新工科背景下地方高校人工智能专业建设与教学改革探索

樊劲辉 安国庆 郝崇清 刘慧贤 宋雪玲 武晓晶

摘 要：在新工科背景下，人工智能领域的新技术、新应用不断涌现，迫切需要高校依据办学定位在人工智能人才培养模式、课程体系建设等方面与时俱进，满足社会对人才的需求。结合河北省的产业布局，围绕专业建设目标与区域经济发展相结合的理念，提出以服务地方经济和产业发展为导向的地方高校人工智能专业人才培养模式，注重实践教学体系对学生设计、应用和创新能力的培养，构建科学、全面的人工智能专业质量评价体系，鼓励教师以科研反哺教学。

关键词：新工科；人工智能；专业建设；人才培养；质量评价

中图分类号：G642.0

2017年至今，教育部先后发布《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》等一系列关于新工科建设的文件，以新工科建设为核心要素，围绕新技术、新产业、新业态和新模式，突出和强化工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设，并明确将人工智能列为新工科人才需求的重要方向［12］。

美国在2016年成立了“人工智能和机器学习委员会”，后续发布的《国家人工智能研究与发展战略规划》中也进一步地将人工智能上升到国家战略层面。在欧洲，欧盟早在2016年就提出了人工智能立法动议，并在2020年发布《人工智能白皮书》，明确地确定了人工智能发展战略。2019年，日本在《人工智能战略2019》中，提出将在近年将日本建成为人工智能强国，并以此来引领技术研发和产业发展的战略。

我国在2017年7月颁布的《新一代人工智能发展规划》中提出，“到2030年，使中国成为世界主要人工智能创新中心”的战略目标。2021年发布了《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》进一步强调了人工智能对于提升国家核心竞争力的重要性，并将新一代人工智能置于科技前沿领域攻关的首位。当前，我国在人工智能研究方面，相关的新技术、新应用发展迅速，新成果不断涌现。面临当前国际、国内人工智能技术的日新月异，对于高校而言，迫切需要依据自身的办学层次和定位，在人工智能领域的人才培养模式、课程体系建设等多方面、全方位地跟上学科发展步伐，满足社会对人工智能领域人才的需求。截至2021年底，全国已经有93所高校通过独立设置、校校合作、校企合作、校政合作等形式，先后设立了人工智能学院或设置了人工智能专业。而开设人工智能专业的高校也逐步从国内顶尖或“双一流”大学，逐步向地方高等院校不断地拓展和延伸。在本科阶段引导学生学习人工智能相关知识，重点掌握人工智能的应用技术，不仅有利于培养不同层次的人工智能人才，促进人工智能技术的实际应用，而且能够为研究生阶段学习高层次人工智能知识并进行科研创新打下坚实的基础。地方高等院校作为培养区域高水平和高技能专业型人才的机构，需要及时适应和顺应人工智能时代的发展趋势，并结合地方社会发展对新型人才的培养需求，明确创新型人才培养的理念，高效地做好服务地方经济建设工作。

河北科技大学人工智能专业建设结合河北省的产业布局和学科定位，将专业建设目标与区域经济发展相结合，在集中力量整合学校软、硬件优势资源、调研并构建了新的人工智能专业培养方案基础上，于2021年向教育部提交了新增人工智能专业申请，并于2022年获批并开始招生，为今后更好地满足社会对人工智能人才的需求以及高科技领域的区域经济发展创造了人才培养和人才储备条件。

1 地方高校人工智能專业建设目前存在的主要问题

1.1 专业课程设置与地方经济发展相脱离

目前，我国范围内已获批的开设本科阶段人工智能的高校数量已近100所。但鉴于人工智能专业是新兴专业，其开设的时间较短，目前尚无本科毕业生走出学校在就业岗位上参与地方经济建设。同时，由于人工智能相关产业属于新兴产业，专业设计的领域多，范围广，因此在人工智能专业的课程体系架构及课程设置方面，大部分的高校还尚未建立规范、完善的专业及课程体系标准，多数高校目前大多采用“机器学习+智能机器人”为核心架构的课程体系，也存在部分高校在课程设置中加入深度学习等理论课程。因此，在目前的人工智能专业建设过程中，总体上存在各高校课程体系同质化现象严重的问题［3］。

对于各高校尤其是地方高校而言，基于人工智能专业的交叉学科特质，大多并未在课程设置中充分考虑人工智能人才培养目标与特色专业定位以及地方经济融合发展等重要因素。因此存在学生毕业、就业出口目标定位模糊、就业依托行业特色不鲜明、人才市场需求调研不充分等一系列问题，人才培养目标与地方经济发展之间难以实现精准对接，甚至可能给学生未来就业、从事人工智能专业相关工作及未来发展造成不利影响。

1.2 实践教学平台及实验内容与产业需求结合不紧密

人工智能属于新兴学科，相关的产业涉及的新技术和新应用均存在技术起点高、应用数量多的特点。目前人工智能专业的配套实践教学设备体系尚不完备，采用的关键技术欠成熟，涉及的实验设备与课程体系之间的衔接和匹配度不够紧密，尚不能完全满足实践教学目标的需求。因此，若采购市场上现有的实践教学设备，其所能完成的实验项目和知识内容会受到一定的约束，且难以在实践教学平台上体现出地方优势行业的特色，难以与地方产业的实际需求紧密结合，实践教学效果难以直接转化为服务企业所需要的技术支撑；同时培养的学生在专业能力和解决实际工程问题的素养方面，也难以直接与地方优势企业之间形成精准匹配。

1.3 现有教学质量及效果评价体系形式单一

高校中现有的教学质量及效果评价机制大多已经建立了较长的时间，但随着教学方式的改进和课程体系架构的调整，其适用性和实际效果已经逐步显现出多种问题。长期以来，传统的教学质量及效果评价机制已经形成较为固定的模式，其构成主要包括两个方面，其一是以学生为主体的学生评教教学质量评价体系；其二是以学校专家组或督导组为主体的教学质量评价体系。

以学生或者专家组教师为主体对教师的教学质量进行评价时，不可避免地会出现一定程度的非教学主观因素影响评价结果的现象，并且绝大多数采用的是课后评价机制，对于课堂教学过程细节和教学质量的评价体现的也不够完整和系统。因此，传统的教学质量评价机制在面向不断改进和完善的教学方法时，其效果明显体现出形式相对单一、难以全面体现教学过程及细节不充分、综合考察效果不可观等一系列不足，导致在进行教学质量评价和考核时不科学、不全面的问题较为突出。

2 人工智能专业人才培养模式体系的改革与探索

2.1 以地方经济、产业发展和社会需求为导向的专业培养目标和毕业要求设置

培养目标和毕业要求是人才培养过程的方向指引，如何构建符合地方经济和产业发展需求的培养目标是工程教育改革工作的逻辑起点［4］。河北科技大学作为河北省的地方骨干工科高校，学校始终秉承服务地方经济的办学定位，进一步明确将具有人工智能相关专业交叉知识的高素质复合型、应用型工程技术人才作为专业培养目标；以“面向产出”、服务地方经济和产业发展为导向设置人工智能专业的人才培养方案和毕业要求。

在课程设置上，我校人工智能专业紧密围绕我省的地理位置优势，充分考虑京津冀一体化在人工智能方向上的相关产业优势与特色，在专业课程中设立了“人工智能数学基础”“脑与认知神经科学导论”“工业互联网与数字孪生”“图像处理与机器视觉物”“联网技术及应用”“ROS机器人开发”等相关课程。

2.2 以培养学生研发能力和创新能力为核心的理论和实践课程体系建设

通过设置合理的、符合行业特色的理论课程体系，建立完善的实施机制；以面向能力产出为目标，突出创新型、实践型人才特色培养，满足地方经济建设的高水平人工智能专业人才需求。以课程体系建设为抓手，面向产业发展和社会需求，推进校企合作，持续完善和改进课程设置；借助设计性和创新性特色实践平台，结合行业应用的教学案例，以问题为导向激发学生的学习热情和深化对工程问题的理解，驱动人工智能专业特色教学，培养具有创新能力的高水平工程应用型人才［5］。

2.3 以教学全过程综合评价为目标的专业教学质量评价机制构建

设置贯穿教学全过程的阶段性质量评价机制。在开始授课前，对预授课的教学内容安排的合理性、科学性和系统性进行评价；课程讲授过程中，对教师教学方式和方法、学生听课状态、课堂互动效果等进行评价；课程结束后，进行課程课后作业完成度、课上问题反馈解决情况以及教学目标达成度进行评价；最后由专业责任教授或专家委员会对课程执行质量进行综合评价，并提出建议。通过对专业理论课和实践课程的评价，客观评价课程与毕业要求指标点相关的课程目标达成情况，以评价结果促进教学质量提升，以评价建议促进教学方法改进，实现课程目标对毕业要求的高效和全面支撑。

2.4 以专业认证为导向、以科研反哺教学为依托的学生能力培养模式改革

在鼓励学生参与各类国家级和省级科技创新竞赛的同时，组织并搭建校级和院级科技创新竞赛平台，力求为多数学生提供参与科技创新的大环境和参与机会，大范围培养和提升学生的自主学习能力和科技创新能力；由专业和科研能力突出的教师亲自带队，并鼓励学生积极参与多种形式的科技创新活动。在科研成果申报、科技论文撰写、假期企业实习实践等多个环节中，全方位、多角度地为学生提供科技创新的氛围；另外，构建新生入学即受益的专业导师对接机制，将科研能力突出的专业教师选配为专业导师，利用教师科研反哺教学，引导和调动学生参与科研创新的积极性。

3 人工智能专业教学质量提升的主要举措

3.1 结合学科特色和培养目标，优化课程体系架构，为教学质量提供评价基础

通过调研国内外人工智能专业的建设成效，并综合国内各高校的培养方案、课程体系和建设经验，将人工智能专业的培养目标紧密地与我省的人工智能产业发展和区域经济建设相结合，建立规范和完善的课程体系架构［67］，确保在专业建设初期，就直接对标人工智能相关的高新技术产业需求，使培养目标更加符合地方院校的办学定位和专业人才的市场需求，形成人才需求与人才培养的闭环，真正发挥地方高校服务地方经济建设的作用。

3.2 将课程思政与工程伦理融入理论和实践教学，为提升教学质量提供思想引导

践行立德树人的教育理念，通过课程的思政建设，使学生在养成严谨的科学素养基础上，兼具良好的工程伦理观和正确的价值观［8］，贯彻落实“三全育人”。传统的思政大多落实在专业理论课程的教学过程中，往往忽视了实践教学课程对学生的思想引导和教育作用。人工智能专业的课程内实验和专业综合类实践课程是树立学生团队意识、责任意识以及协作精神的关键环节，对于培养学生的工程应用能力和职业素养起到了至关重要的作用。因此，理工类专业的课程建设必须做到理论课程思政与实践课程思政并重。

3.3 以能力培养为中心，转变教师传统教学理念，为提升教学质量提供路线支撑

教学过程中强调专业课程的精与简，突出理论知识在新技术、新成果方面的应用；在教学过程中简化或去除与实际应用关联度不高的基础理论推导，突出对于结论性知识的工程应用理念。注重学生在人工智能知识学习过程中的创新能力培养，同时倡导校企联合无缝对接［9］以及教师借助科研反哺教学，将工程应用与学生的实践环节紧密结合，提升学生的综合专业素养，满足人工智能领域高新技术企业对人才的需求。

3.4 整合重组各优势资源，注重实践教学实效，为提升教学质量提供硬件保障

人工智能专业知识体系涵盖了多个学科的相关领域，通过充分利用和重组学校和各学院的优势资源，形成人工智能专业丰富的软硬件优势资源库。坚持地方高校的办学定位和“以学生为中心”的办学理念，集中软硬件和人力资源等多方面的优势，为学生实践环节搭建创新性实践平台，使人工智能专业的学生在应用、就业和创新等能力综合培养指标评价方面大幅提升。

3.5 健全、规范教学质量评价体系并持续改进，为提升教学质量提供科学标准

在专业课程体系和实践教学创新的基础上，逐步建立、健全和规范专业的教学质量评价机制，建立师生结合、课程组内外结合、专业教师与专家结合、专业内外结合、校内外结合的综合多级分层评价管理监督机制，并结合传统教学评价方法，多角度、全方位地量化考察教学质量方法，通过意见反馈的形式积累经验，并做好长期的持续改进工作，进一步补充和完善更加符合人工智能专业特点的创新型教学质量评价指标和评价体系。

4 结论

人工智能专业建设与课程体系改革有利于高素质复合型、创新型人才的培养，有利于提升学生的学习效果和教师教学方式创新，在本科教育阶段强化“产、教、学、研、用”的有机融合，突出培养学生的创新、创业和实践能力。本教学改革的实施，有利于地方高校为服务地方经济与产业建设持续输出高级工程技术创新人才，并助力河北省的人工智能相关产业发展，并为其他国内院校相关专业的教学改革与课程体系优化等方面起到积极的示范作用。

参考文献：

［1］杨波，梁晟.浅谈地方高校的人工智能人才培养［J］.贵阳学院学报（自然科学版），2022，17（01）：99103.

［2］黃河燕.新工科背景下人工智能专业人才培养的认识与思考［J］.中国大学教学，2019（2）：2025.

［3］张宇.新工科背景下对人工智能专业课程体系建设的思考［J］.教育探索，2020（06）：5861.

［4］刘光洁，张嵛，姚亦飞.地方本科院校人工智能专业建设研究与实践［J］.计算机教育，2019（10）：1618.

［5］赵圣鲁，余燕萍.产教融合背景下人工智能技术服务专业课程体系构建［J］.电脑知识与技术，2021（27）：232233.

［6］廖文喆，雷兆明，刘斌.以需求为导向的人工智能专业实验教学体系建设与探索［J］.创新创业理论研究与实践，2021（4）：8991.

［7］朱洪波，牛敬芳，李学洋.人工智能发展趋势下自动化专业的课程改革浅析［J］.Advances in Education，2020，10：612.

［8］郝崇清，樊劲辉，李争，等.自动化专业课程思政的探索与实践［J］.承德石油高等专科学校学报，2022（2）：6569.

［9］陈光宇，郝思鹏，陆旦宏，等.协同创新环境下的校企合作教学模式及体制机制建设思路探讨——以电气工程专业为例［J］.企业改革与管理，2022（20）：174176.

基金项目：河北省高等教育教学改革研究与实践项目（2021GJJG181，2019GJJG199）；河北省大学生创新创业训练计划（S202210082063）；河北科技大学2020年教育教学研究与实践重点项目（2020ZD07）

作者简介：樊劲辉（1976— ），男，河北秦皇岛人，博士，副教授，主要从事移动机器人控制及机器视觉研究等。