人工智能通識(shí)教育課程內(nèi)容改革研究

張廣淵 付晨 朱振方

[摘 要]在人工智能學(xué)科發(fā)展大背景下，重點(diǎn)探索在地方應(yīng)用型本科大學(xué)實(shí)施人工智能通識(shí)教育課程內(nèi)容建設(shè)與改革，以山東交通學(xué)院部分專(zhuān)業(yè)作為試點(diǎn)，實(shí)施不同層次不同程度的“人工智能+”的專(zhuān)業(yè)通識(shí)課程內(nèi)容，通過(guò)在通識(shí)教育層次實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)內(nèi)人工智能課程內(nèi)容的嵌入，進(jìn)一步推進(jìn)我校傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)的“人工智能+”的新工科改造。

[關(guān)鍵詞]人工智能;通識(shí)教育;地方應(yīng)用型本科;新工科改造

[基金項(xiàng)目]2018年山東省高等教育本科教改項(xiàng)目“地方應(yīng)用型本科高校實(shí)施理工科‘人工智能通識(shí)教育課程內(nèi)容改革研究”（Z2018S030）

[作者簡(jiǎn)介]張廣淵（1974—），男，山西大同人，博士，山東交通學(xué)院信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)，教授，主要從事高等教育、機(jī)器人與人工智能研究;付 晨（1982—），男，山東濟(jì)南人，博士，山東交通學(xué)院信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院講師，主要從事人工智能、微電子研究;朱振方（1980—），男，山東臨沂人，博士，山東交通學(xué)院信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人，教授，主要從事網(wǎng)絡(luò)信息安全、自然語(yǔ)言處理研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）47-000-02[收稿日期] 2020-05-22

一、課題背景

國(guó)務(wù)院在2017年7月印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，教育部2018年4月制定了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》明確提出要“根據(jù)人工智能理論和技術(shù)具有普適性、遷移性和滲透性的特點(diǎn)，主動(dòng)結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會(huì)需求，積極開(kāi)展‘新工科研究與實(shí)踐”，“重視人工智能與計(jì)算機(jī)、控制、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、法學(xué)等學(xué)科專(zhuān)業(yè)教育的交叉融合”，“探索‘人工智能+X的人才培養(yǎng)模式”，為我國(guó)新一代人工智能發(fā)展提供戰(zhàn)略支撐。

培養(yǎng)具有行業(yè)背景的“人工智能+”應(yīng)用型人才符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，也符合目前山東省提出的“著力培養(yǎng)一批適應(yīng)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換‘四新要求的高素質(zhì)應(yīng)用型人才”的教育目標(biāo)要求，為山東省“十強(qiáng)”產(chǎn)業(yè)發(fā)展、新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換提供更加有力的人才保障和技術(shù)支撐。

二、發(fā)展現(xiàn)狀

大部分地方應(yīng)用型本科大學(xué)傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)，在信息類(lèi)的通識(shí)教育課程方面，還在實(shí)施計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)通識(shí)教育;雖然部分高校已經(jīng)取消了計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)課程，但還沒(méi)有新的合適的課程來(lái)替代;還有部分高校開(kāi)始推行計(jì)算思維通識(shí)教育。據(jù)了解，目前我省地方應(yīng)用型本科大學(xué)中，實(shí)施人工智能通識(shí)教育的探索還處于起步階段，大部分的高校還未開(kāi)始設(shè)計(jì)規(guī)劃和實(shí)施。而傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)由于認(rèn)識(shí)深度的問(wèn)題和教師師資的缺乏，在專(zhuān)業(yè)課程體系中也很少嵌入人工智能的內(nèi)容和元素。

三、研究?jī)?nèi)容

本課題重點(diǎn)探索在地方應(yīng)用型本科大學(xué)實(shí)施人工智能通識(shí)教育課程內(nèi)容的建設(shè)與改革。在具體實(shí)施中，擬以山東交通學(xué)院為試點(diǎn)院校，在校內(nèi)工科專(zhuān)業(yè)中推動(dòng)實(shí)施人工智能通識(shí)教育。具體研究?jī)?nèi)容如下：

1.人工智能通識(shí)教育實(shí)施目標(biāo)專(zhuān)業(yè)分類(lèi)規(guī)劃。對(duì)學(xué)校的工科專(zhuān)業(yè)進(jìn)行調(diào)研，根據(jù)現(xiàn)階段人工智能在各行業(yè)專(zhuān)業(yè)內(nèi)的發(fā)展，分析人工智能與各專(zhuān)業(yè)結(jié)合的緊密關(guān)系，并以此為依據(jù)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)初步分類(lèi)，可初步分為緊密耦合型、普通耦合型和松散耦合型。

2.人工智能通識(shí)教育課程內(nèi)容規(guī)劃。根據(jù)人工智能通識(shí)教育按專(zhuān)業(yè)分類(lèi)實(shí)施情況和相關(guān)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃，初步規(guī)劃為 “人工智能基礎(chǔ)” “人工智能高級(jí)應(yīng)用”和“人工智能編程（Python語(yǔ)言）”等三個(gè)課程模塊，并對(duì)每個(gè)模塊涉及的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分規(guī)劃，分析知識(shí)點(diǎn)之間的銜接關(guān)系，安排課程模塊內(nèi)容。

3.人工智能通識(shí)教育課程內(nèi)容建設(shè)。針對(duì)定制化的課程模塊內(nèi)容，組織專(zhuān)業(yè)教師團(tuán)隊(duì)實(shí)施課程內(nèi)容建設(shè)，包括知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容建設(shè)、教材建設(shè)、試題庫(kù)建設(shè)、案例庫(kù)建設(shè)、MOOC課程建設(shè)等。

4.人工智能通識(shí)教育課程內(nèi)容實(shí)施。組建專(zhuān)業(yè)教師教學(xué)團(tuán)隊(duì)，深入研究MOOC課程實(shí)施方法，分批次推進(jìn)在學(xué)校各工科專(zhuān)業(yè)實(shí)施人工智能通識(shí)教育課程，通過(guò)運(yùn)用MOOC等信息化教學(xué)手段，解決現(xiàn)階段通識(shí)教育教師師資數(shù)量不足的問(wèn)題，先落地實(shí)施，再逐步改進(jìn)改善。

5.人工智能通識(shí)教育課程師資培養(yǎng)。通過(guò)實(shí)施教師和相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師的集中培訓(xùn)，結(jié)合有目的地引進(jìn)人工智能相關(guān)專(zhuān)業(yè)師資，提升教師對(duì)“人工智能+專(zhuān)業(yè)”或“專(zhuān)業(yè)+人工智能”的深入理解和認(rèn)識(shí)，在較短時(shí)間建立起人工智能基礎(chǔ)通識(shí)課程教師隊(duì)伍，能承擔(dān)相應(yīng)改革課程內(nèi)容的授課，潛移默化中影響學(xué)生“人工智能思維”的培養(yǎng)。

四、方案設(shè)計(jì)與具體實(shí)施

1.循序漸進(jìn)、分步實(shí)施的實(shí)施方案細(xì)則。（1）學(xué)校教務(wù)推廣和專(zhuān)業(yè)宣講，使各理工科專(zhuān)業(yè)逐步接受人工智能通識(shí)教育，并修改人才培養(yǎng)計(jì)劃，替換原有通識(shí)教育課程或加入新的人工智能通識(shí)教育;（2）根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，按照人工智能與專(zhuān)業(yè)結(jié)合的緊密關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)，為人工智能通識(shí)教育內(nèi)容按專(zhuān)業(yè)分類(lèi)實(shí)施提供依據(jù)?？沙醪椒譃榫o密耦合型、一般耦合型和松散耦合型。（3）利用現(xiàn)有師資，逐步開(kāi)設(shè)從公開(kāi)課到公選課，再到各理工專(zhuān)業(yè)的通識(shí)教育課程。

2.采用基于人工智能關(guān)聯(lián)度分析的專(zhuān)業(yè)分類(lèi)，并以專(zhuān)業(yè)分類(lèi)設(shè)計(jì)實(shí)施分模塊組合的課程內(nèi)容規(guī)劃。分別針對(duì)理工科專(zhuān)業(yè)緊密耦合型、普通耦合型和松散耦合型，設(shè)計(jì)相應(yīng)的課程內(nèi)容模塊。初步規(guī)劃為 “人工智能基礎(chǔ)”“人工智能高級(jí)應(yīng)用”和“編程語(yǔ)言（Python語(yǔ)言）”等三個(gè)課程模塊，并對(duì)每個(gè)模塊涉及的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分規(guī)劃，分析知識(shí)點(diǎn)之間的銜接關(guān)系，安排組合課程模塊內(nèi)容，設(shè)計(jì)與專(zhuān)業(yè)內(nèi)容相關(guān)的實(shí)施案例等。

3.采用信息化教學(xué)手段，引入基于MOOC/SPOC的“1+M+N”教學(xué)模式與基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)方法。適合中國(guó)國(guó)情的MOOC/SPOC的“1+M+N”教學(xué)新模式是對(duì)美國(guó)式MOOC的“1+N”模式的創(chuàng)新與改進(jìn)。MOOC/SPOC的“1+M+N”教學(xué)模式核心內(nèi)涵是：以1門(mén)由名師開(kāi)設(shè)的優(yōu)質(zhì)MOOC在線(xiàn)課作為核心資源，推動(dòng)M所高校根據(jù)本校特點(diǎn)基于此進(jìn)行個(gè)性化課程定制并構(gòu)建各自的SPOC課程;通過(guò)跨校線(xiàn)上線(xiàn)下協(xié)同教學(xué)與各校翻轉(zhuǎn)課堂方式對(duì)M個(gè)高校的N個(gè)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生可以靈活地接受網(wǎng)絡(luò)MOOC課程的教學(xué)與自學(xué)，通過(guò)參加本校線(xiàn)上SPOC課程與本班級(jí)線(xiàn)下翻轉(zhuǎn)課堂研討，在本校教師指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)，并可開(kāi)展跨班級(jí)、跨校間的線(xiàn)上研討與互學(xué)，從而形成自學(xué)、互學(xué)、共學(xué)的學(xué)習(xí)生態(tài)環(huán)境。

實(shí)施包括知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容建設(shè)、教材建設(shè)、試題庫(kù)建設(shè)、案例庫(kù)建設(shè)等課程資源庫(kù)建設(shè)，開(kāi)展高水平人工智能通識(shí)教育MOOC精品課與優(yōu)質(zhì)課建設(shè)。開(kāi)展基于“翻轉(zhuǎn)課堂”理念的混合式教學(xué)與基于學(xué)生學(xué)習(xí)成果的課程教學(xué)效果評(píng)價(jià)試點(diǎn)改革，做到持續(xù)改進(jìn)。

4.校企聯(lián)合，強(qiáng)化“內(nèi)培+聯(lián)培+外引”雙師型人工智能師資隊(duì)伍的建設(shè)，提升教師工程實(shí)踐能力。重視雙師型教師隊(duì)伍建設(shè)，即“授課能力+實(shí)踐能力”，通過(guò)“內(nèi)培+聯(lián)培+外引”進(jìn)行雙師型人工智能教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)。

內(nèi)培是通過(guò)派送教師到企業(yè)培訓(xùn)，引導(dǎo)教師積極申請(qǐng)參與各類(lèi)政府研發(fā)科研項(xiàng)目和企業(yè)委托項(xiàng)目，提升教師的工程實(shí)踐項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。聯(lián)培是學(xué)院不定期派送中青年骨干教師到合作企業(yè)進(jìn)行半年至一年的企業(yè)實(shí)踐鍛煉，參與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目研發(fā)，讓教師接受企業(yè)的管理和考核，體驗(yàn)企業(yè)工作氛圍，綜合提升自身能力。外引是重點(diǎn)引進(jìn)具有企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)興業(yè)經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)任教師和博士，同時(shí)到企業(yè)聘請(qǐng)具有豐富項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和管理經(jīng)驗(yàn)的工程師參與學(xué)院的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)工作。

五、實(shí)施總結(jié)

項(xiàng)目自實(shí)施以來(lái)，已在山東交通學(xué)院通過(guò)資源優(yōu)化組建了人工智能基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，并為全校所有專(zhuān)業(yè)新開(kāi)設(shè)了人工智能基礎(chǔ)通識(shí)課程，課程已上線(xiàn)“智慧樹(shù)”網(wǎng)慕課平臺(tái)，涉及40余個(gè)專(zhuān)業(yè)，5000余名學(xué)生;同時(shí)組建Python語(yǔ)言課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，新開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)Python課程，共涉及20余個(gè)專(zhuān)業(yè)，3000余名學(xué)生開(kāi)設(shè)本課程;在留學(xué)生開(kāi)設(shè)英文Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程;在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等專(zhuān)業(yè)，成功開(kāi)設(shè)數(shù)字圖像處理等人工智能高級(jí)課程。

除了基于專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)開(kāi)設(shè)了不同程度的人工智能課程外，我們還在人工智能相關(guān)師資建設(shè)、課程資源建設(shè)、MOOC建設(shè)、題庫(kù)建設(shè)等多方面進(jìn)行投入，取得了良好的課程建設(shè)效果。目前正在與各專(zhuān)業(yè)深入對(duì)接，了解專(zhuān)業(yè)需求，進(jìn)一步推動(dòng)我?！叭斯ぶ悄?交通”的傳統(tǒng)交通類(lèi)工科專(zhuān)業(yè)的人工智能新工科改造。

Abstract： Under the background of the development of AI， this paper focuses on the construction and reform of "AI +" general education courses in local applied undergraduate universities. Taking some majors of Shandong Jiaotong University as a pilot， different levels of "AI +" professional general education courses are implemented. By embedding the contents of artificial intelligence in general education courses， the "emerging engineering" transformation of "AI +" in traditional engineering majors of our university is further promoted.

Key words： AI; general education; local applied undergraduate; "emerging engineering" transformation