新工科理念下人工智能基礎課程課堂教學改革研究

0" 引言

隨著科技的發展，人工智能（AI，Artificial Intelligence）已成為當今世界最具影響力的科技之一。人工智能技術的廣泛應用在改變人們生活方式的同時，也對教育產生深遠的影響。為適應時代的快速發展需要，培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才，全國各大高校都在大力發展人工智能相關基礎課程。人工智能基礎課程是南京工程學院自動化學院的一門專業必修課程，涉及多個領域，包括模式識別、機器人學、語音識別和自然語言處理。在新工科理念背景下，人工智能基礎課程在教學和考核過程中存在一些問題，傳統教學方法已經無法滿足學生對人工智能知識的需求，迫切需要對人工智能基礎課程進行課堂教學改革。

1" 人工智能基礎課程現存問題

1.1" 師資力量有限，教育理念不適應

教師除了教授人工智能基礎課程外，還需要教授其他專業課程，教學任務重，授課人數多，作業和期末試卷批改工作量大，導致教師難以兼顧幾門課程，影響教學效果。在教學理念方面，培養具有跨學科知識結構、創新能力和實踐能力的優秀工科人才，適應新產業、新經濟需求的教育理念沒有完全貫徹到新興技術、新型學科的教學和學科間的交叉融合中[1-3]。

1.2" 教學模式固定，課程內容滯后

傳統人工智能基礎課程的課堂教學模式固定，教學內容更新較慢，往往滯后于人工智能技術的發展，無法滿足工程實踐行業的要求。人工智能基礎課程的開設對象是大三學生，大多數學生已經具備一些相關專業知識，但自動化學院人工智能基礎課程采用的教材注重理論和概念，算法的編寫和應用的相關內容較少，往往無法滿足學生提升應用能力的要求。

1.3" 評價方式簡單，學生主動性差

目前，對學生學習成效采用的評價方式是考勤和平時成績占40%、期末成績（大作業）占60%。這種評價方式忽視了對學生課前、課中、課后的學習過程評價，也忽視了學生之間的差異性，不能綜合體現學生的學習情況，使評價失去診斷功能，人工智能基礎課程沒有完全體現在整個專業體系中的重要性和作用，造成學生學習主動性不足。這些問題導致在課堂教學過程中出現“教師講得累，學生聽得無趣”的現象 [4-6]。

1.4" 講解課時短，教學方式單一

人工智能基礎課程包含15章教學內容，但課時只有24個學時，導致教師只能講授基本內容，無法進行深入的知識拓展。同時，教材內容繁多、重難點密集，學生理解起來較為困難。課程講解不足、學時短的問題直接影響了課程的教學質量和效果。當前教學主要采取面對面教學形式，以板書和PPT相結合的方式為主，較為落后、單一，教學效果不理想[7-8]。

1.5" 人才結構及培養模式不適應

當前，我國正著力培養世界級工程領軍人才和拔尖人才，以及基礎、新興和高端領域的工程科技人才，但由于工程技術人才在推動制造業轉型升級方面的能力尚需提升，制造業人才結構呈現復雜局面：一方面，部分崗位人才過剩；另一方面，關鍵崗位面臨人才短缺。同時，企業招工難與畢業生就業難并存，實際需求與教學環境、教學方法與模式、教師需求與結構等呈現不相適應的問題。

1.6" 學生需求轉變與教學方式不匹配

人工智能技術的快速發展，不斷涌現出新的理論和算法。傳統的教學方式往往不能及時更新教學內容，造成學生所學知識陳舊。隨著時代的發展和社會需求的改變，學生更加注重實踐能力和創新思維的提高，希望通過課堂的學習能夠掌握實際的應用技巧。以教師為中心的傳統教學方式偏重理論知識的傳授，忽視學生的主體地位和實踐能力的培養，導致課堂教學效果不佳。

2" 人工智能基礎課程教學改革內容

2.1" 教學方法改革

2.1.1" 采用項目驅動教學法

將教學內容分解為若干項目，讓學生通過完成教學項目掌握知識，提高學習興趣和動手能力。

2.1.2" 采用分組討論教學法

把學生分成小組，讓他們通過小組討論來解決問題，培養學生的團隊協作精神，不斷增強學生的創新能力。

2.1.3" 采用案例教學法

讓學生通過對實際案例的分析，了解工程實踐中人工智能技術的應用，讓學生將所學理論知識更好地應用于實踐。

2.2" 教學手段改革

首先，通過運用圖片、視頻、動畫等多媒體教學手段，使學生對人工智能知識有更直觀的認識。

其次，利用網絡教學平臺讓學生隨時開展自主學習，提高學生的學習效率和自主學習能力。

最后，讓學生通過實驗室教學設備進行實際操作，提高學生的實踐能力。

2.3" 教學內容改革

首先，根據人工智能技術的發展趨勢和學生需求，優化教學內容，讓學生學習掌握最新、最實用的知識。

其次，增加實踐教學內容，讓學生通過實踐將知識轉化為技能。

最后，引入人工智能技術前沿知識，讓學生了解技術的最新發展動態，掌握技術在工程相關領域的應用方法，激發學生的創新思維，提升學生的工程實踐能力。

3" 人工智能基礎課程教學改革方向

3.1" 教學手段變化，教學理念創新

在新工科理念下，課堂教學更加強調積極應對變化、引領創新、更新教學手段，利用各種教學媒體向學生提供各種感知材料和逼真情境，提升學生感知力。教學理念創新是人工智能基礎課程教學發展方向和發展思路的集中體現。將人工智能基礎課程的理論教學和實踐教學有機融合，讓教學方法更具綜合性、靈活性和創造性。如現在采用的CDIO和翻轉課堂模式[9-10]，以學生為主體，激發學習興趣，調動學習主動性，增強課堂教學效果。

3.2" 擴大課堂知識容量，實現個性化教學

人工智能基礎課程是一門融合了大數據、云計算以及算法等的綜合性課程，在新工科理念下，利用網絡上最新的信息源擴大學生的信息獲取渠道，應用多媒體增加課堂教學的知識容量，充分運用一些教學媒體發揮動畫、聲音、文字等多種載體的優勢，簡化教學內容難點，豐富知識內容。利用信息技術條件實現異步教學，有針對性地指導學生，實現個性化教學。促進高校教學模式由教師主導向學生主體轉變，滿足不同學生的主體性需要。同時，為了提高教學質量和教學效率，組織教師培訓，讓教師優化教學手段、提升教學技能。通過不斷更新人才培養理念、改革體制機制、創新培養模式等，應對未來對高素質工程實踐人才的要求。

3.3" 動態教學，培養要求革新

未來高素質工程實踐人才的能力包括高超的創新能力、分析能力、實踐能力、溝通能力等。為了培養具有創新能力、實踐能力和跨學科知識結構能力的卓越工程人才，結合人工智能基礎課程綜合性和實踐性強的特點，帶領學生到實驗室或學校實訓基地進行現場教學，突出讓學生“動手做”的特點，根據課程特點和不同的教學內容，增加實踐課和案例教學的比重，實現教、學、做一體化，加快課堂教學改革進度。教師在教學活動過程中要實現和學生的充分互動，促進學生對知識的理解和吸收，隨時掌握學生學習狀況，及時調整和改進教學方法與內容。

3.4" 混合教學方式，協調與共享

實現學思結合最有效的教學方式包括啟發式教學、探究式教學、討論式教學。其中，啟發式教學以問題引導、案例分析、情景模擬為主要形式，促進學生積極參與教學活動，發揮主觀能動性，激發思維分析能力；探究式教學能提高學生解決實際問題的能力；討論式教學能引導學生提出自己的見解和解決方案。將上述教學方式在人工智能基礎課堂進行有效混合，讓每種教學方式融合到每一節的課堂教學中，提高教學效率。根據協調與共享的教育教學理念，協同推動調整專業結構，提升人才培養質量，推動人工智能基礎課程課堂教學改革。

4" 人工智能基礎課程教學改革效果

4.1" 提高了學生的學習興趣和主動性

通過采用項目驅動、案例教學、小組討論等教學方法，激發學生的學習興趣和主動性，讓學生主動參與課堂學習。

4.2" 培養了學生的實踐能力和創新精神

通過增加實踐教學內容、引入前沿知識、利用實驗室教學設備等手段，讓學生能夠將所學知識應用到實際中。

4.3" 促進了教師專業發展，提高了教學質量

通過課堂教學改革，教師及時更新教學理念和方法，提高教學水平和能力，通過優化教學內容、改進教學方法和手段、加強教學管理等措施，提高教學質量。

5" 結束語

人工智能基礎課程教學改革，需要在傳統教學的基礎上拓展網絡空間資源的開發和利用，更好地實現教育資源的優化與共享。課堂教學改革是提高教學質量、增強教學效果的重要途徑，通過教學方法、手段和內容的改革，激發學生的學習興趣和主動性，培養動手能力和創新精神，使教學效率不斷提高。在實施課堂教學改革過程中，學校、教師和學生需要共同努力，不斷探索和創新。在新工科理念下，為推動人工智能基礎課程教學發展，加快教學改革步伐，高校要認清并克服當前存在的困難，完善課堂教學，明確教學改革的正確方向，不斷探索教學改革的路線，培養社會需要的高素質工程實踐人才。

6" 參考文獻

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