基于CDIO的人工智能和电子信息科学与技术复合型创新人才培养模式研究

李晟 李玉晓

摘  要：为了适应人工智能技术的快速发展和广泛应用，培养具有人工智能知识和技能的电子信息类复合型创新人才成为当务之急。该文以CDIO模式为指导，探索一种将人工智能和电子信息科学与技术相融合的复合型创新人才培养模式，并从专业设置、课程体系、实践平台和教学方式等方面进行具体的实施和改革。该文以江西理工大学理学院电子信息科学与技术专业为例，评价该模式在该专业中的实施效果，并提出进一步完善该模式的建议。结果表明，该模式不仅能够提高学生的专业基础知识和技能，还能够有效培养学生的创新意识和能力。

关键词：CDIO模式；人工智能；电子信息科学与技术；复合型创新人才；培养模式

中图分类号：C961      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）35-00５９-0４

Abstract： With the rapid development and wide application of artificial intelligence technology， the demand for electronic information composite talents with artificial intelligence knowledge and skills is also growing， requiring talents not only to have solid basic professional knowledge and skills， but also to have a strong sense of innovation and ability. For this reason， this paper， guided by the CDIO model， puts forward a composite innovative talent training mode that integrates artificial intelligence with electronic information science and technology， and carries out specific implementation and reform from the aspects of professional settings， curriculum system， practice platform， teaching methods and so on. This paper takes the electronic information science and technology major in the College of Science of Jiangxi University of Science and Technology as an example， introduces the specific implementation and effect evaluation of this model in this major， and puts forward suggestions for further improving the model.

Keywords： CDIO mode; Artificial Intelligence; Electronic Information Science and Technology; compound innovative talents; training model

電子信息科学与技术（Electronic Information Science and Technology， EIST）是一门新兴特色专业，是为适应电子信息产业发展需求而开设的一门以数学、物理为基础，以电子科学与技术、信息与通信工程为依托，具备宽口径人才培养和理工结合特点的专业。人工智能（Artificial Intelligence， AI）是指由计算机系统或机器执行通常需要人类智能才能完成的任务或过程，如视觉感知、语音识别、自然语言理解、决策制定和创造性思维等。随着人工智能技术的快速发展和广泛应用，电子信息类人才需要具备跨学科的知识和能力，能够结合人工智能技术解决电子信息领域的实际问题，展现出创新精神和创造力。但受制于传统的教育理念、教学模式、教学资源等因素，目前在培养复合型创新人才方面还存在一些不足，主要表现如下：人才培养目标与社会需求不匹配，学生对人工智能技术的认识和应用不足；教学内容与方法缺乏创新，学生的创新思维和创新能力得不到有效激发和培养；实践教学平台不完善，学生缺乏跨学科的实际项目和创新创业的机会和支持。这些问题导致了人才培养的质量与水平难以适应人工智能时代的挑战和机遇，就业竞争力和发展潜力受到限制。因此，研究构建以人工智能技术为核心，以创新能力提升为导向的电子信息科学与技术专业复合型创新人才培养体系迫在眉睫。

国内外许多高校已经开始了这类教学改革的研究与实践，例如美国麻省理工学院将人工智能作为电子信息类专业的主要课程。日本特别注重依托自身的制造业优势，以培养目标为导向，深化了电子信息人才培养和人工智能应用的融合。国内的清华大学、电子科技大学等高校也在“人工智能+X”背景下发展电子信息类专业上做了一些工作[1-2]。由于人工智能和电子信息科学与技术两个专业有着密切的联系和互补性，二者相结合可以形成一种复合型创新人才培养模式，即在电子信息科学与技术专业的基础上，增加与人工智能相关的知识和技能的培养，从而提高学生在电子信息领域中应用人工智能技术进行创新创造的能力[3-4]。这种复合型创新人才培养体系可以更好地适应社会和产业对电子信息类人才的需求，提高电子信息类专业的教育质量和效果[5]。本文以CDIO模式为指导，探索了将人工智能和电子信息科学与技术两个专业相融合，提出了一种复合型创新人才培养体系。

一  基于CDIO的复合型创新人才培养模式

CDIO模式是近年来国际工程教育改革的最新成果[6]，CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）[7-8]。CDIO工程教育模式提出了12条标准，其中标准之二是关于学习目标的制定与实现，从教育者的角度来看，就是要把学生培养成什么样的人才。这就关系到培养目标的定位是否准确清晰，是否具有可行性[9-11]。

因此，构建基于CDIO的人工智能和电子信息科学与技术复合型创新人才培养模式，需要从以下四个角度进行探索：①需要明确专业目标和学习成果，即以学生为中心，希望培养什么样的人才，应该具备哪些知识、技能和素养。参考CDIO培养大纲，将工程型毕业生的能力分为四个层面，即学科知识和推理、个人专业技能和素质、团队合作和沟通、构思设计实现和运行系统。②需要设计一个人工智能和电子信息科学与技术专业一体化融合的教学计划，将各门课程之间的联系和衔接明确化，使之相互支持、相互促进。同时根据学生的学习阶段，安排不同层次和难度的课程，从基础到高级，从理论到实践。除了理论课外，需引入包含人工智能方向的综合性设计和项目、实习实训等，让学生在真实或模拟的工程环境中应用所学知识，解决实际问题。③需要提供一个适合工程实践的学习场所，即为学生提供一些现代化的软件、硬件、设备和实验室等资源，能够动手操作、直接体验。也可以利用网络平台，为学生提供一些虚拟或远程的实验或仿真环境，增加他们的学习选择和灵活性。④需要建立一个有效的学生考核和专业评估机制，即通过多种方式和方法来评价学生在各个能力层面的达成情况，并根据评估结果进行反馈和改进。采用一些主动和经验性的教学方法，如案例分析、问题导向学习、项目制作等，来激发学生的主动性和创造性，并通过观察、访谈、问卷等方式收集他们的反馈意见。也可以邀请一些专业利益相关者，如行业专家、企业代表、校友等，参与到专业目标的制定和评估中来，增加专业教育的有效性和影响力。

综上所述，本文提出基于CDIO的人工智能和电子信息科学与技术复合型创新人才培养体系，主要特点可概括为“四维一中心”。“一中心”指以学生为中心，强调学生的主动学习，注重学生的实践能力和自主学习能力的培养。“四维”则包括：①跨学科整合，强调多学科协同，鼓励不同学科间的交流和合作，以培养学生的综合素质和跨学科能力。②工程实践结合，注重将学生的学习与真实的工程实践相结合，鼓励学生在实践中学习和探究。③教学质量管理，强调教学质量的管理与保障，鼓励教学过程的评估和改进，以提高教学质量和学生满意度。④创新思维塑造，加强对学生创新意识的培养，激发学生的创新思维，培养学生的创新能力。基于CDIO的“四维一中心”复合型创新人才培养体系框架如图1所示。

二  案例分析

本文以江西理工大学理学院电子信息科学与技术专业为例，介绍基于CDIO的人工智能和电子信息科学与技术复合型创新人才培养模式在该专业中的具体实施情况和效果评价。江西理工大学理学院电子信息科学与技术专业是在2002年设立的一门新兴特色专业，是为适应电子信息产业发展需求而开设的一门以数学、物理为基础，以电子科学与技术、信息与通信工程为依托，具备宽口径人才培养和理工结合特点的专业。专业在2016年江西省教育厅组织的全省本科高校同类专业评估中名列全省第一，在2019年获批为江西省一流本科建设专业，在2021年获批国家一流本科专业建设点。专业秉承“创新驱动、创业引领”的办学理念，将人工智能和电子信息科学与技术复合型创新人才培养模式贯穿于人才培养全过程，形成了以学生为中心，以科研项目为引领，以课程体系为支撑，以实践平台为载体，以竞赛活动为激励，以就业创业为导向的创新创业教育模式。培养模式的具体实施情况如下。

（一）  体现“以学生为中心”，推进专业设置调整，增加与人工智能相关的方向

该专业在2019年增设了人工智能方向，鼓励学生增加人工智能学习经历。为保证学生自主学习有成效，采用分层培养的方式，为专业排名前20%的学生配备导师，并以科研项目和学科竞赛为引领，制定个性化培养方案，进行全过程复合型人才的培养。将专业排名前40%的学生纳入创新实验班培养，并配备班主任。让学生可以在电子信息科学与技术的基础上，深入学习人工智能的相关知识和技能。在此基础上，学生积极参加各类學科竞赛与创新创业项目。目前，学生参加各级学科竞赛，已经获得了国家级一等奖2项、二等奖3项、三等奖5项，省级一等奖12项、二等奖24项。此外，学生作为负责人已经获得了大学生创新创业项目13个国家级课题和22个省级课题的立项。同时，学生作为第一作者或第二作者发表EI检索期刊论文2篇，参加大型国际会议并发表会议论文2篇，CSCD核心期刊论文3篇，省部级期刊论文15篇，体现了良好的学术能力。

（二）  改革课程体系，跨学科整合课程内容，并增加实践和应用的内容

该专业在原有的课程体系中增加了与人工智能相关的课程，如人工智能导论、机器学习、模式识别导论和数字图像处理等，并将这些课程与项目驱动、创新创业、工程实训等教学模式相结合。例如，在机器学习课程中，学生不仅学习了神经网络的基本原理和算法，还参与了基于TensorFlow平台的神经网络设计和实现的项目；在数字图像处理课程中，学生不仅学习了图像处理的基本方法和技术，还参与了基于OpenCV库的图像处理应用的项目。这些项目既与电子信息科学与技术专业相关，又与人工智能技术相关，让学生在理论学习的同时，参与具有实际意义和挑战性的问题的解决。

（三）  建立实践平台，提供丰富的实践资源和机会

CDIO模式中的设计与实现，主要依赖实践环节。该专业建立了人工智能和电子信息科学与技术跨学科专业实验室，配备了先进的嵌入式硬件设备和软件平台，在已有嵌入式开发平台的基础上增加诸如计算机、网络、传感器、摄像头、麦克风、Arduino、树莓派、TensorFlow和PyTorch等开展人工智能产品研发所需的软硬件条件，让学生可以在实验室中进行人工智能相关的实验和项目。例如，在模式识别导论课程中，学生可以利用麦克风和PyTorch库进行语音识别的项目。同时，该专业也通过与企业合作、参加竞赛等方式，为学生提供更多的校外实践机会。在人工智能导论课程中，学生可以参与百度AI Studio平台上的各类人工智能项目；在人工神经网络课程中，学生可以参加中国大学生计算机设计大赛的人工智能类别赛事。

（四）  引进优秀师资，增加具有产业背景和经验的教师

通过与企业合作、招聘兼职或全职教师等方式，为电子信息科学与技术专业增加了更多具有丰富产业经验和技术能力的教师，让他们参与人工智能相关课程的教学和研究。例如，在人工智能导论课程中，邀请了来自千峰教育等知名企业的人工智能专家作为客座教授或兼职教师，为学生介绍人工智能领域的最新发展和应用，并提供有效的指导和支持；在模式识别导论课程中，邀请了来自江西省计算机协会、江西省大数据协会等行业组织的专家作为客座教授或兼职教师，为学生介绍模式识别领域的最新技术和案例，并提供有效的指导和支持。

（五）  充分利用信息技术，增加灵活和多样的教学模式

利用网络平台、软件工具等信息技术手段，为电子信息科学与技术专业提供了更加灵活和多样的教学形式、方式和工具。例如，在人工智能导论课程中，利用网络平台，为学生提供了在线课程、在线实验、在线测试和在线答疑等，让学生可以在任何时间、任何地点进行自主学习，并提供相应的指导和支持；在人工神经网络课程中，利用软件工具，为学生提供了TensorFlow平台、Jupyter Notebook等，让学生可以在实验室或家中进行神经网络的设计和实现，并提供相应的指导和支持。

（六）  加强教育质量管理，强调教学质量的管理与保障，改进教学过程的评估方法

建立了以过程评价为主、以结果评价为辅的教学评估体系，注重对学生的知识掌握、技能运用、创新思维和团队协作等方面的综合评价，采用了多种评价方式，如考试、作业、报告、展示和答辩等，同时引入了同行评价、自我评价和互动评价等方式，提高了评价的客观性和有效性。

（七）  开展就业创业指导，帮助学生了解就业创业市场和政策

开展了就业创业指导课程、就业创业讲座、就业创业实践、就业创业展示和就业创业服务等活动，帮助学生了解人工智能和电子信息科学与技术相关领域的就业创业市场和政策，提高学生的就业创业技能和水平。例如，在就业创业指导课程中，邀请了来自企业的人力资源专家和技术专家，为学生介绍了人工智能与电子信息领域的就业岗位、就业要求、就业流程等，并提供了有效的指导和建议；在就业创业讲座中，邀请了来自江西省计算机协会、江西省大数据协会等行业组织的专家，为学生介绍了人工智能领域的创业机会、创业政策、创业经验等，并提供了有效的指导和支持。同时，該专业也通过与企业合作、建立校友网络等方式，为学生提供了更多的就业创业信息和机会，促进学生的就业创业成功。

三  效果评价

该专业的复合型创新人才培养模式取得了显著的效果，得到了社会的认可和赞誉。该模式的效果评价主要包括以下方面。

师生学生满意度高。通过问卷调查、访谈等方式，对学生进行了满意度评价。结果显示，86.5%的学生对该模式的满意度较高，认为该模式有利于提高自己的专业知识和技能，激发自己的学习兴趣和动力，培养自己的创新意识和能力，增加自己的就业创业机会和水平。学生对该模式中的各个方面也表示了较高的满意度。82.1%的教师认为该模式有利于提高教育质量和效果，促进教师队伍建设和发展，增强教师的教学能力和水平。教师对该模式中的各个方面也表现了较高的满意度。

社会评价较高。该专业通过与企业合作、参加竞赛等方式，得到了社会的好评。88%的用人单位对该模式培养的复合型创新人才给出了满意和较满意的评价，给予了高度的认可和赞誉，认为他们具有扎实的专业基础知识和技能、较强的创新意识和能力、良好的综合素质和能力。

四  结束语

本文以CDIO模式为指导，探索了将人工智能和电子信息科学与技术两个专业相融合，建立了“四维一中心”的人工智能和电子信息科学与技术复合型创新人才培养模式。具体实施过程包括调整专业设置、改革课程体系、建立实践平台、引进优秀师资、利用信息技术和开展就业创业指导等方面，培养了具有较强的数理基础和工程实践能力，掌握电子信息科学与技术和人工智能的基本理论、方法和技能，能够从事电子信息领域中应用人工智能技术进行创新创造的工作，具有较强的创新精神和综合素质的高级专门人才。同时，本文也提出以下建议以进一步完善该模式。

第一，加强与国内外优秀高校和研究机构的合作与交流，引进更多的优秀师资、先进的教育理念和方法，提高教师队伍的水平和质量。

第二，加强与企业和行业组织的合作与交流，增加更多的实践机会和资源，提高学生的实践能力和水平。

第三，细化对学生的个性化指导和支持，根据不同类型和水平的学生的需求和偏好，提供不同的教学内容、方法、评价等，实现个性化教学。

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