高職人工智能專(zhuān)業(yè)核心課程建設(shè)探究與實(shí)踐*
——以“計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”為例

李麗英

（江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院人工智能學(xué)院，江西 南昌 330000）

自2019 年教育部開(kāi)設(shè)人工智能技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)以來(lái)，該專(zhuān)業(yè)深受廣大高職學(xué)生的歡迎。2022 年下半年，教育部公布了人工智能技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)課程和實(shí)訓(xùn)課程，“計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”是其中的專(zhuān)業(yè)核心課[1]。筆者在剖析傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺(jué)相關(guān)課程面臨的主要問(wèn)題的基礎(chǔ)上，基于崗課證標(biāo)融通的理念[2]，從課程內(nèi)容、思政融入、教學(xué)策略、教學(xué)方法及多元化評(píng)價(jià)等方面提出相應(yīng)的教學(xué)改革設(shè)計(jì)，并針對(duì)江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院已有的人工智能班進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用。

1 “計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”課程建設(shè)現(xiàn)狀

1）高職的“計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”課程，鮮少有先例參考，大部分只能借鑒本科“計(jì)算機(jī)視覺(jué)”“機(jī)器視覺(jué)”[3]等相關(guān)課程；參考本科課程易使課程內(nèi)容過(guò)于理論化，且課程定位缺乏職業(yè)性，進(jìn)而導(dǎo)致課程結(jié)構(gòu)不夠合理、課程內(nèi)容缺乏實(shí)用性。

2）課程內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)本質(zhì)偏算法[4]，上課容易偏“軟”；高職學(xué)生對(duì)編程類(lèi)的課程易感枯燥，學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。通過(guò)走訪調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國(guó)大部分學(xué)校的人工智能實(shí)驗(yàn)室等建設(shè)尚未完善，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)開(kāi)展不夠充分，學(xué)生獲得的技能有限，難以快速適應(yīng)行業(yè)應(yīng)用及發(fā)展[5]。

3）教材缺乏，教師專(zhuān)業(yè)化水平不高。

2 “計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”課程建設(shè)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)教育部發(fā)布的高等職業(yè)學(xué)校人工智能技術(shù)應(yīng)用服務(wù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，“計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”課程處于較為核心的地位，結(jié)合江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)際情況，將這門(mén)課程定為專(zhuān)業(yè)核心課程，主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)的了解、圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理能力[6]以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)AI 的訓(xùn)練技能，前導(dǎo)課程有“Python 編程基礎(chǔ)”“Python數(shù)據(jù)分析”“Linux基礎(chǔ)入門(mén)”[7]等，后續(xù)課程有“TensorFlow應(yīng)用”“人工智能綜合項(xiàng)目開(kāi)發(fā)”等。

2.1 融通崗課證標(biāo)，構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容

按照教育部高等職業(yè)學(xué)?！叭斯ぶ悄芗夹g(shù)應(yīng)用”專(zhuān)業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（專(zhuān)業(yè)代碼：510209）、國(guó)家職業(yè)技術(shù)技能標(biāo)準(zhǔn)“人工智能工程技術(shù)人員”（代碼：2-02-10-09）[8]、江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院針對(duì)2020 級(jí)人工智能專(zhuān)業(yè)學(xué)生的人才培養(yǎng)方案與“計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”課程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)接人工智能技術(shù)工程人員（計(jì)算機(jī)視覺(jué)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)方向）崗位需求，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用開(kāi)發(fā)“1+X”（中級(jí)）國(guó)家職業(yè)技能證書(shū)[9]要求，將本課程內(nèi)容重構(gòu)為四個(gè)由簡(jiǎn)到繁的項(xiàng)目：圖像隱私保護(hù)、相機(jī)美顏的秘密、車(chē)道線的檢測(cè)與識(shí)別、自動(dòng)駕駛中的交通標(biāo)志物識(shí)別。涉及的技能點(diǎn)主要有計(jì)算機(jī)視覺(jué)基本原理、圖像處理基本操作、圖形圖像的采集和圖像預(yù)處理，深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練、模型的獲得和部署，最后再到調(diào)優(yōu)與評(píng)估等工作環(huán)節(jié)，覆蓋了完整的計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的崗位鏈。重構(gòu)后的課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 課程內(nèi)容總體結(jié)構(gòu)

2.2 精準(zhǔn)學(xué)情分析，確定重點(diǎn)難點(diǎn)

“計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”課程的授課對(duì)象為2020級(jí)大專(zhuān)人工智能班，雖然通過(guò)傳統(tǒng)的課程學(xué)情分析發(fā)現(xiàn)了高職學(xué)生的共性問(wèn)題，如課堂參與度欠缺、主動(dòng)學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)；學(xué)生動(dòng)手編程實(shí)踐能力和工匠精神有待加強(qiáng)、個(gè)別學(xué)生成績(jī)差距大等問(wèn)題，但是對(duì)學(xué)生的掌握程度了解得不夠精細(xì)。為確保學(xué)情分析精準(zhǔn)，教學(xué)設(shè)計(jì)每個(gè)項(xiàng)目之前都對(duì)前一個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)進(jìn)行一個(gè)階段性的學(xué)情分析，下面以項(xiàng)目四為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。

項(xiàng)目四在前三個(gè)項(xiàng)目學(xué)完視覺(jué)處理基本原理和圖像處理基本操作以及小型物體（車(chē)道線）識(shí)別的基礎(chǔ)上，著重學(xué)習(xí)基于深度學(xué)習(xí)的物體識(shí)別原理和實(shí)操。需加強(qiáng)實(shí)踐能力和工匠精神的培養(yǎng)訓(xùn)練。

1）學(xué)情分析?；谇懊嫒齻€(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)通上發(fā)布的習(xí)題和考核活動(dòng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出其學(xué)情分析如下：①知識(shí)技能和素質(zhì)基礎(chǔ)。通過(guò)前三個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，具備了圖像運(yùn)算、圖像變換、圖像處理、圖像檢測(cè)、圖像識(shí)別等學(xué)科普適性知識(shí)技能；但機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這塊尚未涉及，同時(shí)欠缺靈活運(yùn)用、整體串聯(lián)完成項(xiàng)目的知識(shí)技能。雖然學(xué)生思政素養(yǎng)穩(wěn)步提高，但是其動(dòng)手編程的實(shí)踐能力和工匠精神有待加強(qiáng)。②認(rèn)知和實(shí)踐能力。學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)這類(lèi)和新科技相結(jié)合的知識(shí)點(diǎn)充滿(mǎn)期待，具備學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的原動(dòng)力。學(xué)習(xí)動(dòng)力、交流溝通、團(tuán)隊(duì)合作能力強(qiáng)，但邏輯推理、編程構(gòu)思、靈活運(yùn)用、獨(dú)立創(chuàng)新的能力較弱。③學(xué)習(xí)特點(diǎn)。喜歡利用現(xiàn)代化的學(xué)習(xí)手段，信息獲取能力較強(qiáng)。但學(xué)習(xí)風(fēng)格存在差異，個(gè)別學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)。需針對(duì)不同學(xué)習(xí)風(fēng)格配置班組、推送相應(yīng)資源，關(guān)注個(gè)別學(xué)生，運(yùn)用多種手段促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。

2）教學(xué)重難點(diǎn)?；趰徴n證標(biāo)制定重點(diǎn)，根據(jù)上面的學(xué)情分析預(yù)判授課難點(diǎn)，得到項(xiàng)目四的教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)重難點(diǎn)分布。①知識(shí)目標(biāo)：掌握?qǐng)D像的標(biāo)注（重點(diǎn)），掌握數(shù)據(jù)集的基本概念，掌握深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)，掌握深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練方法（重點(diǎn)），掌握深度學(xué)習(xí)模型的評(píng)判指標(biāo)（重點(diǎn)）。②能力目標(biāo)：能夠使用圖像標(biāo)注工具labelimg 對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)注，能夠制作數(shù)據(jù)集并分配合適的訓(xùn)練集、驗(yàn)證集、測(cè)試集，能夠構(gòu)建合適的深度學(xué)習(xí)模型（難點(diǎn)），能夠訓(xùn)練、優(yōu)化深度學(xué)習(xí)模型，并合理評(píng)價(jià)結(jié)果（難點(diǎn)）。③素質(zhì)目標(biāo)：通過(guò)講解和探討深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，增強(qiáng)學(xué)生的思維能力和信息素養(yǎng)，提升學(xué)生的民族自信、文化自信；讓學(xué)生養(yǎng)成準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)地分析現(xiàn)象的能力；通過(guò)解決復(fù)雜問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，學(xué)生能一絲不茍地完成個(gè)人在團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)的任務(wù)；以有趣味的項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力；學(xué)生通過(guò)對(duì)參數(shù)的反復(fù)調(diào)節(jié)力求模型達(dá)到最優(yōu)，弘揚(yáng)精益求精的工匠精神。

2.3 基于專(zhuān)業(yè)性質(zhì)，融入思政元素

對(duì)于思政元素，四個(gè)項(xiàng)目每個(gè)項(xiàng)目主打點(diǎn)不同，以項(xiàng)目四為例，結(jié)合學(xué)生實(shí)際學(xué)情、專(zhuān)業(yè)性質(zhì)以及課程內(nèi)容設(shè)計(jì)課堂思政點(diǎn)。項(xiàng)目四思政融入分布圖如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目四思政融入分布圖

2.4 根據(jù)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，創(chuàng)建 “五步六環(huán)” 教學(xué)模式

以項(xiàng)目四為例，以其七個(gè)子任務(wù)實(shí)際內(nèi)容為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)成“明確任務(wù)、分析任務(wù)、實(shí)施任務(wù)、評(píng)價(jià)任務(wù)、拓展任務(wù)”的五步驟和“明需求、熟知識(shí)、精技能、準(zhǔn)編程、擅調(diào)試、穩(wěn)運(yùn)行”的六環(huán)節(jié)教學(xué)模式，如圖3 所示，簡(jiǎn)稱(chēng)“五步六環(huán)”。

圖3 項(xiàng)目四教學(xué)實(shí)施過(guò)程圖

2.5 實(shí)行全程畫(huà)像，構(gòu)建多元評(píng)價(jià)體系

依據(jù)人工智能工程技術(shù)人員標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)家職業(yè)技能證書(shū)要求，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)體系，從深度學(xué)習(xí)基本知識(shí)、模型選調(diào)能力、模型訓(xùn)練素質(zhì)三個(gè)維度對(duì)學(xué)生進(jìn)行全程畫(huà)像評(píng)價(jià)。將過(guò)程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合，學(xué)生自評(píng)互評(píng)與教師評(píng)價(jià)相結(jié)合，形成綜合評(píng)價(jià)。與上一項(xiàng)目對(duì)比，評(píng)選代碼強(qiáng)人、模型王者、技術(shù)能手等，實(shí)現(xiàn)增值評(píng)價(jià)。以項(xiàng)目四為例，多元評(píng)價(jià)體系如圖4所示。

圖4 項(xiàng)目四的多元評(píng)價(jià)體系

3 教學(xué)實(shí)施效果

3.1 德技雙修，達(dá)成三維學(xué)習(xí)目標(biāo)

以項(xiàng)目四為例，通過(guò)對(duì)江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2020 級(jí)大專(zhuān)人工智能班課堂改革實(shí)踐之后發(fā)現(xiàn)，98%的學(xué)生基本達(dá)成三維學(xué)習(xí)目標(biāo)，50%達(dá)到優(yōu)秀；82%的學(xué)生難點(diǎn)成績(jī)達(dá)到良好。全班包括典型基于深度學(xué)習(xí)的交通標(biāo)志物識(shí)別模型知識(shí)、能力、素質(zhì)均達(dá)標(biāo)，并完成了項(xiàng)目需求報(bào)告、模型訓(xùn)練日志、模型故障調(diào)試排除報(bào)告等符合企業(yè)要求的學(xué)習(xí)成果，本項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成。

3.2 增值發(fā)展，知識(shí)技能素質(zhì)提升

以項(xiàng)目四為例，較前3 個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生課堂參與度明顯提升。經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)通等平臺(tái)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，較項(xiàng)目三，班級(jí)平均知識(shí)成績(jī)提高了9%，技能提高了10%，素質(zhì)提高了11%，規(guī)范意識(shí)和勞模精神顯著增強(qiáng)；典型學(xué)生與班級(jí)平均成績(jī)差距縮小?？梢?jiàn)學(xué)生通過(guò)本項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了縱向增值發(fā)展。

3.3 賽項(xiàng)突破，學(xué)生教師共獲榮譽(yù)

經(jīng)過(guò)項(xiàng)目四的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)人工智能訓(xùn)練師的工作流程明顯熟練，在2022 年12 月底結(jié)束的第二屆全國(guó)人工智能應(yīng)用技術(shù)技能大賽（服務(wù)機(jī)器人人工智能技術(shù)應(yīng)用賽項(xiàng)）中獲得第七名勇奪二等獎(jiǎng)。學(xué)生獲得榮譽(yù)后，對(duì)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)熱情更強(qiáng)、更為得心應(yīng)手。

4 結(jié)語(yǔ)

人工智能發(fā)展前景廣闊，其根源是與各行各業(yè)融合的能力，“計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用”課程作為人工智能專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課，通過(guò)有效學(xué)習(xí)能夠?yàn)閷W(xué)生的職業(yè)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。需多下企業(yè)增加項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提高案例質(zhì)量，使其更具有行業(yè)應(yīng)用代表性，更快落地。

近年來(lái)，人工智能作為熱門(mén)研究方向，雖然有著廣闊的發(fā)展前景和大量的崗位需求[10]，但是我國(guó)高等院校人工智能專(zhuān)業(yè)的設(shè)立時(shí)間較短，特別是在大專(zhuān)院校中缺少相關(guān)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。此次教學(xué)改革能夠與新理念、新標(biāo)準(zhǔn)、新業(yè)態(tài)有機(jī)融合，項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)能與當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)點(diǎn)相結(jié)合，提高了學(xué)生的課堂參與度，為兄弟院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的建設(shè)與課程改革提供參考，具有較強(qiáng)的借鑒意義。