新工科背景下人工智能专业课程教学改革的探索

刘浏 高采

摘要：人工智能专业是为了适应我国信息现代化快速发展而开设的新工科专业，其课程的核心在于培养具有AI理论基础和实践能力的专业人才。文章在分析现有专业课程教学过程中存在的不足，立足于本专业课程特点和专业人才培养目标提出在新工科背景下人工智能专业教学改革方案。该方案包括了课堂教学内容和教学手段、课后实践的方式以及专业教师队伍建设等多个方面。

关键词：新工科;教学改革;人工智能

一、绪论

随着信息技术的快速发展，人工智能技术正在逐步成为促进社会经济发展的新引擎。尤其是近年来，人工智能技术已经覆盖了全行业，从智能家电到智慧城市，从自动驾驶到工业4.0，人工智能正在渗透到社会经济生活的每一个角落。2017年7月，国务院发布《新一代人工智能发展规划》，标志着发展人工智能成为我国的国家战略。为了落实该通知，2018年教育部印发了《高等学校人工智能创新行动计划》。该计划对人工智能技术人才培养提出了加强人工智能领域学科和专业建设、加强人工智能领域人才培养、构建人工智能多层次教育体系等三方面要求。同时计划提出包括坚持创新引领，坚持科教融合、坚持服务需求、坚持军民融合等基本原则。由此可以发现，地方高校开设人工智能专业的教育目标和教育手段已经与传统学科具有巨大的不同，它更加注重创新能力的培养，强化高校与地方政府、企业以及科研院所之间的合作。

人工智能专业是典型的新工科，该专业发展与互联网技术及其应用的成熟有着密切的联系。这就决定了人工智能专业具有知识更新速度快，传播手段主要依靠网络以及实用性强等特点。但是目前人工智能专业与传统工科专业使用基本相同的教学策略，知识教授的途径还是以线下课堂集中教学为主，知识的来源依旧是依靠传统的纸质书籍，考核目标重点仍旧集中在基础的理论知识的上面。上述情况严重制约了人工智能专业的发展，难以实现其人才培养目标。为此本文，通过深入研究现阶段人工智能专业发展中面临的困境，对人工智能理论教学、实践能力培养以及教师队伍培养等多个方面进行探索与研究。

二、人工智能专业教学面临的困境

人工智能专业课程本科教学面临的困境主要由其专业知识覆盖面广、内容以抽象的算法为主、算法的迭代速度快等特点决定的。知识覆盖面广不仅是因为该专业的理论基础涉及线性代数、概率论、图论、图像图形学等多科专业知识，而且其属于典型的交叉学科涉及的研究方向十分的宽泛，比如图像处理、信息抽取、机器翻译、生物信息学等。这就导致如果要掌握人工智能专业的所有课程，就要了解多种不同领域的知识，并且这些知识存在差异性较大。内容以抽象的算法为主，是指人工智能发展史相对较短，其主要依赖于算法模型不断发展。通常这些枯燥的算法以复杂的数学理论为基础，这就导致学习过程更像是综合大部分数学课程的复习。算法迭代速度快是指算法不停演变，并且演变的过程远比知识传授的过程要快。尤其是近些年，GPU、NPU以及高性能计算设备的发展大幅提高计算机的数据处理性能，是的深度学习模型及其应用得到了快速发展。由于这些特点的存在，使得基于经典课本知识的传统教授模式无法适应人工智能专业的发展需求，尤其是对于没有接受过相应系统训练的本科学生而言，课程内容难度加大，学业压力增强，容易产生厌学心理和自卑心理。这就对人工智能专业课程的教师提出了更高的要求。

三、人工智能专业教学改革举措

（一）理论课程教学改革

专业理论课程教学以课堂教学为主，是学生掌握本专业课程基本知识重要途径，也是教师与学生进行交流的中主要的途径之一，因此探索具有高效的理论教学模式和教学手段是保证教学质量的重要手段。本文针對教学过程的不同环节，提出了多种教学模式以提高理论课程的效率。

1.与时俱进，案例牵引

针对人工智能知识更新快，知识点枯燥的特点，这就要求教师在备课时不能仅对经典课本知识进行研究，需要从网络中寻找知识来源和案例来源。通过对前沿科技的研究，不仅能够是教师更为透彻掌握课本知识，开阔教学视野，还能够让其掌握最新的科研动态，为学生今后的学习方向提供指导。增加课堂的趣味一直是理工科教学的一大难点，因此选择生动贴切的教学案例是活跃课堂气氛的关键。教师以学生的视角出发，从网络寻找能够贴近学生生活的案例为切入点进行课堂知识引入和思政教育。

2.线上线下混合式教学

线下面对面教学的时间是有限的，尤其是对于新教授人工智能专业课程的教师很难在这有限的时间内实现理想的教学效果。同时为了帮助学生课前预习和课后温习功课，使用线上线下混合式教学方式最为有效。教师能够通过视频剪辑、ps特效等手段实现视频教学内容的丰富性和连贯性，并且通过设置断点答题的方式了解学生对知识掌握程度。同时学生也可以随时暂停、回放以及在线提问等方式对知识进行及时思考和巩固。随着MOOC大学、超星泛雅平台以及其他线上教学平台等逐渐成熟，学生同时可以利用这些公共资源进行个性化的主动学习。

3.反客为主，组建讨论式课堂

传统的教学中教师是课堂的主体，教师是知识的传授者，相对的学生是知识的接受者。这种方式往往使学生处于被动状态，难以激发学生对知识的渴望和主动探索。因此通过分组讨论，以前沿论文阅读为任务，让学生走上讲台开展专题知识的讲解工作，从而使学生从被动接受者向主动学习和知识传播的角色转变。这样还可以培养学生的自主学习能力、团队精神、演讲能力，而且还可以让学生亲身参与教学工作，体会教师备课的辛苦。

（二）实践课程教学改革

作为新工科专业，实践课程是培养学生专业技能和创新能力的重要途径。但是由于实践课程通常以经典的实验手册为指导，会导致学生能力的培养与社会需求相脱节，从而使得学生毕业后难以适应工作岗位的需求。为此，本文提出实践课程应从以下几个方面进行改革：

1.以比赛激发学生的探索欲

每年与人工智能相关的专业竞赛有许多，鼓励学生积极组队参与比赛是帮助学生快速成长的重要途径。尤其是“互联网+”大学生创新创业大赛这样的国家比赛，不仅要求学生具备一定专业基础知识和动手能力，而且还能够锻炼学生创新创业能力和团队组织能力。通过比赛荣誉为牵引，使学生在强烈的好胜心和荣誉感的号召下自发的锻炼自己的实践能力和开阔了眼界。

2.校企联合培养

企业的需求决定了学生能力培养的目标，只有让学生走进企业才能真正地了解行业现状，才能得到真正的能力锻炼和提升。一般本科院校的授课教师很少具有企业锻炼经历，无法从企业项目开发的角度为学生设计实践课程教案。所以校企合作是让学生进企业锻炼，也是要送教师进企业进行学习，同时也要将企业中的技术专家请进课堂为学生授课。嵌入式培养方式是实现校企联合培养的最佳实践途径之一，通过嵌入式培养可以让企业导师直接指导学生参与企业项目，从而能快速提升学生的专业技能和积累丰富的项目经验。

四、结语

人工智能专业是一门新兴学科，其教学内容伴随着社会经济的发展而不断丰富。本文针对目前人工智能专业课程中存在的显著特点以及教学过程存在的不足进行总结，并从理论课程和实践课程两个方面的提出一些行之有效的教学改革措施。但是人工智能专业课程改革的发展还需广大任课教师一起继续探索和实践，同时也要从教学大纲设定、师资队伍培养、激励政策等顶层设计方面着手改革，才能使人工智能专业发展适应社会经济对科技人才的需求。

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基金项目：本文系国家自然科学基金（项目编号：71901215）到 研究成果;江苏省高等学校自然科学研究面上项目（项目编号：20KJB413003）的研究成果;2019年江苏省高等教育教改研究立项课题，（项目编号：2019JSJG573）的研究成果。

作者简介：刘浏（1988—），男，汉族，江苏省宿迁市，博士研究生，宿迁学院信息工程学院，讲师，主要研究方向：人工智能、自然语言处理、信息安全高等院校教育教学改革研究等。