教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目申報(bào)書-基于問題導(dǎo)向的人工智能應(yīng)用案例式教學(xué)

2023年美麗軟件科技有限公司教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目申請(qǐng)書項(xiàng)目名稱：基于問題導(dǎo)向的人工智能應(yīng)用案例式教學(xué)負(fù)責(zé)人：聯(lián)系電話：工作郵箱：學(xué)校名稱：通信地址：二○二三年七月制填表說明(1)全日制本科高校在職教師或在校學(xué)生；(2)原則上不接受之前已獲得過同類項(xiàng)目資助的重復(fù)2.有關(guān)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、具體要求和說明請(qǐng)參考項(xiàng)目申報(bào)指3.項(xiàng)目負(fù)責(zé)人填寫的內(nèi)容由所在單位負(fù)責(zé)審核，所填內(nèi)容必須真實(shí)、可靠。4.申請(qǐng)書由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人填寫并手寫簽名，報(bào)送所在高校主管部門審查、簽署意見并蓋章后，將掃描文件上傳到項(xiàng)目平臺(tái)()。項(xiàng)目概況(單選)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人(主要教學(xué)及科研工作)獲得藍(lán)橋杯軟件設(shè)計(jì)大賽省賽二等獎(jiǎng)2020.10操作系統(tǒng)慕課設(shè)計(jì)和制作的探究2024.6疫情下教師在線教學(xué)能力提升的探究項(xiàng)目主要成員(不含項(xiàng)目負(fù)人工智能和IT技術(shù)的快速發(fā)展、知識(shí)的“爆炸性”增長(zhǎng)，對(duì)高等教育提出了復(fù)合型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)需求。在“新工科”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育”大背景下[1-2]，人工智能應(yīng)用課程要以智能科技為特色，注重動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和終身學(xué)習(xí)能力的高級(jí)專業(yè)技術(shù)人才或領(lǐng)軍型人才。人工智能應(yīng)用的范圍很廣，課程建設(shè)需要轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，重組教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法和手段。遵循“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，采用以問題為導(dǎo)向的案例式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“沉浸式”項(xiàng)目開發(fā)，提高學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)內(nèi)容改革中需要解決課程的基礎(chǔ)性和前沿性平衡需求與學(xué)科交叉融合趨勢(shì)；在教學(xué)方法改革中需要重點(diǎn)解決學(xué)生學(xué)時(shí)有限以及課程間知識(shí)“割裂”的問題。人工智能應(yīng)用課程應(yīng)以實(shí)踐教學(xué)為主，因此在教學(xué)改革中，結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，設(shè)計(jì)大量適用于教學(xué)的項(xiàng)目案例[3-4]，更加貼近社會(huì)需求和真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，盡快接觸最新技術(shù)，盡快接觸完整項(xiàng)目，支撐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，通過問題導(dǎo)向的項(xiàng)目案例式教學(xué)，幫助學(xué)生提高各方面的能力，培養(yǎng)人工智能專業(yè)的卓越工程師。1

轉(zhuǎn)變教學(xué)理念1.1知識(shí)體系構(gòu)建在制訂一個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)方案時(shí)，往往要針對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)，梳理課程體系；然后每門課程要梳理課程大綱，整理課程知識(shí)圖譜；更進(jìn)一步，課程間要討論銜接問題，去掉重復(fù)知識(shí)點(diǎn)講解，希望制訂的培養(yǎng)方案可以構(gòu)成相對(duì)完整的知識(shí)體系。但是這里有兩個(gè)問題：①隨著科技的發(fā)展，知識(shí)是演進(jìn)的，即使每隔一年修訂一次，我們也總是在制訂“未來的”培養(yǎng)方案。②在課程教學(xué)實(shí)施階段常常是割裂的，為了解決這個(gè)問題，課程組曾經(jīng)嘗試“跨課程”案例教學(xué)，但是時(shí)間跨度太長(zhǎng)，涉及的教師太多，案例比較單一。近年來人工智能應(yīng)用新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，人工智能的計(jì)算平臺(tái)、編程模式都在快速發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)課程內(nèi)容需要發(fā)生很大變化，如大數(shù)據(jù)平臺(tái)HADOOP、SPARK，云-邊-端協(xié)同計(jì)算，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編程框架Tensorflow、Pytorch，學(xué)校趕不上企業(yè)的步伐。無論是計(jì)算機(jī)專業(yè)還是其他理工科專業(yè)，都不可能針對(duì)各種技術(shù)都開設(shè)相關(guān)課程，使得實(shí)踐教學(xué)本就緊張的學(xué)時(shí)更加不足，怎么把技術(shù)的多樣性快速教給學(xué)生是一大難題。為了解決以上問題，課程組提出“以學(xué)生為中心”、以“問題為導(dǎo)向”的項(xiàng)目案例式教學(xué)，梳理人工智能應(yīng)用技術(shù)的知識(shí)體系，通過項(xiàng)目案例式教學(xué)，解決各種需求和應(yīng)用場(chǎng)景、各種技術(shù)的融合問題，在一門課程中實(shí)施，緩解跨課程知識(shí)割裂問題，同時(shí)解決學(xué)時(shí)有限的問題。通過綜合性的項(xiàng)目案例教學(xué)，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。圖1為立足于“以學(xué)生為中心”的知識(shí)體系構(gòu)建。1.2教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)高校教師的學(xué)術(shù)和科研往往側(cè)重某一個(gè)或者幾個(gè)方面的專長(zhǎng)，而教學(xué)工作需要教師有大局觀、歷史觀，因此教學(xué)改革中必須有一只強(qiáng)有力的師資隊(duì)伍，并且能夠通力合作。作為專業(yè)實(shí)踐課，課程團(tuán)隊(duì)的教師需要有豐富的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)需要培養(yǎng)更多熟悉人工智能項(xiàng)目開發(fā)的教師，結(jié)合課程的教學(xué)需求和教學(xué)目標(biāo)，把科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例和工程實(shí)踐項(xiàng)目，并參與實(shí)際教學(xué)授課工作。1.3課程思政課程思政[5]需要大學(xué)課程在傳授知識(shí)的同時(shí)，關(guān)注大學(xué)生世界觀、人生觀、價(jià)值觀的培養(yǎng)。項(xiàng)目案例式教學(xué)有利于融合課程思政，①可以設(shè)計(jì)時(shí)政、環(huán)保等為需求的項(xiàng)目案例，如“疫情傳播仿真軟件”“海洋生態(tài)系統(tǒng)模擬”等，供學(xué)生參考；②鼓勵(lì)學(xué)生開發(fā)扶貧、助老、助殘等為目標(biāo)的項(xiàng)目；③可以設(shè)計(jì)體現(xiàn)中國(guó)文化的項(xiàng)目案例，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)反映中國(guó)文化的項(xiàng)目，如“中國(guó)農(nóng)歷微信小程序”“漢服及漢文化宣傳網(wǎng)站”等；④引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)基礎(chǔ)軟件，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)開發(fā)涉及人工智能最新技術(shù)的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)關(guān)于中國(guó)當(dāng)前“卡脖子”技術(shù)的項(xiàng)目等。本次項(xiàng)目的實(shí)施為后續(xù)企業(yè)與高校的合作搭建了平臺(tái)，具有橋梁的作用，項(xiàng)目實(shí)施的意義較大。2.項(xiàng)目培訓(xùn)方式：本項(xiàng)目培訓(xùn)的方式更加多元化，采用線上線下、理論+實(shí)踐相結(jié)合的培訓(xùn)方式。大數(shù)據(jù)分析相關(guān)師資培訓(xùn)研議報(bào)告及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相關(guān)學(xué)習(xí)資料等，。在進(jìn)行線下培訓(xùn)時(shí)，采用理論+實(shí)踐的培訓(xùn)方式，不僅要注重理論知識(shí)，還要注重實(shí)戰(zhàn)鍛煉，在實(shí)學(xué)習(xí)成效。為了提高教師的學(xué)習(xí)效率，以及更好地掌握教師培訓(xùn)情況，本項(xiàng)目采用以任務(wù)為導(dǎo)向，將培訓(xùn)內(nèi)容分解成每天的學(xué)習(xí)任務(wù)，最后以學(xué)習(xí)日志和課程設(shè)計(jì)的形式提交。除進(jìn)行線下培訓(xùn)外，還可以帶領(lǐng)高校教師參觀企業(yè)，組織專任教師去企業(yè)頂中去。項(xiàng)目實(shí)施的途徑和方式更加多元化，更具有趣味性，可以訓(xùn)。3.項(xiàng)目培訓(xùn)內(nèi)容：本項(xiàng)目實(shí)施目的是提高教師專業(yè)技能、教學(xué)能力和課程建設(shè)水平。本項(xiàng)目對(duì)教師專業(yè)技能的培訓(xùn)更注重教師實(shí)踐能力的提升，培訓(xùn)內(nèi)容不拘泥于課本理論，側(cè)重于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在企業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。通過實(shí)際項(xiàng)目演練，加深教師對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，使得教師通過培訓(xùn)達(dá)到大數(shù)據(jù)專業(yè)的能力要求。1以問題為導(dǎo)向的項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)針對(duì)理工科低年級(jí)本科生，在掌握一門程序設(shè)計(jì)語言和學(xué)習(xí)了人工智能導(dǎo)論的基礎(chǔ)上，人工智能應(yīng)用課程需要把程序設(shè)計(jì)方法、人工智能算法、軟件工程管理等教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，通過項(xiàng)目案例教學(xué)讓學(xué)生模仿學(xué)習(xí)，而不是講解分離的知識(shí)點(diǎn)。課程團(tuán)隊(duì)的教師需要設(shè)計(jì)、開發(fā)各種需求和應(yīng)用場(chǎng)景和各種技術(shù)的項(xiàng)目式教學(xué)案例，保證教學(xué)內(nèi)容的綜合性，需要把科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例，保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。鼓勵(lì)課程團(tuán)隊(duì)教師提供大量的案例，保證案例類型的豐富性，比如多媒體類、網(wǎng)站類、移動(dòng)應(yīng)用類、網(wǎng)絡(luò)和通信類、大數(shù)據(jù)類、人工智能類和算法類等。項(xiàng)目案例式教學(xué)在總體知識(shí)體系下，每個(gè)案例自成體系，通過設(shè)計(jì)教學(xué)案例可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)下沉，幫助學(xué)生建立自己的知識(shí)體系。每個(gè)項(xiàng)目案例從知識(shí)、能力、認(rèn)知3個(gè)層面進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）知識(shí)層面，課程教學(xué)內(nèi)容最基本的要求是要教學(xué)一些知識(shí)，人工智能應(yīng)用課程的知識(shí)主要有軟件設(shè)計(jì)開發(fā)過程、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)及其優(yōu)化、圖形用戶界面等。（2）能力層面，希望學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的基礎(chǔ)上，鍛煉各方面的能力，比如程序設(shè)計(jì)和代碼調(diào)試能力，通過撰寫項(xiàng)目開發(fā)文檔提高表達(dá)能力，通過項(xiàng)目開發(fā)的討論和技術(shù)交流學(xué)習(xí)，培養(yǎng)協(xié)作能力。（3）認(rèn)知層面，是課程教學(xué)的最高要求，人工智能應(yīng)用課程要求學(xué)生了解軟件的服務(wù)性、程序的可靠性，具備分析問題和解決問題的能力，以及課程思政。項(xiàng)目案例式教學(xué)可以把教師的科研項(xiàng)目成果傳授給學(xué)生，可以把課程思政融入項(xiàng)目案例中，可以輔助學(xué)生盡快開始創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的思考。從學(xué)生的角度來講，首先是項(xiàng)目案例的模仿學(xué)習(xí)，然后嘗試提出問題、分析問題、解決問題，通過設(shè)計(jì)學(xué)生自己小組的項(xiàng)目，進(jìn)行思考和實(shí)踐。項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)每年不斷滾動(dòng)更新，追蹤最新技術(shù)設(shè)計(jì)最新的項(xiàng)目案例，有利于學(xué)生的知識(shí)體系演進(jìn)。2教學(xué)資源建設(shè)為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的靈活組織，課程組設(shè)計(jì)的項(xiàng)目案例不限具體技術(shù)、不限開發(fā)環(huán)境和開發(fā)方法，教學(xué)中可以選講一個(gè)或幾個(gè)項(xiàng)目案例，大量案例提供給學(xué)生參考學(xué)習(xí)，已經(jīng)完成的教學(xué)資源建設(shè)如下：（1）課程組開發(fā)了約50個(gè)項(xiàng)目式教學(xué)案例，包括課件、文檔和源碼，提供給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)參考。（2）把項(xiàng)目案例制作成視頻課程[6-7]進(jìn)行呈現(xiàn)，其中人工智能應(yīng)用相關(guān)的案例見表1。（3）編寫教材，在《程序設(shè)計(jì)實(shí)踐》兩版教材的基礎(chǔ)上，《人工智能程序設(shè)計(jì)實(shí)踐》是立體教材，以人工智能應(yīng)用為案例，涵蓋當(dāng)前領(lǐng)先技術(shù)的應(yīng)用，引導(dǎo)讀者學(xué)習(xí)人工智能應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。3

基于問題導(dǎo)向的人工智能應(yīng)用案例式教學(xué)實(shí)踐3.1教學(xué)目標(biāo)課程基于理論聯(lián)系實(shí)踐、線上線下混合式教學(xué)，從以下4個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。（1）培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力：通過學(xué)習(xí)演示項(xiàng)目案例，能夠設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)新的項(xiàng)目；通過教師講授掌握分析問題、解決問題的方法。（2）鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力：按照軟件工程項(xiàng)目規(guī)范撰寫項(xiàng)目文檔；期末進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)和匯報(bào)演講。（3）鍛煉學(xué)生的協(xié)作能力：要求學(xué)生采用小組形式合作完成項(xiàng)目；平時(shí)在慕課平臺(tái)、QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)討論和交流技術(shù)問題。（4）培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感：在教學(xué)項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)中增加課程思政相關(guān)的項(xiàng)目；引導(dǎo)學(xué)生在小組選題時(shí)有針對(duì)性地開題。3.2MOOC教學(xué)方法（1）利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，支持學(xué)生的碎片化學(xué)習(xí)、隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的習(xí)慣，開發(fā)MOOC課程，2018-2022年已開設(shè)5期公開課，學(xué)生可以有選擇地學(xué)習(xí)，通過觀看項(xiàng)目案例視頻，自主選擇感興趣的應(yīng)用領(lǐng)域。（2）在MOOC網(wǎng)站提供視頻、源碼和相關(guān)文檔，學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)項(xiàng)目案例開發(fā)過程，學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)以及項(xiàng)目開發(fā)過程。（3）學(xué)生選題不限開發(fā)環(huán)境、不限語言，提出自己的項(xiàng)目并為之奮斗。項(xiàng)目開發(fā)的過程管理模擬軟件工程，但是簡(jiǎn)化為適合教學(xué)中模擬實(shí)戰(zhàn)的4個(gè)步驟：需求分析(RA)、概要設(shè)計(jì)(HLD)、詳細(xì)設(shè)計(jì)(LLD)和項(xiàng)目總結(jié)(PS)，學(xué)生以MOOC案例作為參考設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自己的小組項(xiàng)目，按照規(guī)范撰寫項(xiàng)目文檔。（4）通過網(wǎng)站答疑、互動(dòng)交流等形式，掌握技術(shù)的同時(shí)鍛煉協(xié)作能力。3.3SPOC教學(xué)方法（1）校內(nèi)課程基于中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)的“慕課堂”，以及其他一些通用平臺(tái)：QQ群、騰訊會(huì)議、課堂派、愛課堂等，進(jìn)行SPOC教學(xué)，綜合利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支撐課程實(shí)施過程管理和全新的考核方式。（2）教學(xué)過程管理基于MOOC的RA-HLD-LLD-PS，在此基礎(chǔ)上，前期增加演示案例講解和學(xué)生組隊(duì)選題研討；后期增加項(xiàng)目驗(yàn)收環(huán)節(jié)，各階段構(gòu)成閉環(huán)管理。教學(xué)過程管理如圖2所示。（3）校內(nèi)相關(guān)專業(yè)開設(shè)本課程，各個(gè)課堂的任課教師可根據(jù)本班學(xué)生的情況，靈活使用MOOC資源提升SPOC教學(xué)效果。通過本課題的研究，力求達(dá)到以下預(yù)期目標(biāo)：（1）對(duì)區(qū)域代表性企業(yè)進(jìn)行調(diào)查走訪，通過調(diào)查結(jié)果分析得到圍繞軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求及畢業(yè)要求的解決復(fù)雜工程問題的創(chuàng)新能力需求報(bào)告；（2）校企雙方教師嘗試在嵌入式核心課程的實(shí)踐教學(xué)中將OBE教學(xué)模式進(jìn)行應(yīng)用，包括共同進(jìn)行項(xiàng)目選擇、案例設(shè)計(jì)、場(chǎng)景設(shè)計(jì)及實(shí)施過程；（3）校企雙方教師在課程設(shè)計(jì)中加入師生協(xié)同創(chuàng)新，制定過程化考核機(jī)制，完善軟件工程專業(yè)課程體系；（4）形成帶有實(shí)踐效果的應(yīng)用研究報(bào)告；（5）發(fā)表教學(xué)改革論文1-2篇。2023年8月-2023年1月：開展性工科產(chǎn)教融合、校企合作模式相關(guān)外政策及文獻(xiàn)的整理，并對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)和法規(guī)進(jìn)行研究探索，深入理解國(guó)家對(duì)新工科專業(yè)人才需求的具體標(biāo)準(zhǔn)和方向，并以此為基礎(chǔ)對(duì)國(guó)內(nèi)知名高校新工科專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，收集整理相關(guān)信息資料，通過學(xué)術(shù)交流等方式與領(lǐng)頭高校專業(yè)負(fù)責(zé)人和領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行溝通探討，找到新工科專業(yè)與優(yōu)質(zhì)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)教融合、校企合作的型模式，新標(biāo)準(zhǔn)。2024年2月-2024年7月：對(duì)現(xiàn)有“新工科”專業(yè)校企聯(lián)合培養(yǎng)模式進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步明確校企合作下的“新工科”專業(yè)辦學(xué)定位，調(diào)整課程體系架構(gòu)、學(xué)分設(shè)置、課程設(shè)置，實(shí)踐實(shí)習(xí)課程內(nèi)容，制定出一套更加符合國(guó)家對(duì)“新工科”專業(yè)人才在交叉學(xué)科領(lǐng)域中實(shí)際工作能力勝任要求的實(shí)用型課程體系。2024年8月-2025年1月：與企業(yè)協(xié)商簽訂“雙師型”教師培養(yǎng)計(jì)劃，并將雙師型教學(xué)引入專業(yè)課程教學(xué)體系，在學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)、政治理論學(xué)習(xí)、思想建設(shè)和實(shí)踐學(xué)習(xí)中發(fā)揮重要作用。2025年2月-2025年4月：完善校企合作育人模式下的實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系，一方面，利用學(xué)校和企業(yè)資源，幫助學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐完成實(shí)習(xí)實(shí)踐學(xué)習(xí)計(jì)劃；另一方面，同時(shí)開展大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃、大學(xué)生科研活動(dòng)、大學(xué)生專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)知培訓(xùn)和大賽、實(shí)驗(yàn)教學(xué)