AI时代电气工程及其自动化专业课程体系改革

[摘 要] 为顺应AI时代对人才培养提出的新要求，电气工程及其自动化专业应着力开展教学改革。课程体系建设是专业发展的根基，因此其始终是教学改革的重点和难点。为此，分析电气类本科课程体系在AI时代发展下存在的问题，进而以成果导向教育的理念为指引，探索电气工程及其自动化专业在AI时代下课程体系设计和构建内容。从课程体系建设的角度为AI时代下电气类本科专业发展提供了参考。

[关键词] 人工智能;成果导向教育;电气工程及其自动化;课程体系

[基金项目] 2020年度四川轻化工大学教学改革研究项目“基于OBE教育理念的人工智能时代电气工程专业课程体系的探索与实践”（JG-2006）;2021—2023年四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目“以工业4.0需求为导向的电子电气信息类创新人才培养模式探索及实践”（JG2021-1044）

[作者简介] 黄沁元（1984—），男，四川自贡人，工学博士，四川轻化工大学自动化与信息工程学院副教授，主要从事电力电子技术研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）18-0077-04 [收稿日期] 2022-01-06

人工智能（Artificial Intelligence， AI）是一门研究用于模拟、延伸和扩展人类智能的科学技术[1]。当今人类世界已步入AI时代[2]，在电气工程领域，AI技术与电气技术正逐步融合发展，有效推动电气行业从电气自动化向电气智能化跃迁，也由此产生了对AI时代电气工程人才持续且大量的需求。于是，电气类本科教育责无旁贷地肩负起了这一时代重任。然而，介于AI技术的迅猛发展，当前我国的电气类本科教育已暴露出一些不适应AI时代下电气工程人才培养需求的隐患。例如课程体系、教育理念、教学方式、评价机制等都存在AI和电气工程融合不深入、联系不紧密等问题。这其中课程体系反映着专业面貌、培养特色和教育思想，在保障和提高教学质量中起着关键作用。因此，本研究借助成果导向教育（Outcome-based Education， OBE）[3]的先进教育理念改革传统的电气类课程体系，构建出适用于AI时代的电气工程及其自动化专业课程体系。

一、当前电气类本科课程体系存在的问题

（一）培养目标缺乏时代性

各高校针对电气类专业制定的培养目标多关注在电气工程领域对人才的当前需求，而非着眼于行业发展和进步带來的新兴或长远人才需求。不同于其他技术，AI的发展及其对电气工程领域带来的变革是迅猛的，也快速重新定义了电气工程人才需求。面对AI时代下的人才需求，当前电气类培养目标均出现了缺乏时代感的困境，相继暴露出培养目标定位不清晰、描述不具体、重点不突出、对人才培养的支撑力度不够等负面现象问题。

（二）课程结构缺乏系统性

AI时代下的电气类本科课程结构应清晰准确地包含电气工程专业本科生所应具备的传统电气知识、必备AI知识，以及电气智能化发展所需要的AI和电气融合知识，同时还应按各知识的递进关系和先后顺序组成一个知识学习进程。然而，当前我国各高校在课程结构方面仍在强化自身多年来建立的传统电气领域特色，而弱化了电气类专业发展特色与新兴AI技术发展特色相结合的程度。这导致了课程结构中能满足AI时代对电气人才培养需求的内容趋于形式、表现单一、课程间衔接生硬，系统化的课程结构缺乏问题愈发明显。

（三）课程教学缺乏实践性

随着AI技术的快速革新及其与电气工程领域的融合，传统电气技术逐步向智能电气技术转变。这致使原有课程体系中传统的实践实训难以应对在智能电气技术发展下对于学生实践能力培养的要求。甚至在有的实践实训课程中已不足以体现AI技术在电气工程领域中的技术融入和应用情况。因此，传统的电气类本科课程体系即使拥有足够的实践实训覆盖面和执行量，但在没有立足智能电气核心知识内容和发展趋势的条件下，任何实践实训课程都会缺乏对于匹配时代发展和行业需求的专业实践能力培养效果。

（四）课程考评缺乏创新性

当前对学生达成毕业要求的评判主要局限于学分，对课程学习成果的评价多关注在考试成绩中。这种考评机制并不能充分评定学生在经历学习过程后所能达到的学习效果和所能取得的学习成果。尤其当迅猛发展的AI技术与电气工程领域深入融合时，采用形式化和模式化的考评机制必然缺乏对学习效果全面的量化能力，其所评价的学习成果也并不能完全匹配人才培养需求。陈旧的考评机制已成为限制教育效果保障力度和提升程度的严重问题，课程考评的创新势在必行。

二、AI时代电气工程及其自动化专业课程体系构建

（一）OBE教育理念

由Spady等人于1981年提出的OBE教育理念，得到了国内外高等教育界的广泛关注和应用[4]。其教学设计及其实施策略始终围绕学生通过教育过程后所能获得的学习成果开展。这也使得采用OBE教育理念所执行的教学活动遵从反向设计原则[5]，由梳理清晰的学生毕业时应当具备的学习成果来指引教学内容和评价体系。

（二）运用OBE构建AI时代课程体系的思路

首先，为制定符合时代发展的培养目标，有必要紧密结合AI时代背景下国家、社会和产业的发展对电气工程领域产生的人才新需求，以及认真考虑学生个人发展所要提出的培养需求，再充分兼顾学校特色与专业定位所形成的教育需求。其次，根据培养目标在反向设计和改良传统电气类课程体系时，需彻底打破原有课程体系中的课程壁垒、加强课程之间的联系性、改变对知识单元仅局限在单一课程中看待的陈旧视角，增强AI课程的系统性、强化突出AI技术与电气技术融合应用的课程、拓展AI技术在电气领域中的实践内容，让课程体系能够支撑知识结构，使每门课程的学习效果均与所要培养的人才能力结构相呼应。最后，秉承以学生为主体的思想，适当创新课程考评机制，将课程学习效果的量化与学习课程所能获得的专业能力程度紧密关联起来，吸纳社会评价和学生评价来补充培养目标达成度的评价结果。

（三）AI時代电气工程及其自动化专业课程体系的构建依据

在OBE教育理念中，学习成果是构建课程体系的起始点，亦是通过课程体系实现人才培养的终点[6]。于是，课程体系的架构即是对应于人才培养的评价指标，根据各指标的要求设计可对其相应的课程逐一建立完整的体系内容。以电气工程及其自动化专业为例，其可归纳为12条毕业能力要求，进而衍生出各要求下的逐个评价指标。如图1所示，这12条毕业能力要求覆盖了AI技术与电气技术深度融合后，在电气工程领域向智能化发展的前提下，国家、社会、产业、学校、专业和个人对于电气工程人才的理解与要求。这也正是AI时代电气工程及其自动化专业学生在经历人才培养后所能取得的普遍学习成果。它重在体现AI时代的电气工程人才培养应注重建立和夯实数理知识能力、分析表达能力、解决问题能力、实验能力、资源使用能力、客观评价能力、可持续发展能力、工程实践能力、组织协调能力、交流沟通能力、决策管理能力、持续学习能力。在以学生为中心的原则下，课程体系是完全服务于让学生取得圆满的学习成果，其所组织和设立的课程内容乃至课程教学实施过程都是为了使学生的学习成效满足评价指标。因此，所制定的人才培养评价指标是课程体系构建的关键依据，课程观、课程目标、课程内容、课程结构、课程活动、课程关联、课程衔接、课程实施等构建课程体系的具体内容皆有据可依、有序可循。

（四）面向AI时代的电气工程及其自动化专业课程体系内容

按照建设思路和建设依据，设计了如图2所示的电气工程及其自动化专业课程体系内容。首先，整个课程体系以AI技术与电气技术的交叉融合为核心。AI技术和电气技术分别作为基础技术内容，两者的交互和衍生知识作为交叉技术内容，而AI技术在电气工程中的应用知识作为AI与电气的融合技术内容，以此集成AI时代的电气技术重点和发展特点。其次，在课程架构上以课程核心为出发点，由AI和电气的基础技术内容形成奠基课程，覆盖素质教育、学科基础和专业基础的所有课程内容;由AI和电气的交叉技术内容形成扩展课程，从素质教育实践、集中实践和专业核心课程三个方面以理论与实践结合的角度开展与AI和电气交叉技术相关的课程内容;由AI与电气的融合技术建立融合课程，以AI时代的电气工程技术应用和需求为主开设课程内容。接着，在课程内涵上以AI时代的电气技术发展和应用为课程观;由课程观指向对应毕业能力要求，形成对应课程所要达成的课程目标;由各量化的课程目标组建课程完整的内容;以课程内容制定课程开展的结构和相关的教学活动。最后，在课程的实施方面从课前、课中和课后三个阶段依序进行，在课前完成课程目标、课程内容、课程资源的发布、宣贯和推送;在课中进行针对性教学、精讲与点评、工程案例分析、电气AI交互关联解析、课堂师生互动、思想政治教育等多方面的课程内容，同时采用线上线下、虚拟仿真、动手实践等多手段的授课方式实施课程;而在课后重点关注因材施教式的个性化辅导、学期数据分析、教学效果反思和持续改进等内容。

结语

本文在研究和应用OBE教育理念的基础上，为面向AI时代的电气工程及其自动化专业本科课程体系建设提供了构建方法，为我国当前电气类本科教育的发展提出了课程体系改革范例。同时，以此课程体系框架为基础，可根据不同高校在对电气类本科人才培养特色的不同，扩展出更为具体化和专有化的课程体系内容。

参考文献

[1]钟鸣宇，洪炎，苏静明，等.人工智能时代地方高校教育方案初探[J].科技风，2020（26）：7-8.

[2]周玲，李佳欣.人工智能时代的高等教育与人类命运共同体[J].苏州大学学报（教育科学版），2021，9（4）：8-15.

[3]刘白杨，唐杰，唐欣，等.基于OBE理念的电气工程专业应用型课程体系建设与教学实施改革[J].教育教学论坛，2020（9）：151-152.

[4]王彬彬，罗为.基于OBE理念的电气人才培养体系改革探索[J].大学教育，2021（8）：138-140.

[5]郭春平，郭佳.OBE教育理念下电气工程及其自动化专业建设改革研究[J].中国电力教育，2020（8）：67-68.

[6]宣丽萍.应用型本科专业OBE课程体系探析：以电气工程与智能控制专业为例[J].教书育人（高教论坛），2020（21）：74-75.

Reform of Curriculum System of Electrical Engineering and Automation in the Era of AI

HUANG Qin-yuan

（School of Automation and Information Engineering， Sichuan University of Science and Engineering， Zigong， Sichuan 643000， China）

Abstract： In order to meet the new requirements for personnel training in the era of Artificial Intelligence （AI）， the major of electrical engineering and automation should focus on teaching reform. Since the construction of a curriculum system is the foundation of professional development， it is always the key and difficult point of teaching reform. To this end， the problems of the electrical undergraduate curriculum system in response to the development of the era of AI are analyzed， and then the design and construction of the curriculum system for electrical engineering and automation in the era of AI are explored with the concept of outcome-based education as a guide. This paper may provide reference and practice for developing electrical undergraduate majors in the era of AI from the perspective of curriculum system construction.

Key words： artificial intelligence; outcome-based education; electrical engineering and automation; curriculum system