应用型本科院校人工智能方向的新工科教学改革探究

黄金海 窦文淼

摘要：针对应用型本科院校人工智能方向的创新创业教学实践改革，结合社会主义新时代条件下教育部产学研协同育人的政策引导，文中通过详细分析改革的背景、目的，采用慕课、微课、翻转课堂的现代信息化教学方法，引导学生参与课下人工智能方向产学研协同育人的创新创业工程实践，为应用型人才的培養提供了广阔发展空间，有效解决了改革与实践过程中学生的工程实践能力与创新性不足的问题。

关键词：创新创业;协同育人;人工智能;新工科;教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A

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文章编号：1009-3044（2020）33-0125-03

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1 引言

新形势下，大数据、云计算、区块链、人工智能等新兴信息技术已经在各个领域得到了广泛应用，为我国经济增长提供强大驱动力。有研究人员指出，我国只有抓住新一轮的信息技术革命，中华民族的伟大复兴、强国梦才能得以实现。因此，国家教育部门为贯彻落实中央精神，大力实施大学生互联网+创新创业、中国制造2025计划。其中，各个高校推进人工智能新工科建设如火如荼，国内主要高校都相继成立人工智能学院，数字经济学院，吸引了新时代下众多优秀学子。

教育部门针对当下大学生普遍存在的工程实践能力弱、创新性不足等问题而提出大学生创新创业计划，并出台了《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，通过深化产教融合、校企合作，实施教育部产学合作协同育人项目，人工智能新工科的创新创业教育在新时代背景下应运而生。2019年第一批申报计划中，出现了230项与人工智能、大数据相关的项目，占比为21.23%。这为教师、学生提供了良好实践环境，同时为传统的教学改革提供了新方向，不仅促进了新工科建设，更为高校与实体经济建立了密不可分的关系纽带。相比传统教学模式，产学合作协同育人模式的推广，高校可根据企业需求进行针对性专业化培养，学生可根据未来职业方向确定发展目标，企业可根据自身需求定制相应人才计划。

本文以人工智能方向课程为例，通过分析传统教学与新工科建设大环境下的教学背景、特点，把慕课、微课、翻转课堂的现代信息化技术教学方法引入应用型本科院校的人工智能课堂，使得学生专注课堂的同时，课下参与大量产学研协同育人创新创业的工程实践，从而解决了应用型人才工程实践动手能力差、创新不足的问题。

2 传统教学背景与改革方法

应用型本科院校传统理工科的教学活动中，学生只能学习理论部分，缺少动手实践的学习部分。以智能仪器课程为例，教师一般根据教学讲义在课堂上讲解现代智能仪器的基本架构、基本原理，以及搭建简易便携式仪器的基本步骤，期末考试仅仅已识记课本知识为主，简单设计题为辅，这样的教学效果直接导致课堂理论知识枯燥、学生基本听不懂，基础差的同学产生厌学情绪。期末考核结果出来后，教师也认为教学模式需要改进，但实践条件有限，无法从根本上进行创新改革，基本达不到应用型人才的培养目的。

传统教学存在的问题可以归结以下四点：

1）教育资源的短缺，使得缺少实践环节，学生对智能的概念理解不透彻，学习积极性不高。

2）理论知识枯燥，课堂上难以形成师生互动。

3）教师教学技能不高，不适应教学过程的多样性与实践性[1]。

4）教学考核不注重理论联系实际，大部分学生通过考前的突击即可通过识记为主的考核。

针对上述传统教学症结的破除，新时代环境下有了很大程度上的改善，结合教育部产学合作协同育人项目，可以先从课堂教学的改革开始，在到课下的创新创业工程实践教学，足以完成应用型合格人才的培养。

3 人工智能新工科教学改革模式探究

新工科教学模式有别于其他学科，针对理论与实践环节的融合教学，有以下三方面的探究，可以针对不同的培养方案灵活实施。

3.1 现代信息技术教学方法

人工智能是新工科课程体系中动手实践较强的学科，理论课堂引入慕课、微课、翻转课堂，相比传统教学，具有不可逆转的良好效果。

首先，慕课属于中国大学的大规模在线开放式课程（ Mas-sive Open On-line Courses，简称MOOC），思想起源于美国麻省理工学院。全球最大的在线开放式课程Coursera合作了全球150+的世界顶级名校，单就“人工智能导论”课程就吸引了190多个国家的16万人注册了该门课程[2]。中国大学慕课已经开设人工智能相关课程有浙江大学的“人工智能：模型与算法”，北京复旦大学的“人工智能原理”“人工智能实践”：Tensorflow笔记，浙江工业大学的“人工智能导论”，复旦大学的“人工智能，语言与伦理”。这些慕课资源的开设让众多学子享受到了名校的教学资源，同时也为老师的继续学习提供了有力保障。慕课形式的教学不仅仅打破了传统教学时间、空间单一思维，可以让师生随时随地进行学习，更是补充优化了传统教学的形式，使得师生根据需要进行相关课程学习。

其次，微课是以短视频为主的教学形式引入课堂，尤其是实践性强的课程，引入适当的动手实验实训视频，不仅增强了学生的视觉效果，还可以提升学生的学习兴趣。教师在多媒体PPT介绍人工智能课程的过程中，引入不大于10分钟微课的设计，促进学生课下自主学习、动手实践的效果是显而易见的，甚至变成学生主动答疑的实践目标。

最后，翻转课堂引入人工智能课程是信息化教育技术的高超教学技能。其特点有：1）学生须提前预习，并完成一定的练习;2）教师可以在后台对学生练习作业完成情况进行打分;3）课堂上利用互联网技术有效提高了师生教学互动;4）有效提高了教师对教学活动的监控能力;5）有效提升学生的学习积极性。

利用现代信息技术引入人工智能新工科的教学改革实践，可以结合本校的实际情况在传统教学的场景中融合慕课、微课、翻转课堂进行交叉教学，其具体思路如图1所示。

3.2 产学研协同育人培养模式

校企合作是高校培养应用型人才的有效方法，但传统的校企合作模式仅仅局限于学校、企业的关键领导人的相互关系，缺乏制度上的有效保障，导致大部分的校企合作流于形式，无法形成真正的人才培养机制。教育部从2017年开始大力推广校企合作的产学研协同育人模式，共同利用教育部的平台，实现校企的合作新模式，有效改变了传统校企合作存在的不足之处。

1）有效提高学校与企业的参与积极性，实施的主要负责人都约束在教育部的制度范围，使得立项项目的负责人不断跟进项目进展，直至结题。

2）有效提高学校参与教师的项目工程能力，为理论教学添砖加瓦，实现教学技能丰富、多样。

3）有效提高立项企业的社会责任心，为新工科建设提供内在驱动力，不断适应新时代环境下技术变革。

2019年第一批教育部产学合作协同育人可申报人工智能方向的课题，涵盖了教学内容和课程体系改革项目，实践条件和实践基地建设项目，新工科建设项目，师资培训项目四大类。其中教学内容和课程体系改革围绕人工智能学科建设，理顺相关基础课程、专业课程的联系，以项目为导向切人教学改革，培养学生建立为什么学、学什么、怎么学的思维体系，并具备基本的项目工程设计能力。人工智能课程体系和教学内容改革始终围绕学生主体作為实施对象，建立校企双方都认可的培养目标、培养方案、培养过程、质量评价体系[3]，并严格执行定制的教学大纲、教学计划。其培养模式如图2所示。

3.3 创新创业实践基地培养模式

教育部为响应国家“大众创业，万众创新”号召，出台了一系列大学生创新创业政策，与人工智能相关的创新创业项目不断涌现，很多高校的工程双创基地训练项目都偏向人工智能。教师完全可以利用产学合作协同育人平台打造全新的人工智能实践基地以及政府扶持的大学生创新创业计划，为应用型合格人才的培养奠定良好条件可以从以下三方面进行探讨。

1）教师通过教育部协同育人项目申报获批的实践条件与实践基地建设项目引导学生开展工程实践训练。该类项目获批的经费和实践条件都相对充足，企业一般都会直接支持软硬件条件建设，教师可以组织学生参与项目的推进，并鼓励学生学习企业最新的工程技术。与此同时，发掘优秀学生科技团队，指导团队成员参与企业承办的有影响力的竞赛项目。通过竞赛的实战训练，不仅在实践中完善知识结构，还可以针对具体工程细节提升解决问题的能力，这对创新性思维的培养起到潜移默化的作用。

2）各个高校每年都会组织专家评审大学生创新创业计划项目，该类项目一般都由政府拨款支持，教师可充分组织学生进行项目选题。以广西高校为例，2017年自治区级获批创新创业项目4577项，覆盖范围大。学生团队成员一般是跨年级组合，通过基础学习后，指导教师帮助学生了解新技术新方向的趋势，从事创新创业训练有助于理论联系实际，形成良性实践教学模式。

3）组建以人工智能方向的国家级竞赛创新创业训练基地。国家级竞赛是含金量非常高的实践活动，例如教育部主办的挑战杯和互联网+创新创业大赛、中国人工智能学会主办的“华为杯”中国大学生智能设计竞赛、教育部高等教育计算机类专业教学指导委员会主办的人工智能创意赛、各省人工智能学会主办的人工智能竞赛等。基地的建设为学生发挥科技创新提供良好环境，更是实践教学计划的有力补充和保障。

创新创业实践基地的培养模式是新工科建设环境下大力推广的方法，建设和完善的过程中，学校、企业有责任、有义务完善相关制度，形成产教融合体系，使得学生、学校、企业三方都收益。

4 改革实施制度保障措施

要顺利实施教学计划，构建应用型人才培养体系，离不开制度的保证措施，可以从以下四方面进行落实。

1）落实产学合作协同育人三方约束机制，明确学校一企业一政府三方的责任和义务，切实推进产教学融合，并不断完善校企合作法律法规。

2）完善和改进配套实践教学与创新基地建设，需要校企共同加大经费投入，保障基础实践仪器设备完整、创新创业基地正常运行。

3）加大师资建设，尤其是建设创新创业师资力量，通过专业培训学习，不断提升指导教师业务水平，形成专业化的师资队伍，保障学生在实践过程中能有效引导。

4）建立健全激励制度，不仅对学生有激励，对教师更需要物质和精神的激励。由于国内高校普遍存在重科研轻教学的现象[4]，在应用型本科院校中，保障指导教师创新性的实践活动成果，才能有效提升实践教学的积极性。

5 结束语

应用型本科院校人工智能方向的新工科建设，不仅需要学生具备扎实的理论学习，还需要学生在动手能力、创新性具备较强的能力，创新创业活动是有效提升学生工程实践和解决问题的有效途径。应用型本科院校除了在信息化趋势下构建新型教学体系，还需融合教育部产学合作协同育人项目、大学生创新创业训练计划，为人工智能新工科建设提供政策保障，从而使得教学实践改革的顺利实施发挥重要作用。

参考文献：

[1]田荣燕，严李强，刘宁波.新工科建设背景下“理论力学”教学普适性探索[J/OL].实验技术与管理，2019（08）：156-159[2019- 08-20].https：//doi.org/ 10. 16791/j .cnki.sj g.2019.08.037.

[2]夏冬生，孙先念，朱公志.微课、慕课和翻转课堂的特性及其相 互关联性的探究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2019（4）：47-49.

[3]郭媛，敬世伟，魏连锁，等.“新工科”建设背景下地方高校产学 合作协同育人模式的研究[J].高师理科学刊，2019，39（6）：85-88.

[4]那振宇，吴迪，许爱德.新工科背景下高校校内创新实践基地建设探索[J].黑龙江教育（理论与实践），2019（3）：3-4.

【通联编辑：王力】

作者简介：黄金海（1983-），男，广西桂林市人，工程师，博士研究生，主要研究方向为人工智能图像处理、自然语言处理;窦文淼（1984-），女，天津市人，实验师，硕士，主要研究方向为人工智能。