新工科教育改革中的人工智能課程建設(shè)思考①

金婕，王春媛，袁天夫，陳益平

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?在新工科教育改革中，針對(duì)融合多學(xué)科的人工智能課程，提出了基于創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)開發(fā)與翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)破除“學(xué)科壁壘”“專業(yè)藩籬”和“師生淡漠”，旨在提高學(xué)生工程創(chuàng)新能力的課程建設(shè)思路。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?新工科教育改革;人工智能;翻轉(zhuǎn)課堂

[中圖分類號(hào)] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2018）27-0014-01

一、引言

隨著一個(gè)名為“阿爾法狗”（AlphaGo）的人工智能計(jì)算機(jī)程序戰(zhàn)勝了世界上最頂尖的圍棋選手，人工智能又一次在人類歷史上掀起的一股科技創(chuàng)新的熱潮。其中，人才，尤其是工科人才，是科技創(chuàng)新的主體。而我國(guó)擁有世界范圍內(nèi)規(guī)模最大的工程教育，其中高校工科在校生占在校生總數(shù)的1/3，人數(shù)高達(dá)538萬人。因此，如何將這些工科大學(xué)生培養(yǎng)成適合科技創(chuàng)新發(fā)展的人才，成為高等教育面臨的“巨大挑戰(zhàn)”。為此，我國(guó)在2017年6月，發(fā)起了“新工科”高等教育的系列研討會(huì)，分別被稱為“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。這些綱領(lǐng)性文件指出，要注重“大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、集成電路等11類新產(chǎn)業(yè)對(duì)卓越工程科技人才的需求狀況及變化趨勢(shì)”。而人工智能課程正是一門跨多學(xué)科的課程，這門課程以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的項(xiàng)目為導(dǎo)向，取代無法有效對(duì)接現(xiàn)實(shí)世界問題的傳統(tǒng)課程，贏得學(xué)生的興趣，把學(xué)生培養(yǎng)成為可創(chuàng)造性解決現(xiàn)實(shí)問題的“科技人才”，將是人工智能課程建設(shè)的目標(biāo)。

二、“新工科”——人工智能課程建設(shè)

“新工科”教育改革的核心思想是打破“學(xué)科壁壘”“專業(yè)藩籬”“本研隔斷”“校企隔閡”和“師生淡漠”，適應(yīng)時(shí)代變化和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，旨在提高學(xué)生適應(yīng)變化能力與工程創(chuàng)新能力為目標(biāo)的教育改革。因此本文針對(duì)新工科教育改革中的人工智能課程建設(shè)進(jìn)行了深入的思考。

（一）課堂教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

人工智能是理論性強(qiáng)又抽象的課程?；A(chǔ)部分主要包括人工智能的定義與發(fā)展、確定性推理、非經(jīng)典推理、智能計(jì)算等部分，其中包含了大量的算法和概率論的內(nèi)容。最新的進(jìn)展包括機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)、自動(dòng)規(guī)劃和自然語言理解等內(nèi)容。從課堂內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，人工智能對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，學(xué)習(xí)難度大。因此，如何合理安排教學(xué)內(nèi)容將基礎(chǔ)理論與最新進(jìn)展相結(jié)合、理論學(xué)習(xí)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合以及如何選擇合理的教材或自主編寫教材，是亟待解決的問題。

（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)

人工智能是一門跨多學(xué)科的課程，在傳統(tǒng)的教學(xué)中由于缺乏較好的案例，造成整體學(xué)習(xí)效果不理想。采用prolog語言和專家系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)語言和對(duì)象，這對(duì)教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，缺少真正的多學(xué)科融合，很難激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。而現(xiàn)實(shí)生活中，人工智能已經(jīng)和多個(gè)領(lǐng)域相結(jié)合，比如與自動(dòng)駕駛相結(jié)合，產(chǎn)生了谷歌、特斯拉、蘋果等一大批自動(dòng)駕駛汽車。因此在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分利用現(xiàn)有資源，比如TensorFlow，Torch，Caffe等開源框架，開發(fā)一些可視性強(qiáng)，富有創(chuàng)造力，與實(shí)際相結(jié)合的項(xiàng)目。目前，我校在進(jìn)行相關(guān)課程建設(shè)時(shí)，不僅結(jié)合了最新的開源框架，同時(shí)結(jié)合了Xilinx公司的PYNQ開發(fā)板，讓學(xué)生能夠在進(jìn)行人工智能項(xiàng)目開發(fā)時(shí)，融合軟件設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、深度學(xué)習(xí)算法和FPGA設(shè)計(jì)等多學(xué)科的知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。

（三）“翻轉(zhuǎn)課堂”的應(yīng)用

由于人工智能的課程難度較高，因此，教師在教學(xué)過程中，需要把更多的工作和時(shí)間留給學(xué)生，讓學(xué)生多利用課外的時(shí)間去完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。按照中國(guó)的古話“師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人”。所以，教師在課堂教學(xué)過程中，以項(xiàng)目為引領(lǐng)，由淺入深，引領(lǐng)學(xué)生入門，同時(shí)建立有效的溝通渠道，讓教師和學(xué)生打破壁壘，共同進(jìn)步。

三、結(jié)語

新工科教育改革是在中國(guó)創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)下的重要一步，作為高校的老師應(yīng)該積極地參與其中。本文對(duì)人工智能課程建設(shè)的思考，主要針對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)與創(chuàng)新教學(xué)模式兩方面，目標(biāo)是要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們能夠在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的時(shí)代成為不可或缺的人才。

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