摘 要 針對浙大城市學(xué)院城市數(shù)字治理創(chuàng)新班學(xué)生專業(yè)分散，缺乏計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)背景知識，而傳統(tǒng)的人工智能課程需要較強(qiáng)的算法基礎(chǔ)和實(shí)際開發(fā)能力，實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容針對性不強(qiáng)等問題，開展人工智能概論課程實(shí)踐，幫助學(xué)生建立人工智能的基本概念，理解人工智能的應(yīng)用步驟和需要完成的工作，引導(dǎo)學(xué)生利用人工智能知識來解決城市數(shù)字治理中存在的問題。

關(guān)鍵詞 人工智能概論；城市數(shù)字治理創(chuàng)新班；混合式教

學(xué)；非計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)；課程思政

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）18-0067-04

0 引言

隨著城市的快速擴(kuò)張和城區(qū)人口的增加，城市管理變得越來越復(fù)雜。浙大城市學(xué)院為適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，協(xié)助解決城市數(shù)字治理方面的問題，特開設(shè)了城市數(shù)字治理創(chuàng)新班，以數(shù)字技術(shù)賦能城市治理，打破理工科、文科之間的隔閡，融合人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)和城市治理先進(jìn)理念，培養(yǎng)具備數(shù)字治理思維和基本技能，能夠滿足未來城市治理需求的應(yīng)用型、復(fù)合型和創(chuàng)新型人才[1]。

城市數(shù)字治理是一個(gè)大系統(tǒng)，包含了智慧社會治理、智慧城管等內(nèi)容，也涉及作為更基層單位的智慧街道、智慧社區(qū)等主題。目前數(shù)字城市存在數(shù)據(jù)資源不完整、突發(fā)事件不協(xié)同、形勢研判不智慧、決策分析不宏觀、應(yīng)急響應(yīng)不及時(shí)等挑戰(zhàn)，迫切需要引入智能化技術(shù)，因此，在城市數(shù)字治理創(chuàng)新班培養(yǎng)方案中加入人工智能相關(guān)課程十分必要。

城市數(shù)字治理創(chuàng)新班學(xué)生每學(xué)年第一學(xué)期面向全校大二本科生選拔產(chǎn)生，人數(shù)不超過30人，文理兼收，專業(yè)不限，除了理工類專業(yè)外，還涉及中文、金融學(xué)、財(cái)務(wù)管理、工商管理、廣告學(xué)、資產(chǎn)評估、廣電、法學(xué)、行政管理等專業(yè)。該班實(shí)現(xiàn)定制化培養(yǎng)，融會貫通信息技術(shù)、公共管理、法學(xué)等學(xué)科，著力培養(yǎng)具有解決復(fù)雜城市數(shù)字治理工程問題能力的復(fù)合型人才[2]。完成創(chuàng)新班課程修讀并符合相應(yīng)條件的學(xué)生，畢業(yè)時(shí)可獲得輔修證書和城市數(shù)字治理創(chuàng)新班榮譽(yù)證書。

1 課程現(xiàn)狀分析

人工智能的發(fā)展在工業(yè)制造和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮了非常顯著的作用。城市數(shù)字治理作為城市管理的一門新興學(xué)科，面對大量的城市數(shù)據(jù)，城市治理的方方面面工作內(nèi)容多，各項(xiàng)工作之間又相互影響，對管理人員的要求變得越來越高，也讓相關(guān)的管理人員越來越力不從心。人工智能的快速發(fā)展和城市數(shù)據(jù)的大量積累，為城市數(shù)字治理提供了更多、更有效的手段。如何利用人工智能技術(shù)來促進(jìn)城市治理的數(shù)字化和智能化，通過人工智能提高執(zhí)行的效率和管理質(zhì)量，顯得尤為迫切。

在特色班培養(yǎng)方案中，人工智能概論就是一門介紹如何結(jié)合應(yīng)用人工智能技術(shù)加強(qiáng)城市數(shù)字治理方面的課程。課程的主要內(nèi)容包括人工智能基礎(chǔ)知識介紹，機(jī)器學(xué)習(xí)算法闡述，機(jī)器學(xué)習(xí)算法在圖像識別、自然語言處理、推薦系統(tǒng)、金融分析和城市數(shù)字治理等領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)生能夠搭建人工智能應(yīng)用環(huán)境，在具體的場景中引入人工智能技術(shù)來解決問題，為以后從事行業(yè)應(yīng)用研發(fā)時(shí)更好地融入人工智能技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和社會責(zé)任感等價(jià)值目標(biāo)。

城市數(shù)字治理創(chuàng)新班的學(xué)生的專業(yè)背景分布分散，文科專業(yè)居多，大部分學(xué)生沒有計(jì)算機(jī)專業(yè)方面的基礎(chǔ)知識。面對這樣一批基本素質(zhì)良好但缺乏專業(yè)知識的學(xué)生，如何進(jìn)行人工智能概論課程的教學(xué)，成為擺在教學(xué)工作者面前的一道難題。課程組通過兩年的摸索，探索出比較有效的教學(xué)方法，取得了良好的效果。

2 人工智能概論課程實(shí)踐

2.1 建立校政企教師團(tuán)隊(duì)

為了使教學(xué)內(nèi)容更加貼近現(xiàn)實(shí)，組建由政府部門專業(yè)人員、人工智能領(lǐng)域行業(yè)專家和學(xué)校專業(yè)教師組成的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。在制度上，學(xué)校和相關(guān)的政府部門、企業(yè)分別簽訂合作協(xié)議，保證合作的長久性和穩(wěn)定性[3]。為了保證課程有序開展，政校企三方共同制定課程管理制度。教師團(tuán)隊(duì)建立定期會議制度，三方教師相互合作，定期開展教學(xué)研討，確保課程的科學(xué)性、先進(jìn)性和適合性，增強(qiáng)課程效果。不管是邀請政府人員上專題課還是校外行業(yè)專家上課，學(xué)校教師全程協(xié)助管理課堂，確保課程的規(guī)范。教師通過隨堂上課，增強(qiáng)對政府和企業(yè)實(shí)際應(yīng)用場景的理解，有利于后續(xù)課程的開展，也利于三方在科研項(xiàng)目上的合作。

2.2 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的人工智能重視基礎(chǔ)知識的講解，如知識表示、搜索和算法的實(shí)現(xiàn)，課程非常強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識和算法的實(shí)現(xiàn)，涉及很多數(shù)學(xué)優(yōu)化問題。非計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生對這些算法和數(shù)學(xué)方面的知識學(xué)習(xí)存在一定困難，如果課程還是按照現(xiàn)有模式進(jìn)行，學(xué)生的興趣會大幅下降，不利于教學(xué)開展。因此，有必要進(jìn)行相關(guān)課程內(nèi)容改革。

1）城市數(shù)字治理實(shí)驗(yàn)班的培養(yǎng)目標(biāo)讓學(xué)生能掌握使用人工智能技術(shù)來解決城市治理中各領(lǐng)域的社會問題，而不是去解決人工智能建模的優(yōu)化問題，且考慮到學(xué)生來源廣泛，有不同的專業(yè)背景，課程設(shè)計(jì)中特別關(guān)注如何讓學(xué)生把人工智能知識和專業(yè)知識結(jié)合。

2）人工智能概論中傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大部分是利用國際上一些典型的數(shù)據(jù)集和算法來實(shí)現(xiàn)，如鳶尾花品種預(yù)測、波士頓房價(jià)預(yù)測等，這些內(nèi)容和城市治理的背景知識差別較大，難以引起學(xué)生的興趣和共鳴，學(xué)生按部就班地做完實(shí)驗(yàn)，但不明白應(yīng)用場景，對知識的理解不夠深刻，實(shí)踐能力培養(yǎng)效果不好。為此，課程設(shè)置適合不同專業(yè)特點(diǎn)的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，重點(diǎn)是與解決城市問題密切相關(guān)的案例。

2.3 完善項(xiàng)目案例

傳統(tǒng)的人工智能概論課程重點(diǎn)放在人工智能原理方面，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要驗(yàn)證原理和對底層算法的掌握。為了切合城市數(shù)字治理人才培養(yǎng)的要求，對課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，總體原則是適合非計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生并且有利于培養(yǎng)城市數(shù)字治理理念。本課程對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行完善和調(diào)整，在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展學(xué)生易于理解又和城市數(shù)字治理方面密切相關(guān)的內(nèi)容。

以綜合實(shí)踐項(xiàng)目為例，課程設(shè)置的綜合實(shí)驗(yàn)題目為“基于剩飯剩菜AI識別技術(shù)研究——浙大城市學(xué)院大學(xué)生糧食浪費(fèi)情況研究”，該項(xiàng)目是以學(xué)校食堂剩菜剩飯智能識別作為研究內(nèi)容展開。因?yàn)槌鞘袛?shù)字治理人才非常需要具有團(tuán)隊(duì)合作精神，所以實(shí)驗(yàn)以項(xiàng)目組的形式開展，組成六個(gè)項(xiàng)目組，每個(gè)項(xiàng)目組由不同專業(yè)的五名學(xué)生組合而成，文理專業(yè)結(jié)合。人員隨機(jī)組隊(duì)更加具有挑戰(zhàn)性，更貼近實(shí)際工作情況。很多時(shí)候合作人員不是由項(xiàng)目組成員自由選擇，這樣容易增加項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的難度。

在數(shù)字化校園背景下，利用所學(xué)人工智能知識來分析糧食浪費(fèi)情況成為本課程綜合實(shí)踐項(xiàng)目的內(nèi)容，項(xiàng)目從原始數(shù)據(jù)采集、樣本標(biāo)記、測試數(shù)據(jù)的訓(xùn)練到創(chuàng)建模型訓(xùn)練，最后得出結(jié)論的完整過程。項(xiàng)目的原始數(shù)據(jù)采集和樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)記都需要學(xué)生自行采集完成，改變了以往人工智能實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大部分采用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練的，有利于非計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生對人工智能項(xiàng)目整個(gè)流程的理解。此外，通過對學(xué)生的調(diào)研問卷分析食堂浪費(fèi)的原因和改進(jìn)措施，全面增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的應(yīng)用能力。

2.4 選擇合適技術(shù)框架和開發(fā)平臺

本實(shí)驗(yàn)基于百度飛槳EasyDL平臺實(shí)現(xiàn)，EasyDL是百度大腦推出的定制化AI訓(xùn)練及服務(wù)平臺，支持面向各行各業(yè)有定制AI需求的企業(yè)用戶及開發(fā)者使用，使用相對簡單，對基礎(chǔ)知識的要求較低，有利于非計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)背景的學(xué)生學(xué)習(xí)[4]。EasyDL AI開發(fā)平臺支持任務(wù)類型較為完整，包含對項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的預(yù)處理、模型訓(xùn)練、項(xiàng)目部署和實(shí)施等一站式功能的支持。開發(fā)過程主要使用Jupyter Notebook，該工具基于網(wǎng)頁的交互式應(yīng)用程序，可以在瀏覽器實(shí)現(xiàn)開發(fā)、文檔編寫、運(yùn)行代碼和展示等功能。項(xiàng)目用到的庫主要包括base64、cv2、json、PIL、numpy等。

數(shù)據(jù)的采集由項(xiàng)目組成員去學(xué)校幾個(gè)食堂現(xiàn)場拍照完成，為保證樣本數(shù)據(jù)的全面性，選擇早餐、中餐和晚餐不同時(shí)段的餐盤照片數(shù)據(jù)，同時(shí)采集學(xué)校不同食堂的餐盤數(shù)據(jù)，并要求每組采集的照片樣本數(shù)量不少于500張，文件格式為*.jpg格式。

2.5 融入課程思政

為更好地在人工智能課程中發(fā)揮育人功能，通過多途徑挖掘思政元素，充分利用實(shí)踐教學(xué)的課程思政是很重要的方面[5]。民以食為天，糧食安全是民生問題非常重要的內(nèi)容，特別是廣大學(xué)生缺乏缺衣少食的相關(guān)經(jīng)歷，存在一定的浪費(fèi)糧食現(xiàn)象，節(jié)約糧食方面的教育顯得尤為重要。利用大作業(yè)實(shí)踐作為研究課題，發(fā)現(xiàn)身邊存在的糧食浪費(fèi)現(xiàn)象，結(jié)合《中華人民共和國反食品浪費(fèi)法》，引導(dǎo)學(xué)生愛惜糧食、節(jié)約糧食、反對浪費(fèi)。通過課程實(shí)踐，學(xué)生對食堂浪費(fèi)糧食的現(xiàn)象有了更深的體會，也體會到利用技術(shù)手段可以更好地發(fā)現(xiàn)城市治理中存在的不合理現(xiàn)象。根據(jù)模型訓(xùn)練結(jié)果，讓每個(gè)項(xiàng)目組給出相關(guān)合理化建議。項(xiàng)目組學(xué)生從不同角度進(jìn)行深入思考，有對學(xué)生增強(qiáng)節(jié)約糧食的意識方面的建議，也有對食堂提出米飯自助方式的建議，或者采用菜品和米飯稱重的方式計(jì)價(jià)，通過按需取用來增強(qiáng)節(jié)約效果。通過這些建議的輸出，培養(yǎng)學(xué)生參與社會治理的意識，樹立社會治理人人有責(zé)、人人盡責(zé)的理念。

項(xiàng)目采用團(tuán)隊(duì)合作的形式進(jìn)行，整個(gè)過程都需要項(xiàng)目組成員同心協(xié)力、密切配合。從項(xiàng)目的分工到需求分析和方案設(shè)計(jì)，從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)庫清洗和數(shù)據(jù)預(yù)處理，從模型選擇到模型訓(xùn)練，再到模型評估、項(xiàng)目發(fā)布和部署，都需要大家通力合作。通過在項(xiàng)目研發(fā)工作中的密切配合，讓學(xué)生提前感受工作中的場景，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)的合作精神。

2.6 實(shí)施“線上線下+項(xiàng)目驅(qū)動+團(tuán)隊(duì)合作+校企合作”混合式教學(xué)

為了增強(qiáng)教學(xué)效果，課程采用線上線下混合式教學(xué)模式。課程提供多個(gè)知識點(diǎn)的線上學(xué)習(xí)材料，讓學(xué)生在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)，方便基礎(chǔ)知識相對較少的非計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生了解更多知識。通過課程開始時(shí)的課堂測試，既可以確保學(xué)生上課不遲到，也能較好地督促學(xué)生在課前認(rèn)真學(xué)習(xí)網(wǎng)上在線課程，同時(shí)能較好地檢查學(xué)生知識的掌握情況，更有利于教學(xué)工作的開展，上課的重點(diǎn)可以放在學(xué)生能力的培養(yǎng)上。通過課前的線上學(xué)習(xí)，課堂上對基礎(chǔ)知識的講解可以適當(dāng)減少，把更多的時(shí)間留出來實(shí)施課堂討論、項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)交流等。課堂上選擇一個(gè)項(xiàng)目案例，讓學(xué)生根據(jù)學(xué)過的知識去設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案并分組討論，選派代表進(jìn)行講解，再由教師和其他學(xué)生提問交流，最后教師進(jìn)行點(diǎn)評，并提供一個(gè)相對更合理的解決方案。課程重點(diǎn)放在讓學(xué)生更好地理解如何應(yīng)用人工智能知識到具體項(xiàng)目中，而比較少強(qiáng)調(diào)具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)部分，讓學(xué)生盡量能夠建立起人工智能的應(yīng)用場景，理順在某個(gè)場景中要如何融入人工智能技術(shù)，如何調(diào)用現(xiàn)有的接口來提高應(yīng)用系統(tǒng)的智能化水平。項(xiàng)目分組兼顧文理學(xué)生，有利于專業(yè)交叉融合，學(xué)生的思維更加開闊，更利于培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型人才。

通過實(shí)施“線上線下+項(xiàng)目驅(qū)動+團(tuán)隊(duì)合作+校企合作”四位一體的混合式教學(xué)，以“MOOC預(yù)習(xí)、師生討論、項(xiàng)目實(shí)踐”作為課前、課中、課后教學(xué)重點(diǎn)，達(dá)成學(xué)生知識、能力、素質(zhì)和價(jià)值目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)。通過采用四位一體的混合教學(xué)模式，將“自助學(xué)習(xí)、互動交流、團(tuán)隊(duì)協(xié)作”貫穿課前、課中、課后整個(gè)教學(xué)過程，線上充分利用優(yōu)秀的MOOC，線下互動翻轉(zhuǎn)課堂，促進(jìn)教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間的協(xié)作學(xué)習(xí)與互動交流，通過學(xué)生本來具有的跨專業(yè)特性，更加有利于不同專業(yè)人才的思維碰撞，收到良好的效果。

2.7 多維度評價(jià)學(xué)習(xí)效果

總評成績按照平時(shí)成績30%、課后作業(yè)情況30%、期末87d46dc0484eee5a43394ddfc3a90624大作業(yè)40%的比例組成。為加強(qiáng)對平時(shí)學(xué)習(xí)的督促，增加過程性評價(jià)內(nèi)容，除了用于檢查課前在線課程的學(xué)習(xí)效果的小測驗(yàn)，還增加課堂交流和討論環(huán)節(jié)作為平時(shí)成績的一部分，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加課堂討論，提高課程的參與度。在進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)時(shí)，需要在項(xiàng)目開始前編制項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃，繪制項(xiàng)目甘特圖，邀請項(xiàng)目組成員定期匯報(bào)項(xiàng)目的進(jìn)展情況。教師對項(xiàng)目相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行檢查和提問，掌握項(xiàng)目的總體進(jìn)展情況，了解每位學(xué)生在項(xiàng)目組中的作用，進(jìn)行打分和記錄，作為成績的組成部分。經(jīng)過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生對人工智能技術(shù)有了較全面的理解，實(shí)現(xiàn)從開發(fā)平臺的搭建到樣本數(shù)據(jù)采集和標(biāo)注、數(shù)據(jù)處理和模型設(shè)計(jì)及模型訓(xùn)練，并最終完成完整的項(xiàng)目。

大作業(yè)成績評價(jià)主要從項(xiàng)目組整體項(xiàng)目完成度、每位學(xué)生在項(xiàng)目組中的貢獻(xiàn)度、項(xiàng)目的創(chuàng)新性、團(tuán)隊(duì)合作過程以及輸出的合理化建議等多個(gè)維度進(jìn)行評價(jià)。在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，通過項(xiàng)目組作品展示和答辯，六個(gè)項(xiàng)目組都完成項(xiàng)目的主要功能，得到有效的結(jié)論和合理化建議，項(xiàng)目完成質(zhì)量總體較高，達(dá)到了預(yù)期的效果。

3 結(jié)束語

通過對課程內(nèi)容的調(diào)整和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重新設(shè)計(jì)，人工智能課程更加適應(yīng)城市數(shù)字治理創(chuàng)新班非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，入門難度降低，大作業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目學(xué)生的投入度大幅提高，達(dá)到預(yù)期效果，課程評價(jià)良好。通過實(shí)施“線上線下+項(xiàng)目驅(qū)動+團(tuán)隊(duì)合作+校企合作”四位一體的混合式教學(xué)，學(xué)生跨專業(yè)組隊(duì)建立項(xiàng)目組，可以更好地發(fā)揮各自專業(yè)的優(yōu)勢，多學(xué)科交叉碰撞，思維更加發(fā)散，項(xiàng)目束縛更小，大大提高了項(xiàng)目的創(chuàng)新性。學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力得到有效的鍛煉，社會責(zé)任感得到進(jìn)一步強(qiáng)化，同時(shí)，運(yùn)用人工智能技術(shù)解決城市數(shù)字治理中的復(fù)雜工程問題的能力也得到很好的培養(yǎng)。

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