基于OBE的人工智能應用技術課程教學改革探索

許瑩 熊茂華 尹霞 郭潔 許春榮

摘要：針對《人工智能應用技術》課程教學過程中出現的問題，提出基于OBE（Outcome Based Education）理念的課程改革方法，從課程目標制定、課程教學內容、課程教學方法和課程評估方法等方面進行了綜合性討論，并提出了一系列措施。通過項目驅動式方法授課，采用自主式、探索式、團隊式方法進行項目實踐。通過一系列的改革，激發學生進行課程學習的興趣，培養學生們的理解能力、應用能力、實際操作能力。

關鍵詞： OBE理念;人工智能應用技術;改革探索;教學方法

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）14-0159-03

1 引言

2017年7月，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，標志著發展人工智能成為我國的國家戰略[1]。但人工智能技術人才短缺，教育部2018年4月制定了《高等學校人工智能創新行動計劃》[2]。《人工智能應用技術》課程是高等學校信息專業教學過程中出現的一門新穎但比較重要的課程。這門課程的基本特征是內容復雜，特點是多學科交叉，涉及的領域非常廣泛。要求有一定修讀基礎，給同學們帶來了不小的挑戰。為了幫助學生更好地學習本門課程，本文基于OBE理念探究《人工智能應用技術》課程的教學改革方法。工程教育專業認證是目前國際上通用的評估認證機制，其核心是OBE理念[3]，OBE理念強調高校本科畢業生具備解決復雜工程問題的能力[4-5]。本文主要提出圍繞課程教學過程中出現的問題，提出的基于OBE理念的課程改革方法[6]。

2 課程特點

人工智能應用技術課程有以下的幾個方面特點。

1）教學內容特點

新穎性：教學內容涉及人工智能領域高新科技，具有吸人眼球的智能案例，例如：無人駕駛汽車、智能導購機器人等。研究內容廣泛：涉及計算機視覺技術、自然語言處理技術、大數據分析技術等。應用領域廣泛：機器學習、模式識別、自然語言理解、智能控制與檢索等。學習難度大：本課程是一門綜合交叉課程，必須事先掌握基礎課程《高等數學》《python基礎應用》《機器學習算法基礎》《深度學習》《概率論與數理統計》《數字圖像處理》《計算機視覺技術》等。另外，需要掌握python、R、C++等編程語言，學會使用tensorflow、pytorch、keras等深度學習框架。

2）教授對象特點

修讀該門課程的學生們已具備扎實的數學基礎，并熟悉Python編程知識，以及掌握Python數據分析中常用的庫，學習興趣和學習熱情處于鼎盛期。課程專業知識進一步增強，適合進一步增強實踐能力。因此，在課程中增加配套理論的實踐環節是必不可少的。

3）教材特點

教材內容圖文并茂，具有領域內典型的實踐項目，貼近專業發展的實際需要。教材中的實驗設計具有先進性引導學生在上課過程中“學中做，做中學”[7]。

基于上述特點，在授課過程中也隨之顯現一些問題：（1）課程的教學目標只注重學生對重要概念的理解和掌握，忽視了學生處理復雜工程問題能力的培養;（2）教學內容過分重視數學公式的推導和計算，而忽略公式的背景和物理意義;（3）課堂上學生依然在被動地接受新知識，缺乏主動性;（4）課后練習只重考量學生是否已記住、理解所學過的知識，缺少培養學生的創新思維;（5）實驗報告單方面考查對本章知識的掌握程度，無法驗證學生綜合分析問題的能力。針對上述問題，提出基于OBE理念的《人工智能應用技術》課程改革措施。

3 基于OBE理念的《人工智能應用技術》課程設計

3.1 基于OBE理念的課程目標設計

基于OBE理念持續改進《人工智能應用技術》課程的目標。克服課程目標單一的缺陷，不能限于校內的教學目標。綜合考慮多方面，學校根據國家行業發展人才需要制定了人才培養目標，同時建立與企業的合作，課程目標設計必然需要緊密聯系學校人才培養目標、企業崗位要求、行業發展需求;另外，教師組織研討課，了解學生通過本課程學習所期待達到的目標，結合學校的人才培養目標改進課程目標，最終制定適合本專業學生的課程目標，如表1所示。

OBE教育理念指導下的課程目標，幫助學生明確現階段課程學習目標。多維度的課程目標有助于學生快速了解課程內容，更清晰認識課程知識體系。教師在完整傳授人工智能領域所涉及的理論知識的基礎上，還應拓寬學生視野，引領學生緊跟時代發展的步伐;更需要注重學生的思想教育，專業課中融入思政教育，加強立德樹人教育，培養學生的愛國主義情懷及社會責任感。例如，在談到智能時代網絡安全的問題時，強調任意侵犯他人隱私是違法的事情，引導學生樹立強烈的職業道德感，對學生進行誠信教育。多維度的課程目標將理論與實踐建立連接，使學生具有使用專業知識解決實際問題的能力，而不是“紙上談兵”。

3.2 基于OBE理念的教學內容設計

基于OBE理念的課堂教學設計應促進課程目標的達成，對應學院制定的課程標準，應該有與算法理論相配套的實驗設計，應使智能科學與技術專業的學生具備人工智能應用技術的專業知識，掌握相關算法的基本原理，將算法原理與技術結合應用于知識庫建立、特征工程、算法設計、模型訓練、模型測試評估與模型應用等環節。教授內容多方面、多領域、多層次。基本編程語言Python、R、java等、機器學習算法的基礎，深度學習算法、自然語言處理技術、語音處理技術、圖像處理技術等知識應作為重要教學內容來講授。

3.3 基于OBE理念的教學方法設計

基于OBE理念的教學方法有效幫助學生取得本課程的學習成果，要注重創新。要以案例項目作為驅動，以學科競賽作為輔助手段，提升學生們的實踐能力。按照“需求分析-提出任務-任務分析-任務實現-總結與展望”的過程，要求學生全程參與實踐。課程設計一些跟生活息息相關的實驗。如表2所示，首先完成基礎算法實驗;然后逐步完成綜合性的案例，組織學生分組討論，每組負責一個案例，確定小組內成員分工，學生按照要求完成案例。最后，教師分階段性驗收成果，初期檢查每組的數據準備，數據預處理等情況，中期檢查每個小組模型搭建、模型訓練等情況;后期驗證模型應用、模型評估等情況。并讓學生撰寫項目進展報告，點評選出特別優秀的小組案例作為教學案例;此外，老師指導有興趣的同學在平臺參加課程競賽，進一步提升學生的應用能力。

創新教學手段，提高課程的教學質量，幫助學生有效取得成果。隨著新媒體技術的發展，為課程教學提供了好的教學平臺，如慕課，超星，世界大學城等。根據學校規劃建設網絡教學資源庫-世界大學城，教師們利用平臺分享課程視頻，建設課程章節體系、充實課程材料。師生可以查詢相關課程的課外資源。學生學習隨時隨地進行，不受課堂和教材限制。例如，結合超星學習通App，幫助學生更好地完成課程內容的學習，發布課后作業，自動統計學生完成章節測驗的情況，觀察學生完成每個題目的準確率，了解他們對每個題目的掌握情況。如圖1所示。

3.4 基于OBE理念的課程評價方法設計

傳統的實驗報告+期末大作業的課程考核方式不適用這門課程，課程學習如果只是由考試驅動的，期末分數評估學生的能力無法與學生實際的學習情況相關聯[8-9]。基于OBE理念的人工智能應用技術課程評價方法。提供多元化的期末評價方式，應當體現出學生的綜合素質與能力，其考核方式與成績占比如表3所示。

考勤和課堂表現主要考核學生學習的態度和課程參與度，對基本理論知識的掌握情況;基礎算法的實驗操作驗證學生階段性的成果，考察學生的應用技能，是否掌握機器學習基礎算法。小組項目主要考核學生是否具備應用算法理論解決工程問題的能力，項目綜合性設計考核學生是否具備綜合利用機器學習算法和深度學習算法解決工程問題的能力;團隊組員分工以及協作情況考核學生的團隊協作精神、集體意識;參加課程競賽鼓勵學生參與具有可信度和競爭力的競賽，深度理解課程知識，并提升學生學習的積極性和工程實踐能力。匯報答辯考察學生的語言組織能力，交流溝通能力;問題提問促進學生學會思考問題，分析問題，解決問題;項目設計材料整理和項目開發文檔編寫考查學生文字表達功底，鍛煉學生論文組織編寫能力，進一步增強學生對實踐項目的理解。

4 結語

基于OBE理念的人工智能應用技術課程的教學研究方法以培養應用型人工智能人才為目標，提出一系列改革措施。人工智能是一個創新性的領域，教學過程中可以結合更多新穎的方法，引入更加靈活的教學手段，持續性改進人工智能應用技術課程教學，培養學生創新思維和應用能力。

參考文獻：

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[2] 教育部印發《高等學校人工智能創新行動計劃》[J].河南科技，2018（11）：6.

[3] 楊毅剛，宋慶，唐浩.工程教育專業認證與CDIO模式異同分析與相互借鑒[J].高等工程教育研究，2018（5）：45-51.

[4] 顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[5] 黃蘇丹，胡智勇，曹廣忠，等.基于OBE理念的智能控制課程教學改革[J].高教學刊，2020（14）：109-113.

[6] 夏雄軍，李蘭.成果導向的高校課程優化策略研究[J].湖南師范大學教育科學學報，2019，18（6）：121-123.

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[8] Rathy G A，Sivasankar P，Gnanasambandhan T G.Developing a knowledge structure using Outcome based Education in Power Electronics Engineering[J].Procedia Computer Science，2020，172：1026-1032.

[9] Khanna R，Mehrotra D.The roadmap for quality improvement from traditional through competency based （CBE） towards outcome based education （OBE） in dentistry[J].Journal of Oral Biology and Craniofacial Research，2019，9（2）：139-142.

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