人工智能背景下的高等教育“新工科”建设探索

孔祥通 李艳丽 孔冠雨

（1.曲阜远东职业技术学院，山东 济宁 273100；2.青岛澳海秋昆实业集团，山东 青岛 266000）

在国内高等教育从弱向强的进程中，2016年习近平总书记在“全国的高校思想政治工作方面会议”上指出：“我们现在比多年之前倍加需要高等教育，科学文化理论和顶端员工也更加渴求。国家高层作出了加快建立世界优质大学和优质学科的战略决定，目的是想要促进国内高层次教育发展的水平，增强理工科的优势和实力。”教育相关部门也开展了一些研究讨论活动，倡议尽量多的高层次学校积极创新工程类教育的“新思想”、学科类别的“新架构”、顶端人员培育的“新方式”、教育和教课的“优质量”和共同提高的“多体系”。目前国内的大环境发展步伐不断提高与进步，就人工与智能高端人员的急需不断增强，高层次教育相关单位实体应该增加储备人工与智能和新的工科人员。但是，目前国内高层次教育单位对新的工科发展下人工与智能专业人员培养的层次还是停在摸索阶段，高校可以创新加深考虑下新的工科发展下人工与智能专业人员培育体系，为国家各行业各领域培育一些适应社会需要的高精尖专业人员。

1 人工智能推动“新工科“建设”的意义

2017年7 月，国务院印发《新的一代人工与智能发展》，规划里说，如果想把人工与智能教育的系统完美，就建立人工与智能科目。项管部门在《高层次学校人工和智能创新行动》中也指出，要多增加人工与智能行业专业化建设，加快推动“新工科”建立，促成“人工与智能+X+X”综合认真培育创新模式。人工与智能正以最快节奏地步伐改变着我们的学习方式方法、教学的方式方法、思维的方式方法，还有平时处理解决问题的方法。人工与智能之前已从多个方面上对教育的课程系统提出了深层次讨论。因此，教育部提出了“人工与智能+X+X”发展下的综合专业培育新的目的，将有助于创新陈旧的教育教学学方式，创新教学方法，提升教学实践，让教育教学跟AI 深度融合并智能化高效化发展。主动合作人工智能，应用人工智能技术，构建跨学科课程体系，鼓励交叉融合和工程实践学习，对于新工科建设和AI 交叉学科建设，具有重要现实意义。

2 人工智能“新工科”的研究规划

（1）构建人工智能+背景下的新工科前沿课程体系：人工智能本身是一个高度学科交叉的方向，包括计算机、自动化、数学、机械、哲学、心理学等多个学科方向。一般来讲，需在已开设人工智能方面、机器类学习、数据挖掘类、虚拟现实类等课程基础上，扩展个别其它的相关产业应用需要的前沿领域信息课程，研究设计人工智能+智慧医疗、人工智能+智能制造、人工智能+自动控制、人工智能+智能交通等新工科跨专业前沿课程体系，从三个层面开始人工智能+新的工科课程系统建立：首先开设人工智能+前沿通识课，普及智能学科知识;其次构建人工智能+跨学科工程实践平台，为不同专业提供大数据和人工智能实验平台支撑;最后开展人工智能+智慧医疗，人工智能+智能制造等高校优势方向的新工科跨学科专业前沿课程，为推进跨学科交叉、融合的新工科课程体系建设打下基础。

（2）探索人工智能+背景下的教学新模式、新方法：运用探索人工智能+新的教学方式方法，让教师们改变陈旧、古板繁琐的“教学”工作模式，这样可以有相对多的精力去做别的，改变学术理论和工程信息实际相关联的理论内容、改变陈旧的课堂方式方法，创新“培育人”，使得学生未来的潜能不落后于人工与智能的发展步伐。开发人工与智能的大数据辅导下的以学员为重点的新工科课程体系规划，可以让每个学生个性化、智能学习化的方式方法，不断促进学员多学科的理论和实际的学习力量。借助人工智能、大数据的技术和工程信息教育教学实践的不断融合，促进项目需要，问题驱动课堂和理论内容，加强学员的自觉学习能力、工程实际操作能力和人工与智能思考的能力，也加快学生对未来智能时代职业的思考。

（3）打造人工智能+跨学科融合的工程实践平台：人工智能时代，必须转向以学习者为中心的教学模式，智能化的学习方式和环境，适应和支持学习者走向工作岗位后的终生学习。例如，当前很多高校计算机专业的课程实践环境大多还是传统的单机式，而大型企业的实际研发环境早都是云化的多技术栈环境(分布式、集群、云服务、容器等)，刚毕业的学生进入大型企业工作还需要长时间的培训。这就是传统高等教育的一个典型弊病；打造项目驱动的主题式、模块式学习的智能实践平台，在实践平台中的课程设计中，融合人工智能思维(数据驱动、问题驱动、迭代优化、终生学习等)和相关课堂理论内容进行相互融合、统一和优化，通过智能实践平台建设，为人工智能背景下的新工科课程体系建设提供实践支撑。

3 创新课堂教学评价系统及课堂教学方法

（1）重新塑造课程的体系。依托新的工科发展，人工育智能专业理论系统变革要求变回人工育智能顶端人员培育的出发点，不断细化人工育智能顶端人员的方向与理论支持。汇入国际前端、核心权威科学结果，掌握人工智能的技术领域体系和领域应用。

（2）变革探索教学。之前的教学匮乏，不能接受学员的自觉性和操作性，打破思维学习固化性，最终呈现上着课看手机、打游戏等状态，阻碍人才培养。所以，只能以引导、前瞻、开放、融合、实践性为指导，变革教育教学方式，运用“教师授课—分组议论—互动交流—相互的评定”的综合式的方式方法，依托科学技术创新比赛促进实践教学，加强创新权威性和操作性的学术型课堂，培育学员的理性化思维方式。

（3）连贯疏通课堂系统。用疑问去推动，用实体作为载体，把改变当成目标，连贯疏通“教学操作—培育—推动器—三创”的教育系统。通过教学实践环节过程，系统化学研合作和教师队伍建设，促使实际教学各步骤的管理;不断创新教学方式、创新机制、整合资源，加强创新创业创造“三创”教学;在三创阶段，借助大数据平台，建立创业基地工厂，不断创新;在创新创业步伐中，不突出创新创业弱，不以利益化为创新创业的目的，重视创新创业综合素质精神的培育。

（4）夯实教师团队。综合性的人才培养新的工科发展下不断需要多学科的教师力量，就会要涉及到人工智能的学科、地区、学校和教师等因素，多方面合作，巩固师资队伍建设。顺应大数据和人工与智能专业综合科目内涵，积极优化多学科教师力量;联合地区地域优点和行业领域区位优势，因材施教，引进优质教师;结合学校定位、人员培育目标和学科建设发展，多方位培育专业教师;结合专业教育新生态，积极引导教科研创现有师资转型升级。

4 教师利用人工智能技术实现教学创新

智能诊断助力教师优化课堂教学。适应性学习系统、手写板、智能阅卷等系统进入学校，为教师提供了对学生个体、小组、课外数据采集与分析的手段，教师利用数据分析结果，精准定位学生个性学习问题与班级的普遍问题，定位学员个性与共性薄弱点、聚集学生困难点，提升教师在课堂教学中解决学生学习问题的针对性与教学效率。

学习分析技术助力教师开展规模个性化教学，具备大数据学习分析功能的网络学习空间的应用，对学生学习的精准画像，使教师在精准掌握学情的基础上，能够有效组织翻转课堂、小组合作学习、探究学习等学习活动。同时，学习分析技术正在加快网络学习空间中以创新化发展为核心的动态学习状态的发展，并引发实体学校动态走班制度的建立，实体学校与网络学习空间相融合的动态学习组织发展，将使教师实施规模个性化教学成为现实。

课堂智能分析助力教师精准教研。集自然语言处理、计算机视觉、生物特征识别等技术的课堂教学智能分析系统的应用，实现了过程数据的伴随性采集，汇聚课堂教学多维数据的智能分析能够形成更加精准的教师课堂教学行为的可视化分析结果。跨校际、跨区域的教研活动，利用课堂教学智能分析系统的分析报告，结合教研员与优秀教师评价分析，为研修教师提供精准服务，研修教师进行深度学习，对提升研修效果与效率具有显著作用。

智能学习系统助力教师提升教学质量。目前相对成熟的智能学习系统主要集中在智能语言学习方面。英语流利说、英语趣配音等一批利用自然语言处理技术开发的智能语言学习系统进入了教育领域，教师利用系统能够支持学生的听说训练，特别是在面向农村教学点的专递课堂中的应用，能够弥补教师自身的能力缺陷。同时利用自然语言处理技术与AR/VR 相融合开发的藏、维双语智能学习系统将为学生提供多通道的人机交互，提升国家通用语言的学习质量。

人工智能助力教师家校协同。人工与智能技术在家校协同中，正在改变家校教育分离、难以形成合力与协同监管的现状。一些县区在推动应用过程中，利用人工智能技术助力家校协同教育，利用智能校徽与体温和人脸采集摄像机，无感采集学生体温、运动量、行动轨迹等数据，协助教师与家长掌握学生健康状况、安全信息、运动强度。要求学生阅读课外书籍，并在每天规定时间内利用纸笔系统写出读后感，教师能够及时进行点评，对培养学生的学习习惯、扩宽知识面等发挥了积极作用。