新工科背景下人工智能專業課程教學改革的探索

劉瀏 高采

摘要：人工智能專業是為了適應我國信息現代化快速發展而開設的新工科專業，其課程的核心在于培養具有AI理論基礎和實踐能力的專業人才。文章在分析現有專業課程教學過程中存在的不足，立足于本專業課程特點和專業人才培養目標提出在新工科背景下人工智能專業教學改革方案。該方案包括了課堂教學內容和教學手段、課后實踐的方式以及專業教師隊伍建設等多個方面。

關鍵詞：新工科;教學改革;人工智能

一、緒論

隨著信息技術的快速發展，人工智能技術正在逐步成為促進社會經濟發展的新引擎。尤其是近年來，人工智能技術已經覆蓋了全行業，從智能家電到智慧城市，從自動駕駛到工業4.0，人工智能正在滲透到社會經濟生活的每一個角落。2017年7月，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，標志著發展人工智能成為我國的國家戰略。為了落實該通知，2018年教育部印發了《高等學校人工智能創新行動計劃》。該計劃對人工智能技術人才培養提出了加強人工智能領域學科和專業建設、加強人工智能領域人才培養、構建人工智能多層次教育體系等三方面要求。同時計劃提出包括堅持創新引領，堅持科教融合、堅持服務需求、堅持軍民融合等基本原則。由此可以發現，地方高校開設人工智能專業的教育目標和教育手段已經與傳統學科具有巨大的不同，它更加注重創新能力的培養，強化高校與地方政府、企業以及科研院所之間的合作。

人工智能專業是典型的新工科，該專業發展與互聯網技術及其應用的成熟有著密切的聯系。這就決定了人工智能專業具有知識更新速度快，傳播手段主要依靠網絡以及實用性強等特點。但是目前人工智能專業與傳統工科專業使用基本相同的教學策略，知識教授的途徑還是以線下課堂集中教學為主，知識的來源依舊是依靠傳統的紙質書籍，考核目標重點仍舊集中在基礎的理論知識的上面。上述情況嚴重制約了人工智能專業的發展，難以實現其人才培養目標。為此本文，通過深入研究現階段人工智能專業發展中面臨的困境，對人工智能理論教學、實踐能力培養以及教師隊伍培養等多個方面進行探索與研究。

二、人工智能專業教學面臨的困境

人工智能專業課程本科教學面臨的困境主要由其專業知識覆蓋面廣、內容以抽象的算法為主、算法的迭代速度快等特點決定的。知識覆蓋面廣不僅是因為該專業的理論基礎涉及線性代數、概率論、圖論、圖像圖形學等多科專業知識，而且其屬于典型的交叉學科涉及的研究方向十分的寬泛，比如圖像處理、信息抽取、機器翻譯、生物信息學等。這就導致如果要掌握人工智能專業的所有課程，就要了解多種不同領域的知識，并且這些知識存在差異性較大。內容以抽象的算法為主，是指人工智能發展史相對較短，其主要依賴于算法模型不斷發展。通常這些枯燥的算法以復雜的數學理論為基礎，這就導致學習過程更像是綜合大部分數學課程的復習。算法迭代速度快是指算法不停演變，并且演變的過程遠比知識傳授的過程要快。尤其是近些年，GPU、NPU以及高性能計算設備的發展大幅提高計算機的數據處理性能，是的深度學習模型及其應用得到了快速發展。由于這些特點的存在，使得基于經典課本知識的傳統教授模式無法適應人工智能專業的發展需求，尤其是對于沒有接受過相應系統訓練的本科學生而言，課程內容難度加大，學業壓力增強，容易產生厭學心理和自卑心理。這就對人工智能專業課程的教師提出了更高的要求。

三、人工智能專業教學改革舉措

（一）理論課程教學改革

專業理論課程教學以課堂教學為主，是學生掌握本專業課程基本知識重要途徑，也是教師與學生進行交流的中主要的途徑之一，因此探索具有高效的理論教學模式和教學手段是保證教學質量的重要手段。本文針對教學過程的不同環節，提出了多種教學模式以提高理論課程的效率。

1.與時俱進，案例牽引

針對人工智能知識更新快，知識點枯燥的特點，這就要求教師在備課時不能僅對經典課本知識進行研究，需要從網絡中尋找知識來源和案例來源。通過對前沿科技的研究，不僅能夠是教師更為透徹掌握課本知識，開闊教學視野，還能夠讓其掌握最新的科研動態，為學生今后的學習方向提供指導。增加課堂的趣味一直是理工科教學的一大難點，因此選擇生動貼切的教學案例是活躍課堂氣氛的關鍵。教師以學生的視角出發，從網絡尋找能夠貼近學生生活的案例為切入點進行課堂知識引入和思政教育。

2.線上線下混合式教學

線下面對面教學的時間是有限的，尤其是對于新教授人工智能專業課程的教師很難在這有限的時間內實現理想的教學效果。同時為了幫助學生課前預習和課后溫習功課，使用線上線下混合式教學方式最為有效。教師能夠通過視頻剪輯、ps特效等手段實現視頻教學內容的豐富性和連貫性，并且通過設置斷點答題的方式了解學生對知識掌握程度。同時學生也可以隨時暫停、回放以及在線提問等方式對知識進行及時思考和鞏固。隨著MOOC大學、超星泛雅平臺以及其他線上教學平臺等逐漸成熟，學生同時可以利用這些公共資源進行個性化的主動學習。

3.反客為主，組建討論式課堂

傳統的教學中教師是課堂的主體，教師是知識的傳授者，相對的學生是知識的接受者。這種方式往往使學生處于被動狀態，難以激發學生對知識的渴望和主動探索。因此通過分組討論，以前沿論文閱讀為任務，讓學生走上講臺開展專題知識的講解工作，從而使學生從被動接受者向主動學習和知識傳播的角色轉變。這樣還可以培養學生的自主學習能力、團隊精神、演講能力，而且還可以讓學生親身參與教學工作，體會教師備課的辛苦。

（二）實踐課程教學改革

作為新工科專業，實踐課程是培養學生專業技能和創新能力的重要途徑。但是由于實踐課程通常以經典的實驗手冊為指導，會導致學生能力的培養與社會需求相脫節，從而使得學生畢業后難以適應工作崗位的需求。為此，本文提出實踐課程應從以下幾個方面進行改革：

1.以比賽激發學生的探索欲

每年與人工智能相關的專業競賽有許多，鼓勵學生積極組隊參與比賽是幫助學生快速成長的重要途徑。尤其是“互聯網+”大學生創新創業大賽這樣的國家比賽，不僅要求學生具備一定專業基礎知識和動手能力，而且還能夠鍛煉學生創新創業能力和團隊組織能力。通過比賽榮譽為牽引，使學生在強烈的好勝心和榮譽感的號召下自發的鍛煉自己的實踐能力和開闊了眼界。

2.校企聯合培養

企業的需求決定了學生能力培養的目標，只有讓學生走進企業才能真正地了解行業現狀，才能得到真正的能力鍛煉和提升。一般本科院校的授課教師很少具有企業鍛煉經歷，無法從企業項目開發的角度為學生設計實踐課程教案。所以校企合作是讓學生進企業鍛煉，也是要送教師進企業進行學習，同時也要將企業中的技術專家請進課堂為學生授課。嵌入式培養方式是實現校企聯合培養的最佳實踐途徑之一，通過嵌入式培養可以讓企業導師直接指導學生參與企業項目，從而能快速提升學生的專業技能和積累豐富的項目經驗。

四、結語

人工智能專業是一門新興學科，其教學內容伴隨著社會經濟的發展而不斷豐富。本文針對目前人工智能專業課程中存在的顯著特點以及教學過程存在的不足進行總結，并從理論課程和實踐課程兩個方面的提出一些行之有效的教學改革措施。但是人工智能專業課程改革的發展還需廣大任課教師一起繼續探索和實踐，同時也要從教學大綱設定、師資隊伍培養、激勵政策等頂層設計方面著手改革，才能使人工智能專業發展適應社會經濟對科技人才的需求。

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基金項目：本文系國家自然科學基金（項目編號：71901215）到 研究成果;江蘇省高等學校自然科學研究面上項目（項目編號：20KJB413003）的研究成果;2019年江蘇省高等教育教改研究立項課題，（項目編號：2019JSJG573）的研究成果。

作者簡介：劉瀏（1988—），男，漢族，江蘇省宿遷市，博士研究生，宿遷學院信息工程學院，講師，主要研究方向：人工智能、自然語言處理、信息安全高等院校教育教學改革研究等。