以無人機(jī)為載體的“電子信息＋人工智能”人才培養(yǎng)模式

曹陽 彭小峰 王培容 王玉菡 葉紅

摘要：智能化為背景的新工業(yè)革命浪潮下，電子信息工程專業(yè)教育面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。專業(yè)改革實(shí)施以無人機(jī)為載體，實(shí)現(xiàn)人工智能課程體系一體化，不斷推進(jìn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，打造和提升師資隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)面向人工智能的電子信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);電子信息工程;人工智能;人才培養(yǎng)

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）36-0140-02

Abstract： Under the background of the new industrial revolution， the education of electronic information engineering is facing severe challenges.The implementation of professional reform takes UAV as the carrier， realizes the one-off of artificial intelligence curriculum system， and constantly promotes the combination of theoretical teaching and practical teaching. Finally， the reform of talent training mode of electronic information engineering for artificial intelligence is realized.

Key words：unmanned aerial vehicle; electronic information engineering;artificial? intelligence;personnel training

1 引言

在此輪以智能化為背景的新工業(yè)革命浪潮下，工程教育面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是面向新工業(yè)革命的工程教育一定是以跨學(xué)科專業(yè)、跨學(xué)校企業(yè)、跨行業(yè)產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)，新一輪工業(yè)革命需要創(chuàng)新傳統(tǒng)工程教育的范式，工程教育亦已經(jīng)成為新一輪工業(yè)革命的支撐，成為各國科技產(chǎn)業(yè)競賽的核心競爭力，而現(xiàn)有的工科專業(yè)課程體系與我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整不相適應(yīng)[1-2]。在智能化產(chǎn)業(yè)浪潮的沖擊之下，電子信息產(chǎn)業(yè)新增長點(diǎn)不斷增加，不斷面向當(dāng)前和未來電子信息及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需，推動現(xiàn)有的電子信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的改革創(chuàng)新。

本專業(yè)全面樹立以學(xué)生為中心、能力本位、跨界交融的人才培養(yǎng)理念的指導(dǎo)下，確立了以“服務(wù)、智能、創(chuàng)新、融合”為本專業(yè)的建設(shè)理念：（1）“服務(wù)”體現(xiàn)在專業(yè)對智能產(chǎn)業(yè)的支撐， 積極服務(wù)國家人工智能發(fā)展戰(zhàn)略，緊密結(jié)合“重慶以大數(shù)據(jù)智能化為引領(lǐng)的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃（2018—2020 年）”，對接重慶大數(shù)據(jù)智能化產(chǎn)業(yè)，? 重點(diǎn)打造以智能硬件、智能化數(shù)據(jù)處理為核心課程體系; （2）“創(chuàng)新”體現(xiàn)在堅(jiān)持機(jī)制創(chuàng)新發(fā)展，如實(shí)施以無人機(jī)為載體，實(shí)現(xiàn)人工智能課程體系一體化，不斷推進(jìn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，探索從低年級到高年級依次采取以新生導(dǎo)論實(shí)踐課（智能小車入門實(shí)踐）、無人機(jī)系列實(shí)踐課程、學(xué)科競賽和畢業(yè)論文設(shè)計(jì)為載體的四階段一體化工程創(chuàng)新實(shí)踐模式[3，4]; （3）“智能”體現(xiàn)在能深入優(yōu)化“據(jù)智能化課程體系”，構(gòu)建契合重慶智能產(chǎn)業(yè)需求的大數(shù)據(jù)智能化特色課程群，探索“課程講授+能力培養(yǎng)+創(chuàng)新實(shí)踐”的教學(xué)改革模式;（4）“融合”體現(xiàn)在深入推進(jìn)產(chǎn)教融合，與多家知名大數(shù)據(jù)企業(yè)合作建立協(xié)同育人平臺。

2 重塑面向智能化產(chǎn)業(yè)課程體系

以人工智能技術(shù)的演化推動課程優(yōu)化，重塑專業(yè)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，將地方智能化產(chǎn)業(yè)所要求人才的能力、素質(zhì)和知識進(jìn)行分解，將分解要素與專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系進(jìn)行鏈接，并在傳統(tǒng)、經(jīng)典課程中進(jìn)行嵌入。新一輪工業(yè)革命導(dǎo)致專業(yè)邊際的模糊，面向新工科的課程體系交叉融合了信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和電子科學(xué)與技術(shù)等三個學(xué)科，如圖1所示。注重發(fā)揮專業(yè)群集聚作用，完成人工智能基礎(chǔ)、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等主干課程群建設(shè)，開展面向工程能力培養(yǎng)為核心的多學(xué)科交叉與融合課程體系，建設(shè)面向智能化產(chǎn)業(yè)的課程組。

根據(jù)工程教育認(rèn)證和國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定核心課程群，根據(jù)專業(yè)的框架和內(nèi)涵，課程體系分為兩個方向：（1）智能硬件（無人機(jī)硬件方向）;（2） 智能信息處理（側(cè)重?zé)o人機(jī)的軟件算法）。該課程體系實(shí)現(xiàn)了“軟硬兼施”，也同時體現(xiàn)了專業(yè)特色和課程落腳點(diǎn)的統(tǒng)一。在專業(yè)課程的選修方面，注重面向人工智能的課程體系前瞻性和梯度化，本專業(yè)開設(shè)了“VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”“Android程序設(shè)計(jì)”和“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”等課程，體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)前沿與產(chǎn)業(yè)工程需求的統(tǒng)一。

以無人機(jī)為載體，整合機(jī)器視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能硬件和信息處理等課程，同時承載相關(guān)課程的實(shí)踐學(xué)習(xí)，如在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中，應(yīng)用人工智能技術(shù)相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)等知識，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自主檢測周圍環(huán)境、自主避障并選擇出最佳路線。與行業(yè)共商面向智能化產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程體系，拓展企業(yè)需求較高的課程或課時安排。

3 教學(xué)水平與方法提升的實(shí)施

以科研反哺教學(xué)，為教學(xué)活動提供有源之水，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。如某教師將主持的“目標(biāo)跟蹤”相關(guān)國家自然科學(xué)基金課題進(jìn)行拓展，將科研與《DSP技術(shù)與實(shí)踐》和《數(shù)字信號處理》處理課程結(jié)合，讓學(xué)生走出書本，深刻領(lǐng)會到濾波器的軟硬件設(shè)計(jì)理論和應(yīng)用，讓本科生進(jìn)入自己的課題組，在項(xiàng)目和良好科研環(huán)境驅(qū)動下，專業(yè)學(xué)生也屢獲校、市級本科競賽項(xiàng)目獎項(xiàng)，極大培養(yǎng)了學(xué)生理論素養(yǎng)和實(shí)踐能力。

按照翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，讓學(xué)生從被動學(xué)到主動學(xué)。如在《微機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)中，其中“接口設(shè)計(jì)”是教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，任課老師將 MOOC 和翻轉(zhuǎn)課程的思想應(yīng)用到教學(xué)中，按照課前、課上和課后的 3 個環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)安排。課前將制作10分鐘之內(nèi)的微小視頻發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)，讓學(xué)生在課前時間去主動閱讀、完成作業(yè)和測試。正式課堂上教師組織活動分為2類：一是根據(jù)學(xué)生自學(xué)完成作業(yè)的情況，有的放矢地進(jìn)行重要知識點(diǎn)以及易錯題的討論; 二是做些典型例題或是能力提高題，并對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行討論或演示。教師在本節(jié)課后對下一節(jié)課的課前進(jìn)行安排，其中包括學(xué)生自學(xué)內(nèi)容對應(yīng)的教材章節(jié)說明，各練習(xí)題的難易程度等級，課程內(nèi)容對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

4 “引進(jìn)+培養(yǎng)”的師資隊(duì)伍建設(shè)

電子信息工程專業(yè)是一個實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，且時效性強(qiáng)，發(fā)展速度快。在專業(yè)教學(xué)過程中，教師的實(shí)踐能力是決定教學(xué)成效的關(guān)鍵，教師必須是專業(yè)能手、是行家，為了適應(yīng)專業(yè)教學(xué)發(fā)展的特性，鼓勵年輕教師積極參與社會實(shí)踐、了解行業(yè)發(fā)展，掌握新的技術(shù)、專業(yè)系明確要求年輕教師必須完成一個以上的企業(yè)合作項(xiàng)目才能參與專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，通過項(xiàng)目實(shí)踐的鍛煉，提升教師的專業(yè)能力和綜合能力，使其成為真正的“雙師”型教師。

從2015年至2019年，共安排教師40人次參加電子信息類教育會議、TI教育大會和工程教育類大會。通過同行交流、專家講座和參加工程教育會議，使專業(yè)老師的教學(xué)視野和理論得到了較大提升，在2015、2019屆人才培養(yǎng)大綱修訂中引入了“能力、課程、行業(yè)”鏈的對接工程教育思想。

2016年至2019年，已選派50余人次參與華清遠(yuǎn)見、重度前沿城市大數(shù)據(jù)、四川長虹、上海錫月科技有限公司開展工程實(shí)踐活動，獲得雙師型認(rèn)證。2018年從航天科工集團(tuán)、國家電網(wǎng)引進(jìn)兩名實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的青年博士，引進(jìn)從事人工智能研究的博士1名，2019年優(yōu)厚待遇引進(jìn)重點(diǎn)大學(xué)中博導(dǎo)教授團(tuán)隊(duì)2名。通過國家外專局高端引才項(xiàng)目，引進(jìn)3名Kaist教授，加強(qiáng)校友聯(lián)絡(luò)，聘請10名校友為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師。

5 多維并舉，提升面向智能化產(chǎn)業(yè)的工程實(shí)踐能力

依托重慶市重點(diǎn)學(xué)科平臺“智能光纖感知技術(shù)”重慶市高校工程研究中心，以及現(xiàn)有專業(yè)中興LTE實(shí)驗(yàn)室、智能硬件實(shí)驗(yàn)室（智能小車、智能手環(huán)）、無人機(jī)平臺，將工程人才要求知識點(diǎn)、能力嵌入到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中去，建立了面向智能化產(chǎn)業(yè)的多學(xué)科交叉的不同層次實(shí)踐項(xiàng)目，實(shí)踐項(xiàng)目要包括基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)等多個層次[5]。

以“項(xiàng)目-導(dǎo)師制”的項(xiàng)目學(xué)習(xí)為牽引，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，探索從低年級到高年級依次采取以新生導(dǎo)論實(shí)踐課（智能小車入門實(shí)踐）、無人機(jī)系列實(shí)踐課程、學(xué)科競賽和畢業(yè)論文設(shè)計(jì)為載體的四階段一體化工程實(shí)踐模式。注重課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)與企業(yè)項(xiàng)目對接，課題設(shè)計(jì)內(nèi)容具有實(shí)戰(zhàn)性，能體現(xiàn)智能化人才能力，建立面向無人機(jī)的興趣小組和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)社團(tuán)，在特色專業(yè)經(jīng)費(fèi)的支持下，本專業(yè)組織了面向?qū)I(yè)的無人機(jī)系列競賽，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)動力，如圖2所示。堅(jiān)持產(chǎn)教融合，建立多樣化的實(shí)踐基地， 持續(xù)推進(jìn)與重慶?？?、中移物聯(lián)網(wǎng)等 20余家企業(yè)的深度合作，探索設(shè)計(jì)與編寫面向工程應(yīng)用的實(shí)踐配套教材，通過學(xué)校與企業(yè)的聯(lián)合， 增加學(xué)生的實(shí)踐和組織學(xué)生進(jìn)行專業(yè)技術(shù)實(shí)踐培養(yǎng)。

6 結(jié)論

實(shí)施以無人機(jī)為載體，實(shí)現(xiàn)人工智能課程體系一體化，不斷推進(jìn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，開展無人機(jī)系列智能化實(shí)踐課程。通過近年來的改革與實(shí)踐，學(xué)生的實(shí)踐動手能力得到較大提升，有相當(dāng)比例的畢業(yè)生就職業(yè)于人工智能領(lǐng)域的企業(yè)，人才培養(yǎng)質(zhì)量受到用人單位的好評。

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