“人工智能+交通”課程建設(shè)與實(shí)踐方法研究

王朋 倪翠

【摘要】針對(duì)人工智能教學(xué)和交通行業(yè)需求相脫節(jié)、學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)以及傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)無法達(dá)到創(chuàng)新能力培養(yǎng)等問題。本課題建設(shè)自主學(xué)習(xí)為核心的實(shí)踐體系建設(shè)和綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)，探索實(shí)施人工智能+交通專業(yè)教育課程建設(shè)與實(shí)踐方法。遵循學(xué)生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的基本規(guī)律，以真實(shí)工作任務(wù)及工作過程為依據(jù)，整合優(yōu)化教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)更高水平的“教、學(xué)、做”一體化。

【關(guān)鍵詞】人工智能? 交通專業(yè)? 課程建設(shè)

【基金項(xiàng)目】山東交通學(xué)院本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目資助（NO.2020ZD10）。

【中圖分類號(hào)】G642;TP18-4? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）24-0118-02

近年來，由于機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析等人工智能領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的出現(xiàn)，人工智能正以前所未有的速度和趨勢蓬勃發(fā)展，人工智能應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，廣泛應(yīng)用于教育、安全、醫(yī)療和機(jī)器人等領(lǐng)域。人工智能技術(shù)越來越滲透到人們的生活，整個(gè)社會(huì)對(duì)人工智能人才的需求量也愈來愈大。因此，進(jìn)行人工智能課程建設(shè)、服務(wù)社會(huì)發(fā)展是大勢所趨[1]。我國高校人工智能專業(yè)建設(shè)起步較早。2003年，北京大學(xué)率先開設(shè)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，2003年至2011年，全國各大高校陸續(xù)新增了19個(gè)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)點(diǎn)，2012年至2016年新增15個(gè)，2017年新增19個(gè)，目前共有53所高校開設(shè)了智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。國家政策上也高度重視人工智能的發(fā)展，先后出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)指引人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃[2]。2018年8月，教育部公示了2018年度本科專業(yè)申報(bào)名單，其中包括智能科學(xué)與技術(shù)備案專業(yè)點(diǎn)100個(gè)，人工智能工程備案專業(yè)點(diǎn)49個(gè)。此外，還有38所高校申報(bào)人工智能專業(yè)點(diǎn)。人工智能相關(guān)專業(yè)點(diǎn)申報(bào)呈現(xiàn)井噴趨勢，人工智能專業(yè)建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期[3-4]。

以山東交通學(xué)院為例，為了積極適應(yīng)社會(huì)發(fā)展形勢，深化人才培養(yǎng)模式改革，2018年，我校成立人工智能學(xué)院，面向全校一年級(jí)理工類本科專業(yè)開設(shè)《人工智能基礎(chǔ)》課。同時(shí)，信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院決定在2018級(jí)學(xué)生中探索實(shí)施優(yōu)秀學(xué)生“卓越計(jì)劃”，遴選62名一年級(jí)優(yōu)秀學(xué)生組建人工智能“卓越計(jì)劃”創(chuàng)新班。2019年，我校建設(shè)了人工智能機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。2020年，我校印發(fā)了《學(xué)校加快發(fā)展“人工智能+交通”綜合改革實(shí)施方案》，提出要主動(dòng)推進(jìn)交通領(lǐng)域人工智能的人才培養(yǎng)與科技創(chuàng)新。該實(shí)施方案具體提出五個(gè)建設(shè)目標(biāo)，其中，在學(xué)科專業(yè)建設(shè)方面和人才培養(yǎng)方面，要求規(guī)劃建設(shè)“人工智能+交通”實(shí)驗(yàn)室與實(shí)踐教學(xué)基地，進(jìn)一步優(yōu)化“人工智能+”課程體系。具體到信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院，則要求建設(shè)人工智能課程體系，系統(tǒng)培養(yǎng)人工智能專業(yè)人才。因此，在現(xiàn)階段探索人工智能+交通專業(yè)課程建設(shè)與實(shí)踐方法研究，具有非常重要的意義和價(jià)值，也十分符合我校實(shí)際發(fā)展需求。

一、人工智能+交通專業(yè)課程建設(shè)的主要問題

（一）人工智能教學(xué)和交通行業(yè)需求相脫節(jié)。教師對(duì)學(xué)生預(yù)備知識(shí)和學(xué)習(xí)興趣掌握不夠，對(duì)交通行業(yè)和人工智能知識(shí)體系的需求不夠了解。如何設(shè)計(jì)課程建設(shè)方法提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如何設(shè)計(jì)符合交通行業(yè)實(shí)際應(yīng)用的教學(xué)場景，使學(xué)生將人工智能課程模塊的主要內(nèi)容與所學(xué)專業(yè)相結(jié)合，有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)踐積極性，培養(yǎng)學(xué)生的理論認(rèn)知與應(yīng)用能力，需要進(jìn)一步探討和研究。

（二）學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。教學(xué)過程中，大部分采用的是以教師講授為主的教學(xué)模式，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，在學(xué)習(xí)的過程中缺乏獨(dú)立思考的能力。并且人工智能+交通專業(yè)需要多門相關(guān)課程的支撐，若學(xué)生先導(dǎo)知識(shí)不足，會(huì)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。如何在實(shí)踐過程中鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，以及面向過程的管理方式方法等能力，也非常重要。

（三）傳統(tǒng)實(shí)踐課程實(shí)踐通常采用常規(guī)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)方式，且大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)生缺乏積極性，不利于學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。如何解決目前交通行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題，如智慧交通、智能推薦等。如何有效地將最新應(yīng)用案例嵌入課堂內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，也是值得我們深入思考的問題。

二、人工智能+交通專業(yè)課程建設(shè)與實(shí)踐方法

（一）人工智能+交通專業(yè)課程內(nèi)容建設(shè)

將機(jī)器學(xué)習(xí)引入交通專業(yè)。主要講述與機(jī)器學(xué)習(xí)的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，并闡述有關(guān)領(lǐng)域的基本概念與發(fā)展過程。學(xué)習(xí)不同種類型的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，包括監(jiān)督學(xué)習(xí)（參數(shù)/非參數(shù)算法、K-近鄰算法、樸素貝葉斯算法、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）和無監(jiān)督學(xué)習(xí)（聚類、主成分分析法、降維、深度學(xué)習(xí)等）。同時(shí)，結(jié)合專業(yè)背景、時(shí)代特征，在學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上，介紹智慧交通、智能推薦等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，讓學(xué)生了解機(jī)器學(xué)習(xí)的理論知識(shí)在交通領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用案例。

調(diào)研我校交通相關(guān)專業(yè)，如交通物流、交通土建、軌道交通、汽車工程等專業(yè)，科學(xué)分析不同專業(yè)的學(xué)生特征和企業(yè)需求，加強(qiáng)人工智能+交通專業(yè)課程建設(shè)內(nèi)容研究。通過問卷調(diào)查、訪談等多種方式，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)習(xí)需求進(jìn)行認(rèn)真研究與剖析，進(jìn)一步掌握學(xué)生的預(yù)備知識(shí)、學(xué)習(xí)規(guī)劃和感興趣點(diǎn)，有針對(duì)性的為學(xué)生推送學(xué)習(xí)資料。在培養(yǎng)過程中，結(jié)合我校學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)以及人工智能在交通行業(yè)的最新技術(shù)、工程案例和企業(yè)需求，建設(shè)接近現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐場景，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（二）以自主學(xué)習(xí)為核心的實(shí)踐體系建設(shè)

積極探索MDP課程建設(shè)模式，即課前MOOC、課上Discuss、課后Project。在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，學(xué)習(xí)成為無時(shí)不可、無地不可的事情，學(xué)生只有連接網(wǎng)絡(luò)就可以學(xué)習(xí)，不必完全依賴課堂和書本，真正實(shí)現(xiàn)時(shí)空上的自由。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與線上學(xué)習(xí)，不僅局限于我校開設(shè)的人工智能MOOC，也要學(xué)習(xí)中國大學(xué)MOOC、智慧樹等多個(gè)平臺(tái)上的相關(guān)課程，多方面綜合獲取知識(shí)，以在線課程等方式構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的教育理念和模式，有效滿足學(xué)生個(gè)性化和多樣化的學(xué)習(xí)需求。

課程內(nèi)容講授時(shí)，由相關(guān)案例引入主要知識(shí)和技術(shù)，使學(xué)生將案例中的內(nèi)容和主要知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，通過對(duì)案例的深入剖析加深學(xué)生對(duì)知識(shí)與技術(shù)的原理、應(yīng)用方式的理解。部分內(nèi)容可由學(xué)生自行討論講解，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)轉(zhuǎn)移到學(xué)生，使課堂氣氛更為活躍。在課堂內(nèi)的寶貴時(shí)間，使學(xué)生更主動(dòng)地學(xué)習(xí)。

在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，給學(xué)生布置課后Project，讓學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)，分成多個(gè)項(xiàng)目小組，結(jié)合各自專業(yè)，探討機(jī)器學(xué)習(xí)在本專業(yè)的應(yīng)用，完成課后Project的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。利用課外時(shí)間按課題分組進(jìn)行人員集中，遇到的難點(diǎn)，同學(xué)之間相互討論，老師點(diǎn)評(píng)指導(dǎo)，并選取具體案例，讓學(xué)生將機(jī)器學(xué)習(xí)方法付諸實(shí)踐，解決專業(yè)難題，并在課堂上以PPT形式對(duì)Project進(jìn)行介紹和演示，引導(dǎo)學(xué)生Discuss，啟發(fā)學(xué)生多向思維和設(shè)計(jì)思路，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。讓學(xué)生充分利用課外時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，了解所學(xué)專業(yè)對(duì)人工智能知識(shí)體系的需求。

（三）綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)

為了讓學(xué)生更好地運(yùn)用所學(xué)的人工智能知識(shí)解決交通專業(yè)的實(shí)際問題，建設(shè)“以學(xué)帶做，以做促學(xué)”實(shí)踐體系，將人工智能課程與綜合創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合。要求學(xué)生進(jìn)行綜合性的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，自行選擇感興趣的課題，組建團(tuán)隊(duì)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目研發(fā)，開發(fā)的具體過程分為系統(tǒng)需求分析、軟件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、集成和測試幾個(gè)部分，由團(tuán)隊(duì)成員分工實(shí)踐、定期總結(jié)匯報(bào)、提問互動(dòng)交流，使全體學(xué)生對(duì)工程項(xiàng)目的每個(gè)環(huán)節(jié)都有所了解，同時(shí)每個(gè)人又可以發(fā)現(xiàn)自己最為擅長的領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更深入地投入到人工智能技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)要求學(xué)生積極參加學(xué)校、省市及全國性的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽或全國電子設(shè)計(jì)大賽，充分展開“第二課堂”建設(shè)。通過大賽了解其他高校的作品和正在開展的研究，以及相關(guān)企業(yè)需求，加強(qiáng)交流，對(duì)比分析，檢驗(yàn)自身學(xué)習(xí)效果，并反哺到以后的學(xué)習(xí)中，進(jìn)一步檢驗(yàn)和提升學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。在這一過程中，做到“學(xué)生為主，教師為輔”，從發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研、方案制定、作品設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)等方面組織學(xué)生獨(dú)立開展工作，讓學(xué)生邊學(xué)邊做，以學(xué)帶做，以做促學(xué)，將實(shí)踐環(huán)節(jié)與交通行業(yè)相結(jié)合，培養(yǎng)以實(shí)踐為基礎(chǔ)的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、動(dòng)手實(shí)踐能力，不斷提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作和組織實(shí)施能力。

三、總結(jié)

人工智能+交通專業(yè)開設(shè)時(shí)間較短，該專業(yè)課程建設(shè)與實(shí)踐方法存在一些問題。本文針對(duì)人工智能+交通專業(yè)課程建設(shè)和實(shí)踐中存在的實(shí)際問題，并根據(jù)問題分析人工智能背景下課程建設(shè)模式和實(shí)踐方法。課程建設(shè)打破常規(guī)教學(xué)模式，采用“翻轉(zhuǎn)課堂”模式，以學(xué)生為中心教學(xué)，讓學(xué)習(xí)更加靈活、主動(dòng)，讓學(xué)生的參與度更強(qiáng)，發(fā)揮學(xué)生的主體地位。建設(shè)“以學(xué)帶做，以做促學(xué)”實(shí)踐體系，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，使學(xué)生具有系統(tǒng)深入的人工智能專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力，從而提升學(xué)生的高階認(rèn)知能力，促進(jìn)課程的學(xué)習(xí)效率。

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作者簡介：

王朋（1982年-），男，山東德州人，副教授，博士，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺。

倪翠（1982年-），女，山東德州人，副教授，博士，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘。