方面有較好的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】? ?師范生培養(yǎng)；“四新”案例；創(chuàng)新實踐能力

Exploration of Cultivating the Innovation and Practice Ability of the Students by Combining the "Four New Disciplines" Cases：Taking the Normal Profession of Computer Science and Technology as An Example

Wang Shunye1， Wang Ning1*， Guo Shunchao2， Liu Dayong1

（1. Langfang Normal University， Langfang 065000， China;

2. Qiannan Normal University for Nationalities， Duyun 558000， China）

【Abstract】? ? There are a few problems in the training of normal professionals about computer science and technology， such as the weakening of teacher education， teachers' insufficient understanding of practical ability， and the shortage of resources cases in teaching. Through research and practice， this paper puts forward the "four new disciplines" teacher training concept for secondary school with AI education， and emphasizes the important path of innovative practical ability training， enriches the "four new disciplines" cases， and explores the teaching concept of moral education. This practice has proved that the effect is good， which has a good significance for personnel training， professional construction and innovation and practical ability cultivation.

【Key words】? ? ?training of normal students; "four new disciplines" cases; innovative practical ability

〔中圖分類號〕? G652? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A ? ? ? ? ? ? ?〔文章編號〕 1674 - 3229（2023）01- 0110 - 04

0? ? ?引言

近年來，由于市場對計算機(jī)專業(yè)人才的需求，眾多計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的畢業(yè)生都到企業(yè)工作，使得一些高校甚至是傳統(tǒng)師范大學(xué)暫停計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范專業(yè)招生，謀求專業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，這對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范教育產(chǎn)生了很大沖擊［1］。即使有些學(xué)校保留了師范專業(yè)，但是在培養(yǎng)過程中也存在偏差，重視學(xué)生的學(xué)科能力，而輕視教育教學(xué)能力，尤其是教學(xué)實踐能力。

隨著人工智能技術(shù)的普及和應(yīng)用，社會各個領(lǐng)域?qū)Ω鲗I(yè)畢業(yè)生的計算思維能力和信息素養(yǎng)提出了更高要求。而中小學(xué)信息技術(shù)課是啟蒙計算思維、培養(yǎng)信息素養(yǎng)、樹立信息意識的唯一課程［2］，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范專業(yè)培養(yǎng)的畢業(yè)生成為中小學(xué)信息技術(shù)課程的主要師資，再次受到關(guān)注［3］。因此，師范類高校人才培養(yǎng)從“供給側(cè)”進(jìn)行改革，特別是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（師范）專業(yè)本科生技能培養(yǎng)要適應(yīng)中小學(xué)信息技術(shù)教師的需求［4］。教育部相繼出臺初高中信息技術(shù)新課標(biāo)，不斷推進(jìn)中學(xué)信息技術(shù)向人工智能教育方向改革，所以高等學(xué)校進(jìn)行師范認(rèn)證，加大計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范專業(yè)的教育教學(xué)改革，全面實施師范教育改革，提升學(xué)生實踐能力培養(yǎng)迫在眉睫。

1? ? ?師范專業(yè)建設(shè)中存在的問題

1.1? ?師范教育弱化

隨著科技高速發(fā)展，綜合考慮社會需求和學(xué)生的就業(yè)意愿，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在人才培養(yǎng)過程中，工程教育占據(jù)上風(fēng)，師范教育弱化。在師范認(rèn)證主導(dǎo)下，回歸師范教育已迫在眉睫，在提升學(xué)科素養(yǎng)的同時，還需加強(qiáng)學(xué)生的教育教學(xué)情懷和教育教學(xué)能力的培養(yǎng)。但對于工程教育和師范教育的區(qū)別，尤其是二者在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)所展現(xiàn)的辯證關(guān)系上，無論是教師還是學(xué)生都表現(xiàn)出不同程度的困惑。

1.2? ?實踐能力培養(yǎng)認(rèn)知有局限性

由于諸多專業(yè)課任課教師為非師范專業(yè)畢業(yè)，所以在應(yīng)用型改革浪潮下對創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的理解和研究尤其不足。教師對工程教育的應(yīng)用型創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)易于理解，即提升學(xué)生的動手實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，但是對師范專業(yè)面對應(yīng)用型創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的理念，就有些不知所措，目前還僅僅停留在學(xué)科素養(yǎng)方面的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，忽略了教育教學(xué)方面的實踐能力培養(yǎng)。如何在課程教學(xué)中既體現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)，又強(qiáng)調(diào)教育教學(xué)能力，成為師范教育的研究重點(diǎn)。

1.3? ?教學(xué)案例不能滿足教學(xué)需求

基于專業(yè)特點(diǎn)，課程教學(xué)中多采用項目案例式教學(xué)，但教學(xué)案例的選擇直接影響教學(xué)效果和學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。要切實提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，項目案例的選擇就顯得尤為重要，如何在同一個項目案例上既培養(yǎng)學(xué)科實踐能力又培養(yǎng)學(xué)生的教育教學(xué)能力，建設(shè)具有前沿性、創(chuàng)新性的豐富案例資源成為擺在師范專業(yè)建設(shè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2? ? ?提升計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的策略

2.1? ?確定面向中學(xué)人工智能教育的“四新”師范人才培養(yǎng)理念

“四新”是指“推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)”。［5］隨著高中、初中信息技術(shù)新課標(biāo)的發(fā)布，人工智能技術(shù)也成為中學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。專業(yè)教師通過仔細(xì)閱讀文獻(xiàn)、調(diào)查了解其他地方院校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范專業(yè)基本情況和教學(xué)理念，在深入討論的基礎(chǔ)上，確定并提出了在師范專業(yè)建設(shè)中，面向中學(xué)人工智能教育的“四新”師范人才培養(yǎng)理念，尤其是在課程教學(xué)的項目中融入“四新”案例，學(xué)生以小組實現(xiàn)并講授案例是對學(xué)生學(xué)科實踐能力和教育教學(xué)實踐能力的雙鍛煉雙培養(yǎng)。該理念的確立既繼承了原有工程教育的思想，又?jǐn)U展和加強(qiáng)了與其他學(xué)科的交叉融合，同時提高了學(xué)生的教育教學(xué)培養(yǎng)質(zhì)量。

2.2? ?明確人才培養(yǎng)過程中創(chuàng)新實踐能力的范疇

通過參加師范認(rèn)證培訓(xùn)交流會，認(rèn)真研究師范認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)；通過認(rèn)證小組長會議、全系教師師范認(rèn)證準(zhǔn)備會、教師學(xué)生座談會等多種形式，在教師和學(xué)生心中樹立學(xué)科素養(yǎng)和教學(xué)能力并重的理念，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的同時，促進(jìn)教育教學(xué)實踐能力提升；同時參加企業(yè)人工智能方面的師資培訓(xùn)，整理總結(jié)“四新”案例，豐富教學(xué)實踐資源。梳理創(chuàng)新思路，總結(jié)創(chuàng)新經(jīng)驗，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和競賽中落實創(chuàng)新應(yīng)用。

2.3? ?加強(qiáng)教育教學(xué)實踐能力培養(yǎng)

在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，除通過集中的師范生教學(xué)實踐周、校內(nèi)外雙導(dǎo)師制活動、學(xué)科教學(xué)討論實踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的教育教學(xué)實踐能力外，還充分借助學(xué)科教學(xué)的優(yōu)勢，開展教育教學(xué)能力培養(yǎng)。尤其是學(xué)科實踐性較強(qiáng)的課程，教師改革教學(xué)方式，豐富教學(xué)手段，搭建專業(yè)實踐教學(xué)平臺，提升學(xué)生的積極性和參與度［6］。課程廣泛采用小組協(xié)作完成項目案例式教學(xué)方式，然后以小組匯報或答辯的形式說明設(shè)計方案和實現(xiàn)流程，老師和學(xué)生提出意見建議，隨后小組學(xué)生經(jīng)過討論、反思完善項目。部分課程要求學(xué)生以制作微課、錄制項目微視頻、創(chuàng)作思維導(dǎo)圖等形式充分展示項目成果。在這個過程中既培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)科實踐能力，又提升了學(xué)生的溝通合作能力、反思能力和知識傳授能力，訓(xùn)練了學(xué)生的教育教學(xué)能力。

2.4? ?與時俱進(jìn)豐富“四新”教學(xué)案例

確定面向中學(xué)人工智能教育的“四新”師范人才培養(yǎng)理念后，在Python程序設(shè)計、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、計算機(jī)視覺、深度學(xué)習(xí)等較前沿的課程教學(xué)中不斷融入“四新”案例，以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，廣泛開展學(xué)科交叉融合，尤其是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、社會科學(xué)等方面的應(yīng)用案例，提交大作業(yè)時學(xué)生可根據(jù)個性化發(fā)展需求選擇感興趣的項目進(jìn)行開發(fā)，提交文檔和程序。同時還將提交小組頭腦風(fēng)暴研討及項目功能描述兩個微課視頻，作為教育教學(xué)實踐訓(xùn)練成果。為不斷豐富“四新”案例并提升項目案例的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性，還應(yīng)將教師的科研成果和畢業(yè)設(shè)計項目加入到案例庫，進(jìn)而提升整體教學(xué)案例的廣度。

3? ? ?“四新”教學(xué)案例精選

教師廣泛開展學(xué)科交叉，閱讀大量文獻(xiàn)，探索人工智能在社會科學(xué)和自然科學(xué)方面的應(yīng)用，整理“四新”案例，豐富教學(xué)資源，如基于圖像增強(qiáng)的醫(yī)學(xué)圖像處理、圖像分類提取地面農(nóng)作物信息、多模態(tài)教育情感分析、智慧交通應(yīng)用、智能英語口語評測系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)輿情內(nèi)容和演化分析、基于圖像預(yù)處理的木材材積檢測、番茄病蟲害專家系統(tǒng)、玫瑰花識別專家系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、基于圖像處理的舌診圖譜分析、基于智能算法的物流路徑規(guī)劃、基于深度學(xué)習(xí)的手寫體識別等。教學(xué)實踐中根據(jù)社會發(fā)展和熱點(diǎn)事件融入課程思政更新教學(xué)案例，如疫情謠言傳播、政府文件公告關(guān)鍵詞提取、熱門電影評論、情感分析等。

3.1? ?圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)骨骼分析中的應(yīng)用

在人體信息可視化的基礎(chǔ)上，通過醫(yī)學(xué)圖像處理進(jìn)一步對目標(biāo)圖像分析、識別、分割、理解、分類等，以便醫(yī)生更加直觀地利用信息做出臨床診斷。如利用伽馬射線成像得到的骨骼掃描圖像，通過對比度拉伸方法增強(qiáng)圖像后，得到較為理想的骨骼結(jié)構(gòu)圖像，從而增強(qiáng)感興趣區(qū)域的細(xì)節(jié)信息［7］。如圖1所示，圖像處理在醫(yī)學(xué)教學(xué)、研究中具有廣闊的應(yīng)用價值。

3.2? ?圖像分類在農(nóng)作物信息提取中的應(yīng)用

通過對假彩色圖像分類提取地物信息，構(gòu)建農(nóng)作物的空間分布圖，如圖2所示，統(tǒng)計農(nóng)作物像元數(shù)量。根據(jù)每個像元對應(yīng)的面積，進(jìn)而得出該地區(qū)目標(biāo)作物的種植數(shù)量，為后續(xù)測算提供必要的數(shù)據(jù)支撐［8］。

3.3? ?多模態(tài)教育情感分析研究

在教育領(lǐng)域，針對線上線下不同教育場景，通過多模態(tài)數(shù)據(jù)收集，應(yīng)用人工智能算法和特征提取方法，識別文本、語音、圖像、視頻中學(xué)習(xí)者的情感，構(gòu)建決策層的數(shù)據(jù)融合，建立課堂教學(xué)評價模型，幫助改進(jìn)教育教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提升教育教學(xué)效果，如圖3所示。同時還關(guān)注在線學(xué)習(xí)行為分析，構(gòu)建了基于注意力機(jī)制的在線學(xué)習(xí)圖像情感分類模型［9］。

3.4? ?智慧交通應(yīng)用案例

案例研究內(nèi)容主要包含3個方面，如圖4所示：（1）面向交通參數(shù)提取、交通事件檢測、行人檢測與行為分析、出行服務(wù)的智能交通信息處理；（2）智能交通優(yōu)化控制，人-車-路協(xié)同及車聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化控制技術(shù)研究；（3）基于深度學(xué)習(xí)的交通流量預(yù)測，通過模型訓(xùn)練，改進(jìn)研究方法，應(yīng)用數(shù)據(jù)集資源以保障交通流量預(yù)測技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)［10］。

3.5? ?智能英語口語評測系統(tǒng)

系統(tǒng)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，根據(jù)自主收集的學(xué)生英語口語錄音數(shù)據(jù)，進(jìn)一步建立口語準(zhǔn)確度的訓(xùn)練模型，將最終結(jié)果與專家評估結(jié)果進(jìn)行對比，達(dá)到英語口語評估的目標(biāo)。其中語音信號處理，本例運(yùn)用人工智能技術(shù)解決英語口語評測中的主觀問題，對目前學(xué)生的口語訓(xùn)練以及口語糾正有著很大的作用。

3.6? ?網(wǎng)絡(luò)謠言治理案例

在社會學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用文本挖掘和計算傳播學(xué)理論，解決流量經(jīng)濟(jì)背景下生態(tài)化的虛假信息和謠言治理問題。案例通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲，構(gòu)建謠言數(shù)據(jù)庫，通過情感計算和內(nèi)容特征分析，對網(wǎng)絡(luò)謠言進(jìn)行預(yù)判，極大地減少了網(wǎng)絡(luò)謠言的傳播和影響。

4? ? ?教學(xué)成效分析

4.1? ?厘清師范教育與工程教育之間的關(guān)系，樹立正確的人才培養(yǎng)理念

在師范專業(yè)開展工程思維訓(xùn)練，不違背師范教育的要求。計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容是面向計算思維的工程訓(xùn)練模式，具有工程應(yīng)用背景，因此學(xué)科邏輯上是工程教育。師范教育除了學(xué)科素養(yǎng)還有教育教學(xué)能力培養(yǎng)，使學(xué)生能夠勝任中學(xué)信息技術(shù)課程的講授工作，尤其是人工智能教育。人工智能教育應(yīng)用場景較多，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、社會科學(xué)等領(lǐng)域都有創(chuàng)新，開展人工智能教育，不僅能夠滿足中學(xué)生對這方面知識的渴求，而且有利于中學(xué)生的興趣培養(yǎng)和未來的專業(yè)選擇。因此，教學(xué)中確立了“四新”師范人才培養(yǎng)的理念，深耕人工智能交叉融合發(fā)展。

4.2? ?明確專業(yè)創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的重要路徑

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范專業(yè)的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)包含學(xué)科實踐能力培養(yǎng)和教育教學(xué)能力培養(yǎng)兩個方面。在教學(xué)過程中，學(xué)科教育和師范教育并駕齊驅(qū)，同向同行。改進(jìn)教學(xué)手段、豐富教學(xué)方法，使得學(xué)生學(xué)科實踐能力和教育教學(xué)實踐能力同時得到鍛煉提升，尤其是在項目案例式教學(xué)中，將學(xué)科知識、小組協(xié)作、溝通交流、反思和教學(xué)能力訓(xùn)練融會貫通，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

4.3? ?豐富“四新”案例庫資源，擴(kuò)展人工智能交叉應(yīng)用場景

在明確的教學(xué)目標(biāo)任務(wù)下，創(chuàng)新選擇人工智能應(yīng)用場景，促進(jìn)人工智能技術(shù)與工科、農(nóng)科、醫(yī)科、文科的深度交叉融合，開闊學(xué)生視野，同時與時俱進(jìn)不斷更新案例庫資源，關(guān)注科技創(chuàng)新和社會熱點(diǎn)，融入教師科研成果和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計研究項目，提升項目高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的同時，學(xué)生可以根據(jù)個人興趣愛好有選擇地完成項目案例。

4.4? ?“六位一體，做有溫度的課程思政”理念

由于融合“四新”的創(chuàng)新案例師范生培養(yǎng)涉及多學(xué)科，所以在教學(xué)過程仔細(xì)研讀《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，既要關(guān)注實驗實踐課程中注重學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一、增強(qiáng)學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神，善于解決問題的實踐能力的思政元素，還要關(guān)注理工學(xué)類、農(nóng)學(xué)類、醫(yī)學(xué)類、文史哲類、經(jīng)管法類課程思政的著眼點(diǎn)，尤其是教育類課程“四有”好教師的發(fā)展要求［11］。通過綜合分析并逐步在教學(xué)過程中形成價值引領(lǐng)、教育情懷、時政教學(xué)、實踐育人、科研育人、文理兼修的“六位一體”的課程思政內(nèi)容。同時注重課程思政的引入，避免說教式融入，做有溫度的課程思政，真正做到如鹽入水、潤物無聲，使學(xué)生在智力層面、精神層面和國家社會層面都有提升和感悟。

4.5? ?師生齊頭并進(jìn)，教學(xué)科研協(xié)同發(fā)展

近5年，教師在教育教學(xué)研究、師范教育和科學(xué)研究方面不斷創(chuàng)新，總結(jié)梳理教學(xué)實踐成果，發(fā)表教育教學(xué)論文。秉承“科研促進(jìn)教學(xué)”的理念，不斷研究人工智能場景應(yīng)用創(chuàng)新，尤其是在社交網(wǎng)絡(luò)、文本挖掘、圖像處理等方面，撰寫科研論文。同時通過指導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新實踐項目及競賽，帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)研究過程、研究內(nèi)容、研究成果，撰寫項目案例式教案，梳理成文［12-15］，提升學(xué)生的教育教學(xué)研究能力、科學(xué)研究能力、寫作能力。

5? ? ?結(jié)語

本文針對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)師范專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)中的問題，提出了融合“四新”的師范人才培養(yǎng)理念，為該專業(yè)發(fā)展和師范認(rèn)證提供了有效思路，也為人工智能交叉融合的“四新”應(yīng)用下學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)展指明了方向。

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