人工智能背景下的高等教育“新工科”建設探索

孔祥通 李艷麗 孔冠雨

（1.曲阜遠東職業技術學院，山東 濟寧 273100；2.青島澳海秋昆實業集團，山東 青島 266000）

在國內高等教育從弱向強的進程中，2016年習近平總書記在“全國的高校思想政治工作方面會議”上指出：“我們現在比多年之前倍加需要高等教育，科學文化理論和頂端員工也更加渴求。國家高層作出了加快建立世界優質大學和優質學科的戰略決定，目的是想要促進國內高層次教育發展的水平，增強理工科的優勢和實力。”教育相關部門也開展了一些研究討論活動，倡議盡量多的高層次學校積極創新工程類教育的“新思想”、學科類別的“新架構”、頂端人員培育的“新方式”、教育和教課的“優質量”和共同提高的“多體系”。目前國內的大環境發展步伐不斷提高與進步，就人工與智能高端人員的急需不斷增強，高層次教育相關單位實體應該增加儲備人工與智能和新的工科人員。但是，目前國內高層次教育單位對新的工科發展下人工與智能專業人員培養的層次還是停在摸索階段，高校可以創新加深考慮下新的工科發展下人工與智能專業人員培育體系，為國家各行業各領域培育一些適應社會需要的高精尖專業人員。

1 人工智能推動“新工科“建設”的意義

2017年7 月，國務院印發《新的一代人工與智能發展》，規劃里說，如果想把人工與智能教育的系統完美，就建立人工與智能科目。項管部門在《高層次學校人工和智能創新行動》中也指出，要多增加人工與智能行業專業化建設，加快推動“新工科”建立，促成“人工與智能+X+X”綜合認真培育創新模式。人工與智能正以最快節奏地步伐改變著我們的學習方式方法、教學的方式方法、思維的方式方法，還有平時處理解決問題的方法。人工與智能之前已從多個方面上對教育的課程系統提出了深層次討論。因此，教育部提出了“人工與智能+X+X”發展下的綜合專業培育新的目的，將有助于創新陳舊的教育教學學方式，創新教學方法，提升教學實踐，讓教育教學跟AI 深度融合并智能化高效化發展。主動合作人工智能，應用人工智能技術，構建跨學科課程體系，鼓勵交叉融合和工程實踐學習，對于新工科建設和AI 交叉學科建設，具有重要現實意義。

2 人工智能“新工科”的研究規劃

（1）構建人工智能+背景下的新工科前沿課程體系：人工智能本身是一個高度學科交叉的方向，包括計算機、自動化、數學、機械、哲學、心理學等多個學科方向。一般來講，需在已開設人工智能方面、機器類學習、數據挖掘類、虛擬現實類等課程基礎上，擴展個別其它的相關產業應用需要的前沿領域信息課程，研究設計人工智能+智慧醫療、人工智能+智能制造、人工智能+自動控制、人工智能+智能交通等新工科跨專業前沿課程體系，從三個層面開始人工智能+新的工科課程系統建立：首先開設人工智能+前沿通識課，普及智能學科知識;其次構建人工智能+跨學科工程實踐平臺，為不同專業提供大數據和人工智能實驗平臺支撐;最后開展人工智能+智慧醫療，人工智能+智能制造等高校優勢方向的新工科跨學科專業前沿課程，為推進跨學科交叉、融合的新工科課程體系建設打下基礎。

（2）探索人工智能+背景下的教學新模式、新方法：運用探索人工智能+新的教學方式方法，讓教師們改變陳舊、古板繁瑣的“教學”工作模式，這樣可以有相對多的精力去做別的，改變學術理論和工程信息實際相關聯的理論內容、改變陳舊的課堂方式方法，創新“培育人”，使得學生未來的潛能不落后于人工與智能的發展步伐。開發人工與智能的大數據輔導下的以學員為重點的新工科課程體系規劃，可以讓每個學生個性化、智能學習化的方式方法，不斷促進學員多學科的理論和實際的學習力量。借助人工智能、大數據的技術和工程信息教育教學實踐的不斷融合，促進項目需要，問題驅動課堂和理論內容，加強學員的自覺學習能力、工程實際操作能力和人工與智能思考的能力，也加快學生對未來智能時代職業的思考。

（3）打造人工智能+跨學科融合的工程實踐平臺：人工智能時代，必須轉向以學習者為中心的教學模式，智能化的學習方式和環境，適應和支持學習者走向工作崗位后的終生學習。例如，當前很多高校計算機專業的課程實踐環境大多還是傳統的單機式，而大型企業的實際研發環境早都是云化的多技術棧環境(分布式、集群、云服務、容器等)，剛畢業的學生進入大型企業工作還需要長時間的培訓。這就是傳統高等教育的一個典型弊病；打造項目驅動的主題式、模塊式學習的智能實踐平臺，在實踐平臺中的課程設計中，融合人工智能思維(數據驅動、問題驅動、迭代優化、終生學習等)和相關課堂理論內容進行相互融合、統一和優化，通過智能實踐平臺建設，為人工智能背景下的新工科課程體系建設提供實踐支撐。

3 創新課堂教學評價系統及課堂教學方法

（1）重新塑造課程的體系。依托新的工科發展，人工育智能專業理論系統變革要求變回人工育智能頂端人員培育的出發點，不斷細化人工育智能頂端人員的方向與理論支持。匯入國際前端、核心權威科學結果，掌握人工智能的技術領域體系和領域應用。

（2）變革探索教學。之前的教學匱乏，不能接受學員的自覺性和操作性，打破思維學習固化性，最終呈現上著課看手機、打游戲等狀態，阻礙人才培養。所以，只能以引導、前瞻、開放、融合、實踐性為指導，變革教育教學方式，運用“教師授課—分組議論—互動交流—相互的評定”的綜合式的方式方法，依托科學技術創新比賽促進實踐教學，加強創新權威性和操作性的學術型課堂，培育學員的理性化思維方式。

（3）連貫疏通課堂系統。用疑問去推動，用實體作為載體，把改變當成目標，連貫疏通“教學操作—培育—推動器—三創”的教育系統。通過教學實踐環節過程，系統化學研合作和教師隊伍建設，促使實際教學各步驟的管理;不斷創新教學方式、創新機制、整合資源，加強創新創業創造“三創”教學;在三創階段，借助大數據平臺，建立創業基地工廠，不斷創新;在創新創業步伐中，不突出創新創業弱，不以利益化為創新創業的目的，重視創新創業綜合素質精神的培育。

（4）夯實教師團隊。綜合性的人才培養新的工科發展下不斷需要多學科的教師力量，就會要涉及到人工智能的學科、地區、學校和教師等因素，多方面合作，鞏固師資隊伍建設。順應大數據和人工與智能專業綜合科目內涵，積極優化多學科教師力量;聯合地區地域優點和行業領域區位優勢，因材施教，引進優質教師;結合學校定位、人員培育目標和學科建設發展，多方位培育專業教師;結合專業教育新生態，積極引導教科研創現有師資轉型升級。

4 教師利用人工智能技術實現教學創新

智能診斷助力教師優化課堂教學。適應性學習系統、手寫板、智能閱卷等系統進入學校，為教師提供了對學生個體、小組、課外數據采集與分析的手段，教師利用數據分析結果，精準定位學生個性學習問題與班級的普遍問題，定位學員個性與共性薄弱點、聚集學生困難點，提升教師在課堂教學中解決學生學習問題的針對性與教學效率。

學習分析技術助力教師開展規模個性化教學，具備大數據學習分析功能的網絡學習空間的應用，對學生學習的精準畫像，使教師在精準掌握學情的基礎上，能夠有效組織翻轉課堂、小組合作學習、探究學習等學習活動。同時，學習分析技術正在加快網絡學習空間中以創新化發展為核心的動態學習狀態的發展，并引發實體學校動態走班制度的建立，實體學校與網絡學習空間相融合的動態學習組織發展，將使教師實施規模個性化教學成為現實。

課堂智能分析助力教師精準教研。集自然語言處理、計算機視覺、生物特征識別等技術的課堂教學智能分析系統的應用，實現了過程數據的伴隨性采集，匯聚課堂教學多維數據的智能分析能夠形成更加精準的教師課堂教學行為的可視化分析結果。跨校際、跨區域的教研活動，利用課堂教學智能分析系統的分析報告，結合教研員與優秀教師評價分析，為研修教師提供精準服務，研修教師進行深度學習，對提升研修效果與效率具有顯著作用。

智能學習系統助力教師提升教學質量。目前相對成熟的智能學習系統主要集中在智能語言學習方面。英語流利說、英語趣配音等一批利用自然語言處理技術開發的智能語言學習系統進入了教育領域，教師利用系統能夠支持學生的聽說訓練，特別是在面向農村教學點的專遞課堂中的應用，能夠彌補教師自身的能力缺陷。同時利用自然語言處理技術與AR/VR 相融合開發的藏、維雙語智能學習系統將為學生提供多通道的人機交互，提升國家通用語言的學習質量。

人工智能助力教師家校協同。人工與智能技術在家校協同中，正在改變家校教育分離、難以形成合力與協同監管的現狀。一些縣區在推動應用過程中，利用人工智能技術助力家校協同教育，利用智能校徽與體溫和人臉采集攝像機，無感采集學生體溫、運動量、行動軌跡等數據，協助教師與家長掌握學生健康狀況、安全信息、運動強度。要求學生閱讀課外書籍，并在每天規定時間內利用紙筆系統寫出讀后感，教師能夠及時進行點評，對培養學生的學習習慣、擴寬知識面等發揮了積極作用。