基于OBE理念的人工智能課程體系改革研究

敬 超，鄭榮華

（1.桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 廣西 桂林 541004；2.廣西師范大學(xué)外國語學(xué)院 廣西 桂林 541004）

距離1956年人工智能（Artificial Intelligence，AI）概念的首次提出至今已經(jīng)60多年。隨著人們對(duì)人工智能研究的深入，人工智能技術(shù)逐漸發(fā)展，從最初起步階段，到以IBM深藍(lán)為代表的專家系統(tǒng)，再到現(xiàn)在以深度學(xué)習(xí)技術(shù)為代表的新一代人工智能階段，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，特別是2016年谷歌Deep Mind公司以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的Alpha Go戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石的人工智能大事件，標(biāo)志著新一代人工智能技術(shù)取得了新的突破，已經(jīng)發(fā)展成為一門廣泛的交叉和前沿學(xué)科。新一代人工智能是當(dāng)前信息技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向，市場(chǎng)對(duì)人工智能人才的需求也會(huì)不斷增加。

良好的教學(xué)體系是支撐高質(zhì)量人才培養(yǎng)的有力保障。目前，國內(nèi)大部分院校仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在教學(xué)過程中關(guān)注的是教學(xué)內(nèi)容輸入，以教為主，將教師教學(xué)進(jìn)程作為核心驅(qū)動(dòng)力，忽略了個(gè)性化教學(xué)與評(píng)價(jià)反饋的重要性，導(dǎo)致教學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)孤立，忽視學(xué)生個(gè)體間的差異性，忽視了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。成果導(dǎo)向教育（Outcomesbased Education，OBE）理念可以很好地解決這些問題。

OBE（Outcome based education，OBE）教育理念，又稱為成果導(dǎo)向教育、能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育。OBE教育理念是一種以成果為目標(biāo)導(dǎo)向，以學(xué)生為本，采用逆向思維的方式進(jìn)行課程體系建設(shè)，是一種先進(jìn)的教育理念。

在OBE理念中，教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)施目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程取得學(xué)習(xí)成果，通過某一階段的學(xué)習(xí)后可達(dá)到的最大能力。與傳統(tǒng)的輸入式教育不同，OBE教育理念強(qiáng)調(diào)的主要問題包括以下幾方面：①學(xué)習(xí)成果確定，即培養(yǎng)目標(biāo)定位問題。要清楚期望學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么，這些學(xué)習(xí)成果應(yīng)能清楚表述或測(cè)評(píng)。②教育需求分析。學(xué)習(xí)成果的確定需充分考慮專業(yè)人才接收者或關(guān)注群體的要求與期望，包括政府、行業(yè)和用人單位，同時(shí)也包括學(xué)校、學(xué)生和家長等。③教學(xué)實(shí)施。根據(jù)學(xué)習(xí)成果構(gòu)建課程體系，采用成果導(dǎo)向的教育方式，使學(xué)生完成課程體系學(xué)習(xí)后可具備預(yù)期的學(xué)習(xí)成果。④教學(xué)評(píng)價(jià)。基于OBE的教學(xué)評(píng)價(jià)不是體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容上，而是關(guān)注學(xué)生是否達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)成果。

因此，將OBE理念融入處于建設(shè)階段的人工智能專業(yè)教學(xué)課程體系中是一個(gè)值得探索和研究的問題。通過OBE理念的指引，將有助于促進(jìn)人工智能專業(yè)課程的建設(shè)及改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 融合OBE理念的課程體系研究現(xiàn)狀

為了培養(yǎng)出適合中國國情的新一代人工智能人才，我國高度重視并出臺(tái)了一系列的政策和措施：2016年8月國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，2017年7月國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，2017年12月工信部印發(fā)《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)規(guī)劃（2018-2020年）》，教育部于2018年4月印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，2020年3月教育部公布了2019年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果，新增人工智能專業(yè)的高校達(dá)到了180所，明確指出面對(duì)新一代人工智能發(fā)展的機(jī)遇，高校要進(jìn)一步強(qiáng)化基礎(chǔ)研究、學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢(shì)。這些新的戰(zhàn)略規(guī)劃多次提到要重視人工智能，重視人工智能與其他領(lǐng)域相結(jié)合，對(duì)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高校人工智能人才培養(yǎng)提出了更高層次的要求。

在現(xiàn)有的人工智能專業(yè)教學(xué)過程中，人工智能教學(xué)體系仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，而沒有以學(xué)生為主體進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的差異化設(shè)計(jì)，且教學(xué)方式不夠靈活，以教師講課為主，學(xué)生對(duì)課程不感興趣，人工智能課程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)尚未完全建立，無法進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。同時(shí)單一的課程考核評(píng)估方式，難以全面、有效地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，特別是學(xué)生解決實(shí)際工程問題方面的能力。而且教學(xué)模式缺乏持續(xù)改進(jìn)，很少針對(duì)以往的課程考核評(píng)估分析結(jié)果和學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度的不同而進(jìn)行反思和總結(jié)，以優(yōu)化后續(xù)的教學(xué)設(shè)計(jì)，并通過持續(xù)改進(jìn)的方法提升教學(xué)效果。

針對(duì)這些問題，國內(nèi)很多學(xué)者也從不同的角度嘗試對(duì)人工智能專業(yè)課程進(jìn)行改革，其中2019年中國礦業(yè)大學(xué)的王新等人[1]將計(jì)算思維和人工智能相互融合構(gòu)建“計(jì)算思維與人工智能基礎(chǔ)”的新課程體系，之后為了培養(yǎng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維和AI思維，張瑾等人[2]探討了從計(jì)算思維到人工智能思維的漸進(jìn)教學(xué)模式，形成了形象化的教學(xué)和啟發(fā)式的教學(xué)案例，設(shè)計(jì)了多元考核方式保障課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。2020年根據(jù)“新工科”背景下人才培養(yǎng)的需求，結(jié)合人工智能創(chuàng)新行動(dòng)，太原理工大學(xué)的趙靜麗[3]積極探索了“人工智能+X”的創(chuàng)新教學(xué)模式。將理論聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力及創(chuàng)新能力。同時(shí)為了推進(jìn)國家新工科建設(shè)和人工智能的發(fā)展，北京交通大學(xué)的鮑鵬等人[4]對(duì)人工智能實(shí)踐類課程的教學(xué)體系建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出了人工智能實(shí)踐類課程教學(xué)改革方案，并詳細(xì)闡述了如何將工程培養(yǎng)目標(biāo)與實(shí)踐類課程教學(xué)相融合，以達(dá)到最佳效果?；贠BE理念陳濱等人[5]針對(duì)人工智能程序設(shè)計(jì)類課程，提出了一種基于OBE理念的人工智能程序設(shè)計(jì)類課程教改方案，2021年許瑩等人[6]為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，針對(duì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)中的“人工智能應(yīng)用技術(shù)”這門課程采用OBE理念制訂課程目標(biāo)和內(nèi)容，通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，采用自主式、探索式、團(tuán)隊(duì)式等多種教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、應(yīng)用能力、實(shí)際操作能力。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外對(duì)于新一代人工智能人才的培養(yǎng)都極其重視，然而具體課程體系模式還處于初級(jí)階段，雖然有的學(xué)者探討了基于OBE理念的教學(xué)模式，但是他們大多僅從某一門課程的角度出發(fā)進(jìn)行改革，沒有真正地將OBE理念融入教學(xué)體系中，因此本項(xiàng)目針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式上的不足，面向人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系需求，提出面向OBE教育理念的人工智能專業(yè)課程體系建設(shè)方案，這個(gè)教學(xué)體系中最終目的是以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)該具備的能力為導(dǎo)向，通過綜合考慮人工智能課程的性質(zhì)，以學(xué)生為中心確定培養(yǎng)目的，基于成果導(dǎo)向的教育理念反向構(gòu)建和設(shè)計(jì)新一代人工智能理論和實(shí)踐課程體系，同時(shí)形成一種以多元考核指標(biāo)為基礎(chǔ)的，強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)性化差異的評(píng)價(jià)方式和以偏差修正的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。

2 專業(yè)建設(shè)措施

全面開展人工智能相關(guān)專業(yè)的教學(xué)課程體系建設(shè)，主要包括核心課程目標(biāo)，評(píng)價(jià)制度及持續(xù)改進(jìn)，其中核心課程包括理論課程Python程序設(shè)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能導(dǎo)論，圖像處理及機(jī)器視覺等，實(shí)踐課程包括機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)習(xí)以及人工智能系統(tǒng)實(shí)習(xí)等，結(jié)合OBE理念設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)形成多元化的考核指標(biāo)，對(duì)學(xué)生差異化的評(píng)價(jià)制度，并持續(xù)改進(jìn)，從而形成一套完整的基于OBE理念的人工智能專業(yè)課程教學(xué)體系，培養(yǎng)新時(shí)代下新一代的人工智能人才，擬采取的措施包括：

①結(jié)合OBE教育核心理念以學(xué)生為中心建立以能力為導(dǎo)向的人工智能專業(yè)課程理論體系。由于人工智能的專業(yè)課程與計(jì)算機(jī)科學(xué)有所不同，它對(duì)數(shù)學(xué)尤其是統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)要求更多，照搬計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)的專業(yè)課程體系無法適應(yīng)人工智能專業(yè)課程的需求，制訂課程目標(biāo)時(shí)，需要考慮學(xué)生的差異。

②結(jié)合人工智能教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)研究。人工智能教學(xué)實(shí)踐經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成了多種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)于軟硬件的要求更高，可以有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)，應(yīng)以學(xué)生為中心，選擇和利用好現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，將課程從課堂引入課外，達(dá)到課程目標(biāo)。

③融合多元化考核、評(píng)價(jià)機(jī)制及持續(xù)改進(jìn)教學(xué)理念的課程體系研究。與傳統(tǒng)的輸入式教學(xué)不同，OBE教育理念的另一個(gè)特點(diǎn)就是多元化考核、評(píng)價(jià)及持續(xù)改進(jìn)，多元化考核是從多個(gè)角度考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，評(píng)價(jià)則是以學(xué)生個(gè)體達(dá)成情況進(jìn)行自我參考評(píng)價(jià)，持續(xù)改進(jìn)通過改進(jìn)功能、分析產(chǎn)生這些偏差的原因并進(jìn)行改進(jìn)。所以如何基于OBE教育理念實(shí)現(xiàn)和形成考核-評(píng)價(jià)-持續(xù)改進(jìn)形成一套完整的體系值得教師深入思考。

3 創(chuàng)新點(diǎn)及預(yù)期成果

3.1 創(chuàng)新點(diǎn)

3.1.1 提出了基于OBE教育理念的人工智能專業(yè)課程教學(xué)建設(shè)方案

該方法的創(chuàng)新之處在于結(jié)合了OBE教育理念，以學(xué)生為中心，通過反向思維設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，通過多種教學(xué)法如任務(wù)驅(qū)動(dòng)、直觀演示法、討論法設(shè)計(jì)教學(xué)過程，并且通過講授法、練習(xí)法及現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，最后通過多元考核指標(biāo)如考試成績、實(shí)驗(yàn)、溝通及使用現(xiàn)代工具等能力綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

3.1.2 設(shè)計(jì)了一種以人工智能教學(xué)平臺(tái)為核心的實(shí)踐教學(xué)方法

該方法的優(yōu)點(diǎn)是利用了多樣化的人工智能教學(xué)平臺(tái)，開展課外教學(xué)讓學(xué)生學(xué)以致用，既可以減輕教師繁重的教學(xué)工作，又可以使得學(xué)生依據(jù)興趣選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性；同時(shí)依托中國機(jī)器人及人工智能大賽，廣西大學(xué)生人工智能設(shè)計(jì)大賽，“以賽促學(xué)，以賽代練”，更加有利于人工智能相關(guān)實(shí)踐課程教學(xué)的開展。

3.1.3 在多元考核指標(biāo)基礎(chǔ)上建立一種考慮個(gè)體化差異的評(píng)價(jià)及注重持續(xù)改進(jìn)的機(jī)制

該機(jī)制的創(chuàng)新之處在于，制訂達(dá)成目標(biāo)的時(shí)候，考慮了學(xué)生個(gè)體之間的差異性，同時(shí)改變了過去以監(jiān)督為主的教學(xué)模式，通過建立有效的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制對(duì)教學(xué)過程中所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行改進(jìn)，這種機(jī)制是OBE教育理念與其他教育理念所不同的地方。

3.2 預(yù)期成果

表1中列出了預(yù)期的成果包括建設(shè)方案、相關(guān)課程的大綱、多元考核及可持續(xù)機(jī)制和受益人群：系統(tǒng)提出一套面向OBE理念的人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)教學(xué)體系建設(shè)方案；基于OBE教學(xué)理念開展人工智能核心課程的建設(shè)，按課程建設(shè)要求形成新的教學(xué)大綱，主要包括理論和實(shí)踐實(shí)習(xí)課程；形成多元化的考核方式，同時(shí)根據(jù)學(xué)生個(gè)體差異形成評(píng)價(jià)指標(biāo)及持續(xù)改進(jìn)機(jī)制；受益學(xué)生：計(jì)劃在計(jì)算機(jī)大類專業(yè)（計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、人工智能）進(jìn)行試驗(yàn)。受益學(xué)生達(dá)2000余人。

表1 預(yù)期成果

4 結(jié)論

本文首先對(duì)現(xiàn)有的人工智能課程體系進(jìn)行了闡述，指出了現(xiàn)有課程存在的問題，之后通過引入OBE教育核心理念，說明了OBE教育理念在課程改革體系中的重要性，分別提出了以學(xué)生為中心建立以能力為導(dǎo)向的人工智能專業(yè)課程理論體系；結(jié)合人工智能教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)改革；多元化考核、評(píng)價(jià)機(jī)制及持續(xù)改進(jìn)等理念融入現(xiàn)有課程體系等措施。最后梳理了課程體系改革的創(chuàng)新點(diǎn)并取得了預(yù)期的研究成果。