高等数学助力人工智能专业学生核心素养培养的路径研究

摘 要：通过研究高等数学助力人工智能专业学生核心素养培养路径，分析实施过程中面临的缺陷与难题，从而形成行之有效的培养路径，提高核心素养培养效果，并将核心素养培养划分为两个层面，即基础理论层面与校企合作实践层面，对学生的核心素养展开全面分析，使学生在高等数学的助力下、“课程思政”的教育下、校企合作的指导下，养成正确的价值观念，促进学生全面发展，实现立德树人的教育要求。

关键词：人工智能;核心素养;培养路径;课程思政

前言

人工智能逐渐成为全球布局的重要产业，人工智能企业的不断增加，人才需求也在不断扩大。如何培养高质量的人工智能人才是适应时代和智能产业发展的重要课题。数学虽然是门基础课，但是对于人工智能专业来说却尤为重要，利用数学理论知识对计算机人工智能科技化加以延伸，实现数学与人工智能的结合。所以作为人工智能专业的基础课老师，我们应该适应发展的新趋势，调整教学方法和设计以助力新的专业发展。

1、对接企业，整合教学内容，培养计算思维和模型构建能力

首先对企业进行了调研，向他们了解人工智能将来的工作岗位需要哪部分高等数学知识，然后对必要的知识进行简化整合，既要考虑课时的安排还要考虑到知识内容的涵盖。根据企业需求调研将高等数学课程分为两个大的模块：基础高等数学（微积分）和应用高等数学（线性代数部分、概率统计和最优化的线性规划），这些课程与人工智能专业无缝对接。

从企业调研中了解到，人工智能专业的工程师在解决问题时有特定的思考流程，面对一个大项目，首先将项目拆解成许多的小项目（拆解项目），接着找出项目间的关联性或规律性（模式识别），然后忽略部分不重要的条件，将项目简化（建立模型），针对建立的模型提供解决方案（算法实现），对采取的算法不断改进达到最优的效果（评估优化），最后也可以对现有的模型进行举一反三，进行迁移学习，把它运用到其它同类问题中（泛化应用）。

这个过程完全和我们数学所讲究的解决问题的过程类似，于是我们在数学课的授课过程中也按照这种思路进行，在解决实际问题的过程中加入人工智能基础软件（python、excel数据处理等）培养学生的计算思维、建模和算法实现的专业技能，让学生们具备人工智能工程师的思维方式。比方，我们在讲定积分的应用时，我们可以先引入一个实际问题，比方要求一个曲边梯形面积的时候，我们可以把这个面积拆分成小的面积（拆解项目），总面积是各个分割的和（模式识别），忽略掉不规则部分，以矩形代替（模型建立），矩形求和（算法实现），求极限是最终的最优结果（评估优化），这个求曲边梯形的面积的方法，可以推广到求曲线弧长、力做功等（泛化应用）。

2、实施“课程思政”三位一体教学，培养德育素养

对现有的授课单元进行重新设计，加入课程思政的切入点，每个单元进行发掘，让学生们在学好专业知识的同时，提升德育素养，人工智能工程师需要具备的团队合作、思维严谨、用勇于创新的科学家精神等。

（1）通过数学历史、数学家等文化背景的介绍，激发学生的探索科学的精神和爱国情怀。比方在讲《线性代数》时，矩阵的乘以及矩阵的逆运算时，我们可以引出密码学家王小云的故事，她用十年时间破解了两大国际密码，为保护国家信息系统安全发挥了极大作用。然后也可以让学生用我们学的知识简单对一句话进行加密，体会加密的思想。

（2）融入日常生活中的现象，激发学生更好地理解比较生涩的定义和公式，从而更好地应用。比方说我们在讲连续的定义表达式

表達式可以理解为我们自然想像中的植物生长，温度变化。也可以结合寓言故事“拔苗助长”的故事来说明，事物发展都有自身的规律，要遵循本质，不能急于求成。就和学习一样讲究的是持之以恒的连续性，不能三天打鱼两天晒网。

3、借助数学软件，帮助学生提高数学运算能力

在学习和将来的专业研究中，肯定不会局限于之前的动笔计算结果。我们更应该借助计算机实现快速准确的运算。而人工智能专业的学生在高等数学这学期就开始开设python这门课。所以我们在设计教学内容的时候，可以着重介绍一下python的Numpy包的强大科学运算功能，并且这门语言比之前的数学软件MATLAB更具有免费、开源和灵活等特点。因为学生已经具备python这门课的基础，我们只需要告诉学生实现函数表达、求极限、求导等知识的程序代码格式即可。然后布置小的单元作业，学生可以在晚自习的实践时间到机房上实现。

4、借助网络平台，开展第二课堂，拓展学生能力

在数学教学过程中，采取灵活多样的教学方法，借助信息化教学手段展示思政元素。利用“遇见数学、数苑”等微信公众号、智慧树、慕课这些平台以及教学课件，推送一些与教学内容相关的数学史、数学家、数学思想等数学背景知识，开展对学生的思政教育。丰富的背景知识可以让学生感受到数学的美妙和数学家勤奋探索的科研精神，让学生认识到数学对科学的推动作用。用数学家严谨踏实的钻研学习精神来激励学生树立严谨的科学观，脚踏实地，珍惜求学的好时光，迎难而上，学知识，长本领，将来做对社会、对国家有用的人才。同时通过这种方式激发学习兴趣，加强学生的创新能力和职业素养，有效的把“课上”与“课下”联系起来。另一方面，结合社团活动，让学习基础比较好的同学多参加一下社会活动，比方做一些社会问题的调研报告，利用他们学的专业课python进行数据采集和抓取，然后根据数据完成相应的报告。

总结

高等数学与人工智能专业的紧密结合，让学生们更深刻的体会到数学与人工智能的本质联系，校企合作的人工智能专业发展将帮助我们的基础课程实现突破性的改革，而我们课程的全面改革也必将会助力于人工智能的进一步发展。教学改革所达到的全方位育人效果，也必将受益于我们的学生。

参考文献：

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[4]沈卉卉.大数据环境下人工智能与大学数学教育相融合的创新教学研究[J]. 高等数学研究，2019（04）：113-115.

作者简介：

刘浩 （1981年-），女，汉，威海文登区，青岛职业技术学院，讲师，研究生，应用数学

基金项目：2021年山东省职业教育研究项目21SVE132：”高等数学助力人工智能专业核心素养培养的路径研究”