人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式的實踐

劉 君， 王學偉， 梁 靜

（1．濰坊科技學院計算機軟件學院，山東濰坊262700；2．重慶交通職業學院黨政辦，重慶402227）

0 引 言

在人工智能時代，云計算、大數據、物聯網等新技術的發展，帶動了軟件產業的發展，對于軟件專業人才提出了更高的要求。但是，調查發現，軟件專業人才培養中存在諸多問題：①在人工智能已深入教育領域的時代，傳統的實踐育人平臺建設思路已不能滿足人才培養的需要，“項目化教學”等教學理論難以在傳統課堂中真正踐行；②軟件專業難以緊跟并服務高速發展的軟件產業，在軟件技術日新月異的發展中很難做到教學內容及時更新，軟件人才培養與社會需求脫節、難以實現產教融合培養創新型高素質技術技能型軟件人才；③傳統的工作室建設與管理一般由學校唱“獨角戲”，企業參與的動力不足，缺乏企業真實的實踐項目來源，軟件企業規模偏小的現實情況下很難對分散實習的學生進行管理，軟件項目涉及企業核心技術的背景下學生的頂崗實習很難深入，難以真正實現實踐育人功能。針對上述問題，進行了人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式的實踐。

1 人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式的實踐內容

工作室人才培養模式起源于德國，在國外已經取得了顯著的育人效果，德國包豪斯設計學院、英國謝菲爾德大學、新加坡萊佛士設計學院的工作室人才培養模式強調實驗性、研究性［1］，有利于培養學生的專業技能和職業素養。

為了解決當前高校實踐教學滯后于業界工程技術發展的現實問題，迫切需要進行實踐教學改革［2］，充分發揮企業優勢力量，以項目引導、自主探究方式實施校企共建工作室人才培養模式，引企入校參與特色授課，校企共同進行實踐教學改革［3］，彌補學校教學資源的匱乏。借鑒國外的先進經驗，在原有教師工作室基礎上，融入人工智能元素，校企共建教材資源、課程資源、兩類學習終端，同時引進企業專家，通過企業專家帶入企業真實項目，將開發任務作為教師技術研發課題、技能競賽培育項目、學生生產性實訓內容，實現了教學過程和生產過程、工作項目與技能競賽之間的融合，有效解決軟件專業高技能人才培養中面臨的難題。軟硬件平臺建設是工作室的運行基礎。在硬件環境上，工作室按照企業的要求進行規劃和布局，突出企業特色。對于需要購置的專用設備，采用從企業租賃或合作購置的方式加以解決。人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式依托工作室以及真實項目，實現教學、科研、社會服務的有機交融，解決傳統教學中存在的理論和實驗脫節的問題［4］，為高素質人才培養注入了新鮮血液。通過工作室人才培養模式改革，實現了工作室人才培養模式“生產性實踐教學、企業產品研發、技能競賽培育、師資能力訓練”的“教研賽訓”四大功能（見圖1）。

1.1 校企共建教材資源

圖1 人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式

在人工智能時代，為了解決傳統校企合作中校方課程教學內容動態調整速度不適應企業技術更新步伐，促使課程教學內容貼近企業生產過程，就應該吸收行業企業的新動態、新技術、新工藝、新方案，對現有教材資源進行加工處理，重組升級，杜絕拿來就用，校企共建線上線下一體化教材資源，院校教師與合作企業的技術工程師共同編寫適應企業技術更新步伐的配套線上線下一體化教材以及與企業新設備新工藝配套的實踐教學指導書，實現理論知識與實踐經驗的有機融合，打造更加豐富、直觀、開放、多樣、靈活的教材資源。

人工智能時代發展對于線上線下一體化教材資源建設隊伍提出了更高的要求。校企共建線上線下一體化教材資源，離不開院?！半p師型”教師以及企業技術工程師的深度參與。因此，校企雙方必須同心協力，協同打造一支具備豐富的動手實踐經驗、了解學生的接受程度、掌握前沿技術動態的線上線下一體化教材資源建設隊伍，從而最大限度地發揮出教材的實用價值。

（1）在校企共建線上線下一體化教材資源過程中，要求懂現代教育技術以及互聯網技術的教師充分發揮技術優勢，根據專業課程教師、企業技術工程師提供的資源作為腳本，制作出圖文并茂、立體豐富的專業課程課件，并上傳到教材資源平臺。同時，為了增強紙質教材資源的實用性，對于部分專業課程紙質教材資源，提供配套的在線資源和智能手機客戶端APP應用程序，比如，在紙質教材上提供實驗指導書、電子教案、授課課件、重要知識點的演示動畫等鏈接，也可以在紙質教材上提供二維碼，讓學生在閱讀教材過程中通過掃描二維碼下載手機客戶端APP應用程序，獲得某個知識點的擴展知識，有利于吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣。

（2）在校企共建線上線下一體化教材資源過程中也可以利用流行的互聯網信息技術，融入虛擬現實（VR，Virtual Reality）和增強現實（AR，Augmented Reality）技術建設立體教材，形成紙質教材與移動終端互動的多維立體可視化的現代教材資源生態模式，使教材兼具知識性和趣味性。VR技術利用計算機生成虛擬世界，在虛擬現實頭盔、數據手套等設備的作用下，建立靈活開放的交互平臺，將知識信息的展示進行場景式的還原，有效調動用戶的多種感官，讓用戶實時體驗和操作虛擬環境中的對象［5］。例如，建筑專業，建筑物在二維空間中展示出來的只是一個平面，而通過在教材中融入VR技術，就能夠使學習者與虛擬環境進行交互，讓用戶體驗到仿佛走進建筑物的感覺。AR技術，是基于圖形圖像處理、人工智能、計算機視覺技術生成一種逼真的視、聽、力、觸和動等感覺的虛擬環境，并利用多種傳感設備讓用戶“沉浸”到這種虛擬環境之中，實現用戶的虛擬體驗，從而達到用戶和環境直接交互的效果［6］，具備極強的復現功能、嶄新的操作方式、美好的傳播體驗。簡單地講，AR技術在校企共建線上線下一體化教材資源過程中的應用就是利用攝像頭將教材中的內容以立體化、多角度的方式呈現，拉近教材和學生之間的距離，尤其適用于工科專業的教材。例如，2013年，中國礦業大學出版社就曾推出一款教材——《采掘機械與液壓傳動》，該教材是國內首部采用AR技術的出版物［7］。在該教材中，利用攝像頭對準書中的黑白挖掘機圖像，就能夠立刻在顯示屏上看到立體的齒輪正常運轉的大紅色挖掘機，讓學生獲得全新的視聽覺享受。

校企共建線上線下一體化教材資源也對于出版社的出版思維提出了更高的要求。校企雙方在聯系出版社進行教材資源的出版時，可以要求出版社聯系淘課網，合力建設教材資源微課平臺，將紙質教材中的每一個知識點都以微課的形式展示出來，學生只需要掃描紙質教材中的二維碼就能夠學習相應的微課內容［8］，有利于增進的師生互動性。

1.2 校企共建課程資源

校企共建課程資源，就是校企雙方依托互聯網平臺，發揮新一代網絡通信、大數據分析處理、云存儲技術的作用，對現有的專業課程資源進行加工、處理、存儲、優化，并通過互聯網為廣大用戶提供訪問接口，可供學生利用碎片化時間學習到更多的專業課程知識，滿足學生的個性化學習需求，同時，也有利于教師及時通過互聯網訪問相關專業課程資源進行備課和自我充電，另外也能夠為企業職工在職培訓提供終身學習的平臺。從平臺功能角度來說，校企共建專業課程資源平臺能夠充分發揮“互聯網＋”時代的技術優勢，智能化分析用戶對于專業課程資源的使用偏好、個性化訴求、使用習慣等特征，為各個用戶“量身定做”學習任務和方案，“定向靶式”推送學習內容和資源，促進學生的個性化學習，為管理者提供智能化的管理方式和決策輔助，推動有效教學和科學管理。從信息交流角度來說，校企共建專業課程資源平臺的信息交流主要涵蓋了人與機器之間的信息交流、人與人（院校教師、學生、企業工程師）之間的信息交流，依托新一代網絡通信技術以及網站開發技術增進不同主體之間的信息交流與網絡互動，實現多方主體之間的共同協作、彼此作用、相互提升。從平臺用戶主體角度來說，校企共建專業課程資源平臺包括三類用戶主體：管理員（技術人員）用戶、資源建設者（校企雙方用戶）、資源使用者。專業課程資源平臺的結構主要包括專業課程資源后臺系統、信息交流系統、資源展示系統三部分，體現出校企合作的建設理念、自由靈活的學習方式、全面深入的數據支持、多元交互的互動形式，如圖2所示。

圖2 校企共建課程資源的結構框架圖

（1）課程資源后臺。專業課程資源后臺系統的功能是進行平臺內容管理，只有被授予了相應權限的管理員（技術人員）用戶和校企雙方用戶才能訪問。管理員用戶具備管理專業課程資源后臺系統的權限，可以進行校企雙方用戶的添加、修改和刪除；對于校企雙方上傳的專業課程資源進行監控和管理，防止病毒或者惡意代碼的上傳，避免網絡侵權行為的發生；對于校企雙方用戶的各種行為進行動態跟蹤，并對相關數據進行搜集整理，利用大數據技術分析教師的教學效果以及學生學習專業課程資源的情況，形成診斷性報告并上報；對學生通過專業課程資源平臺提出的意見和建議，及時進行反饋整改，推動平臺的可持續性發展；對于專業課程資源平臺的留言、評論等各種信息進行動態監控，避免不良言論的網絡傳播，重塑平臺形象。校企雙方用戶不僅共建和上傳專業課程資源，而且也共同使用專業課程資源，都可通過課程資源后臺系統進行管理。校企雙方用戶可以根據專業課程特點以及教學大綱要求，進入課程資源后臺系統上傳微課、微視頻、慕課、電子教案、優秀作品、企業實踐案例等專業課程資源。

（2）信息交流系統。用于創造互聯網背景下新型的相互協作、資源共享的信息交流方式，實現不同用戶（校企雙方用戶、師生用戶、生生用戶）之間的信息交流和人機交互。目前，我國職業教育專業課程資源建設尚不成熟，過于重視課程資源展示，而忽視能夠改善教學效果的信息交流，過于重視網絡課程資源對傳統課程教學的輔助支持作用，而忽視其對于教學效果的優化作用。依托互聯網信息技術搭建信息交流系統是非常行之有效的校企合作信息交流的途徑，建立不用用戶的信息交互分析模型，對信息交互的特征進行測量和評估，對學生學習過程和結果進行預測與干預［9］，能夠更加方便、及時、有效地對校企合作中出現的各種問題進行溝通、交流和指導。信息交流系統可以通過建立留言板、討論區、對話框窗口、公告欄等方式，促進校企雙方用戶、師生用戶、人機之間更深入的互動，實現不同用戶之間的高效溝通聯系。具體來說，校企雙方用戶可以通過信息交流系統錄制企業真實生產現場的工作視頻，將其上傳到學校的專業課程資源平臺，并進行及時交流溝通，以促進專業課程資源平臺的建設和改進；院校教師和企業工程師可以通過信息交流系統發布通知通告，及時解答學生對于專業課程資源中某些知識點的疑問，及時批閱學生上傳的作業和評價學生上傳的作品；學生可以通過信息交流系統及時上傳自己的課程作業，并發表自己對于某些專業課程資源的看法或提出自己在學習中遇到的困難，也可以在討論區對于特定的問題相互討論；人機交互就是人和計算機之間以視頻、音頻、文本、數據、圖像等不同形式進行信息交流，主要包括在線練習、實訓、考試、在線模擬職場體驗等不同的交互方式。

（3）資源展示系統。用于展示面向所有訪客的專業課程資源，并提供相應的資源下載鏈接。目前，互聯網信息技術在課程資源建設中的應用，改變了傳統的課程資源展示方式，專業課程資源中融入文本、圖像、動畫、聲音等內容，多視角、多層面、以多種方式展示出來，促使專業課程資源變得更加生動活潑且具有吸引力，給學生帶來更為真實和有趣的學習體驗，取得傳統課程教學難以達到的教學效果［10］。通過專業課程資源平臺的資源展示系統，所有訪客都可以瀏覽和獲取專業課程資源內容。根據不同的分類標準，展示系統對專業課程資源進行不同形式的展示，主要包括：①根據資源類型分類，包括電子教案、實驗指導書、企業實踐案例、學生作業作品等；②根據資源格式分類，包括文本資源、微課資源、慕課資源、音頻資源、APP客戶端應用程序資源等；③根據資源使用環節分類，包括課前、課中、課后等；④根據資源的課程名稱分類，包括相關專業不同名稱的課程等。訪客通過輸入關鍵字進行查詢，就能夠查詢到相關的專業課程資源，實現在線觀看學習或者本地下載保存。

1.3 校企共建學習終端

“電腦端”和“移動端”是工作室人才培養模式創新應用的訪問終端。工作室必須積極迎合當前移動互聯網的發展潮流，提供“電腦端”和“移動端”兩種靈活的訪問終端，以方便廣大工作室中的師生便捷利用碎片化時間訪問、檢索和下載資源庫內容，從而促進工作室應用效率的提高。具體來說，可以將資源庫中的微課、微視頻、PPT課件、企業案例、拓展訓練等資源以及需要穿插補充資料的地方都添加相應的二維碼［11］，工作室中的師生只需要通過智能手機、iPad平板電腦等移動終端下載安裝特定的APP軟件掃描相應資源的二維碼，對預置二維碼進行識別，即可訪問或者自動下載預先設計并存儲在云平臺上的相關資源，采用響應式布局技術，這些資源能夠靈活適配電腦端屏幕和移動終端屏幕。對于工作室中的師生已經訪問過的云端資源，會產生緩存信息，在工作室中的師生下次需要訪問時就無須再次掃描二維碼，可通過點擊緩存信息就能夠再次訪問相應資源。對于視頻、動畫等占用空間比較大的資源，可以通過采用流媒體技術實現邊觀看邊下載。與此同時，工作室中的師生也可以通過關鍵詞對于資源庫中的內容進行智能查詢，并在電腦端Web頁面或者移動終端展示出搜索結果，可以對搜索得到的資源進行訪問或者下載。另外，這些二維碼也可以嵌入到與資源相關的教材內容之中，方便學生在學習教材內容的過程中隨時隨地掃描二維碼掌握更多的拓展知識，實現學生的個性化智能學習。

“移動端”訪問終端架構如圖3所示。其構成模塊為：移動APP應用、云端管理后臺、移動端訪問管理、工作室接口。移動APP應用是移動端訪問的入口，工作室中的師生直接通過App實現資源訪問，APP能夠提供蘋果、安卓等不同的操作系統版本，提供二維碼掃描、個性化智能學習和拓展訓練等功能。云端管理后臺主要負責工作室中的師生的移動設備激活綁定、訪問授權管理、安全校驗服務，為移動APP的正常使用提供后臺管理。移動端訪問管理主要負責資源知識點相關性整理、資源與二維碼的關聯、資源格式轉化等，對于不同知識點可隨時添加或者修改所關聯的二維碼資源，保證資源內容能夠及時反映學科最新進展。工作室接口為移動端訪問提供所需的資源庫，可利用工作室已有資源，也可及時通過本地上傳資源。

圖3 “移動端”訪問終端架構

1.4 發揮“教研賽訓”四大功能

1.4.1 生產性實踐教學功能

生產性實踐教學是人才培養的關鍵環節，包括認知實習、實踐訓練及畢業綜合實踐［12］。在生產性實踐教學上，工作室依托豐富的線上線下資源、虛實相結合的實踐教學條件、人機交互的新型教學環境，有效鍛煉學生的動手實踐能力。通過對軟件專業高素質應用型人才的特征進行分析，結合當地軟件產業的現實需求，進一步明確軟件專業的人才培養目標和規格，不斷優化軟件專業人才培養方案。工作室實現企業真實項目與教學實踐案例、企業軟件研發流程與課堂教學實施環節、企業真實環境與實踐教學場所的深度對接，實施數據驅動的綜合評價，提高生產性實踐教學質量。工作室在人才培養過程中，開展項目驅動化生產線實踐教學，依托企業真實項目、學科競賽項目和科技創新項目［13］，鍛煉學生的實踐能力和創新思維。

1.4.2 企業產品研發功能

參與企業產品研發有利于培養學生實踐動手與創新能力，讓企業實時監控產品研發進度，同時為企業提前發掘、培養優秀后備人才，為學生的優質對口就業創造了有力途徑［14］。工作室由校企雙方教師團隊指導學生承擔部分企業真實產品研發，讓學生真正體驗到客戶對項目質量和完成進度的要求，學生帶著壓力和動力，一定會投入飽滿的熱情進行工作［15］，確保按時、優質、高效地完成企業產品研發，創造一定的經濟利潤，提高工作室的美譽度。通過這種方式，形成良性循環，吸引更多企業將真實項目外包給工作室完成。學生在從簡單項目到復雜項目的實踐鍛煉中，獲得從單一能力到綜合素質的提升，使學生將書本內容轉化為真實的項目實踐，最終形成工作室具備符合教學需要的企業研發案例、教師駕馭研發案例、教學融入研發案例、學生擅長操作研發案例的“四有案例”局面。

1.4.3 技能競賽培育功能

工作室不僅是教學實踐的場所，而且還是技能競賽培育的場所，讓學生研發出更優秀的項目、創作出更優秀的作品、參與更高層次的技能競賽。技能競賽直接體現出學校的知名度，工作室則是組織學生參與技能競賽的良好平臺，可以對學生進行綜合技能培訓，挖掘學生的潛力。因此，為了進一步提升工作室學生的動手實踐能力，在增加企業真實項目實踐學時的同時，在教學中融入技能競賽相關知識，引導學生積極參與各類技能競賽。通過技能競賽對學生的能力進行重塑和再造，使其具備人工智能時代所要求的創新能力、批判性思維能力、跨界能力、合作能力等。工作室可以借助企業項目，征求企業贊助來開展一定的技能競賽，以此來培育學生進一步晉級更高級別的賽事的能力。

1.4.4 師資能力訓練功能

人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式憑借其智能性、便捷性、高效性在一定程度上減小了教師的勞動強度，讓教師不再疲于應付各種機械性、重復性勞動，從而保證教師更有時間和精力搞好教學、科研創新工作。與此同時，工作室在教師課堂教學和企業真實項目之間搭建了橋梁。為了訓練一支強有力的工作室師資隊伍，①做好骨干教師培訓工作，②聘請企業工程師加入工作室師資團隊，強力打造一支“敢接項目、會做項目、能完成項目”的雙師隊伍。

2 人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養

2.1 人工智能創新人才培養模式

在人工智能時代，工作室人才培養模式走向信息化，教學模式也實現線上與線下相結合，師資和管理均得到加強，豐富了“人工智能＋教育”的內涵。云存儲、大數據和新一代網絡通信技術是人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式運行的重要關鍵技術。云計算應用在工作室建設中能夠實現為院校師生、行業企業提供“按需使用、快速獲取”的網絡化資源環境，教師可以結合當地的區域經濟發展需求，進行資源的重組和調用，提高工作室資源的應用效率；大數據技術能夠對于工作室運行產生的海量數據進行挖掘分析，如對工作室師生的學習過程進行動態跟蹤和監測評價，對工作室中校企共建教材資源、課程資源的狀況、學習終端的使用情況、各類資源的更新情況、用戶最關注的資源等分析，對于不同因素之間的相關性進行分析，并將相關數據分析結果向用戶和管理人員反饋，從而提升用戶學習水平和管理人員的科學決策水平；新一代網絡通信技術可打破時間、空間的限制，建立行業企業深度參與、動態更新行業前沿技術的資源建設協作交流小組，為授課者和學習者之間的網上學習互動提供便捷的網絡通信，實現高速率、高質量的網絡傳輸，提高用戶訪問和下載資源的速度，使得不同類型用戶能夠隨時隨地利用碎片化時間訪問資源庫。

2.2 “教研賽訓”拓展了工作室的功能

“教研賽訓”實現了工作室的個性化創新教學，將軟件工程、數據結構、算法設計與分析、python程序設計、計算機網絡等多門課程的實習實訓環節有機交融，通過建設雙師型工作室教學團隊，培養學生的就業適應能力，讓學生具備參與高水平技能競賽、勝任企業復雜項目研發工作的能力?！敖萄匈愑枴边_成了工作室日常教學與企業產品研發的“無縫銜接”，形成工作室師生團隊相互學習、相互促進、協同發展的氛圍。

3 人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式的推廣應用效果

人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式的實踐，適應了學生個性化學習的需求，產生良好的推廣應用效果。本部分以我院軟件專業為例進行介紹。

3.1 校企共建了工作室資源包

我院軟件專業依托人工智能時代“教研賽訓”工作室與東軟集團、華為公司等IT行業領軍企業達成戰略合作，校企共建了工作室資源包（見圖4）。建設流程是首先著眼于自編教材，校企合作自編易學、易懂、易用的項目化教材，教材中加入技能競賽的相關知識，同時融入企業的真實項目以及教師的科研項目，吸納IT行業前沿技術，保證所編寫的教材源于項目又高于項目。然后，在自編教材的基礎上，校企共建相應的網上資源，形成工作室資源包。最后，校企共建學習終端，為有效利用工作室資源包提供路徑。通過工作室資源包的建設和應用，將工作室項目內容融入人才培養方案和課程體系之中。

圖4 校企共建了工作室資源包

3.2 團隊研發了多項企業產品

工作室師生主動與企業聯合立項橫向合作項目，包括“基于機器視覺的番茄典型病害識別技術研究”“基于人工智能的智慧園區管理平臺設計與實現”“基于云計算的農業物聯網監控系統設計”“設施蔬菜物聯網智能控制與病害監測關鍵技術研究及系統實現”等多個實踐項目，到賬經費600多萬元，使工作室成為校企深度合作的良好平臺，實現了科研促進教學，推動了科技成果的轉化。

3.3 學生取得了競賽獲獎突破

在進行人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式的實踐期間，工作室師生自發或有組織地參與各級各類的軟件行業技能競賽并獲獎。工作室學生獲得國家級、省部級大賽一等獎達到26人次，獲得首位授權的發明專利11項，獲得軟件著作權36項。在2019年的山東省大學生ACM程序設計競賽中，ACM大賽創新工作室喜獲銅獎，實現了我校在ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽省級賽事上零的突破。

3.4 提升教師教學科研能力

人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式是學生技能提升的搖籃，也為教師提升教學科研能力開辟了廣闊的空間，教師成長為智能時代的高水平數字教師。工作室中的教師通過親自指導學生，親身經歷人才培養模式改革的全過程，深入挖掘出潛在的教改和科研項目，為教師的教學科研指明方向，為國家級和省部級基金項目的成功立項奠定提供實踐源泉和理論根基。工作室教師自編教材10部，成功立項市廳級以上課題5項，發表中文核心以上論文36篇，在國家一級出版社出版著作3部。其中，2018年度教育部科技發展中心創新基金“基于人臉識別和深度學習的課堂教學效果分析系統”獲得教育部立項，經費23萬元（課題編號：2018A02013）；2018年度山東省教學改革研究項目“基于校企協同育人的‘工作坊’人才培養模式創新研究——以軟件工程專業為例”獲得山東省教育廳立項；2019年度山東省民辦高?；A能力建設工程項目“新舊動能轉換下對接新一代信息技術產業的軟件工程專業群建設”獲得山東省教育廳立項，經費200萬元；2名教師被評為山東省教學名師；6名教師被評為山東省技能大賽優秀指導教師。

4 結 語

人工智能時代“教研賽訓”工作室人才培養模式的實踐，促進了師生之間的良性交流，營造了學生主動動手操作的良好氛圍，拓寬了實踐教學的時空地域，順應未來教育的發展潮流。由于工作室中的校企共建教材資源、課程資源、學習終端都是可共享資源，可供兄弟院校學習借鑒，模式可被廣泛采納，培養方案可被復制推廣。