李晟 李玉曉

摘? 要：為了適應人工智能技術的快速發(fā)展和廣泛應用，培養(yǎng)具有人工智能知識和技能的電子信息類復合型創(chuàng)新人才成為當務之急。該文以CDIO模式為指導，探索一種將人工智能和電子信息科學與技術相融合的復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，并從專業(yè)設置、課程體系、實踐平臺和教學方式等方面進行具體的實施和改革。該文以江西理工大學理學院電子信息科學與技術專業(yè)為例，評價該模式在該專業(yè)中的實施效果，并提出進一步完善該模式的建議。結果表明，該模式不僅能夠提高學生的專業(yè)基礎知識和技能，還能夠有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力。

關鍵詞：CDIO模式；人工智能；電子信息科學與技術；復合型創(chuàng)新人才；培養(yǎng)模式

中圖分類號：C961? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）35-00５９-0４

Abstract： With the rapid development and wide application of artificial intelligence technology， the demand for electronic information composite talents with artificial intelligence knowledge and skills is also growing， requiring talents not only to have solid basic professional knowledge and skills， but also to have a strong sense of innovation and ability. For this reason， this paper， guided by the CDIO model， puts forward a composite innovative talent training mode that integrates artificial intelligence with electronic information science and technology， and carries out specific implementation and reform from the aspects of professional settings， curriculum system， practice platform， teaching methods and so on. This paper takes the electronic information science and technology major in the College of Science of Jiangxi University of Science and Technology as an example， introduces the specific implementation and effect evaluation of this model in this major， and puts forward suggestions for further improving the model.

Keywords： CDIO mode; Artificial Intelligence; Electronic Information Science and Technology; compound innovative talents; training model

電子信息科學與技術（Electronic Information Science and Technology， EIST）是一門新興特色專業(yè)，是為適應電子信息產業(yè)發(fā)展需求而開設的一門以數(shù)學、物理為基礎，以電子科學與技術、信息與通信工程為依托，具備寬口徑人才培養(yǎng)和理工結合特點的專業(yè)。人工智能（Artificial Intelligence， AI）是指由計算機系統(tǒng)或機器執(zhí)行通常需要人類智能才能完成的任務或過程，如視覺感知、語音識別、自然語言理解、決策制定和創(chuàng)造性思維等。隨著人工智能技術的快速發(fā)展和廣泛應用，電子信息類人才需要具備跨學科的知識和能力，能夠結合人工智能技術解決電子信息領域的實際問題，展現(xiàn)出創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力。但受制于傳統(tǒng)的教育理念、教學模式、教學資源等因素，目前在培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才方面還存在一些不足，主要表現(xiàn)如下：人才培養(yǎng)目標與社會需求不匹配，學生對人工智能技術的認識和應用不足；教學內容與方法缺乏創(chuàng)新，學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力得不到有效激發(fā)和培養(yǎng)；實踐教學平臺不完善，學生缺乏跨學科的實際項目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的機會和支持。這些問題導致了人才培養(yǎng)的質量與水平難以適應人工智能時代的挑戰(zhàn)和機遇，就業(yè)競爭力和發(fā)展?jié)摿κ艿较拗?。因此，研究構建以人工智能技術為核心，以創(chuàng)新能力提升為導向的電子信息科學與技術專業(yè)復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系迫在眉睫。

國內外許多高校已經開始了這類教學改革的研究與實踐，例如美國麻省理工學院將人工智能作為電子信息類專業(yè)的主要課程。日本特別注重依托自身的制造業(yè)優(yōu)勢，以培養(yǎng)目標為導向，深化了電子信息人才培養(yǎng)和人工智能應用的融合。國內的清華大學、電子科技大學等高校也在“人工智能+X”背景下發(fā)展電子信息類專業(yè)上做了一些工作[1-2]。由于人工智能和電子信息科學與技術兩個專業(yè)有著密切的聯(lián)系和互補性，二者相結合可以形成一種復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，即在電子信息科學與技術專業(yè)的基礎上，增加與人工智能相關的知識和技能的培養(yǎng)，從而提高學生在電子信息領域中應用人工智能技術進行創(chuàng)新創(chuàng)造的能力[3-4]。這種復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系可以更好地適應社會和產業(yè)對電子信息類人才的需求，提高電子信息類專業(yè)的教育質量和效果[5]。本文以CDIO模式為指導，探索了將人工智能和電子信息科學與技術兩個專業(yè)相融合，提出了一種復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。

一? 基于CDIO的復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

CDIO模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[6]，CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）[7-8]。CDIO工程教育模式提出了12條標準，其中標準之二是關于學習目標的制定與實現(xiàn)，從教育者的角度來看，就是要把學生培養(yǎng)成什么樣的人才。這就關系到培養(yǎng)目標的定位是否準確清晰，是否具有可行性[9-11]。

因此，構建基于CDIO的人工智能和電子信息科學與技術復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，需要從以下四個角度進行探索：①需要明確專業(yè)目標和學習成果，即以學生為中心，希望培養(yǎng)什么樣的人才，應該具備哪些知識、技能和素養(yǎng)。參考CDIO培養(yǎng)大綱，將工程型畢業(yè)生的能力分為四個層面，即學科知識和推理、個人專業(yè)技能和素質、團隊合作和溝通、構思設計實現(xiàn)和運行系統(tǒng)。②需要設計一個人工智能和電子信息科學與技術專業(yè)一體化融合的教學計劃，將各門課程之間的聯(lián)系和銜接明確化，使之相互支持、相互促進。同時根據(jù)學生的學習階段，安排不同層次和難度的課程，從基礎到高級，從理論到實踐。除了理論課外，需引入包含人工智能方向的綜合性設計和項目、實習實訓等，讓學生在真實或模擬的工程環(huán)境中應用所學知識，解決實際問題。③需要提供一個適合工程實踐的學習場所，即為學生提供一些現(xiàn)代化的軟件、硬件、設備和實驗室等資源，能夠動手操作、直接體驗。也可以利用網(wǎng)絡平臺，為學生提供一些虛擬或遠程的實驗或仿真環(huán)境，增加他們的學習選擇和靈活性。④需要建立一個有效的學生考核和專業(yè)評估機制，即通過多種方式和方法來評價學生在各個能力層面的達成情況，并根據(jù)評估結果進行反饋和改進。采用一些主動和經驗性的教學方法，如案例分析、問題導向學習、項目制作等，來激發(fā)學生的主動性和創(chuàng)造性，并通過觀察、訪談、問卷等方式收集他們的反饋意見。也可以邀請一些專業(yè)利益相關者，如行業(yè)專家、企業(yè)代表、校友等，參與到專業(yè)目標的制定和評估中來，增加專業(yè)教育的有效性和影響力。

綜上所述，本文提出基于CDIO的人工智能和電子信息科學與技術復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，主要特點可概括為“四維一中心”?！耙恢行摹敝敢詫W生為中心，強調學生的主動學習，注重學生的實踐能力和自主學習能力的培養(yǎng)?！八木S”則包括：①跨學科整合，強調多學科協(xié)同，鼓勵不同學科間的交流和合作，以培養(yǎng)學生的綜合素質和跨學科能力。②工程實踐結合，注重將學生的學習與真實的工程實踐相結合，鼓勵學生在實踐中學習和探究。③教學質量管理，強調教學質量的管理與保障，鼓勵教學過程的評估和改進，以提高教學質量和學生滿意度。④創(chuàng)新思維塑造，加強對學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力?；贑DIO的“四維一中心”復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系框架如圖1所示。

二? 案例分析

本文以江西理工大學理學院電子信息科學與技術專業(yè)為例，介紹基于CDIO的人工智能和電子信息科學與技術復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式在該專業(yè)中的具體實施情況和效果評價。江西理工大學理學院電子信息科學與技術專業(yè)是在2002年設立的一門新興特色專業(yè)，是為適應電子信息產業(yè)發(fā)展需求而開設的一門以數(shù)學、物理為基礎，以電子科學與技術、信息與通信工程為依托，具備寬口徑人才培養(yǎng)和理工結合特點的專業(yè)。專業(yè)在2016年江西省教育廳組織的全省本科高校同類專業(yè)評估中名列全省第一，在2019年獲批為江西省一流本科建設專業(yè)，在2021年獲批國家一流本科專業(yè)建設點。專業(yè)秉承“創(chuàng)新驅動、創(chuàng)業(yè)引領”的辦學理念，將人工智能和電子信息科學與技術復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式貫穿于人才培養(yǎng)全過程，形成了以學生為中心，以科研項目為引領，以課程體系為支撐，以實踐平臺為載體，以競賽活動為激勵，以就業(yè)創(chuàng)業(yè)為導向的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式。培養(yǎng)模式的具體實施情況如下。

（一）? 體現(xiàn)“以學生為中心”，推進專業(yè)設置調整，增加與人工智能相關的方向

該專業(yè)在2019年增設了人工智能方向，鼓勵學生增加人工智能學習經歷。為保證學生自主學習有成效，采用分層培養(yǎng)的方式，為專業(yè)排名前20%的學生配備導師，并以科研項目和學科競賽為引領，制定個性化培養(yǎng)方案，進行全過程復合型人才的培養(yǎng)。將專業(yè)排名前40%的學生納入創(chuàng)新實驗班培養(yǎng)，并配備班主任。讓學生可以在電子信息科學與技術的基礎上，深入學習人工智能的相關知識和技能。在此基礎上，學生積極參加各類學科競賽與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。目前，學生參加各級學科競賽，已經獲得了國家級一等獎2項、二等獎3項、三等獎5項，省級一等獎12項、二等獎24項。此外，學生作為負責人已經獲得了大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目13個國家級課題和22個省級課題的立項。同時，學生作為第一作者或第二作者發(fā)表EI檢索期刊論文2篇，參加大型國際會議并發(fā)表會議論文2篇，CSCD核心期刊論文3篇，省部級期刊論文15篇，體現(xiàn)了良好的學術能力。

（二）? 改革課程體系，跨學科整合課程內容，并增加實踐和應用的內容

該專業(yè)在原有的課程體系中增加了與人工智能相關的課程，如人工智能導論、機器學習、模式識別導論和數(shù)字圖像處理等，并將這些課程與項目驅動、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、工程實訓等教學模式相結合。例如，在機器學習課程中，學生不僅學習了神經網(wǎng)絡的基本原理和算法，還參與了基于TensorFlow平臺的神經網(wǎng)絡設計和實現(xiàn)的項目；在數(shù)字圖像處理課程中，學生不僅學習了圖像處理的基本方法和技術，還參與了基于OpenCV庫的圖像處理應用的項目。這些項目既與電子信息科學與技術專業(yè)相關，又與人工智能技術相關，讓學生在理論學習的同時，參與具有實際意義和挑戰(zhàn)性的問題的解決。

（三）? 建立實踐平臺，提供豐富的實踐資源和機會

CDIO模式中的設計與實現(xiàn)，主要依賴實踐環(huán)節(jié)。該專業(yè)建立了人工智能和電子信息科學與技術跨學科專業(yè)實驗室，配備了先進的嵌入式硬件設備和軟件平臺，在已有嵌入式開發(fā)平臺的基礎上增加諸如計算機、網(wǎng)絡、傳感器、攝像頭、麥克風、Arduino、樹莓派、TensorFlow和PyTorch等開展人工智能產品研發(fā)所需的軟硬件條件，讓學生可以在實驗室中進行人工智能相關的實驗和項目。例如，在模式識別導論課程中，學生可以利用麥克風和PyTorch庫進行語音識別的項目。同時，該專業(yè)也通過與企業(yè)合作、參加競賽等方式，為學生提供更多的校外實踐機會。在人工智能導論課程中，學生可以參與百度AI Studio平臺上的各類人工智能項目；在人工神經網(wǎng)絡課程中，學生可以參加中國大學生計算機設計大賽的人工智能類別賽事。

（四）? 引進優(yōu)秀師資，增加具有產業(yè)背景和經驗的教師

通過與企業(yè)合作、招聘兼職或全職教師等方式，為電子信息科學與技術專業(yè)增加了更多具有豐富產業(yè)經驗和技術能力的教師，讓他們參與人工智能相關課程的教學和研究。例如，在人工智能導論課程中，邀請了來自千峰教育等知名企業(yè)的人工智能專家作為客座教授或兼職教師，為學生介紹人工智能領域的最新發(fā)展和應用，并提供有效的指導和支持；在模式識別導論課程中，邀請了來自江西省計算機協(xié)會、江西省大數(shù)據(jù)協(xié)會等行業(yè)組織的專家作為客座教授或兼職教師，為學生介紹模式識別領域的最新技術和案例，并提供有效的指導和支持。

（五）? 充分利用信息技術，增加靈活和多樣的教學模式

利用網(wǎng)絡平臺、軟件工具等信息技術手段，為電子信息科學與技術專業(yè)提供了更加靈活和多樣的教學形式、方式和工具。例如，在人工智能導論課程中，利用網(wǎng)絡平臺，為學生提供了在線課程、在線實驗、在線測試和在線答疑等，讓學生可以在任何時間、任何地點進行自主學習，并提供相應的指導和支持；在人工神經網(wǎng)絡課程中，利用軟件工具，為學生提供了TensorFlow平臺、Jupyter Notebook等，讓學生可以在實驗室或家中進行神經網(wǎng)絡的設計和實現(xiàn)，并提供相應的指導和支持。

（六）? 加強教育質量管理，強調教學質量的管理與保障，改進教學過程的評估方法

建立了以過程評價為主、以結果評價為輔的教學評估體系，注重對學生的知識掌握、技能運用、創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作等方面的綜合評價，采用了多種評價方式，如考試、作業(yè)、報告、展示和答辯等，同時引入了同行評價、自我評價和互動評價等方式，提高了評價的客觀性和有效性。

（七）? 開展就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導，幫助學生了解就業(yè)創(chuàng)業(yè)市場和政策

開展了就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導課程、就業(yè)創(chuàng)業(yè)講座、就業(yè)創(chuàng)業(yè)實踐、就業(yè)創(chuàng)業(yè)展示和就業(yè)創(chuàng)業(yè)服務等活動，幫助學生了解人工智能和電子信息科學與技術相關領域的就業(yè)創(chuàng)業(yè)市場和政策，提高學生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)技能和水平。例如，在就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導課程中，邀請了來自企業(yè)的人力資源專家和技術專家，為學生介紹了人工智能與電子信息領域的就業(yè)崗位、就業(yè)要求、就業(yè)流程等，并提供了有效的指導和建議；在就業(yè)創(chuàng)業(yè)講座中，邀請了來自江西省計算機協(xié)會、江西省大數(shù)據(jù)協(xié)會等行業(yè)組織的專家，為學生介紹了人工智能領域的創(chuàng)業(yè)機會、創(chuàng)業(yè)政策、創(chuàng)業(yè)經驗等，并提供了有效的指導和支持。同時，該專業(yè)也通過與企業(yè)合作、建立校友網(wǎng)絡等方式，為學生提供了更多的就業(yè)創(chuàng)業(yè)信息和機會，促進學生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)成功。

三? 效果評價

該專業(yè)的復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式取得了顯著的效果，得到了社會的認可和贊譽。該模式的效果評價主要包括以下方面。

師生學生滿意度高。通過問卷調查、訪談等方式，對學生進行了滿意度評價。結果顯示，86.5%的學生對該模式的滿意度較高，認為該模式有利于提高自己的專業(yè)知識和技能，激發(fā)自己的學習興趣和動力，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識和能力，增加自己的就業(yè)創(chuàng)業(yè)機會和水平。學生對該模式中的各個方面也表示了較高的滿意度。82.1%的教師認為該模式有利于提高教育質量和效果，促進教師隊伍建設和發(fā)展，增強教師的教學能力和水平。教師對該模式中的各個方面也表現(xiàn)了較高的滿意度。

社會評價較高。該專業(yè)通過與企業(yè)合作、參加競賽等方式，得到了社會的好評。88%的用人單位對該模式培養(yǎng)的復合型創(chuàng)新人才給出了滿意和較滿意的評價，給予了高度的認可和贊譽，認為他們具有扎實的專業(yè)基礎知識和技能、較強的創(chuàng)新意識和能力、良好的綜合素質和能力。

四? 結束語

本文以CDIO模式為指導，探索了將人工智能和電子信息科學與技術兩個專業(yè)相融合，建立了“四維一中心”的人工智能和電子信息科學與技術復合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。具體實施過程包括調整專業(yè)設置、改革課程體系、建立實踐平臺、引進優(yōu)秀師資、利用信息技術和開展就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導等方面，培養(yǎng)了具有較強的數(shù)理基礎和工程實踐能力，掌握電子信息科學與技術和人工智能的基本理論、方法和技能，能夠從事電子信息領域中應用人工智能技術進行創(chuàng)新創(chuàng)造的工作，具有較強的創(chuàng)新精神和綜合素質的高級專門人才。同時，本文也提出以下建議以進一步完善該模式。

第一，加強與國內外優(yōu)秀高校和研究機構的合作與交流，引進更多的優(yōu)秀師資、先進的教育理念和方法，提高教師隊伍的水平和質量。

第二，加強與企業(yè)和行業(yè)組織的合作與交流，增加更多的實踐機會和資源，提高學生的實踐能力和水平。

第三，細化對學生的個性化指導和支持，根據(jù)不同類型和水平的學生的需求和偏好，提供不同的教學內容、方法、評價等，實現(xiàn)個性化教學。

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