職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程教學(xué)改革與探索

摘要：本文分析了河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)人工智能通識(shí)課程存在的問(wèn)題，提出了一套面向職業(yè)本科的人工智能通識(shí)課程改革與探索方案，并總結(jié)了課程的創(chuàng)新與特色之處。

關(guān)鍵詞：人工智能；通識(shí)課程；職業(yè)本科；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）21-0105-04

背景

2018年4月教育部印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，提出“加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域?qū)I(yè)建設(shè)，加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)，構(gòu)建人工智能多層次教育體系”。隨后，全國(guó)多所高校的人工智能教育教學(xué)工作陸續(xù)展開。人工智能通識(shí)教育是面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行的非專業(yè)性教育，旨在讓更多的學(xué)生了解并掌握人工智能技術(shù)。由于受眾廣泛、專業(yè)差異較大，同時(shí)具有知識(shí)領(lǐng)域廣、理論性較強(qiáng)、數(shù)學(xué)公式多等特點(diǎn)，人工智能通識(shí)課程教學(xué)具有一定的挑戰(zhàn)性。

職業(yè)本科作為高等教育發(fā)展中的一個(gè)類型，肩負(fù)培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)和管理第一線需要的高素質(zhì)的應(yīng)用技術(shù)型和職業(yè)技能型高等專業(yè)人才的使命。職業(yè)本科的通識(shí)教育，既不能照搬普通大學(xué)本科的通識(shí)教育，又要區(qū)別于職業(yè)專科，要精準(zhǔn)定位，構(gòu)建職業(yè)本科通識(shí)教育獨(dú)有的育人模式。[1]目前，適合職業(yè)本科院校人工智能通識(shí)課程的教學(xué)仍然處在探索階段，為了進(jìn)一步提升職業(yè)本科人才適應(yīng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)需求的能力，筆者所在教研團(tuán)隊(duì)依托校級(jí)教育教學(xué)改革課題，致力于開發(fā)“人工智能概論”精品通識(shí)課程，本文將對(duì)該課程體系的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行詳細(xì)闡述。

職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程設(shè)置

筆者所在學(xué)校從2022年秋季開始，面向全校本科二年級(jí)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)人工智能通識(shí)課程，為公共必修課。課程名稱為“人工智能概論”，該課程設(shè)置為32學(xué)時(shí)，采用大班教學(xué)模式，班容量為120人，師資團(tuán)隊(duì)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教研室專職教師，共13人。課程安排在第三學(xué)期，2022年、2023年秋季學(xué)期共有約2000余名學(xué)生學(xué)習(xí)了該課程，學(xué)生前期基礎(chǔ)為信息技術(shù)基礎(chǔ)、高等數(shù)學(xué)。

職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程存在的問(wèn)題

1.人工智能前期知識(shí)薄弱

人工智能與數(shù)學(xué)知識(shí)、編程語(yǔ)言高度相關(guān)，雖然面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)的二年級(jí)本科生開設(shè)的信息技術(shù)課程主要是計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)，但其相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，線性代數(shù)正在同步學(xué)習(xí)中，概率論還沒(méi)有開設(shè)，因此現(xiàn)有知識(shí)體系不足以支撐學(xué)習(xí)復(fù)雜的人工智能相關(guān)原理，學(xué)生對(duì)人工智能相關(guān)算法，如遺傳算法、群智能算法等，很難真正理解與掌握。[2]

2.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣偏低

人工智能是一門綜合了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生理學(xué)、哲學(xué)等學(xué)科的交叉學(xué)科，涉及的子領(lǐng)域廣泛，從機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺、專家系統(tǒng)到自然語(yǔ)言處理、智能機(jī)器人學(xué)等，這些子領(lǐng)域各自有著不同的研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域。非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生認(rèn)為人工智能與所學(xué)專業(yè)關(guān)聯(lián)度不大，面對(duì)復(fù)雜的人工智能知識(shí)與原理，望而止步，不想花過(guò)多時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)，深入學(xué)習(xí)人工智能各子領(lǐng)域的興趣偏低。

3.實(shí)踐環(huán)節(jié)欠缺

現(xiàn)有人工智能通識(shí)課程以理論學(xué)習(xí)為主，缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)，而該課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生需要通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)來(lái)鞏固和擴(kuò)充課堂講授的理論知識(shí)，增強(qiáng)人工智能技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的能力。

4.考核方式單一

現(xiàn)有人工智能通識(shí)課程考核方式比較單一，學(xué)生成績(jī)由平時(shí)表現(xiàn)（30%）和期末成績(jī)（70%）組成。平時(shí)成績(jī)以學(xué)生簽到情況、是否積極回答教師提問(wèn)以及正確率來(lái)確定學(xué)生的平時(shí)成績(jī)。期末成績(jī)?yōu)楣P試形式，學(xué)生在考前突擊，死記硬背知識(shí)點(diǎn)，對(duì)人工智能相關(guān)知識(shí)點(diǎn)并沒(méi)有真正理解掌握，這樣的考核方式不注重學(xué)生思想的發(fā)揮，與培養(yǎng)新時(shí)代創(chuàng)新型技術(shù)技能人才的目標(biāo)相背離。

職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程建設(shè)體系

在總結(jié)第一輪授課的主要問(wèn)題之后，筆者所在教研團(tuán)隊(duì)對(duì)職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程建設(shè)體系進(jìn)行了深入思考，并進(jìn)行了如下教學(xué)改革。

1.人工智能通識(shí)課程教學(xué)內(nèi)容

人工智能通識(shí)課程面向的是全校各個(gè)專業(yè)的學(xué)生，授課目的是讓學(xué)生從整體上對(duì)包含人工智能技術(shù)在內(nèi)的新一代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)有較清晰、全面、系統(tǒng)的了解，并能將人工智能技術(shù)作為工具來(lái)應(yīng)用。人工智能知識(shí)原理、算法等相關(guān)內(nèi)容較深，職業(yè)院校的學(xué)生普遍不具備較強(qiáng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和邏輯思維能力，因此對(duì)人工智能課程知識(shí)難以消化掌握，但若教學(xué)局限于科普性的淺顯講授，則太過(guò)簡(jiǎn)單。

為適應(yīng)職業(yè)本科學(xué)生特點(diǎn)，筆者所在教研團(tuán)隊(duì)在課程內(nèi)容方面，舍棄了傳統(tǒng)人工智能中的符號(hào)主義、因果推理、搜索等抽象內(nèi)容，增加了新一代人工智能中的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)內(nèi)容。由于面向基礎(chǔ)薄弱、不區(qū)分專業(yè)的學(xué)生，課程無(wú)需介紹過(guò)多的算法、編程實(shí)現(xiàn)等方面的內(nèi)容，避免過(guò)多的公式推導(dǎo)。機(jī)器學(xué)習(xí)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論過(guò)于抽象，需要用實(shí)戰(zhàn)來(lái)深化，教學(xué)環(huán)節(jié)的最后增加了4學(xué)時(shí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，使用Excel上機(jī)實(shí)戰(zhàn)，深化理論知識(shí)理解，并體驗(yàn)百度AI平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)人工智能領(lǐng)域的主要研究方向、技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用場(chǎng)景。

筆者所在教研團(tuán)隊(duì)將職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程內(nèi)容大體劃分為導(dǎo)論、基礎(chǔ)、應(yīng)用及實(shí)踐四個(gè)模塊，課程章節(jié)與主要內(nèi)容如下頁(yè)表所示。

①導(dǎo)論模塊主要是人工智能的概述，以身邊的人工智能引入，重點(diǎn)介紹人工智能的基本知識(shí)，結(jié)合圖片與視頻，內(nèi)容力求生動(dòng)有趣，使學(xué)生對(duì)這門課程產(chǎn)生濃厚的興趣。

②基礎(chǔ)模塊分為四部分：人工智能的土壤支撐——物聯(lián)網(wǎng)；人工智能的數(shù)據(jù)支撐——大數(shù)據(jù)；人工智能的算力支撐——云計(jì)算；人工智能的理論支撐——機(jī)器學(xué)習(xí)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。職業(yè)本科層次的學(xué)生難以理解深?yuàn)W、抽象的算法，尤其是復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)算法、深度學(xué)習(xí)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，故第四部分簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的理論公式，選用較為簡(jiǎn)單易懂的講解方式。在機(jī)器學(xué)習(xí)的眾多算法中重點(diǎn)介紹了比較簡(jiǎn)單的決策樹算法、K-近鄰算法和k-means算法，結(jié)合大量案例解析來(lái)幫助學(xué)生形象直觀地感受算法的原理與應(yīng)用。而在深度學(xué)習(xí)部分，重點(diǎn)介紹了深度學(xué)習(xí)的“優(yōu)秀代表”——卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，重點(diǎn)說(shuō)明卷積的意義，借用生活中的相近案例反向演繹了這個(gè)概念，用幾個(gè)著名的卷積核演示了卷積在圖像處理中的應(yīng)用。[3]整個(gè)基礎(chǔ)模塊共16課時(shí)。

③應(yīng)用模塊按當(dāng)前熱門應(yīng)用研究領(lǐng)域分為四部分——計(jì)算機(jī)視覺、自然語(yǔ)音處理、智能機(jī)器人、人工智能倫理與發(fā)展前沿，共8課時(shí)。

④實(shí)踐模塊。實(shí)踐環(huán)節(jié)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的人工智能技術(shù)實(shí)際應(yīng)用能力，以及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。考慮到學(xué)生沒(méi)有相關(guān)編程語(yǔ)言基礎(chǔ)、學(xué)校算力等基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)法滿足教學(xué)需求等因素，筆者所在教研團(tuán)隊(duì)采用了簡(jiǎn)單易上手的Excel版本實(shí)踐，實(shí)踐內(nèi)容為用Excel完成K-近鄰算法實(shí)戰(zhàn)以及用Excel搭建一個(gè)簡(jiǎn)易的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)識(shí)別西瓜與香蕉。[4]在兩次實(shí)踐中，學(xué)生表現(xiàn)非常積極，通過(guò)實(shí)踐學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)和理解了機(jī)器學(xué)習(xí)算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并且能將學(xué)到的知識(shí)用于解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，增強(qiáng)了完成任務(wù)的成就感以及學(xué)習(xí)人工智能的自信心。

2.人工智能通識(shí)課程的教學(xué)模式

案例教學(xué)模式是講授者選擇合適的案例，通過(guò)案例的講授，啟發(fā)學(xué)生將知識(shí)與社會(huì)生活相融合的教學(xué)模式。學(xué)生對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的相關(guān)算法的理解不能停留于理論上的認(rèn)識(shí)，還要能夠在具體應(yīng)用問(wèn)題上靈活使用。因此，教師可以先傳授核心的概念和方法，然后提供一些針對(duì)性的案例，讓學(xué)生思考討論。[5]例如，在講解到?jīng)Q策樹、K-近鄰算法、k-means算法時(shí)，教師給學(xué)生提供一些案例，如文本聚類、電影推薦等；在講到感知機(jī)時(shí)，教師給學(xué)生提供鳶尾花識(shí)別的案例，讓學(xué)生掌握如何運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。

教師還可通過(guò)啟發(fā)式和討論式教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生的思考方向，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂活躍性。由教師提出問(wèn)題，學(xué)生前期通過(guò)查閱資料等方式，獨(dú)立思考并進(jìn)行討論。在討論中，學(xué)生可以自由表達(dá)觀點(diǎn)、與他人交流和辯論。通過(guò)討論，學(xué)生可以主動(dòng)參與學(xué)習(xí)、更深刻地理解知識(shí)、提升批判性思維和解決問(wèn)題的能力。例如，在介紹“大數(shù)據(jù)”和“物聯(lián)網(wǎng)”章節(jié)時(shí)，教師先設(shè)疑——如何看待新一代信息技術(shù)對(duì)社會(huì)帶來(lái)的一些新的挑戰(zhàn)與沖擊，之后組織學(xué)生進(jìn)行討論，如個(gè)人隱私泄露、數(shù)據(jù)欺騙等現(xiàn)象的出現(xiàn)，給社會(huì)治理、法律規(guī)范等帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。[6]通過(guò)討論，學(xué)生認(rèn)識(shí)到了數(shù)據(jù)安全的重要性，了解了相關(guān)的法律法規(guī)以及保護(hù)個(gè)人數(shù)據(jù)安全的具體措施。

3.人工智能通識(shí)課程考核方式

經(jīng)過(guò)多次研究，結(jié)合課程特點(diǎn)，筆者所在教研團(tuán)隊(duì)決定采取多元評(píng)價(jià)考核方式，其中分為四個(gè)部分——學(xué)生平時(shí)成績(jī)（30%）、實(shí)踐成績(jī)（20%）、課程學(xué)習(xí)報(bào)告（10%）、期末考試（40%）。平時(shí)成績(jī)?cè)黾恿耸褂脤W(xué)習(xí)通課堂測(cè)試的成績(jī)，以便教師隨時(shí)掌握學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況。實(shí)踐成績(jī)?yōu)閮纱紊蠙C(jī)實(shí)踐的成績(jī)，考查學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在課程最后，學(xué)生要提交一份課程學(xué)習(xí)報(bào)告，結(jié)合自己所在專業(yè)，詳細(xì)介紹和分析至少一種人工智能技術(shù)在本專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用的案例，并對(duì)人工智能技術(shù)在本專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行展望和暢想。期末考試題目更加靈活，將學(xué)生從死記硬背中解脫出來(lái)，注重考核學(xué)生利用人工智能相關(guān)技術(shù)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程思考

1.探索與專業(yè)需求相銜接

人工智能通識(shí)課程應(yīng)結(jié)合學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，主動(dòng)與機(jī)械、物流、汽車等專業(yè)需求銜接，探索“人工智能+X”的人才培養(yǎng)模式。例如，面向汽車系學(xué)生，加入人工智能在無(wú)人駕駛中的相關(guān)知識(shí)與應(yīng)用案例；面向智能制造系學(xué)生，增加智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景的講解；面向物流專業(yè)學(xué)生，加深人工智能機(jī)器人在物流分stZB0l8gGPByrK3iRwBhtw==貨和送貨過(guò)程中應(yīng)用的講解。

2.把握科技前沿動(dòng)態(tài)發(fā)展

近幾年，人工智能大模型的技術(shù)發(fā)展相比以往任何人工智能技術(shù)都更為迅猛，其影響力也是史無(wú)前例的，并為通用人工智能的實(shí)現(xiàn)打開了新的想象空間。在此背景下，職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程教學(xué)需要教師更新教學(xué)模式，在夯實(shí)專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備的同時(shí)，及時(shí)跟進(jìn)新興技術(shù)。

3.巧妙融入課程思政

職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程知識(shí)體系偏理論、較抽象，在授課過(guò)程中將思政元素融入知識(shí)點(diǎn)中容易生硬牽強(qiáng)，教師在授課過(guò)程中可深挖該課程蘊(yùn)含的思政教育信息，聚焦創(chuàng)新素養(yǎng)、工匠精神與家國(guó)情懷的養(yǎng)成，推動(dòng)“思政育人”與人工智能通識(shí)課程的深度融合。

結(jié)語(yǔ)

目前，面向職業(yè)本科院校非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的人工智能通識(shí)課程體系仍處于改革與探索階段，改革措施還有不足之處，希望有更多教師投身到人工智能教育中，培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的“人工智能”應(yīng)用復(fù)合型人才。

參考文獻(xiàn)：

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[5]汪明慧.人工智能課程教學(xué)方法的探索與實(shí)踐[J].黑龍江教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（08）：47-48.

[6]魏爽.高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)人工智能通識(shí)課程教學(xué)模式探析[J].軟件導(dǎo)刊L：教育技術(shù)，2018（11）：52-53.

基金項(xiàng)目：河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)2024年度教學(xué)改革研究一般課題“職業(yè)本科人工智能通識(shí)課程教學(xué)改革與探索”（課題編號(hào)：YB20240314）。