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摘要根據(jù)新時(shí)代對人工智能人才的要求，本文探討了人工智能課程的教學(xué)改革方法。通過分析目前人工智能課程教學(xué)存在的問題，提出了優(yōu)化課程內(nèi)容、改變教學(xué)模式、加強(qiáng)校企深度合作、構(gòu)建多元評價(jià)機(jī)制等方面的改革方法。實(shí)踐結(jié)果表明，改革后的教學(xué)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不僅提升了學(xué)生的實(shí)際動手能力，還有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞新工科；人工智能；教學(xué)模式；多元評價(jià)

1引言

為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，2017年以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”[1]。人工智能專業(yè)是“新工科”建設(shè)的重點(diǎn)專業(yè)之一。人工智能課程是人工智能專業(yè)及其它相關(guān)專業(yè)的核心課程?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展規(guī)劃》明確提出高校要完善人工智能教育體系[2]?！陡叩葘W(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》強(qiáng)調(diào)：要加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域?qū)I(yè)建設(shè)，推進(jìn)“新工科”建設(shè)，形成“人工智能+X”復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式[3]。為適應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略和新時(shí)代對人工智能人才的需求，需要對人工智能課程進(jìn)行教學(xué)改革。本文以新工科建設(shè)為導(dǎo)向，探索人工智能課程的改革與實(shí)踐。通過分析當(dāng)前人工智能教學(xué)存在的問題，有針對性地對人工智能教學(xué)提出一些改革措施，以適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的人才需求。

2存在問題

人工智能已發(fā)展成為一個(gè)高度交叉學(xué)科，但是傳統(tǒng)的人工智能課程具有概念抽象、理論性強(qiáng)、實(shí)踐內(nèi)容相對不足等特點(diǎn)。傳統(tǒng)人工智能課程教學(xué)主要存在以下問題：（1）重理論輕實(shí)踐。傳統(tǒng)的人工智能課程教學(xué)主要是基于課堂，重點(diǎn)講授其基本知識、理論和算法，僅限于教師課堂講解、演示，學(xué)生被動接受。但是對于實(shí)踐，學(xué)生既沒有充足的時(shí)間練習(xí)，也不知道如何把所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用到實(shí)踐中。（2）教學(xué)模式陳舊。由于多種原因，現(xiàn)有的人工智能課程教學(xué)仍然采取傳統(tǒng)的集中授課形式。這種教學(xué)模式能在有限時(shí)間內(nèi)把教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容傳授給學(xué)生，但學(xué)生卻很難真正掌握。而且，這種模式既不能滿足不同層次學(xué)生的需求，也不能有效促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，更不能體現(xiàn)以學(xué)生發(fā)展為中心的教育理念。（3）校企合作不足。目前，人工智能人才培養(yǎng)和課程教學(xué)，明顯滯后于新技術(shù)的發(fā)展和社會對人工智能人才的需求。究其原因，是校企缺乏有效合作，產(chǎn)學(xué)研缺乏深度融合，從而導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)，掌握的知識和技能不能與實(shí)際應(yīng)用接軌[4]。學(xué)生不僅要具有扎實(shí)的知識和技術(shù)，更應(yīng)該具備良好的團(tuán)隊(duì)合作、實(shí)踐和自學(xué)能力[5]，才能更好地適應(yīng)社會需求，成為國家有用人才。（4）評價(jià)機(jī)制不完善。傳統(tǒng)評價(jià)仍側(cè)重于教學(xué)大綱規(guī)定的知識點(diǎn)的考察。人工智能課程一般考察學(xué)生對基本概念、理論和經(jīng)典算法的理解和掌握。總評成績一般由期末考試和平時(shí)成績組成，期末考試成績占70%；平時(shí)成績占30%，包括作業(yè)、考勤、討論等。這種考核很難全面真實(shí)地反映學(xué)生掌握知識、解決問題的能力和基本素養(yǎng)的高低，無法適應(yīng)新工科背景下人工智能人才的培養(yǎng)要求。

3教學(xué)改革方案

（1）優(yōu)化課程內(nèi)容。課程是人才培養(yǎng)的最后一公里，其內(nèi)容的合理與否對人工智能人才培養(yǎng)至關(guān)重要。因此，有必要對人工智能課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。具體內(nèi)容如圖1所示。（2）采用混合式教學(xué)模式。該教學(xué)模式既能克服線上教學(xué)的不足，也能克服線下教學(xué)的不足，是當(dāng)今被廣泛認(rèn)可和接受的一種有效的教學(xué)模式。在人工智能課程教學(xué)中，按照“金課”標(biāo)準(zhǔn)，充分利用超星學(xué)習(xí)通平臺，采用線上線下混合式教學(xué)模式。課前，教師在超星學(xué)習(xí)通上發(fā)布課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、要求、重難點(diǎn)等，上傳授課計(jì)劃、教案、微視頻、PPT、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、題庫、拓展知識等課程資源；學(xué)生通過線上平臺自主學(xué)習(xí)、完成在線學(xué)習(xí)、測試、參加討論、提出問題。課中，根據(jù)學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)情況，對課堂探究式學(xué)習(xí)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)、組織和實(shí)施，做好在探究討論中的引導(dǎo)、鼓勵(lì)、解惑和總結(jié)。在討論交流中實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化、能力培養(yǎng)和素養(yǎng)提升。課后，一方面，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對授課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，將學(xué)生的作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目開發(fā)過程中存在的問題和解決方法上傳至學(xué)習(xí)通平臺，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步消化吸收，熟悉實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)過程。另一方面，根據(jù)學(xué)生的需求不同，分別給予進(jìn)一步的指導(dǎo)。如有些學(xué)生不限于課本內(nèi)容，想進(jìn)一步探討深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際中的應(yīng)用，這時(shí)可把相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)現(xiàn)代碼提供給學(xué)生，并指導(dǎo)他們研讀文獻(xiàn)和代碼，進(jìn)一步培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新能力。但在人工智能課程實(shí)施混合式教學(xué)中，也存在一些問題。首先是教學(xué)習(xí)慣、教學(xué)設(shè)計(jì)還沒完全轉(zhuǎn)變。教師已習(xí)慣傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在實(shí)施線下探討教學(xué)時(shí)，不自覺地仍采用傳統(tǒng)教學(xué)模式對重難點(diǎn)問題進(jìn)行設(shè)計(jì)、講解，仍然是教師講、學(xué)生聽。其次是部分學(xué)生對教師的依賴性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)能力相對較弱，還不能很好地適應(yīng)混合式教學(xué)模式。最后是在實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生不易理解一些知識的演進(jìn)過程、算法流程或應(yīng)用意義。針對以上問題，需要及時(shí)研討在這種混合式教學(xué)模式下，線下教學(xué)內(nèi)容的組織、設(shè)計(jì)和實(shí)施，有目的地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和主動探究意識。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，要求教師課堂講授、面對面指導(dǎo)，如參數(shù)的設(shè)置、算法的流程、項(xiàng)目設(shè)計(jì)的架構(gòu)等，甚至程序代碼，都要在課堂現(xiàn)場寫出來。（3）深化校企合作。通過校企合作，實(shí)現(xiàn)人工智能人才培養(yǎng)符合社會需求、人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)符合IT行業(yè)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、人才培養(yǎng)過程符合IT行業(yè)真實(shí)的開發(fā)流程。一方面，根據(jù)社會需求，及時(shí)調(diào)整教學(xué)大綱，完善教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方式。另一方面，充分利用合作企業(yè)資源，將企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目引進(jìn)課堂，讓學(xué)生參與企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目的開發(fā)，熟悉開發(fā)流程，掌握新技術(shù)。人工智能課程在“人工智能課程教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐”項(xiàng)目（教育部產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目）的基礎(chǔ)上，引入南京云創(chuàng)大數(shù)據(jù)科技股份有限公司開發(fā)的DataSense分布式數(shù)據(jù)挖掘平臺和課程資源。首先，由企業(yè)工程師介紹該平臺設(shè)計(jì)架構(gòu)、內(nèi)容、目的，演示各個(gè)功能模塊；其次，教師在課堂上以該平臺提供的功能模塊為基礎(chǔ)，如分類預(yù)測中的決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、邏輯回歸等算法，實(shí)現(xiàn)鳶尾花數(shù)據(jù)集、ImageNet數(shù)據(jù)集的分類預(yù)測等。最后，要求學(xué)生參加“學(xué)生課堂行為識別系統(tǒng)”等項(xiàng)目的開發(fā)，真實(shí)體驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、處理、算法的選擇、參數(shù)的調(diào)節(jié)和結(jié)果的呈現(xiàn)。并用不同的算法進(jìn)行比較和工具實(shí)現(xiàn)，找出各自的優(yōu)劣和體會適用條件。（4）建立多元評價(jià)機(jī)制。結(jié)合“新工科”建設(shè)對人工智能人才知識、能力和素質(zhì)的新要求，有必要建立合理的多元育人評價(jià)機(jī)制，形成過程性評價(jià)和結(jié)果性評價(jià)于一體的評價(jià)體系。在教學(xué)實(shí)施中，組織開展項(xiàng)目式教學(xué)，如在“學(xué)生課堂行為識別系統(tǒng)”項(xiàng)目中，不僅要考察學(xué)生完成項(xiàng)目情況，還要關(guān)注其在項(xiàng)目中的角色表現(xiàn)，如算法設(shè)計(jì)能力、代碼調(diào)試能力、溝通表達(dá)能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作意識、文獻(xiàn)查詢能力、對待項(xiàng)目的態(tài)度、是否熟悉項(xiàng)目開發(fā)的流程、是否養(yǎng)成良好的開發(fā)習(xí)慣、是否遵守軟件項(xiàng)目開發(fā)職業(yè)規(guī)范和職業(yè)道德等。為調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)他們對人工智能的興趣，利用課余時(shí)間，組織學(xué)生開展講人工智能的故事活動。在該項(xiàng)活動中，學(xué)生自由組合，根據(jù)個(gè)人特點(diǎn)擔(dān)任不同的角色，使得每個(gè)學(xué)生都能發(fā)揮自身特長來完成相應(yīng)任務(wù)。通過類似活動，可以全面鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的溝通協(xié)調(diào)能力、收集整理資料能力、撰寫能力、表達(dá)及創(chuàng)新能力等。

4教改實(shí)踐的效果

通過2年的教學(xué)改革的實(shí)踐，逐步建立了由期末評價(jià)（40%）+項(xiàng)目評價(jià)（30%）+平時(shí)評價(jià)（30%）三部分組成的評價(jià)體系。其中，期末評價(jià)主要是知識理論評價(jià)；項(xiàng)目評價(jià)包括團(tuán)隊(duì)角色分工、項(xiàng)目展示、技術(shù)報(bào)告和創(chuàng)新能力等；平時(shí)評價(jià)包括章節(jié)測驗(yàn)、參與討論情況、師生互動情況及課后思考及探討情況等。本課程的改革在2019級計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)進(jìn)行了實(shí)踐。結(jié)束后，在學(xué)習(xí)通上使用問卷調(diào)查方式從激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高自主學(xué)習(xí)能力和提高動手能力三個(gè)方面進(jìn)行調(diào)查，全班共計(jì)120人，收回有效問卷116份。調(diào)查結(jié)果見表1。由表1可知，88.79%的學(xué)生認(rèn)為該課程能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣；82.76%的學(xué)生認(rèn)為可以促進(jìn)提高自主學(xué)習(xí)能力；80.17%的學(xué)生認(rèn)為通過參與企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目的訓(xùn)練，切實(shí)提升了動手能力。改革后的學(xué)生參與學(xué)科競賽人數(shù)提高了28%，并在全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、藍(lán)橋杯軟件人才大賽、河南省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)大賽、信息安全對抗大賽等學(xué)科競賽中的成績也有了明顯提升。

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作者:馮巖 尤磊 李健 王敬 單位:信陽師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院