基于OBE的人工智能應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)改革探索

許瑩 熊茂華 尹霞 郭潔 許春榮

摘要：針對《人工智能應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，提出基于OBE（Outcome Based Education）理念的課程改革方法，從課程目標(biāo)制定、課程教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)方法和課程評估方法等方面進行了綜合性討論，并提出了一系列措施。通過項目驅(qū)動式方法授課，采用自主式、探索式、團隊式方法進行項目實踐。通過一系列的改革，激發(fā)學(xué)生進行課程學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生們的理解能力、應(yīng)用能力、實際操作能力。

關(guān)鍵詞： OBE理念;人工智能應(yīng)用技術(shù);改革探索;教學(xué)方法

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）14-0159-03

1 引言

2017年7月，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，標(biāo)志著發(fā)展人工智能成為我國的國家戰(zhàn)略[1]。但人工智能技術(shù)人才短缺，教育部2018年4月制定了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》[2]。《人工智能應(yīng)用技術(shù)》課程是高等學(xué)校信息專業(yè)教學(xué)過程中出現(xiàn)的一門新穎但比較重要的課程。這門課程的基本特征是內(nèi)容復(fù)雜，特點是多學(xué)科交叉，涉及的領(lǐng)域非常廣泛。要求有一定修讀基礎(chǔ)，給同學(xué)們帶來了不小的挑戰(zhàn)。為了幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)本門課程，本文基于OBE理念探究《人工智能應(yīng)用技術(shù)》課程的教學(xué)改革方法。工程教育專業(yè)認證是目前國際上通用的評估認證機制，其核心是OBE理念[3]，OBE理念強調(diào)高校本科畢業(yè)生具備解決復(fù)雜工程問題的能力[4-5]。本文主要提出圍繞課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，提出的基于OBE理念的課程改革方法[6]。

2 課程特點

人工智能應(yīng)用技術(shù)課程有以下的幾個方面特點。

1）教學(xué)內(nèi)容特點

新穎性：教學(xué)內(nèi)容涉及人工智能領(lǐng)域高新科技，具有吸人眼球的智能案例，例如：無人駕駛汽車、智能導(dǎo)購機器人等。研究內(nèi)容廣泛：涉及計算機視覺技術(shù)、自然語言處理技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：機器學(xué)習(xí)、模式識別、自然語言理解、智能控制與檢索等。學(xué)習(xí)難度大：本課程是一門綜合交叉課程，必須事先掌握基礎(chǔ)課程《高等數(shù)學(xué)》《python基礎(chǔ)應(yīng)用》《機器學(xué)習(xí)算法基礎(chǔ)》《深度學(xué)習(xí)》《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》《數(shù)字圖像處理》《計算機視覺技術(shù)》等。另外，需要掌握python、R、C++等編程語言，學(xué)會使用tensorflow、pytorch、keras等深度學(xué)習(xí)框架。

2）教授對象特點

修讀該門課程的學(xué)生們已具備扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并熟悉Python編程知識，以及掌握Python數(shù)據(jù)分析中常用的庫，學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情處于鼎盛期。課程專業(yè)知識進一步增強，適合進一步增強實踐能力。因此，在課程中增加配套理論的實踐環(huán)節(jié)是必不可少的。

3）教材特點

教材內(nèi)容圖文并茂，具有領(lǐng)域內(nèi)典型的實踐項目，貼近專業(yè)發(fā)展的實際需要。教材中的實驗設(shè)計具有先進性引導(dǎo)學(xué)生在上課過程中“學(xué)中做，做中學(xué)”[7]。

基于上述特點，在授課過程中也隨之顯現(xiàn)一些問題：（1）課程的教學(xué)目標(biāo)只注重學(xué)生對重要概念的理解和掌握，忽視了學(xué)生處理復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng);（2）教學(xué)內(nèi)容過分重視數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)和計算，而忽略公式的背景和物理意義;（3）課堂上學(xué)生依然在被動地接受新知識，缺乏主動性;（4）課后練習(xí)只重考量學(xué)生是否已記住、理解所學(xué)過的知識，缺少培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維;（5）實驗報告單方面考查對本章知識的掌握程度，無法驗證學(xué)生綜合分析問題的能力。針對上述問題，提出基于OBE理念的《人工智能應(yīng)用技術(shù)》課程改革措施。

3 基于OBE理念的《人工智能應(yīng)用技術(shù)》課程設(shè)計

3.1 基于OBE理念的課程目標(biāo)設(shè)計

基于OBE理念持續(xù)改進《人工智能應(yīng)用技術(shù)》課程的目標(biāo)?？朔n程目標(biāo)單一的缺陷，不能限于校內(nèi)的教學(xué)目標(biāo)。綜合考慮多方面，學(xué)校根據(jù)國家行業(yè)發(fā)展人才需要制定了人才培養(yǎng)目標(biāo)，同時建立與企業(yè)的合作，課程目標(biāo)設(shè)計必然需要緊密聯(lián)系學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)、企業(yè)崗位要求、行業(yè)發(fā)展需求;另外，教師組織研討課，了解學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)所期待達到的目標(biāo)，結(jié)合學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)改進課程目標(biāo)，最終制定適合本專業(yè)學(xué)生的課程目標(biāo)，如表1所示。

OBE教育理念指導(dǎo)下的課程目標(biāo)，幫助學(xué)生明確現(xiàn)階段課程學(xué)習(xí)目標(biāo)。多維度的課程目標(biāo)有助于學(xué)生快速了解課程內(nèi)容，更清晰認識課程知識體系。教師在完整傳授人工智能領(lǐng)域所涉及的理論知識的基礎(chǔ)上，還應(yīng)拓寬學(xué)生視野，引領(lǐng)學(xué)生緊跟時代發(fā)展的步伐;更需要注重學(xué)生的思想教育，專業(yè)課中融入思政教育，加強立德樹人教育，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷及社會責(zé)任感。例如，在談到智能時代網(wǎng)絡(luò)安全的問題時，強調(diào)任意侵犯他人隱私是違法的事情，引導(dǎo)學(xué)生樹立強烈的職業(yè)道德感，對學(xué)生進行誠信教育。多維度的課程目標(biāo)將理論與實踐建立連接，使學(xué)生具有使用專業(yè)知識解決實際問題的能力，而不是“紙上談兵”。

3.2 基于OBE理念的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

基于OBE理念的課堂教學(xué)設(shè)計應(yīng)促進課程目標(biāo)的達成，對應(yīng)學(xué)院制定的課程標(biāo)準，應(yīng)該有與算法理論相配套的實驗設(shè)計，應(yīng)使智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生具備人工智能應(yīng)用技術(shù)的專業(yè)知識，掌握相關(guān)算法的基本原理，將算法原理與技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于知識庫建立、特征工程、算法設(shè)計、模型訓(xùn)練、模型測試評估與模型應(yīng)用等環(huán)節(jié)。教授內(nèi)容多方面、多領(lǐng)域、多層次。基本編程語言Python、R、java等、機器學(xué)習(xí)算法的基礎(chǔ)，深度學(xué)習(xí)算法、自然語言處理技術(shù)、語音處理技術(shù)、圖像處理技術(shù)等知識應(yīng)作為重要教學(xué)內(nèi)容來講授。

3.3 基于OBE理念的教學(xué)方法設(shè)計

基于OBE理念的教學(xué)方法有效幫助學(xué)生取得本課程的學(xué)習(xí)成果，要注重創(chuàng)新。要以案例項目作為驅(qū)動，以學(xué)科競賽作為輔助手段，提升學(xué)生們的實踐能力。按照“需求分析-提出任務(wù)-任務(wù)分析-任務(wù)實現(xiàn)-總結(jié)與展望”的過程，要求學(xué)生全程參與實踐。課程設(shè)計一些跟生活息息相關(guān)的實驗。如表2所示，首先完成基礎(chǔ)算法實驗;然后逐步完成綜合性的案例，組織學(xué)生分組討論，每組負責(zé)一個案例，確定小組內(nèi)成員分工，學(xué)生按照要求完成案例。最后，教師分階段性驗收成果，初期檢查每組的數(shù)據(jù)準備，數(shù)據(jù)預(yù)處理等情況，中期檢查每個小組模型搭建、模型訓(xùn)練等情況;后期驗證模型應(yīng)用、模型評估等情況。并讓學(xué)生撰寫項目進展報告，點評選出特別優(yōu)秀的小組案例作為教學(xué)案例;此外，老師指導(dǎo)有興趣的同學(xué)在平臺參加課程競賽，進一步提升學(xué)生的應(yīng)用能力。

創(chuàng)新教學(xué)手段，提高課程的教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生有效取得成果。隨著新媒體技術(shù)的發(fā)展，為課程教學(xué)提供了好的教學(xué)平臺，如慕課，超星，世界大學(xué)城等。根據(jù)學(xué)校規(guī)劃建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫-世界大學(xué)城，教師們利用平臺分享課程視頻，建設(shè)課程章節(jié)體系、充實課程材料。師生可以查詢相關(guān)課程的課外資源。學(xué)生學(xué)習(xí)隨時隨地進行，不受課堂和教材限制。例如，結(jié)合超星學(xué)習(xí)通App，幫助學(xué)生更好地完成課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，發(fā)布課后作業(yè)，自動統(tǒng)計學(xué)生完成章節(jié)測驗的情況，觀察學(xué)生完成每個題目的準確率，了解他們對每個題目的掌握情況。如圖1所示。

3.4 基于OBE理念的課程評價方法設(shè)計

傳統(tǒng)的實驗報告+期末大作業(yè)的課程考核方式不適用這門課程，課程學(xué)習(xí)如果只是由考試驅(qū)動的，期末分數(shù)評估學(xué)生的能力無法與學(xué)生實際的學(xué)習(xí)情況相關(guān)聯(lián)[8-9]。基于OBE理念的人工智能應(yīng)用技術(shù)課程評價方法。提供多元化的期末評價方式，應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)出學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力，其考核方式與成績占比如表3所示。

考勤和課堂表現(xiàn)主要考核學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度和課程參與度，對基本理論知識的掌握情況;基礎(chǔ)算法的實驗操作驗證學(xué)生階段性的成果，考察學(xué)生的應(yīng)用技能，是否掌握機器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)算法。小組項目主要考核學(xué)生是否具備應(yīng)用算法理論解決工程問題的能力，項目綜合性設(shè)計考核學(xué)生是否具備綜合利用機器學(xué)習(xí)算法和深度學(xué)習(xí)算法解決工程問題的能力;團隊組員分工以及協(xié)作情況考核學(xué)生的團隊協(xié)作精神、集體意識;參加課程競賽鼓勵學(xué)生參與具有可信度和競爭力的競賽，深度理解課程知識，并提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和工程實踐能力。匯報答辯考察學(xué)生的語言組織能力，交流溝通能力;問題提問促進學(xué)生學(xué)會思考問題，分析問題，解決問題;項目設(shè)計材料整理和項目開發(fā)文檔編寫考查學(xué)生文字表達功底，鍛煉學(xué)生論文組織編寫能力，進一步增強學(xué)生對實踐項目的理解。

4 結(jié)語

基于OBE理念的人工智能應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)研究方法以培養(yǎng)應(yīng)用型人工智能人才為目標(biāo)，提出一系列改革措施。人工智能是一個創(chuàng)新性的領(lǐng)域，教學(xué)過程中可以結(jié)合更多新穎的方法，引入更加靈活的教學(xué)手段，持續(xù)性改進人工智能應(yīng)用技術(shù)課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和應(yīng)用能力。

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