新工科背景下人工智能專業(yè)課程教學(xué)改革的探索

劉瀏 高采

摘要：人工智能專業(yè)是為了適應(yīng)我國(guó)信息現(xiàn)代化快速發(fā)展而開(kāi)設(shè)的新工科專業(yè)，其課程的核心在于培養(yǎng)具有AI理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力的專業(yè)人才。文章在分析現(xiàn)有專業(yè)課程教學(xué)過(guò)程中存在的不足，立足于本專業(yè)課程特點(diǎn)和專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)提出在新工科背景下人工智能專業(yè)教學(xué)改革方案。該方案包括了課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段、課后實(shí)踐的方式以及專業(yè)教師隊(duì)伍建設(shè)等多個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：新工科;教學(xué)改革;人工智能

一、緒論

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)正在逐步成為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎。尤其是近年來(lái)，人工智能技術(shù)已經(jīng)覆蓋了全行業(yè)，從智能家電到智慧城市，從自動(dòng)駕駛到工業(yè)4.0，人工智能正在滲透到社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的每一個(gè)角落。2017年7月，國(guó)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(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略。為了落實(shí)該通知，2018年教育部印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》。該計(jì)劃對(duì)人工智能技術(shù)人才培養(yǎng)提出了加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域?qū)W科和專業(yè)建設(shè)、加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)、構(gòu)建人工智能多層次教育體系等三方面要求。同時(shí)計(jì)劃提出包括堅(jiān)持創(chuàng)新引領(lǐng)，堅(jiān)持科教融合、堅(jiān)持服務(wù)需求、堅(jiān)持軍民融合等基本原則。由此可以發(fā)現(xiàn)，地方高校開(kāi)設(shè)人工智能專業(yè)的教育目標(biāo)和教育手段已經(jīng)與傳統(tǒng)學(xué)科具有巨大的不同，它更加注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化高校與地方政府、企業(yè)以及科研院所之間的合作。

人工智能專業(yè)是典型的新工科，該專業(yè)發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用的成熟有著密切的聯(lián)系。這就決定了人工智能專業(yè)具有知識(shí)更新速度快，傳播手段主要依靠網(wǎng)絡(luò)以及實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。但是目前人工智能專業(yè)與傳統(tǒng)工科專業(yè)使用基本相同的教學(xué)策略，知識(shí)教授的途徑還是以線下課堂集中教學(xué)為主，知識(shí)的來(lái)源依舊是依靠傳統(tǒng)的紙質(zhì)書(shū)籍，考核目標(biāo)重點(diǎn)仍舊集中在基礎(chǔ)的理論知識(shí)的上面。上述情況嚴(yán)重制約了人工智能專業(yè)的發(fā)展，難以實(shí)現(xiàn)其人才培養(yǎng)目標(biāo)。為此本文，通過(guò)深入研究現(xiàn)階段人工智能專業(yè)發(fā)展中面臨的困境，對(duì)人工智能理論教學(xué)、實(shí)踐能力培養(yǎng)以及教師隊(duì)伍培養(yǎng)等多個(gè)方面進(jìn)行探索與研究。

二、人工智能專業(yè)教學(xué)面臨的困境

人工智能專業(yè)課程本科教學(xué)面臨的困境主要由其專業(yè)知識(shí)覆蓋面廣、內(nèi)容以抽象的算法為主、算法的迭代速度快等特點(diǎn)決定的。知識(shí)覆蓋面廣不僅是因?yàn)樵搶I(yè)的理論基礎(chǔ)涉及線性代數(shù)、概率論、圖論、圖像圖形學(xué)等多科專業(yè)知識(shí)，而且其屬于典型的交叉學(xué)科涉及的研究方向十分的寬泛，比如圖像處理、信息抽取、機(jī)器翻譯、生物信息學(xué)等。這就導(dǎo)致如果要掌握人工智能專業(yè)的所有課程，就要了解多種不同領(lǐng)域的知識(shí)，并且這些知識(shí)存在差異性較大。內(nèi)容以抽象的算法為主，是指人工智能發(fā)展史相對(duì)較短，其主要依賴于算法模型不斷發(fā)展。通常這些枯燥的算法以復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，這就導(dǎo)致學(xué)習(xí)過(guò)程更像是綜合大部分?jǐn)?shù)學(xué)課程的復(fù)習(xí)。算法迭代速度快是指算法不停演變，并且演變的過(guò)程遠(yuǎn)比知識(shí)傳授的過(guò)程要快。尤其是近些年，GPU、NPU以及高性能計(jì)算設(shè)備的發(fā)展大幅提高計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理性能，是的深度學(xué)習(xí)模型及其應(yīng)用得到了快速發(fā)展。由于這些特點(diǎn)的存在，使得基于經(jīng)典課本知識(shí)的傳統(tǒng)教授模式無(wú)法適應(yīng)人工智能專業(yè)的發(fā)展需求，尤其是對(duì)于沒(méi)有接受過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)訓(xùn)練的本科學(xué)生而言，課程內(nèi)容難度加大，學(xué)業(yè)壓力增強(qiáng)，容易產(chǎn)生厭學(xué)心理和自卑心理。這就對(duì)人工智能專業(yè)課程的教師提出了更高的要求。

三、人工智能專業(yè)教學(xué)改革舉措

（一）理論課程教學(xué)改革

專業(yè)理論課程教學(xué)以課堂教學(xué)為主，是學(xué)生掌握本專業(yè)課程基本知識(shí)重要途徑，也是教師與學(xué)生進(jìn)行交流的中主要的途徑之一，因此探索具有高效的理論教學(xué)模式和教學(xué)手段是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段。本文針對(duì)教學(xué)過(guò)程的不同環(huán)節(jié)，提出了多種教學(xué)模式以提高理論課程的效率。

1.與時(shí)俱進(jìn)，案例牽引

針對(duì)人工智能知識(shí)更新快，知識(shí)點(diǎn)枯燥的特點(diǎn)，這就要求教師在備課時(shí)不能僅對(duì)經(jīng)典課本知識(shí)進(jìn)行研究，需要從網(wǎng)絡(luò)中尋找知識(shí)來(lái)源和案例來(lái)源。通過(guò)對(duì)前沿科技的研究，不僅能夠是教師更為透徹掌握課本知識(shí)，開(kāi)闊教學(xué)視野，還能夠讓其掌握最新的科研動(dòng)態(tài)，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)方向提供指導(dǎo)。增加課堂的趣味一直是理工科教學(xué)的一大難點(diǎn)，因此選擇生動(dòng)貼切的教學(xué)案例是活躍課堂氣氛的關(guān)鍵。教師以學(xué)生的視角出發(fā)，從網(wǎng)絡(luò)尋找能夠貼近學(xué)生生活的案例為切入點(diǎn)進(jìn)行課堂知識(shí)引入和思政教育。

2.線上線下混合式教學(xué)

線下面對(duì)面教學(xué)的時(shí)間是有限的，尤其是對(duì)于新教授人工智能專業(yè)課程的教師很難在這有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)理想的教學(xué)效果。同時(shí)為了幫助學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后溫習(xí)功課，使用線上線下混合式教學(xué)方式最為有效。教師能夠通過(guò)視頻剪輯、ps特效等手段實(shí)現(xiàn)視頻教學(xué)內(nèi)容的豐富性和連貫性，并且通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)答題的方式了解學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握程度。同時(shí)學(xué)生也可以隨時(shí)暫停、回放以及在線提問(wèn)等方式對(duì)知識(shí)進(jìn)行及時(shí)思考和鞏固。隨著MOOC大學(xué)、超星泛雅平臺(tái)以及其他線上教學(xué)平臺(tái)等逐漸成熟，學(xué)生同時(shí)可以利用這些公共資源進(jìn)行個(gè)性化的主動(dòng)學(xué)習(xí)。

3.反客為主，組建討論式課堂

傳統(tǒng)的教學(xué)中教師是課堂的主體，教師是知識(shí)的傳授者，相對(duì)的學(xué)生是知識(shí)的接受者。這種方式往往使學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，難以激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望和主動(dòng)探索。因此通過(guò)分組討論，以前沿論文閱讀為任務(wù)，讓學(xué)生走上講臺(tái)開(kāi)展專題知識(shí)的講解工作，從而使學(xué)生從被動(dòng)接受者向主動(dòng)學(xué)習(xí)和知識(shí)傳播的角色轉(zhuǎn)變。這樣還可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)精神、演講能力，而且還可以讓學(xué)生親身參與教學(xué)工作，體會(huì)教師備課的辛苦。

（二）實(shí)踐課程教學(xué)改革

作為新工科專業(yè)，實(shí)踐課程是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和創(chuàng)新能力的重要途徑。但是由于實(shí)踐課程通常以經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)為指導(dǎo)，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生能力的培養(yǎng)與社會(huì)需求相脫節(jié)，從而使得學(xué)生畢業(yè)后難以適應(yīng)工作崗位的需求。為此，本文提出實(shí)踐課程應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改革：

1.以比賽激發(fā)學(xué)生的探索欲

每年與人工智能相關(guān)的專業(yè)競(jìng)賽有許多，鼓勵(lì)學(xué)生積極組隊(duì)參與比賽是幫助學(xué)生快速成長(zhǎng)的重要途徑。尤其是“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽這樣的國(guó)家比賽，不僅要求學(xué)生具備一定專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和動(dòng)手能力，而且還能夠鍛煉學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和團(tuán)隊(duì)組織能力。通過(guò)比賽榮譽(yù)為牽引，使學(xué)生在強(qiáng)烈的好勝心和榮譽(yù)感的號(hào)召下自發(fā)的鍛煉自己的實(shí)踐能力和開(kāi)闊了眼界。

2.校企聯(lián)合培養(yǎng)

企業(yè)的需求決定了學(xué)生能力培養(yǎng)的目標(biāo)，只有讓學(xué)生走進(jìn)企業(yè)才能真正地了解行業(yè)現(xiàn)狀，才能得到真正的能力鍛煉和提升。一般本科院校的授課教師很少具有企業(yè)鍛煉經(jīng)歷，無(wú)法從企業(yè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的角度為學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐課程教案。所以校企合作是讓學(xué)生進(jìn)企業(yè)鍛煉，也是要送教師進(jìn)企業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)也要將企業(yè)中的技術(shù)專家請(qǐng)進(jìn)課堂為學(xué)生授課。嵌入式培養(yǎng)方式是實(shí)現(xiàn)校企聯(lián)合培養(yǎng)的最佳實(shí)踐途徑之一，通過(guò)嵌入式培養(yǎng)可以讓企業(yè)導(dǎo)師直接指導(dǎo)學(xué)生參與企業(yè)項(xiàng)目，從而能快速提升學(xué)生的專業(yè)技能和積累豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

人工智能專業(yè)是一門(mén)新興學(xué)科，其教學(xué)內(nèi)容伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不斷豐富。本文針對(duì)目前人工智能專業(yè)課程中存在的顯著特點(diǎn)以及教學(xué)過(guò)程存在的不足進(jìn)行總結(jié)，并從理論課程和實(shí)踐課程兩個(gè)方面的提出一些行之有效的教學(xué)改革措施。但是人工智能專業(yè)課程改革的發(fā)展還需廣大任課教師一起繼續(xù)探索和實(shí)踐，同時(shí)也要從教學(xué)大綱設(shè)定、師資隊(duì)伍培養(yǎng)、激勵(lì)政策等頂層設(shè)計(jì)方面著手改革，才能使人工智能專業(yè)發(fā)展適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)科技人才的需求。

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基金項(xiàng)目：本文系國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：71901215）到 研究成果;江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20KJB413003）的研究成果;2019年江蘇省高等教育教改研究立項(xiàng)課題，（項(xiàng)目編號(hào)：2019JSJG573）的研究成果。

作者簡(jiǎn)介：劉瀏（1988—），男，漢族，江蘇省宿遷市，博士研究生，宿遷學(xué)院信息工程學(xué)院，講師，主要研究方向：人工智能、自然語(yǔ)言處理、信息安全高等院校教育教學(xué)改革研究等。