人工智能賦能“軟件開發(fā)技術與應用”課程的革新與拓展：以實踐驅動探索和創(chuàng)新

【引用格式】.人工智能賦能“軟件開發(fā)技術與應用”課程的革新與拓展：以實踐驅動探索和創(chuàng)新[J].黑龍江教育（理論與實踐），2025，79（7）：62-65.

【中圖分類號】G640【文獻標識碼】A

【文章編號】1002-4107（2025）07-0062-04

一、引言

在數(shù)字化浪潮中，人工智能技術已成為驅動社會進步與產(chǎn)業(yè)升級的關鍵因素之一。隨著人工智能技術的持續(xù)演進與廣泛應用，社會對掌握相關技能的人才的需求正不斷攀升。在新興科技和新興產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，我國面臨著科技和產(chǎn)業(yè)變革所帶來的一系列機遇和挑戰(zhàn)。為有效應對這一挑戰(zhàn)，我國提出了“中國制造2025”國家發(fā)展規(guī)劃，旨在支撐服務創(chuàng)新驅動發(fā)展。學界對此展開了廣泛研究[-2。各高校也在教育領域進行了深入探討，形成了以“新工科”為核心、以“傳統(tǒng)工科”為輔助的學科體系?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展規(guī)劃》明確要求完善人工智能教育體系，培養(yǎng)具有發(fā)展?jié)摿Φ娜斯ぶ悄茴I軍人才。這對我國在2030年實現(xiàn)成為全球人工智能創(chuàng)新中心的目標具有重要意義。

2020年，教育部、國家發(fā)展改革委、財政部印發(fā)的《關于“雙一流\"建設高校促進學科融合加快人工智能領域研究生培養(yǎng)的若干意見》指出了人工智能領域研究生培養(yǎng)的重點和方向。高校應通過校企合作，對接產(chǎn)業(yè)界對人工智能應用的實際需求，促進“人工智能十X\"多元化發(fā)展模式的形成67。在此背景下，“軟件開發(fā)技術與應用\"課程教學內(nèi)容的及時更新，直接關系到學生在人工智能領域的實際應用能力培養(yǎng)和創(chuàng)新潛力激發(fā)。隨著人工智能技術的不斷進步和廣泛應用，社會對復合型人才的需求越來越迫切，要求其既要掌握專業(yè)知識、技術技能，又要具備綜合協(xié)調(diào)能力和工程實踐經(jīng)驗。鑒于此，高校與企業(yè)需攜手并進，充分利用各自資源，共同推進“人工智能 + ，課程體系的構建。這要求校企雙方建立穩(wěn)固的合作關系，依據(jù)企業(yè)實際需求動態(tài)調(diào)整課程內(nèi)容與教學方法，確保教學內(nèi)容與行業(yè)前沿保持同步。同時，教學重點應放在培養(yǎng)學生的應用能力、創(chuàng)新思維及跨學科整合能力上，以提升學生適應未來人工智能領域發(fā)展的核心競爭力。

文章立足新工科建設背景，基于天津理工大學電氣工程與自動化學院在課程教學與科研實踐中的具體情況，著重探討人工智能與工科專業(yè)的深度融合路徑。通過對現(xiàn)有工科專業(yè)教學困境的細致剖析，教學團隊實施了一系列具有針對性的教學改革舉措，進行了開創(chuàng)性探索與研究，對“軟件開發(fā)技術與應用\"課程進行了革新，實現(xiàn)了理論知識與實踐操作的深度融合，旨在增強學生的實踐能力與創(chuàng)新思維。

二、“軟件開發(fā)技術與應用”課程教學改革需求及理論基礎

（一）適應時代發(fā)展需求

當前，人工智能技術已成為推動各行業(yè)變革的關鍵力量，深刻影響著多個領域，重塑了日常生活與工作模式8。在此背景下，“軟件開發(fā)技術與應用”課程的教學革新變得尤為迫切。

1.創(chuàng)新能力培養(yǎng)

人工智能技術的有效應用高度依賴具備創(chuàng)新思維能力的軟件開發(fā)人才。因此，在“軟件開發(fā)技術與應用\"課程教學改革中，教師應當著重激發(fā)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。通過實施項目導向的教學策略、設計富含實踐性的課程內(nèi)容等有效手段，充分挖掘學生的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

2.學科交叉需求

人工智能技術橫跨計算機科學、數(shù)學、統(tǒng)計學、工程學等多個學科范疇。鑒于此，為了培養(yǎng)掌握人工智能領域核心技能的軟件開發(fā)人才，“軟件開發(fā)技術與應用”課程亟須與其他相關學科進行深度融合，吸納跨學科知識與方法，進而全面滿足學生對綜合素養(yǎng)提升的需求。

3.技術進步推動

人工智能技術的持續(xù)革新給軟件開發(fā)領域帶來了全新的挑戰(zhàn)與需求。傳統(tǒng)教學模式下的“軟件開發(fā)技術與應用\"課程難以全面覆蓋人工智能技術與工具，這就要求教師應通過教學改革，不斷更新課程內(nèi)容，融入前沿的人工智能技術，確保課程內(nèi)容的時效性與前瞻性，以適應技術發(fā)展的步伐。

4.行業(yè)需求變化

眾多企業(yè)與機構正加速將人工智能技術融入業(yè)務實踐，這一趨勢極大地激發(fā)了行業(yè)企業(yè)對精通人工智能技術的軟件開發(fā)人才的需求。但傳統(tǒng)教學模式下的“軟件開發(fā)技術與應用\"課程在教學內(nèi)容上往往未能充分觸及人工智能領域的專業(yè)知識與核心技能，導致其與當前行業(yè)需求存在差距。鑒于此，教師應開展針對性的教學改革，使教學內(nèi)容更加貼近人工智能領域的最新技術。這不僅能夠更有效地滿足行業(yè)的人才需求，還能增強學生的就業(yè)競爭力，為學生的職業(yè)發(fā)展開辟更廣闊的空間。

(二)教學改革理論基礎

堅實的理論基礎是教學改革不可或缺的基石，并賦予教學改革明確的發(fā)展方向與目標定位。理論基礎不僅確保了教育創(chuàng)新活動的精準性與有效性，還促進了教育資源的優(yōu)化配置與可持續(xù)利用，為教學改革保駕護航。理論基礎蘊含著激發(fā)創(chuàng)新思維的力量，激勵教育工作者不斷探索新的教育模式與方法，推動專業(yè)教育不斷創(chuàng)新與進步。對生態(tài)系統(tǒng)理論及馬克思主義關于人的全面發(fā)展理論等進行深入剖析，能夠為“軟件開發(fā)技術與應用”課程革新提供豐富的理論滋養(yǎng)與前瞻性指導。

1.生態(tài)系統(tǒng)理論

生態(tài)系統(tǒng)理論強調(diào)個體與環(huán)境之間的相互作用和動態(tài)平衡。在教育領域，生態(tài)系統(tǒng)理論是指學生、教師、教育機構，以及更廣泛的社會環(huán)境之間相互影響，共同構成了一個復雜的教育生態(tài)系統(tǒng)。在新工科建設背景下，生態(tài)系統(tǒng)理論可以指導教師構建一個支持學生全面發(fā)展、鼓勵創(chuàng)新實踐、促進跨學科融合的教育環(huán)境。通過優(yōu)化教學資源配置、加強校企合作，推動教育生態(tài)系統(tǒng)的整體優(yōu)化，為“軟件開發(fā)技術與應用\"課程教學改革與發(fā)展提供更加堅實的基礎。

2.馬克思主義關于人的全面發(fā)展理論

在深人探討高等教育改革的背景下，馬克思主義關于人的全面發(fā)展理論為改革提供了深刻的啟示與指導。該理論強調(diào)了全面的發(fā)展、和諧的發(fā)展、自由的發(fā)展、充分的發(fā)展，倡導了個人內(nèi)在潛能與能力的全面釋放與提升，這種全面性既指向個體的自我實現(xiàn)，也涵蓋了全人類的共同進步。教師應積極借鑒這一理論精髓，致力于將培養(yǎng)具備較高核心素養(yǎng)與創(chuàng)新能力的人才作為核心目標。

三、“軟件開發(fā)技術與應用”課程教學改革方向與案例探索

(一)AI課堂

1.計算機視覺技術

隨著現(xiàn)代科技的日新月異，科學技術正悄然改變著當前的教育模式。計算機視覺技術作為其中的佼佼者，以其獨特的圖像識別與分析能力，為教育領域帶來了前所未有的變革。其不僅提升了教學質量，還極大地優(yōu)化了學生的學習體驗。

在“軟件開發(fā)技術與應用\"課程教學實踐中，計算機視覺技術的引人為提升教學質量與學習體驗提供了方法。該技術能夠捕捉并分析學生在編程過程中的表情變化，如困惑、沮喪或是興奮等情緒反應，準確識別出他們對代碼的理解程度或遇到的問題（圖1）。通過實時分析這些表情變化，教師可以迅速識別出學生在學習過程中遇到的困難點，并據(jù)此提供及時的指導和幫助。此外，該技術還能幫助教師評估學生的學習興趣和參與度，為教師調(diào)整授課內(nèi)容和方法提供依據(jù)，進而使內(nèi)容和方法更加貼近學生的實際需求。在“軟件開發(fā)技術與應用\"課程中引入計算機視覺技術，極大地豐富了教學的互動性和個性化學習體驗。通過攝像頭捕捉學生的面部圖像，并結合先進的表情識別算法，教師可以實時監(jiān)測學生的學習狀態(tài)和情緒反應。計算機視覺技術的引入對教師調(diào)整教學策略、提供實時反饋至關重要，有助于個性化地支持學生的學習進程。

2.整合智能互動學習平臺

整合現(xiàn)有智能互動學習平臺，建立以課程教學為核心的人工智能混合式教學架構，其核心要素包括課程預習、課后學習。在課程預習階段，教師充分利用人工智能技術的個性化推薦能力，根據(jù)每名學生的學習習慣、能力水平及興趣偏好，個性化制定預習內(nèi)容與難度，從而有效激發(fā)學生的學習興趣，為后續(xù)的深入學習奠定堅實基礎。同時，通過智能互動學習平臺，學生可以隨時隨地進行預習，靈活安排學習時間，極大地提高了學習的便捷性與自主性。

在課后學習階段，強調(diào)智能技術與傳統(tǒng)教學方法的深度融合與創(chuàng)新實踐。借助AI課堂，教師能夠實時追蹤并精確分析學生的學習狀態(tài)，從而獲取全面且深入的數(shù)據(jù)反饋。智能互動學習平臺則能夠依據(jù)每名學生的個性化需求，精準地布置課后作業(yè)與學習任務，不僅提升了學習的針對性與有效性，也為學生的全面發(fā)展提供了有力支持。

3.構建教與學立體評價體系

傳統(tǒng)的評估方法，如考試、日常作業(yè)和課堂問答等，通常被視為一種“過程評估”。然而，這種評估方法在某些方面顯得較為僵化。具體來說，其主要依賴于各個階段的結果進行評價，而忽視了對學生整體素質和能力的全面考查，難以全面反映學生的學習進展和學習潛力。

為了克服這些局限性，近年來，教育領域開始探索利用人工智能技術來實現(xiàn)對學生整體素質的深度且全面的評價。人工智能技術在教育評估中的應用，不僅可以處理大量的教學數(shù)據(jù)，還能通過機器學習和自然語言處理等算法，深入分析學生的學習行為和表現(xiàn)，進而提供更加個性化和精準的評估結果。在構建評估模型的過程中，教學團隊整合了來自多個渠道的數(shù)據(jù)資源，包括在線學習平臺、課堂互動記錄、學生作業(yè)、考試成績及課上參與度等。為了深入分析這些數(shù)據(jù)資源，教學團隊選用支持向量機(SVM）作為核心的機器學習算法。

首先，收集AI課堂和智能互動學習平臺的學習數(shù)據(jù)，如參與度、互動頻率、作業(yè)完成情況及測試成績等，其次，利用智能算法對數(shù)據(jù)進行綜合分析，從而實現(xiàn)更加精準和全面的成績評估（圖2）。

(二)嵌入式教學與AI課堂融合

在當今快速發(fā)展的教育領域，嵌人式教學以其獨特的優(yōu)勢，將專業(yè)知識與實踐操作緊密結合，為學生提供了深度學習和技能提升的有效路徑[12-13]。這種教學模式不僅強調(diào)理論知識的系統(tǒng)性傳授，更重視對學生動手操作能力和解決問題能力的培養(yǎng)。而AI課堂的引入有助于進一步強化嵌入式教學效果。通過智能化教學手段和個性化學習資源的推薦，AI課堂為學生提供了更加高效、靈活的學習體驗。人工智能技術能夠精準分析學生的學習行為和興趣偏好，從而為學生推薦最適合的學習資源和路徑。這種個性化的學習體驗，不僅提高了學生的學習效率和學習興趣，還使學生在學習過程中獲得了更多的自主權和選擇權。

嵌人式教學為AI課堂提供了豐富的實踐場景和教學內(nèi)容，使得人工智能技術能夠在實際應用中發(fā)揮更大的作用，為學生創(chuàng)造更多與實際工作場景相近的學習體驗。而AI課堂通過實時監(jiān)測學生的學習進度和學習效果，為教師提供及時、準確的教學反饋。這有助于教師更好地了解學生的學習情況和需求，從而調(diào)整教學策略和教學內(nèi)容，進一步提高教學效果。

因此，嵌入式教學與AI課堂的深度融合，不僅豐富了教學內(nèi)容和形式，還極大地提升了學生的學習動力和創(chuàng)新能力。這種教學模式不僅有助于學生在實踐中掌握知識和技能，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和解決問題能力。這對于培養(yǎng)適應社會需求的高素質人才具有重要意義，為教育領域的持續(xù)創(chuàng)新和發(fā)展奠定了堅實基礎。

（三）具體案例探索

以\"軟件開發(fā)技術與應用\"課程中的“安腸守‘胃'—模塊化膠囊內(nèi)窺鏡機器人\"項目為案例。安腸守“胃\"項目作為學院團隊主導的創(chuàng)新性研究，旨在通過模塊化膠囊內(nèi)窺鏡機器人解決結直腸癌等消化道疾病的診斷和治療難題，為患者帶來更好的診療體驗。在該項目中，學生不僅參與了從需求分析、系統(tǒng)設計、軟件開發(fā)到測試驗證的全過程，還在AI課堂的引導下，深入了解了模塊化設計、圖像處理、人工智能算法等關鍵技術。AI課堂通過智能模擬和數(shù)據(jù)分析，幫助學生更好地理解模塊化膠囊內(nèi)窺鏡機器人的工作原理，以及如何在復雜環(huán)境下進行精準的診斷和治療。AI課堂還提供了豐富的案例庫和互動學習工具，使學生能夠在實踐中不斷試錯和優(yōu)化，提升解決實際問題的能力。

嵌入式教學則讓學生有機會與企業(yè)導師緊密合作，了解行業(yè)前沿技術和市場需求，將所學知識應用于實際項目中。企業(yè)導師通過智能互動學習平臺遠程指導學生，分享實踐經(jīng)驗，幫助學生解決項目中的技術難題。此外，通過校企合作，學生還有機會參與到真實的產(chǎn)品研發(fā)和測試過程中，與團隊成員共同推動項自的進展，感受創(chuàng)新帶來的成就感。

四、“軟件開發(fā)技術與應用”課程教學改革效果分析

（一）學習成績分析

教學團隊以新工科建設為指導，以2022級研究生為實踐對象，遵循“創(chuàng)新驅動，實踐育人”原則，針對“軟件開發(fā)技術與應用\"課程開展教學改革，取得了顯著效果。與2021級同專業(yè)學生的試卷成績進行比較，結果表明，改革后的優(yōu)秀率和良好率顯著提高，不及格率明顯降低(表1）。

(二)專業(yè)競賽分析

積極參與人工智能相關專業(yè)競賽，是學生快速成長的重要途徑。國家級比賽，如中國國際\"互聯(lián)網(wǎng) + \"大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽要求學生具備專業(yè)基礎知識和動手能力，以培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)能力和團隊組織能力為目標。以天津理工大學電氣工程與自動化學院的“軟件開發(fā)技術與應用\"課程為依托，師生團隊結合專業(yè)競賽實踐，成功研發(fā)了一款名為“安腸守‘胃’\"的模塊化膠囊內(nèi)窺鏡機器人。該作品在第九屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng) + \"大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中脫穎而出，榮獲天津市金獎。這一成果不僅體現(xiàn)了師生在軟件開發(fā)技術領域的深厚實力，也展示了智能化控制在醫(yī)療設備創(chuàng)新方面的廣闊應用前景。經(jīng)過問卷調(diào)查分析，天津理工大學教師發(fā)現(xiàn)學生對“軟件開發(fā)技術與應用\"課程的滿意度高達 99.4% 。這一數(shù)據(jù)不僅充分體現(xiàn)了學生對該課程的高度認可，而且反映出課程設計在培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力方面取得了顯著成效。該課程采用理論與實踐相結合的教學模式，為學生提供了一個將理論知識應用于實際項目的平臺。這種教學模式不僅加深了學生對專業(yè)知識的理解，還有效地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維和解決問題能力。此外，該課程涉及的“安腸守‘胃”模塊化膠囊內(nèi)窺鏡機器人\"項目作為一個典型的實際應用案例，進一步促進了學生在解決復雜工程問題和技術創(chuàng)新方面的能力發(fā)展。

綜上所述，高達 99.4% 的滿意度表明該課程在提升學生綜合素質和創(chuàng)新能力方面發(fā)揮了重要作用，同時也驗證了課程設計的科學性和有效性。這一成果為未來的課程改革和教育創(chuàng)新提供了經(jīng)驗和參考。

五、結束語

文章深入探索了人工智能賦能“軟件開發(fā)技術與應用\"課程的革新路徑，著重強調(diào)了結合AI課堂與嵌入式教學的創(chuàng)新教學模式在培養(yǎng)學生探索精神、創(chuàng)新能力、實踐技能及團隊協(xié)作精神方面所展現(xiàn)出的巨大潛力?！鞍材c守‘胃'—模塊化膠囊內(nèi)窺鏡機器人\"項目，為學生提供了一個將理論知識與實踐操作緊密結合的平臺，并讓學生在真實項目中鍛煉解決復雜問題的能力，體驗跨學科合作的樂趣與挑戰(zhàn)。該項目要求學生不僅要掌握軟件開發(fā)的基本技能，還需深入了解人工智能和機器人技術的最新進展，同時還要學會在團隊中進行有效溝通與協(xié)作?；趯嵺`驅動的教學模式不僅顯著提升了學生的綜合素質，也為學生未來的職業(yè)生涯鋪就了一條充滿機遇的道路，為高校課程改革提供了有益的參考和啟示。

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