新工科背景下地方高校人工智能專業建設與教學改革探索

樊勁輝 安國慶 郝崇清 劉慧賢 宋雪玲 武曉晶

摘?要：在新工科背景下，人工智能領域的新技術、新應用不斷涌現，迫切需要高校依據辦學定位在人工智能人才培養模式、課程體系建設等方面與時俱進，滿足社會對人才的需求。結合河北省的產業布局，圍繞專業建設目標與區域經濟發展相結合的理念，提出以服務地方經濟和產業發展為導向的地方高校人工智能專業人才培養模式，注重實踐教學體系對學生設計、應用和創新能力的培養，構建科學、全面的人工智能專業質量評價體系，鼓勵教師以科研反哺教學。

關鍵詞：新工科；人工智能；專業建設；人才培養；質量評價

中圖分類號：G642.0

2017年至今，教育部先后發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》等一系列關于新工科建設的文件，以新工科建設為核心要素，圍繞新技術、新產業、新業態和新模式，突出和強化工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設，并明確將人工智能列為新工科人才需求的重要方向［12］。

美國在2016年成立了“人工智能和機器學習委員會”，后續發布的《國家人工智能研究與發展戰略規劃》中也進一步地將人工智能上升到國家戰略層面。在歐洲，歐盟早在2016年就提出了人工智能立法動議，并在2020年發布《人工智能白皮書》，明確地確定了人工智能發展戰略。2019年，日本在《人工智能戰略2019》中，提出將在近年將日本建成為人工智能強國，并以此來引領技術研發和產業發展的戰略。

我國在2017年7月頒布的《新一代人工智能發展規劃》中提出，“到2030年，使中國成為世界主要人工智能創新中心”的戰略目標。2021年發布了《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》進一步強調了人工智能對于提升國家核心競爭力的重要性，并將新一代人工智能置于科技前沿領域攻關的首位。當前，我國在人工智能研究方面，相關的新技術、新應用發展迅速，新成果不斷涌現。面臨當前國際、國內人工智能技術的日新月異，對于高校而言，迫切需要依據自身的辦學層次和定位，在人工智能領域的人才培養模式、課程體系建設等多方面、全方位地跟上學科發展步伐，滿足社會對人工智能領域人才的需求。截至2021年底，全國已經有93所高校通過獨立設置、校校合作、校企合作、校政合作等形式，先后設立了人工智能學院或設置了人工智能專業。而開設人工智能專業的高校也逐步從國內頂尖或“雙一流”大學，逐步向地方高等院校不斷地拓展和延伸。在本科階段引導學生學習人工智能相關知識，重點掌握人工智能的應用技術，不僅有利于培養不同層次的人工智能人才，促進人工智能技術的實際應用，而且能夠為研究生階段學習高層次人工智能知識并進行科研創新打下堅實的基礎。地方高等院校作為培養區域高水平和高技能專業型人才的機構，需要及時適應和順應人工智能時代的發展趨勢，并結合地方社會發展對新型人才的培養需求，明確創新型人才培養的理念，高效地做好服務地方經濟建設工作。

河北科技大學人工智能專業建設結合河北省的產業布局和學科定位，將專業建設目標與區域經濟發展相結合，在集中力量整合學校軟、硬件優勢資源、調研并構建了新的人工智能專業培養方案基礎上，于2021年向教育部提交了新增人工智能專業申請，并于2022年獲批并開始招生，為今后更好地滿足社會對人工智能人才的需求以及高科技領域的區域經濟發展創造了人才培養和人才儲備條件。

1?地方高校人工智能專業建設目前存在的主要問題

1.1?專業課程設置與地方經濟發展相脫離

目前，我國范圍內已獲批的開設本科階段人工智能的高校數量已近100所。但鑒于人工智能專業是新興專業，其開設的時間較短，目前尚無本科畢業生走出學校在就業崗位上參與地方經濟建設。同時，由于人工智能相關產業屬于新興產業，專業設計的領域多，范圍廣，因此在人工智能專業的課程體系架構及課程設置方面，大部分的高校還尚未建立規范、完善的專業及課程體系標準，多數高校目前大多采用“機器學習+智能機器人”為核心架構的課程體系，也存在部分高校在課程設置中加入深度學習等理論課程。因此，在目前的人工智能專業建設過程中，總體上存在各高校課程體系同質化現象嚴重的問題［3］。

對于各高校尤其是地方高校而言，基于人工智能專業的交叉學科特質，大多并未在課程設置中充分考慮人工智能人才培養目標與特色專業定位以及地方經濟融合發展等重要因素。因此存在學生畢業、就業出口目標定位模糊、就業依托行業特色不鮮明、人才市場需求調研不充分等一系列問題，人才培養目標與地方經濟發展之間難以實現精準對接，甚至可能給學生未來就業、從事人工智能專業相關工作及未來發展造成不利影響。

1.2?實踐教學平臺及實驗內容與產業需求結合不緊密

人工智能屬于新興學科，相關的產業涉及的新技術和新應用均存在技術起點高、應用數量多的特點。目前人工智能專業的配套實踐教學設備體系尚不完備，采用的關鍵技術欠成熟，涉及的實驗設備與課程體系之間的銜接和匹配度不夠緊密，尚不能完全滿足實踐教學目標的需求。因此，若采購市場上現有的實踐教學設備，其所能完成的實驗項目和知識內容會受到一定的約束，且難以在實踐教學平臺上體現出地方優勢行業的特色，難以與地方產業的實際需求緊密結合，實踐教學效果難以直接轉化為服務企業所需要的技術支撐；同時培養的學生在專業能力和解決實際工程問題的素養方面，也難以直接與地方優勢企業之間形成精準匹配。

1.3?現有教學質量及效果評價體系形式單一

高校中現有的教學質量及效果評價機制大多已經建立了較長的時間，但隨著教學方式的改進和課程體系架構的調整，其適用性和實際效果已經逐步顯現出多種問題。長期以來，傳統的教學質量及效果評價機制已經形成較為固定的模式，其構成主要包括兩個方面，其一是以學生為主體的學生評教教學質量評價體系；其二是以學校專家組或督導組為主體的教學質量評價體系。

以學生或者專家組教師為主體對教師的教學質量進行評價時，不可避免地會出現一定程度的非教學主觀因素影響評價結果的現象，并且絕大多數采用的是課后評價機制，對于課堂教學過程細節和教學質量的評價體現的也不夠完整和系統。因此，傳統的教學質量評價機制在面向不斷改進和完善的教學方法時，其效果明顯體現出形式相對單一、難以全面體現教學過程及細節不充分、綜合考察效果不可觀等一系列不足，導致在進行教學質量評價和考核時不科學、不全面的問題較為突出。

2?人工智能專業人才培養模式體系的改革與探索

2.1?以地方經濟、產業發展和社會需求為導向的專業培養目標和畢業要求設置

培養目標和畢業要求是人才培養過程的方向指引，如何構建符合地方經濟和產業發展需求的培養目標是工程教育改革工作的邏輯起點［4］。河北科技大學作為河北省的地方骨干工科高校，學校始終秉承服務地方經濟的辦學定位，進一步明確將具有人工智能相關專業交叉知識的高素質復合型、應用型工程技術人才作為專業培養目標；以“面向產出”、服務地方經濟和產業發展為導向設置人工智能專業的人才培養方案和畢業要求。

在課程設置上，我校人工智能專業緊密圍繞我省的地理位置優勢，充分考慮京津冀一體化在人工智能方向上的相關產業優勢與特色，在專業課程中設立了“人工智能數學基礎”“腦與認知神經科學導論”“工業互聯網與數字孿生”“圖像處理與機器視覺物”“聯網技術及應用”“ROS機器人開發”等相關課程。

2.2?以培養學生研發能力和創新能力為核心的理論和實踐課程體系建設

通過設置合理的、符合行業特色的理論課程體系，建立完善的實施機制；以面向能力產出為目標，突出創新型、實踐型人才特色培養，滿足地方經濟建設的高水平人工智能專業人才需求。以課程體系建設為抓手，面向產業發展和社會需求，推進校企合作，持續完善和改進課程設置；借助設計性和創新性特色實踐平臺，結合行業應用的教學案例，以問題為導向激發學生的學習熱情和深化對工程問題的理解，驅動人工智能專業特色教學，培養具有創新能力的高水平工程應用型人才［5］。

2.3?以教學全過程綜合評價為目標的專業教學質量評價機制構建

設置貫穿教學全過程的階段性質量評價機制。在開始授課前，對預授課的教學內容安排的合理性、科學性和系統性進行評價；課程講授過程中，對教師教學方式和方法、學生聽課狀態、課堂互動效果等進行評價；課程結束后，進行課程課后作業完成度、課上問題反饋解決情況以及教學目標達成度進行評價；最后由專業責任教授或專家委員會對課程執行質量進行綜合評價，并提出建議。通過對專業理論課和實踐課程的評價，客觀評價課程與畢業要求指標點相關的課程目標達成情況，以評價結果促進教學質量提升，以評價建議促進教學方法改進，實現課程目標對畢業要求的高效和全面支撐。

2.4?以專業認證為導向、以科研反哺教學為依托的學生能力培養模式改革

在鼓勵學生參與各類國家級和省級科技創新競賽的同時，組織并搭建校級和院級科技創新競賽平臺，力求為多數學生提供參與科技創新的大環境和參與機會，大范圍培養和提升學生的自主學習能力和科技創新能力；由專業和科研能力突出的教師親自帶隊，并鼓勵學生積極參與多種形式的科技創新活動。在科研成果申報、科技論文撰寫、假期企業實習實踐等多個環節中，全方位、多角度地為學生提供科技創新的氛圍；另外，構建新生入學即受益的專業導師對接機制，將科研能力突出的專業教師選配為專業導師，利用教師科研反哺教學，引導和調動學生參與科研創新的積極性。

3?人工智能專業教學質量提升的主要舉措

3.1?結合學科特色和培養目標，優化課程體系架構，為教學質量提供評價基礎

通過調研國內外人工智能專業的建設成效，并綜合國內各高校的培養方案、課程體系和建設經驗，將人工智能專業的培養目標緊密地與我省的人工智能產業發展和區域經濟建設相結合，建立規范和完善的課程體系架構［67］，確保在專業建設初期，就直接對標人工智能相關的高新技術產業需求，使培養目標更加符合地方院校的辦學定位和專業人才的市場需求，形成人才需求與人才培養的閉環，真正發揮地方高校服務地方經濟建設的作用。

3.2?將課程思政與工程倫理融入理論和實踐教學，為提升教學質量提供思想引導

踐行立德樹人的教育理念，通過課程的思政建設，使學生在養成嚴謹的科學素養基礎上，兼具良好的工程倫理觀和正確的價值觀［8］，貫徹落實“三全育人”。傳統的思政大多落實在專業理論課程的教學過程中，往往忽視了實踐教學課程對學生的思想引導和教育作用。人工智能專業的課程內實驗和專業綜合類實踐課程是樹立學生團隊意識、責任意識以及協作精神的關鍵環節，對于培養學生的工程應用能力和職業素養起到了至關重要的作用。因此，理工類專業的課程建設必須做到理論課程思政與實踐課程思政并重。

3.3?以能力培養為中心，轉變教師傳統教學理念，為提升教學質量提供路線支撐

教學過程中強調專業課程的精與簡，突出理論知識在新技術、新成果方面的應用；在教學過程中簡化或去除與實際應用關聯度不高的基礎理論推導，突出對于結論性知識的工程應用理念。注重學生在人工智能知識學習過程中的創新能力培養，同時倡導校企聯合無縫對接［9］以及教師借助科研反哺教學，將工程應用與學生的實踐環節緊密結合，提升學生的綜合專業素養，滿足人工智能領域高新技術企業對人才的需求。

3.4?整合重組各優勢資源，注重實踐教學實效，為提升教學質量提供硬件保障

人工智能專業知識體系涵蓋了多個學科的相關領域，通過充分利用和重組學校和各學院的優勢資源，形成人工智能專業豐富的軟硬件優勢資源庫。堅持地方高校的辦學定位和“以學生為中心”的辦學理念，集中軟硬件和人力資源等多方面的優勢，為學生實踐環節搭建創新性實踐平臺，使人工智能專業的學生在應用、就業和創新等能力綜合培養指標評價方面大幅提升。

3.5?健全、規范教學質量評價體系并持續改進，為提升教學質量提供科學標準

在專業課程體系和實踐教學創新的基礎上，逐步建立、健全和規范專業的教學質量評價機制，建立師生結合、課程組內外結合、專業教師與專家結合、專業內外結合、校內外結合的綜合多級分層評價管理監督機制，并結合傳統教學評價方法，多角度、全方位地量化考察教學質量方法，通過意見反饋的形式積累經驗，并做好長期的持續改進工作，進一步補充和完善更加符合人工智能專業特點的創新型教學質量評價指標和評價體系。

4?結論

人工智能專業建設與課程體系改革有利于高素質復合型、創新型人才的培養，有利于提升學生的學習效果和教師教學方式創新，在本科教育階段強化“產、教、學、研、用”的有機融合，突出培養學生的創新、創業和實踐能力。本教學改革的實施，有利于地方高校為服務地方經濟與產業建設持續輸出高級工程技術創新人才，并助力河北省的人工智能相關產業發展，并為其他國內院校相關專業的教學改革與課程體系優化等方面起到積極的示范作用。

參考文獻：

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［8］郝崇清，樊勁輝，李爭，等.自動化專業課程思政的探索與實踐［J］.承德石油高等專科學校學報，2022（2）：6569.

［9］陳光宇，郝思鵬，陸旦宏，等.協同創新環境下的校企合作教學模式及體制機制建設思路探討——以電氣工程專業為例［J］.企業改革與管理，2022（20）：174176.

基金項目：河北省高等教育教學改革研究與實踐項目（2021GJJG181，2019GJJG199）；河北省大學生創新創業訓練計劃（S202210082063）；河北科技大學2020年教育教學研究與實踐重點項目（2020ZD07）

作者簡介：樊勁輝（1976—?），男，河北秦皇島人，博士，副教授，主要從事移動機器人控制及機器視覺研究等。