基于OBE 理念的人工智能程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革研究

陳 濱，朱 蓉，鄧瀏旸

（嘉興學(xué)院 數(shù)理與信息工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

0 引 言

我國于2018 年發(fā)布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)明確指出產(chǎn)出導(dǎo)向（outcome-based education，OBE）為我國高等教育發(fā)展的三大基本原則之一。OBE 理念的核心為：以學(xué)生為主體，以成果為驅(qū)動[1]。同時(shí)，該理念要求人才培養(yǎng)方案、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等能夠主動對接社會發(fā)展，切實(shí)提高人才培養(yǎng)的目標(biāo)達(dá)成度、社會適應(yīng)度和結(jié)果滿意度等[2-3]，特別是在人工智能相關(guān)專業(yè)教學(xué)中，人工智能程序設(shè)計(jì)類課程要求更加關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中取得的關(guān)鍵成果，并根據(jù)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行“因材施教”[4]。

1 人工智能程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)現(xiàn)狀

（1）教學(xué)內(nèi)容單一，缺乏以學(xué)生為主體的差異化教學(xué)設(shè)計(jì)。人工智能程序設(shè)計(jì)類課程目前仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式[5]，并沒有以學(xué)生為主體進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的差異化設(shè)計(jì)。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容更新速度緩慢，難以滿足企業(yè)對相關(guān)專業(yè)人才的需求。

（2）教學(xué)方式不夠靈活，難以滿足課程教學(xué)和高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才培養(yǎng)的要求。目前人工智能程序設(shè)計(jì)類課程主要授課方式以教師講課為主，學(xué)生在聽課過程中交流互動較少，容易導(dǎo)致注意力渙散、對課程不感興趣等問題[6]。

（3）實(shí)驗(yàn)平臺有待完善，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和企業(yè)工程項(xiàng)目需求存在一定脫節(jié)。許多高校該類課程實(shí)驗(yàn)平臺尚未完全建立，不少實(shí)驗(yàn)課程采用臨時(shí)開設(shè)的方式，無法進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。課程實(shí)訓(xùn)一般以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往較簡單，和企業(yè)工程項(xiàng)目需求存在一定脫節(jié)，與企業(yè)實(shí)際需求契合度低。

（4）課程考核評估方式較單一，以試卷形式為主。目前人工智能程序設(shè)計(jì)類課程考核評估方式仍以試卷形式居多，此類方式難以全面、有效地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，特別是學(xué)生在解決實(shí)際工程問題方面的能力，如不同軟件開發(fā)環(huán)境的適應(yīng)能力、自主學(xué)習(xí)查資料的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。

（5）教學(xué)模式缺乏持續(xù)改進(jìn)。該類課程現(xiàn)有教學(xué)模式很少針對以往的課程考核評估分析結(jié)果和學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度的不同而進(jìn)行反思和總結(jié)，以優(yōu)化后續(xù)的教學(xué)設(shè)計(jì)，并通過持續(xù)改進(jìn)的方法提升教學(xué)效果。

2 基于OBE理念的人工智能程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革

基于OBE 理念的人工智能程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革方案見圖1。該方案基于OBE 理念，以學(xué)生為主體，在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮不同類型學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的差異性，進(jìn)行“因材施教”，并采用“一課雙師”的模式，在課程考核評估環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行差異化考核。課程教學(xué)改革方案還對教學(xué)方式設(shè)計(jì)、學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)制訂等進(jìn)行閉環(huán)反饋與優(yōu)化，達(dá)到持續(xù)改進(jìn)的目的。在該教學(xué)改革模式下，教師業(yè)務(wù)水平和課堂教學(xué)效果可以得到有效提升，同時(shí)可以進(jìn)一步提高課程教學(xué)與企業(yè)需求的契合度，在一定程度上可以促進(jìn)我國新工科的發(fā)展。

圖1 基于OBE 理念的人工智能程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革方案

2.1 以學(xué)生為主體的差異化教學(xué)設(shè)計(jì)

在以學(xué)生為主體的差異化教學(xué)設(shè)計(jì)中，學(xué)生可以根據(jù)自身情況選擇不同類型的學(xué)習(xí)目標(biāo)，有利于教師真正做到“因材施教”。將人工智能程序設(shè)計(jì)類課程學(xué)習(xí)目標(biāo)分為三大類：理解基礎(chǔ)知識（圖1 中學(xué)習(xí)目標(biāo)A）、簡單程序?qū)崿F(xiàn)（圖1中學(xué)習(xí)目標(biāo)B）、企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)（圖1 中學(xué)習(xí)目標(biāo)C）。上述3 類課程學(xué)習(xí)目標(biāo)難度逐漸增大，以Python 程序設(shè)計(jì)課程為例，學(xué)習(xí)目標(biāo)A 要求學(xué)生掌握課程基本知識點(diǎn)，包括其基本語法、序列、字典、元組、內(nèi)置對象等基本元素、控制語句、函數(shù)、對象、部分常用標(biāo)準(zhǔn)庫等；學(xué)習(xí)目標(biāo)B 則在A 的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生掌握擴(kuò)展庫，并能夠針對簡單的案例，用人工智能的思維編程實(shí)現(xiàn)；學(xué)習(xí)目標(biāo)C 則在學(xué)習(xí)目標(biāo)B 的要求上，針對具體的企業(yè)級應(yīng)用案例，和企業(yè)教師一起進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。其他人工智能程序設(shè)計(jì)類課程，如基于Java 語言、R 語言、Julia 語言等[7-8]，也可將學(xué)習(xí)目標(biāo)分為A、B、C 3 類，并根據(jù)相應(yīng)內(nèi)容作出簡單調(diào)整。

在制訂不同課程學(xué)習(xí)目標(biāo)后，根據(jù)相應(yīng)類別制訂教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)和考核目標(biāo)一一對應(yīng)，分為A、B、C 3 類，必要時(shí)可根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)制訂情況進(jìn)行微調(diào)。在得到教學(xué)目標(biāo)后，對教學(xué)計(jì)劃、課程作業(yè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等以學(xué)生為主體進(jìn)行差異化的教學(xué)設(shè)計(jì)，促使學(xué)生達(dá)到自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如在Python程序設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，A、B、C 3 類學(xué)習(xí)目標(biāo)對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容差異較大，A 類學(xué)習(xí)目標(biāo)以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，包括基本元素、對象、控制語句的定義使用等；B 類學(xué)習(xí)目標(biāo)在A 類的基礎(chǔ)上，能夠完成簡單的案例應(yīng)用，如基于TensorFlow 的數(shù)字手寫體圖像識別等；C 類學(xué)習(xí)目標(biāo)則要求在企業(yè)導(dǎo)師帶領(lǐng)下，能夠和項(xiàng)目開發(fā)小組一起開發(fā)完成企業(yè)級應(yīng)用案例。

以學(xué)生為主體的差異化教學(xué)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)期末教學(xué)效果對后續(xù)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)制訂進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到持續(xù)改進(jìn)的目的。課程學(xué)習(xí)目標(biāo)分類，夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)習(xí)主動性、解決問題和創(chuàng)新能力的提高，特別是新工科背景下，以學(xué)生為主體的差異化教學(xué)設(shè)計(jì)，能夠培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力，使課程教學(xué)與企業(yè)實(shí)際需求更加契合。

2.2 “一課雙師”的混合教學(xué)模式

為提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，本文提出的教學(xué)改革方案引入“一課雙師”混合教學(xué)模式，并對其進(jìn)行改進(jìn)，具體如下。

（1）共同制訂教學(xué)大綱。以往“一課雙師”教學(xué)模式在教學(xué)大綱制訂時(shí)，企業(yè)教師一般只參與實(shí)驗(yàn)或?qū)嵱?xùn)內(nèi)容的制訂，對理論課大綱參與較少[9]。但在實(shí)際應(yīng)用中，需要課程理論聯(lián)系工程實(shí)際，故在制訂教學(xué)大綱時(shí)，企業(yè)教師全程參與，特別是理論教學(xué)中代碼示例部分，主要由企業(yè)教師負(fù)責(zé)完成。為了便于企業(yè)教師開展教學(xué)工作，在教學(xué)計(jì)劃編排時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合企業(yè)教師工作時(shí)間的特點(diǎn)，盡量將課程與企業(yè)教師工作時(shí)間錯(cuò)開，并根據(jù)實(shí)際選課情況，開展課程集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

（2）理論課程校內(nèi)教師為主，實(shí)訓(xùn)課程企業(yè)教師為主。校內(nèi)教師以講授課堂理論基礎(chǔ)為主，并負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)目標(biāo)A 類學(xué)生的實(shí)驗(yàn)類課程。企業(yè)教師負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)目標(biāo)B 類學(xué)生的實(shí)驗(yàn)類課程，并給C類學(xué)生講授高階編程技巧，帶領(lǐng)學(xué)生一起完成企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)。

在開展“一課雙師”混合教學(xué)模式時(shí)，需要有一定的軟硬件條件支撐，主要分為課程體系建設(shè)、運(yùn)行制度、管理方式和激勵(lì)措施建設(shè)幾方面。課程體系建設(shè)時(shí)可以通過項(xiàng)目化的方法處理，注重課程形式多樣化、微型化的引導(dǎo)，并在課堂教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目小組、圓桌會議式授課等形式。運(yùn)行制度和管理方式要以項(xiàng)目驅(qū)動的課堂教學(xué)方式為基礎(chǔ)，雙方建立深度合作，并逐步完善考核標(biāo)準(zhǔn)、工作量劃分標(biāo)準(zhǔn)和激勵(lì)措施，鼓勵(lì)教師到企業(yè)中進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，提升教師的業(yè)務(wù)水平。

2.3 基于OBE 理念的考核評價(jià)方式改革

人工智能程序設(shè)計(jì)類課程考核方式根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)的不同，同樣可分為A、B、C 3 種。上述考核評價(jià)主要內(nèi)容分為基礎(chǔ)理論分、出勤實(shí)踐分、能力加分項(xiàng)3 部分，具體分值占比和各部分難易程度見表1。表中基礎(chǔ)理論分主要根據(jù)期末在線測試平臺成績計(jì)算所得；出勤實(shí)踐分指平時(shí)出勤情況和不同類型的實(shí)驗(yàn)完成情況，其中出勤占總成績的10%；能力加分項(xiàng)主要根據(jù)學(xué)生實(shí)際工程項(xiàng)目完成情況進(jìn)行打分，各題型難易程度依次為難、中等、一般、簡單。理論基礎(chǔ)分部分考核方式主要通過在線測試平臺完成，該平臺具備自動組卷、自動計(jì)分、成績統(tǒng)計(jì)、代碼查重等功能，由合作企業(yè)和學(xué)校共同提供平臺的軟硬件支持。出勤分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)引入基于人臉識別的智能簽到系統(tǒng)，其給出的出勤分真實(shí)可靠。能力加分項(xiàng)則在教師打分的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)成員小組互相打分和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目總結(jié)匯報(bào)打分進(jìn)行綜合評定。

由表1 可知，考核評價(jià)方式A、B、C 對應(yīng)的題型難度逐漸增加，工程實(shí)踐和能力加分項(xiàng)占比也逐漸增加。為防止學(xué)生由于惰性而全部選擇A 類學(xué)習(xí)目標(biāo)，在考核評價(jià)方式B、C 通過后，根據(jù)其總分，頒發(fā)由企業(yè)教師所在公司出具的人工智能程序設(shè)計(jì)能力證書，相應(yīng)也分為兩種等級，而考核評價(jià)方式A 則無此證書。通過上述考核激勵(lì)方式，可以有效引導(dǎo)學(xué)生選擇B 類、C類學(xué)習(xí)目標(biāo)，有助于提升工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，使其成為高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才[10]。

表1 基于OBE 理念的考核評價(jià)方式 %

2.4 持續(xù)改進(jìn)的反饋機(jī)制

基于OBE 理念對學(xué)生不同類型的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行考核評價(jià)后，使用課程目標(biāo)達(dá)成度對教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)。同時(shí)，通過以下3 方面對整個(gè)教學(xué)方案進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，形成閉環(huán)反饋機(jī)制。

（1）優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)制訂。在制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，要以學(xué)生為主體進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，將學(xué)習(xí)目標(biāo)分為A、B、C 3 類。當(dāng)課程再次開課制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，需要將課程目標(biāo)達(dá)成度和學(xué)生整體情況有機(jī)結(jié)合，努力優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)制訂，使學(xué)習(xí)目標(biāo)更加科學(xué)、合理，從而促使教學(xué)效果的進(jìn)一步提升。

（2）持續(xù)改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)。本文根據(jù)課程目標(biāo)達(dá)成度，持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，并對教學(xué)目標(biāo)和考核評價(jià)方式進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。從而使授課方式更加高效、教學(xué)內(nèi)容更加豐富實(shí)用、教學(xué)進(jìn)度安排更加合理，有助于學(xué)生對相關(guān)知識的掌握，從而不斷提高學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，促使其成為具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。

（3）促進(jìn)教師業(yè)務(wù)水平提升。根據(jù)課程目標(biāo)達(dá)成度和教學(xué)過程中的體會和感悟，促使校內(nèi)教師和企業(yè)教師在教學(xué)過程中不斷反思，找到問題的根源，堅(jiān)持持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化，從而有效促進(jìn)教師業(yè)務(wù)水平的提升，特別是對青年教師的成長起著重要促進(jìn)作用。

3 結(jié) 語

基于OBE 理念的人工智能程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革方案以學(xué)生為主體，進(jìn)行差異化教學(xué)設(shè)計(jì)，采用“一課雙師”的混合教學(xué)模式，基于OBE 理念對考核評價(jià)方式進(jìn)行改革，并通過頒發(fā)能力證書的方式引導(dǎo)學(xué)生更加注重工程能力的培養(yǎng)，最后引入持續(xù)改進(jìn)的反饋機(jī)制對整個(gè)教學(xué)方案進(jìn)行優(yōu)化。教學(xué)改革方案已在學(xué)校Python 課程教學(xué)中逐步開展實(shí)踐，并取得了良好成效。其中，Python 課程軟硬件教學(xué)平臺由學(xué)校教育部和中興通訊ICT 產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地提供支持。該教改方案不僅能夠有效提升教學(xué)效果，提高課程教學(xué)與企業(yè)需求的契合度，還能夠促進(jìn)教師業(yè)務(wù)水平的提升。與此同時(shí)，該教改方案有助于學(xué)生工程能力、創(chuàng)新思維能力和科學(xué)精神的培養(yǎng)，對我國新工科的發(fā)展起著促進(jìn)作用。