“五位一體” 人工智能課程實踐教學模式探索

摘要：為解決當前人工智能課程實踐教學中資源、師資、內容、評價等方面的不足，該研究提出一種“五位一體”的實踐教學模式。該模式融合了資源豐富化、師資專業化、內容前沿化、評價精準化和教學互動化五個環節。實踐結果表明，該模式有效激發了學生的學習興趣，提高了學生的實踐能力和創新能力，為人工智能課程實踐教學開辟了新途徑。

關鍵詞：工智能課程；實踐教學；“五位一體”模式；項目實踐；學習模式

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）35-0143-04開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

0引言

在信息化與智能化時代背景下，人工智能技術已成為推動社會發展的關鍵力量，深刻影響著社會、經濟和文化各領域[1]。面對這一變革，高等教育界承擔著培養掌握人工智能基礎知識與實踐能力的創新型人才的重要使命。教育部強調，應以“高水平科學研究”為基石，促進學生創新與實踐能力的提升[2]。在此背景下，人工智能課程被置于培養學生創造力與思維能力的核心位置，其實踐教學環節對于提升學生綜合實踐能力及激發創新潛能具有重要意義。然而，隨著人工智能領域的迅猛發展，傳統教學模式面臨挑戰，高等教育需要探索高效、系統的路徑以培育學生的創新創業能力，確保他們能在未來社會中實現全面可持續發展[3]。盡管以學生為中心的教育理念已獲廣泛認同，但在實際教學中仍待充分實踐，學生的學習動力、課堂參與度及學習成效需進一步提升[4]。

為應對上述挑戰，眾多學者展開了積極探索。李艷紅等人[5]提出了融合個性化教學設計、案例驅動、分享研討及多元評價的教學體系，有效提升了學生專業技能與創新力。孫金萍等人[6]則針對程序設計課程中的系統思維不足，構建了“一中心五保障”的教學模式，強調實踐教學體系、分層指導和多維評價，展現新工科教育特色。陳飛等人[7]提出的“能力導向+問題驅動”教學模式，以及朱金秀等人[8]在“物聯網綜合實踐”課程中的改革，均聚焦于提升學生的實踐創新能力。本研究在此基礎上，探索實施“五位一體”的教學模式，旨在進一步提升人工智能課程實踐教學的效果，激發學生的學習興趣與內驅力，并著重培養學生的獨立思考與問題解決能力，以滿足人工智能課程實踐教學的核心需求，為學生提供更為有效和針對性的學習體驗。

1人工智能課程實踐教學現狀

目前，國內眾多高校已將人工智能課程列為計算機類本科生和研究生的核心課程，教學內容兼顧理論深度和實踐應用。為提升學生的實踐能力和自主學習能力，高校采用多樣化的教學模式[9]，如項目驅動、翻轉課堂和線上線下混合教學等。據文獻表明[10]，這些創新方法有效提升了學生的學習興趣和實踐技能。此外，高校還引進了Coursera、edX、頭歌等先進教學平臺，這些平臺提供豐富資源、自動化評估和即時反饋，顯著提高了教學效果。

人工智能課程逐漸加強與計算機科學、統計學和數據科學的融合，使學生能夠全面理解和掌握人工智能技術的實際應用。然而，在實際教學中仍存在以下挑戰：

1）實踐教學資源有限：人工智能具有顯著的實踐性，其應用高度依賴高性能計算資源、大規模數據集以及專業的軟件平臺，但由于成本和資源分配問題，部分高校難以提供充足的實踐資源，限制了學生的實踐機會和對理論知識的深入理解。

2）實踐教學師資短缺：人工智能領域的發展迅猛，授課教師需要具備深厚的實踐經驗和扎實的專業知識。然而，一些教師缺乏相應的實踐背景和技術認知，難以充分指導學生的實踐活動，影響了學生對人工智能技術的理解和應用。

3）實踐教學內容更新滯后：人工智能作為多學科交叉融合典范，展現強大活力，但高校實踐教學內容陳舊。知識體系過時使學生就業競爭力受限，教師教學內容滯后則難以激發學生熱情，影響教學質量，制約師生共同成長。

4）實踐教學評價體系不完善：部分教師在評價體系中過于注重理論知識考核，忽略了實踐能力的評價，導致學生缺乏實際應用經驗。此外，評價過程單一，缺乏學生自評和同學互評，無法全面評價學生的實踐能力，有些教師只關注結果，忽視了學生的努力和過程。

本研究旨在優化人工智能課程的實踐教學模式，通過引入“五位一體”實踐教學模式，提升學生的學習體驗和應用能力。核心是構建一個促進自主學習和創新能力的在線實踐教學平臺，融合課堂與實踐教學，打造全方位、高效能的學習生態系統，使學生在實踐中提升操作能力和創新思維，實現全面發展。

2構建“五位一體”實踐教學模式

本研究以計算機科學技術師范專業認證為導向，探索和實踐人工智能實踐教學模式。通過有機融合“資源豐富化、師資專業化、內容前沿化、評價精準化、教學互動化”五大核心環節，構建了一套完整的教學體系（見圖1）。該體系以長江雨課堂和頭歌實踐教學平臺為核心，輔以大學慕課、學堂在線等多平臺資源，并結合微信、QQ、釘釘等通信工具，共同搭建了一個全面、高效、便捷的信息化教學框架。此教學模式的設計遵循人工智能課程特性與人才培養目標，旨在增強學生的自主學習與創新能力，通過整合豐富資源和前沿內容，構建專業化師資團隊和精準評價體系，以期實現學生在動手操作和創新思維方面的全面發展。

2.1多元化資源促進實踐深度

基于任務型學習理論與建構主義，本研究構建了一套綜合性實踐教學資源策略，整合國內AI領域的前沿技術與應用案例，依托頭歌、九天畢昇等平臺，使學生直觀感受行業發展動態，激發學習熱情。研究匯聚慕課、視頻教程等在線資源，為學生提供多元化學習路徑。典型課程包括大學慕課的“JS實現人機大戰之五子棋（AI篇）”和學堂在線的“Python基礎與案例教程”。通過這些資源，學生可課前自主學習基礎知識，課堂討論答疑，課后通過頭歌平臺實訓鞏固，提升理解和應用能力。

研究注重學生視野的拓展與實踐能力的提升，鼓勵學生參與GitHub項目、Kaggle競賽等，培養創新與團隊協作能力。課堂上，教師利用長江雨課堂進行預習與鞏固，結合頭歌平臺實現“課上學做結合”。學生課后可通過頭歌平臺深化項目與實驗，利用實訓資源加強知識應用，并享受QQ、微信等在線答疑服務。通過Kaggle和智能車競賽等，學生能將課堂知識應用于實際項目，提升解決問題能力。這種多元化教學資源整合，不僅提升了人工智能實踐教學的質量，也有效培養了學生的自主學習、創新思維和實際應用能力，為學生未來的職業發展奠定堅實基礎。

2.2專業師資引領實踐創新

在人工智能課程的實踐教學中，擁有專業背景的師資力量扮演著無可替代的關鍵角色。這些師資不僅是提升教學質量的堅實基石，還是引領學生深入人工智能領域、激發其探索熱情的核心動力。從社會認知理論視角分析，他們為學生提供了豐富的行業真實案例和實踐經驗，為學生樹立了榜樣，并極大地推動了實踐教學的創新。這些教師緊跟領域動態，將人工智能技術的前沿知識融入日常教學中，確保課程內容的前沿性和時效性。此外，他們不斷更新教學手段，有效激發學生的求知欲和好奇心，引導學生積極投入學習。

在實踐教學設計上，本研究授課團隊注重培養學生的創新思維和實踐能力。通過挑戰性項目如基于深度學習的圖像識別系統和自然語言處理應用，鼓勵學生自主探索、解決問題，并鍛煉團隊協作能力。團隊將科研成果轉化為教學資源，引導學生參與科研項目，提升科研素養。同時，跨學科團隊構建鼓勵學生知識交叉與創新。與人工智能企業合作，提供行業實訓環境，將課堂知識轉化為工作技能，顯著提升學生的實踐操作能力和職業競爭力。這些方法和案例展示了專業師資在引領實踐創新方面的卓越能力。

2.3前沿內容涵蓋激發實踐創新

在人工智能課程實踐教學中，本研究不斷更新實踐教學內容，引入最新的研究成果和技術進展。根據課程教學論中的“理論與實踐相結合”的原則，學生通過參與人工智能技術的前沿技術實驗、實訓和項目，可以學習到不同的思維方式和解決問題的方法，從而培養創新思維和創新能力，激發學生的學習興趣和好奇心，促進學生主動學習和探索。

為了保持教學內容的時效性和創新性，本研究結合前沿內容，設計了富有挑戰性和創新性的項目。同時，成立了人工智能技術前沿研究小組，該小組由具備跨學科背景的實踐授課教師組成。研究小組通過深入研讀人工智能各領域的最新文獻，追蹤技術發展的最新動態，并將這些信息及時反饋給實踐授課教師，確保最新的知識和技術能夠迅速融入實踐教學之中。這種機制不僅讓學生接觸到最前沿的人工智能知識和技術，還通過跨學科的研究與交流，加強了教學的深度和廣度。

2.4精準評價促進學習成效

本研究借助頭歌實踐教學平臺，優化學生學習體驗，提升學習效果。授課教師構建分層實訓試題庫，通過趣味闖關鼓勵學生深度學習與實踐，這不僅增強了學習的趣味性，還促進了學生的主動參與。平臺配備了智能評測系統，即時反饋學生的實訓成績、耗時、測評頻次及綜合評價結果；系統記錄學生的實踐活動軌跡，并生成實訓分析報告，為授課師生提供直觀、客觀的學習數據。這一創新變革不僅摒棄了實踐課程的主觀評價，實現了精準考核，還極大提高了教學質量，優化了學生的學習體驗，為學生全面發展奠定了堅實基礎。

在評價過程中，本研究采用了多元化和分層評價方法。通過課堂觀察、作業分析、項目實踐和口頭表達等方式，授課教師能全面了解學生的學習情況。這種評價方法不僅準確反映學生的真實水平，還避免了單一評價的片面性。設定不同層次的評價指標，使教師能更準確地把握學生的學習狀況，并提供有針對性的教學指導。通過精準的評價反饋機制，教師能敏銳捕捉教學中的問題，靈活調整教學策略，以更好地滿足學生的個性化學習需求，提升學習成效。同時，學生通過評價結果能更清晰地認識自己的學習狀況，發現不足，激發學習動力，提高學習的主動性和積極性。

2.5互動教學激發學習動力

行為主義學習論強調，學習成效源自外部刺激與強化的雙重作用。在互動性強烈的教學情境中，學生與教師、同伴間的密切交流猶如源源不斷的外部動力源，其中熱烈的討論、積極的問答以及緊密的合作等活動，共同編織成一張密集的外部刺激網絡，有效促進學習過程的深化與拓展。這些刺激不僅鞏固了學生的學習行為，更在無形中激發了學生的學習熱情與內在動力。特別是在人工智能課程實踐教學中，互動教學發揮著至關重要的作用，它通過搭建師生間溝通的橋梁，促進了知識的傳遞與共享，從而有效激發了學生的內在潛力。

在人工智能課程實踐教學中，授課教師通過微信、QQ、釘釘等通信工具，與學生實時互動、在線問答等，確保學生能夠快速地得到教師的有效指導和幫助。授課教師在微信、QQ、釘釘等上分享人工智能課程實踐教學資源和學習材料，學生可以根據自己的興趣選擇學習內容，提高學生學習的自主性。此外，授課教師將學生隨機分成不同的小組，每個小組認領一個學習任務或項目，學生通過團隊合作的方式完成任務，培養學生的協作精神和團隊意識。

3人工智能課程實踐教學流程設計

在本研究中，本研究基于多種教學平臺、課程平臺以及通信工具，開展了人工智能課程的實踐教學。如圖2所示，具體的實踐教學流程包含三個關鍵階段課前實踐任務推送，課堂互動，課后在線討論與答疑。此教學模式將教師與學生視為兩大核心要素，通過緊密聯結與相互作用的機制，共同推動教學進程的深入發展。它不僅確保了從課前預習到課后鞏固的全程無縫銜接，更通過師生間的多維度交互，打造了一個高效、實效顯著的人工智能課程實踐教學流程。

3.1課前實踐任務推送

課前，授課教師首先需要根據教學目標和學生水平，選取合適的實際案例，并進行相應的調整。然后，為每個案例提供詳細的背景介紹，包括案例來源、目的和應用場景等，并設計一系列具有挑戰性和遞進性的實踐任務，引導學生逐步掌握相關知識和技能。設定清晰的評價標準，評估學生對實踐任務完成情況；整理和優化實踐教學資料（PPT、案例代碼、數據集等），上傳至長江雨課堂便于學生獲取；通過長江雨課堂和課程群通知學生實踐任務，確保信息及時傳達。

課前，學生須課前下載并預習教師推送的課程資料，復習人工智能理論知識，初步了解實踐案例的背景、目標、要求及技術點。對一些復雜的實踐任務，學生可以選擇組建學習小組，通過團隊協作來共同完成。在預習和實踐環境準備過程中，學生及時記錄遇到一些問題或疑惑，并在課堂上向教師或同學請教。

3.2課中實踐教學互動

課中，授課教師負責解析人工智能課程實踐任務目標、要求和難點，并提供相關知識和理論。他們演示操作流程，指導學生實踐，鼓勵交流合作，組織代碼討論并提出改進意見。學生則需理解人工智能課程的實踐任務，進行編碼、運行、調整等實踐操作，積極參與討論，記錄知識經驗，勇于提問反饋，并在小組合作中明確分工，共同解決問題，以提升實踐能力。在人工智能課程的實踐教學過程中，授課教師和學生在課堂上的互動過程如表1所示。

3.3課后在線討論與答疑

課后，授課教師需要對學生的實踐作業進行全面評估，評價維度包括功能實現效果、代碼質量、問題解決策略、創新性以及團隊合作等方面，并結合實際操作過程、最終成果和課堂表現，給予客觀、公正的評分和反饋。教師還會推送與實踐案例相關的拓展任務，涉及更深入的技術應用和更具挑戰性的實際問題，并利用在線平臺和通信工具組織討論和答疑，積極參與、及時解答問題。學生需要對完成的實踐任務進行總結和反思，回顧挑戰、方法、實現功能及成果，分析優缺點，尋找優化點。完成基礎學習后，學生將挑戰更高層次的任務，探索新技術，鞏固知識，提升解決問題的能力，并積極參與在線討論，交流經驗，培養溝通與團隊協作能力。本階段，授課教師和學生在課堂上的互動過程如表2所示。

4教學實施效果

“五位一體”人工智能實踐教學模式在2020級和2021級共13個教學班、近500名學生的實踐教學中進行了應用。根據頭歌實踐教學平臺的數據統計，學生共完成了33個人工智能實驗項目，平均每位學生在每個實驗上投入的時間高長達2小時23分鐘22秒，這一數據顯著超越了往屆學生在相同課程中的實踐時長。相較于傳統模式，每個實驗項目的平均時間增加了45分鐘，顯示出學生更深入的投入。平臺的游戲闖關模式、智能評價和即時反饋功能，有效提高了學生的學習積極性和自主學習能力。該模式轉變了傳統的實驗作業考核方式，更加注重過程和動態考核，激發了學生的參與熱情，綜合成績平均提高12%，實踐報告優秀率超過80%。

在“第十五屆藍橋杯大賽”個人賽省賽中，采用該模式學習的學生取得了優異的成績，獲得一等獎8項、二等獎38項、三等獎43項，獲獎比例達到17%。這些成就體現了該模式在促進學生實踐能力和理論知識理解方面的顯著效果。進一步調查顯示，學生對該模式的滿意度達到了90%以上，并且有85%的學生表示該模式增強了他們對人工智能課程的興趣和參與度。

5結束語

本文探討了一種基于“五位一體”的人工智能課程實踐教學模式，強調了實踐資源對提升教學質量、激發學習興趣以及培養實踐能力的重要性。通過整合國內外優質的人工智能領域最新技術和應用案例，為學生構建了一個廣闊的學習平臺，使學生能夠直接接觸并應用前沿知識，極大地激發了學生的學習興趣和動力。此外，通過鼓勵學生積極參與在線社區和競賽，拓寬學生的視野和交流平臺，促進學生的全面發展。研究結果表明，“五位一體”的人工智能課程實踐教學模式取得了積極的教學效果。未來將繼續深化研究與實踐，不斷優化教學資源，推動人工智能實踐教學的創新與發展。

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【通聯編輯：王力】

基金項目：國家自然科學基金項目（項目編號：62162061）；新疆師范大學青年拔尖人才項目（XJNUQB2022-21）；新疆師范大學博士科研啟動基金項目（XJNUBS2115）