基于OBE理念的人工智能课程体系改革研究

敬 超，郑荣华

（1.桂林理工大学信息科学与工程学院 广西 桂林 541004；2.广西师范大学外国语学院 广西 桂林 541004）

距离1956年人工智能（Artificial Intelligence，AI）概念的首次提出至今已经60多年。随着人们对人工智能研究的深入，人工智能技术逐渐发展，从最初起步阶段，到以IBM深蓝为代表的专家系统，再到现在以深度学习技术为代表的新一代人工智能阶段，其应用领域越来越广泛，特别是2016年谷歌Deep Mind公司以深度学习为基础的Alpha Go战胜世界围棋冠军李世石的人工智能大事件，标志着新一代人工智能技术取得了新的突破，已经发展成为一门广泛的交叉和前沿学科。新一代人工智能是当前信息技术领域的热点方向，市场对人工智能人才的需求也会不断增加。

良好的教学体系是支撑高质量人才培养的有力保障。目前，国内大部分院校仍然采用传统的教学模式，在教学过程中关注的是教学内容输入，以教为主，将教师教学进程作为核心驱动力，忽略了个性化教学与评价反馈的重要性，导致教学知识结构孤立，忽视学生个体间的差异性，忽视了培养学生独立思考、主动学习的能力。成果导向教育（Outcomesbased Education，OBE）理念可以很好地解决这些问题。

OBE（Outcome based education，OBE）教育理念，又称为成果导向教育、能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育。OBE教育理念是一种以成果为目标导向，以学生为本，采用逆向思维的方式进行课程体系建设，是一种先进的教育理念。

在OBE理念中，教学设计与教学实施目标是学生通过教育过程取得学习成果，通过某一阶段的学习后可达到的最大能力。与传统的输入式教育不同，OBE教育理念强调的主要问题包括以下几方面：①学习成果确定，即培养目标定位问题。要清楚期望学生取得的学习成果是什么，这些学习成果应能清楚表述或测评。②教育需求分析。学习成果的确定需充分考虑专业人才接收者或关注群体的要求与期望，包括政府、行业和用人单位，同时也包括学校、学生和家长等。③教学实施。根据学习成果构建课程体系，采用成果导向的教育方式，使学生完成课程体系学习后可具备预期的学习成果。④教学评价。基于OBE的教学评价不是体现在教学内容上，而是关注学生是否达到预期学习成果。

因此，将OBE理念融入处于建设阶段的人工智能专业教学课程体系中是一个值得探索和研究的问题。通过OBE理念的指引，将有助于促进人工智能专业课程的建设及改革，提高人才培养质量。

1 融合OBE理念的课程体系研究现状

为了培养出适合中国国情的新一代人工智能人才，我国高度重视并出台了一系列的政策和措施：2016年8月国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》，2017年7月国务院印发《新一代人工智能发展规划》，2017年12月工信部印发《促进新一代人工智能产业发展三年行动规划（2018-2020年）》，教育部于2018年4月印发了《高等学校人工智能创新行动计划》，2020年3月教育部公布了2019年度普通高等学校本科专业备案和审批结果，新增人工智能专业的高校达到了180所，明确指出面对新一代人工智能发展的机遇，高校要进一步强化基础研究、学科发展和人才培养方面的优势。这些新的战略规划多次提到要重视人工智能，重视人工智能与其他领域相结合，对信息技术产业和高校人工智能人才培养提出了更高层次的要求。

在现有的人工智能专业教学过程中，人工智能教学体系仍采用传统的教学模式，而没有以学生为主体进行教学内容的差异化设计，且教学方式不够灵活，以教师讲课为主，学生对课程不感兴趣，人工智能课程实验平台尚未完全建立，无法进行持续改进。同时单一的课程考核评估方式，难以全面、有效地评估学生的学习效果，特别是学生解决实际工程问题方面的能力。而且教学模式缺乏持续改进，很少针对以往的课程考核评估分析结果和学生学习目标达成度的不同而进行反思和总结，以优化后续的教学设计，并通过持续改进的方法提升教学效果。

针对这些问题，国内很多学者也从不同的角度尝试对人工智能专业课程进行改革，其中2019年中国矿业大学的王新等人[1]将计算思维和人工智能相互融合构建“计算思维与人工智能基础”的新课程体系，之后为了培养非计算机专业学生的计算思维和AI思维，张瑾等人[2]探讨了从计算思维到人工智能思维的渐进教学模式，形成了形象化的教学和启发式的教学案例，设计了多元考核方式保障课程目标的实现。2020年根据“新工科”背景下人才培养的需求，结合人工智能创新行动，太原理工大学的赵静丽[3]积极探索了“人工智能+X”的创新教学模式。将理论联系实际应用，培养学生的工程能力及创新能力。同时为了推进国家新工科建设和人工智能的发展，北京交通大学的鲍鹏等人[4]对人工智能实践类课程的教学体系建设现状进行了分析，提出了人工智能实践类课程教学改革方案，并详细阐述了如何将工程培养目标与实践类课程教学相融合，以达到最佳效果。基于OBE理念陈滨等人[5]针对人工智能程序设计类课程，提出了一种基于OBE理念的人工智能程序设计类课程教改方案，2021年许莹等人[6]为激发学生的学习兴趣，针对教学团队中的“人工智能应用技术”这门课程采用OBE理念制订课程目标和内容，通过项目驱动，采用自主式、探索式、团队式等多种教学方式进行教学实践，培养学生的理解能力、应用能力、实际操作能力。

综上所述可以发现，国内外对于新一代人工智能人才的培养都极其重视，然而具体课程体系模式还处于初级阶段，虽然有的学者探讨了基于OBE理念的教学模式，但是他们大多仅从某一门课程的角度出发进行改革，没有真正地将OBE理念融入教学体系中，因此本项目针对传统教学模式上的不足，面向人工智能专业人才培养课程体系需求，提出面向OBE教育理念的人工智能专业课程体系建设方案，这个教学体系中最终目的是以培养学生应该具备的能力为导向，通过综合考虑人工智能课程的性质，以学生为中心确定培养目的，基于成果导向的教育理念反向构建和设计新一代人工智能理论和实践课程体系，同时形成一种以多元考核指标为基础的，强调学生个性化差异的评价方式和以偏差修正的持续改进机制。

2 专业建设措施

全面开展人工智能相关专业的教学课程体系建设，主要包括核心课程目标，评价制度及持续改进，其中核心课程包括理论课程Python程序设计、机器学习、人工智能导论，图像处理及机器视觉等，实践课程包括机器学习实习以及人工智能系统实习等，结合OBE理念设计教学目标，同时形成多元化的考核指标，对学生差异化的评价制度，并持续改进，从而形成一套完整的基于OBE理念的人工智能专业课程教学体系，培养新时代下新一代的人工智能人才，拟采取的措施包括：

①结合OBE教育核心理念以学生为中心建立以能力为导向的人工智能专业课程理论体系。由于人工智能的专业课程与计算机科学有所不同，它对数学尤其是统计学的知识要求更多，照搬计算机科学相关的专业课程体系无法适应人工智能专业课程的需求，制订课程目标时，需要考虑学生的差异。

②结合人工智能教学实践平台的实践教学研究。人工智能教学实践经过多年的发展已经形成了多种实验平台，与传统的计算机科学实验教学相比，人工智能实验平台对于软硬件的要求更高，可以有效促进学生对知识的学习，应以学生为中心，选择和利用好现有的实践教学平台，将课程从课堂引入课外，达到课程目标。

③融合多元化考核、评价机制及持续改进教学理念的课程体系研究。与传统的输入式教学不同，OBE教育理念的另一个特点就是多元化考核、评价及持续改进，多元化考核是从多个角度考察学生的学习情况，评价则是以学生个体达成情况进行自我参考评价，持续改进通过改进功能、分析产生这些偏差的原因并进行改进。所以如何基于OBE教育理念实现和形成考核-评价-持续改进形成一套完整的体系值得教师深入思考。

3 创新点及预期成果

3.1 创新点

3.1.1 提出了基于OBE教育理念的人工智能专业课程教学建设方案

该方法的创新之处在于结合了OBE教育理念，以学生为中心，通过反向思维设计教学目标，通过多种教学法如任务驱动、直观演示法、讨论法设计教学过程，并且通过讲授法、练习法及现场教学法帮助学生学习，最后通过多元考核指标如考试成绩、实验、沟通及使用现代工具等能力综合评价学生的学习情况。

3.1.2 设计了一种以人工智能教学平台为核心的实践教学方法

该方法的优点是利用了多样化的人工智能教学平台，开展课外教学让学生学以致用，既可以减轻教师繁重的教学工作，又可以使得学生依据兴趣选择实验项目，增强学习的趣味性；同时依托中国机器人及人工智能大赛，广西大学生人工智能设计大赛，“以赛促学，以赛代练”，更加有利于人工智能相关实践课程教学的开展。

3.1.3 在多元考核指标基础上建立一种考虑个体化差异的评价及注重持续改进的机制

该机制的创新之处在于，制订达成目标的时候，考虑了学生个体之间的差异性，同时改变了过去以监督为主的教学模式，通过建立有效的持续改进机制对教学过程中所产生的偏差进行改进，这种机制是OBE教育理念与其他教育理念所不同的地方。

3.2 预期成果

表1中列出了预期的成果包括建设方案、相关课程的大纲、多元考核及可持续机制和受益人群：系统提出一套面向OBE理念的人工智能专业人才培养教学体系建设方案；基于OBE教学理念开展人工智能核心课程的建设，按课程建设要求形成新的教学大纲，主要包括理论和实践实习课程；形成多元化的考核方式，同时根据学生个体差异形成评价指标及持续改进机制；受益学生：计划在计算机大类专业（计算机科学与技术、网络工程、软件工程、物联网工程、人工智能）进行试验。受益学生达2000余人。

表1 预期成果

4 结论

本文首先对现有的人工智能课程体系进行了阐述，指出了现有课程存在的问题，之后通过引入OBE教育核心理念，说明了OBE教育理念在课程改革体系中的重要性，分别提出了以学生为中心建立以能力为导向的人工智能专业课程理论体系；结合人工智能教学实践平台改革；多元化考核、评价机制及持续改进等理念融入现有课程体系等措施。最后梳理了课程体系改革的创新点并取得了预期的研究成果。