OBE理念下的“人工智能基礎”課程建設方案探析

李 勇，顏 森，李 瑩，胡立坤

（1.廣西大學 電氣工程學院，廣西 南寧 530004；2.桂林理工大學南寧分校 電氣與電子工程系，廣西 崇左 532100）

近幾年，人工智能技術迅猛發(fā)展，廣泛運用于交通、電力和醫(yī)療等諸多領域，很多國家把發(fā)展人工智能作為建設科技強國、提升國家核心競爭力的重大戰(zhàn)略之一。在工程教育專業(yè)認證的背景下，培養(yǎng)符合社會需求的人才，建設高質(zhì)量的人工智能基礎類課程勢在必行?！叭斯ぶ悄芑A”是自動化、計算機等專業(yè)的核心課程之一，對自動化專業(yè)發(fā)展具有無可替代的作用，也是符合時代發(fā)展和培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力高質(zhì)量技術人才的重要基礎課程。然而，目前人工智能類課程仍存在諸如課程開設時間過短，梯度過窄、系統(tǒng)性不強，授課內(nèi)容與方式相對陳舊、單一，以及知識點覆蓋范圍較小、與企業(yè)需求和未來的科研工作匹配度不夠高等問題［1-3］。

OBE（Outcome-based Education）是以學習成果驅(qū)動整個課程教學體系并對學生學習作評價的先進教學理念。以學生期望獲得的學習成果以及學校畢業(yè)要求為導向，反向設計自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程內(nèi)容。在教學過程中，以學生為中心，優(yōu)化教學評價方式，根據(jù)學生畢業(yè)要求達成情況持續(xù)改進教學體系、修正課程目標，從而形成閉環(huán)的理念模型。當前形勢下，我國重視工程教育改革和專業(yè)建設工作，基于OBE的教育理念對于推動和實現(xiàn)教學改革、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重大而長遠的現(xiàn)實意義。

針對自動化專業(yè)人才培養(yǎng)需求，本文構建了基于成果導向的課程體系方案，即以學生為中心，提倡學生主動學習、彈性學習、合作學習和深層學習，并結合學科競賽題目和企業(yè)實際需求，提高學生自主創(chuàng)新和解決實際工程問題的能力；同時充分利用網(wǎng)絡教育資源，構建人工智能教學資源庫，并基于畢業(yè)指標點的評價方式，定性和定量的評價學生的學習效果。針對目前人工智能類課程教學內(nèi)容以及教學資源等方面的不足之處，本文設計以OBE為基礎設計理論和實驗課課程大綱、教學環(huán)節(jié)和教學資源平臺等，通過任務驅(qū)動式和問題啟發(fā)式等方法改革授課方式，采用自主式、探索式、團隊式相互融合的方法進行實踐教學改革。

一、人工智能課程研究分析

目前，國內(nèi)已有較多高校和學者針對人工智能課程教學改革展開了大量研究。近年來，南京郵電大學成立了人工智能學院，針對多個領域的人工智能交叉學科進行研究，開設了計算機、自動化等多個專業(yè)的人工智能相關課程［4］?；贠BE理念設計人工智能程序設計類課程教學改革方案，推行“一課雙師”的混合教學模式，因材施教，通過頒發(fā)能力證書的方式把學生的注意力轉移到對工程能力的培養(yǎng)上來［5］。產(chǎn)業(yè)發(fā)展圍繞人工智能，與往屆學生的就業(yè)情況相結合，嘗試搭建以需求為導向的人工智能專業(yè)實驗教學體系，密切關注行業(yè)最新動態(tài)前沿與教學教研實際，重心偏向?qū)W生的創(chuàng)新思維模式、科研素質(zhì)培養(yǎng)，取得了良好的教學實踐效果，收到了學生正向積極的反饋［6］?；趯W校與學生的現(xiàn)實需求，提出以OBE理念為指導的人工智能專業(yè)人才能力培養(yǎng)目標，根據(jù)能力結構反向設計人工智能課程體系，力求實現(xiàn)課程內(nèi)容有機結合［7］。

通過文獻調(diào)研可知，目前一些國內(nèi)高校各相關專業(yè)已經(jīng)開設了人工智能課程，但仍存在諸多問題：一是基本借助公共選修課開設，課程學時短、沒有梯度、不成系統(tǒng)，且授課內(nèi)容知識點覆蓋范圍較小，缺乏專業(yè)性強的人工智能技術拔高類課程和資源；二是教學內(nèi)容與專業(yè)結合度不高，也與企業(yè)需求和未來科研工作匹配度不夠高；三是授課方式過于單一，通常以教師直接講授為主，與實踐教學脫節(jié)，難以發(fā)揮學生的主觀能動性，不利于理論創(chuàng)新和解決實際工程問題能力的培養(yǎng)。然而，人工智能類課程具有知識更新快、與實踐結合密切等特點，目前各學校的人工智能教學體系、內(nèi)容、模式和平臺建設等方面不能很好地滿足教學工作良好開展的需求［8-9］。

二、OBE理念下的人工智能課程設計

（一）基于OBE理念的理論和實驗課課程大綱設計

面向工程教育人才培養(yǎng)，如表1所示，本文基于廣西大學電氣工程學院自動化專業(yè)畢業(yè)要求指標點，設計課程目標及課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系，結合當下熱點和企業(yè)實際需求，設計了課程教學的主要內(nèi)容及考核環(huán)節(jié)等，并引入課程思政和工程設計理念。

表1 課程目標及課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系

在課程內(nèi)容上：（1）以人工智能中的與廣西大學電氣工程學院相關專業(yè)的典型應用領域（如無人駕駛、語音識別、智能巡檢等）為背景學習人工智能的基礎知識，使學生在已有計算機知識基礎上，對人工智能形成較全面且清晰的系統(tǒng)認識，掌握人工智能的基本概念、基本原理和基本方法，了解人工智能研究與應用的新進展和新方向，拓寬學生知識視野、提高解決問題的能力，為將來更加深入地學習和運用人工智能相關理論和方法解決實際問題奠定初步基礎。（2）課程中通過學生課外自主學習、課堂講授、匯報點評、課程論文與實驗相結合等方式，幫助學生了解人工智能的發(fā)展情況與研究內(nèi)容，掌握人工智能的主要思想和方法，熟悉典型的人工智能系統(tǒng)，初步具備用典型的人工智能方法解決簡單實際問題的能力。（3）通過經(jīng)典案例和實踐，設計課程思政點（吳文俊人工智能科學技術獎、華為鴻蒙系統(tǒng)、百度阿波羅等），在人工智能學習過程中了解倫理、社會以及中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。從國內(nèi)外人工智能領域發(fā)展差距的演進過程中，堅定我國人工智能發(fā)展領域的超越性，深入理解事物發(fā)展的動態(tài)過程，培養(yǎng)科學探究精神和善于發(fā)現(xiàn)真相的能力［10］。

與此同時，結合本專業(yè)相關特點，在設計教學方案時充分考慮不同類型學生學習目標和學習方法的差異性，在課程考核評估環(huán)節(jié)，改變以往的單一考核模式，根據(jù)畢業(yè)要求采取多元化考核方式。通過以下兩個方面對整個課程大綱進行持續(xù)改進，形成閉環(huán)反饋機制：一是優(yōu)化課程目標?；诋斍跋嚓P課程的教學情況，將相關課程的目標達成情況和學生整體情況有機結合，基于OBE理念和工程教育專業(yè)認證的要求，完善“人工智能基礎”課程目標，使其更加科學、合理，從而促使教學效果進一步提升。二是教學設計和持續(xù)改進?；凇叭斯ぶ悄芑A”課程目標，多線開展理論和實驗教學內(nèi)容、教學過程、考核評價方法有機融合的設計和實踐，根據(jù)學生課程目標達成情況，不斷對教學設計進行改進和優(yōu)化，合理調(diào)整教學目標和考核評價方式。使授課方式更加高效、教學內(nèi)容更加豐富實用、教學進度安排更加合理，有助于學生對相關知識的掌握，從而不斷提高學生的工程能力和創(chuàng)新能力，促使其成為具備國際競爭力的高素質(zhì)新工科人才。

（二）提高學生學習主動性的教學環(huán)節(jié)設計

采用多種教學法，如結合當前人工智能領域面臨的倫理問題、學術界研究熱點問題、工業(yè)界重點關注問題以及身邊生活中的人工智能問題，引導學生對人工智能的思考；通過引入經(jīng)典人工智能方法提出的起源與發(fā)展的案例，以及工業(yè)界利用人工智能方法為人類解決重大問題的經(jīng)典案例，激發(fā)學生學習人工智能技術的興趣，培養(yǎng)學生的科研思想和價值觀。改變理論課的授課方式，利用翻轉課堂等學生主動參與的方式來設計理論課。豐富動手實踐環(huán)節(jié)，結合當下熱點，設計豐富多樣、多層次的實踐內(nèi)容，以工程應用為導向，將傳統(tǒng)以課堂講解為主的教學方式改進為基于慕課、雨課堂等教學平臺線上線下聯(lián)動的教學方式，增加學生自主參與、融入具體項目的模式，形成以學生小組為單位、項目引導的個性化培養(yǎng)模式，讓學生在理論學習后能夠通過開放實驗室進行開發(fā)和實踐，鼓勵學生對所學的知識進行創(chuàng)作、加工等，培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新和解決工程問題的能力。同時，積極推動與工業(yè)界的聯(lián)系，將工業(yè)界高級工程師、行業(yè)專家等納入指導教師隊伍，實現(xiàn)產(chǎn)學研協(xié)同育人。

（三）面向成果導向的教學資源建設

1.線上資源庫。充分利用網(wǎng)絡資源，構建人工智能線上線下混合式學習模式，通過搜集課程相關教學資源和實際工程案例庫，構建課程的網(wǎng)絡資源庫。

2.人工智能與機器人實驗室的搭建。建設人工智能相關的實驗平臺，設計線下實驗平臺案例庫，結合線上資源，配套對應的實驗平臺。

3.基于專題的課上課下聯(lián)動機制資源庫。（1）面向?qū)W科前沿理論學習，結合人工智能領域頂級會議的最新論文，以專題形式在課上進行理論算法學習，并根據(jù)Github提供的開源代碼進行課下實驗。（2）面向企業(yè)實際需求的項目實踐，通過課上講解典型企業(yè)項目的設計方法及實現(xiàn)方案，課下由學生根據(jù)企業(yè)需求自主設計產(chǎn)品及初步實現(xiàn)功能，形成不斷更新的案例庫。

（四）面向人工智能學科競賽的實踐環(huán)節(jié)設計

針對中國機器人及人工智能大賽、中國高校智能機器人創(chuàng)意大賽、RoboCup機器人世界杯中國賽、中國智能汽車大賽等重要賽事，依據(jù)其競賽內(nèi)容，設計理論與實踐結合的課程內(nèi)容，以參加國家級賽事的校級預選賽為課程的考核評價環(huán)節(jié)指標之一，形成以賽促學、以賽促教和以賽促創(chuàng)的聯(lián)動機制。

此外，人工智能課程實踐環(huán)節(jié)在深度融合現(xiàn)有實驗室課程的前提下，結合學科競賽內(nèi)容和企業(yè)實際需求，針對學生能力、目標以及就業(yè)需求的不同，進行不同的實驗方案設計。在實驗環(huán)節(jié)將所有的實驗課程按照課程難度分解為基礎實踐類、綜合實踐類和創(chuàng)新實踐類三大類：（1）基礎實踐類實驗是課程理論知識與基本問題結合的關鍵，能夠便于學生對基礎理論知識有直觀的理解，是認知理論知識、解決簡單工程問題的重要過程，因此有必要作為必選課；（2）綜合實踐類實驗是在基礎實踐類實驗基礎上增加一定程度的自主研發(fā)與解決實際工程問題的過程，結合學科競賽（如全國大學生智能汽車競賽創(chuàng)意組-訊飛智慧餐廳、中國機器人及人工智能大賽等人工智能類指定任務類賽項）設置題目，需要學生自主查詢文獻資料、分析問題、設計方案、編寫程序等，較為綜合地完成一個具體的項目；（3）創(chuàng)新實踐類實驗是開放式的實驗，由授課教師結合實際工程問題（如企業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)等過程中的具體需求）或?qū)W科競賽中創(chuàng)新創(chuàng)意類賽項問題設置題目，學生自由結組，根據(jù)實際問題設計完整的方案，挖掘技術或應用創(chuàng)新，搭建硬件平臺并編寫軟件，完成具有復雜工程問題的完整項目。

結語

本文以廣西大學電氣工程學院自動化類專業(yè)的“人工智能基礎”課程改革為例，針對國家和社會的需求，基于OBE教育理念，強調(diào)以學生為中心，建設與時俱進的“人工智能基礎”課程，構建了基于OBE理念的課程大綱、課程思政、教學環(huán)節(jié)和豐富的教學資源，搭建了實驗平臺，結合國家賽事題目和企業(yè)需求豐富了課程內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)，使課程能夠提升學生解決工程問題的能力，使畢業(yè)學生更好地適應社會需求。