新工科教育改革中的人工智能課程建設思考①

金婕，王春媛，袁天夫，陳益平

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?在新工科教育改革中，針對融合多學科的人工智能課程，提出了基于創新的實驗開發與翻轉課堂的教學模式，實現破除“學科壁壘”“專業藩籬”和“師生淡漠”，旨在提高學生工程創新能力的課程建設思路。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?新工科教育改革;人工智能;翻轉課堂

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2018）27-0014-01

一、引言

隨著一個名為“阿爾法狗”（AlphaGo）的人工智能計算機程序戰勝了世界上最頂尖的圍棋選手，人工智能又一次在人類歷史上掀起的一股科技創新的熱潮。其中，人才，尤其是工科人才，是科技創新的主體。而我國擁有世界范圍內規模最大的工程教育，其中高校工科在校生占在校生總數的1/3，人數高達538萬人。因此，如何將這些工科大學生培養成適合科技創新發展的人才，成為高等教育面臨的“巨大挑戰”。為此，我國在2017年6月，發起了“新工科”高等教育的系列研討會，分別被稱為“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”。這些綱領性文件指出，要注重“大數據、云計算、物聯網、人工智能、集成電路等11類新產業對卓越工程科技人才的需求狀況及變化趨勢”。而人工智能課程正是一門跨多學科的課程，這門課程以創新創業的項目為導向，取代無法有效對接現實世界問題的傳統課程，贏得學生的興趣，把學生培養成為可創造性解決現實問題的“科技人才”，將是人工智能課程建設的目標。

二、“新工科”——人工智能課程建設

“新工科”教育改革的核心思想是打破“學科壁壘”“專業藩籬”“本研隔斷”“校企隔閡”和“師生淡漠”，適應時代變化和產業升級，旨在提高學生適應變化能力與工程創新能力為目標的教育改革。因此本文針對新工科教育改革中的人工智能課程建設進行了深入的思考。

（一）課堂教學內容優化

人工智能是理論性強又抽象的課程。基礎部分主要包括人工智能的定義與發展、確定性推理、非經典推理、智能計算等部分，其中包含了大量的算法和概率論的內容。最新的進展包括機器學習、專家系統、自動規劃和自然語言理解等內容。從課堂內容可以發現，人工智能對學生的數學基礎要求較高，學習難度大。因此，如何合理安排教學內容將基礎理論與最新進展相結合、理論學習與創新實驗相結合以及如何選擇合理的教材或自主編寫教材，是亟待解決的問題。

（二）創新實驗的開發

人工智能是一門跨多學科的課程，在傳統的教學中由于缺乏較好的案例，造成整體學習效果不理想。采用prolog語言和專家系統作為實驗語言和對象，這對教學是遠遠不夠的，缺少真正的多學科融合，很難激發學生的創造性。而現實生活中，人工智能已經和多個領域相結合，比如與自動駕駛相結合，產生了谷歌、特斯拉、蘋果等一大批自動駕駛汽車。因此在創新實驗設計時，需要充分利用現有資源，比如TensorFlow，Torch，Caffe等開源框架，開發一些可視性強，富有創造力，與實際相結合的項目。目前，我校在進行相關課程建設時，不僅結合了最新的開源框架，同時結合了Xilinx公司的PYNQ開發板，讓學生能夠在進行人工智能項目開發時，融合軟件設計、操作系統、深度學習算法和FPGA設計等多學科的知識，激發學生的學習興趣和創造力。

（三）“翻轉課堂”的應用

由于人工智能的課程難度較高，因此，教師在教學過程中，需要把更多的工作和時間留給學生，讓學生多利用課外的時間去完成項目的設計與實踐。按照中國的古話“師傅領進門，修行在個人”。所以，教師在課堂教學過程中，以項目為引領，由淺入深，引領學生入門，同時建立有效的溝通渠道，讓教師和學生打破壁壘，共同進步。

三、結語

新工科教育改革是在中國創新經濟戰略驅動下的重要一步，作為高校的老師應該積極地參與其中。本文對人工智能課程建設的思考，主要針對創新實驗開發與創新教學模式兩方面，目標是要激發學生的學習興趣，讓他們能夠在創新驅動的時代成為不可或缺的人才。

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