以無人機為載體的“電子信息＋人工智能”人才培養模式

曹陽 彭小峰 王培容 王玉菡 葉紅

摘要：智能化為背景的新工業革命浪潮下，電子信息工程專業教育面臨著嚴峻的挑戰。專業改革實施以無人機為載體，實現人工智能課程體系一體化，不斷推進理論教學與實踐教學結合，打造和提升師資隊伍，實現面向人工智能的電子信息工程專業人才培養模式改革。

關鍵詞：無人機;電子信息工程;人工智能;人才培養

中圖分類號：TP3? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）36-0140-02

Abstract： Under the background of the new industrial revolution， the education of electronic information engineering is facing severe challenges.The implementation of professional reform takes UAV as the carrier， realizes the one-off of artificial intelligence curriculum system， and constantly promotes the combination of theoretical teaching and practical teaching. Finally， the reform of talent training mode of electronic information engineering for artificial intelligence is realized.

Key words：unmanned aerial vehicle; electronic information engineering;artificial? intelligence;personnel training

1 引言

在此輪以智能化為背景的新工業革命浪潮下，工程教育面臨的最嚴峻的挑戰是面向新工業革命的工程教育一定是以跨學科專業、跨學校企業、跨行業產業為基礎，新一輪工業革命需要創新傳統工程教育的范式，工程教育亦已經成為新一輪工業革命的支撐，成為各國科技產業競賽的核心競爭力，而現有的工科專業課程體系與我國產業結構的調整不相適應[1-2]。在智能化產業浪潮的沖擊之下，電子信息產業新增長點不斷增加，不斷面向當前和未來電子信息及相關產業發展急需，推動現有的電子信息工程專業人才培養模式的改革創新。

本專業全面樹立以學生為中心、能力本位、跨界交融的人才培養理念的指導下，確立了以“服務、智能、創新、融合”為本專業的建設理念：（1）“服務”體現在專業對智能產業的支撐， 積極服務國家人工智能發展戰略，緊密結合“重慶以大數據智能化為引領的創新驅動發展戰略行動計劃（2018—2020 年）”，對接重慶大數據智能化產業，? 重點打造以智能硬件、智能化數據處理為核心課程體系; （2）“創新”體現在堅持機制創新發展，如實施以無人機為載體，實現人工智能課程體系一體化，不斷推進理論教學與實踐教學結合，探索從低年級到高年級依次采取以新生導論實踐課（智能小車入門實踐）、無人機系列實踐課程、學科競賽和畢業論文設計為載體的四階段一體化工程創新實踐模式[3，4]; （3）“智能”體現在能深入優化“據智能化課程體系”，構建契合重慶智能產業需求的大數據智能化特色課程群，探索“課程講授+能力培養+創新實踐”的教學改革模式;（4）“融合”體現在深入推進產教融合，與多家知名大數據企業合作建立協同育人平臺。

2 重塑面向智能化產業課程體系

以人工智能技術的演化推動課程優化，重塑專業課程的重點和難點，將地方智能化產業所要求人才的能力、素質和知識進行分解，將分解要素與專業人才培養目標、課程體系進行鏈接，并在傳統、經典課程中進行嵌入。新一輪工業革命導致專業邊際的模糊，面向新工科的課程體系交叉融合了信息與通信工程、計算機科學與技術和電子科學與技術等三個學科，如圖1所示。注重發揮專業群集聚作用，完成人工智能基礎、機器學習、神經網絡等主干課程群建設，開展面向工程能力培養為核心的多學科交叉與融合課程體系，建設面向智能化產業的課程組。

根據工程教育認證和國家專業標準確定核心課程群，根據專業的框架和內涵，課程體系分為兩個方向：（1）智能硬件（無人機硬件方向）;（2） 智能信息處理（側重無人機的軟件算法）。該課程體系實現了“軟硬兼施”，也同時體現了專業特色和課程落腳點的統一。在專業課程的選修方面，注重面向人工智能的課程體系前瞻性和梯度化，本專業開設了“VR虛擬現實技術”“Android程序設計”和“物聯網技術”等課程，體現產業技術前沿與產業工程需求的統一。

以無人機為載體，整合機器視覺、機器學習、智能硬件和信息處理等課程，同時承載相關課程的實踐學習，如在實訓環節中，應用人工智能技術相關的神經網絡和機器學習等知識，實現無人機自主檢測周圍環境、自主避障并選擇出最佳路線。與行業共商面向智能化產業的人才培養方案和課程體系，拓展企業需求較高的課程或課時安排。

3 教學水平與方法提升的實施

以科研反哺教學，為教學活動提供有源之水，培養學生的創新思維和創新能力。如某教師將主持的“目標跟蹤”相關國家自然科學基金課題進行拓展，將科研與《DSP技術與實踐》和《數字信號處理》處理課程結合，讓學生走出書本，深刻領會到濾波器的軟硬件設計理論和應用，讓本科生進入自己的課題組，在項目和良好科研環境驅動下，專業學生也屢獲校、市級本科競賽項目獎項，極大培養了學生理論素養和實踐能力。

按照翻轉課堂的教學模式，讓學生從被動學到主動學。如在《微機原理與應用》課程教學中，其中“接口設計”是教學的難點和重點，任課老師將 MOOC 和翻轉課程的思想應用到教學中，按照課前、課上和課后的 3 個環節進行教學安排。課前將制作10分鐘之內的微小視頻發給學生預習，讓學生在課前時間去主動閱讀、完成作業和測試。正式課堂上教師組織活動分為2類：一是根據學生自學完成作業的情況，有的放矢地進行重要知識點以及易錯題的討論; 二是做些典型例題或是能力提高題，并對實驗內容進行討論或演示。教師在本節課后對下一節課的課前進行安排，其中包括學生自學內容對應的教材章節說明，各練習題的難易程度等級，課程內容對應的實驗。

4 “引進+培養”的師資隊伍建設

電子信息工程專業是一個實踐性很強的專業，且時效性強，發展速度快。在專業教學過程中，教師的實踐能力是決定教學成效的關鍵，教師必須是專業能手、是行家，為了適應專業教學發展的特性，鼓勵年輕教師積極參與社會實踐、了解行業發展，掌握新的技術、專業系明確要求年輕教師必須完成一個以上的企業合作項目才能參與專業實踐教學，通過項目實踐的鍛煉，提升教師的專業能力和綜合能力，使其成為真正的“雙師”型教師。

從2015年至2019年，共安排教師40人次參加電子信息類教育會議、TI教育大會和工程教育類大會。通過同行交流、專家講座和參加工程教育會議，使專業老師的教學視野和理論得到了較大提升，在2015、2019屆人才培養大綱修訂中引入了“能力、課程、行業”鏈的對接工程教育思想。

2016年至2019年，已選派50余人次參與華清遠見、重度前沿城市大數據、四川長虹、上海錫月科技有限公司開展工程實踐活動，獲得雙師型認證。2018年從航天科工集團、國家電網引進兩名實踐經驗豐富的青年博士，引進從事人工智能研究的博士1名，2019年優厚待遇引進重點大學中博導教授團隊2名。通過國家外專局高端引才項目，引進3名Kaist教授，加強校友聯絡，聘請10名校友為創新創業導師。

5 多維并舉，提升面向智能化產業的工程實踐能力

依托重慶市重點學科平臺“智能光纖感知技術”重慶市高校工程研究中心，以及現有專業中興LTE實驗室、智能硬件實驗室（智能小車、智能手環）、無人機平臺，將工程人才要求知識點、能力嵌入到實驗項目中去，建立了面向智能化產業的多學科交叉的不同層次實踐項目，實踐項目要包括基礎型實驗、綜合設計型實驗以及創新型實驗等多個層次[5]。

以“項目-導師制”的項目學習為牽引，實現理論教學與實踐教學結合，探索從低年級到高年級依次采取以新生導論實踐課（智能小車入門實踐）、無人機系列實踐課程、學科競賽和畢業論文設計為載體的四階段一體化工程實踐模式。注重課程設計、畢業設計與企業項目對接，課題設計內容具有實戰性，能體現智能化人才能力，建立面向無人機的興趣小組和創新創業社團，在特色專業經費的支持下，本專業組織了面向專業的無人機系列競賽，激發學生的創新創業動力，如圖2所示。堅持產教融合，建立多樣化的實踐基地， 持續推進與重慶?？怠⒅幸莆锫摼W等 20余家企業的深度合作，探索設計與編寫面向工程應用的實踐配套教材，通過學校與企業的聯合， 增加學生的實踐和組織學生進行專業技術實踐培養。

6 結論

實施以無人機為載體，實現人工智能課程體系一體化，不斷推進理論教學與實踐教學結合，開展無人機系列智能化實踐課程。通過近年來的改革與實踐，學生的實踐動手能力得到較大提升，有相當比例的畢業生就職業于人工智能領域的企業，人才培養質量受到用人單位的好評。

參考文獻：

[1] 林健.第四次工業革命浪潮下的傳統工科專業轉型升級[J].高等工程教育研究，2018（4）：1-10，54.

[2] 涂家海.面向人工智能時代人工智能技術與應用專業群建設思考[J].湖北廣播電視大學學報，2019，39（2）：37-42.

[3] 牛軼峰，賈圣德，李杰，等.以智能為核心的無人機系統課程體系設計[J].計算機教育，2016（10）：37-41.

[4] 陸淵章，徐振邦，董天天.新工科理念下無人機平臺的電子信息專業創新模式研究[J].職業技術，2019，18（4）：22-25.

[5] 彭小峰，曹陽.完善實踐教學體系，強化創新創業能力培養[J].電腦知識與技術，2016，12（10）：145-147.

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