“导师牵引+竞赛驱动”的人...能专业人才创新实践能力培养_姜林.pdf

第 4 期2023 年 4 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号：G642220基金项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目“面向未来技术的人工智能专业课赛融合 三型 人才培养探索与实践”（HNJG-2020-0643），“数字经济 背景下工业智能专业创新人才培养体系探索与研究”（HNJG-2022-0881），“多元驱动的人工智能专业跨学科交叉人才培养模式探索与实践”（HNJG-2022-0883），“基于社群化学习的复杂软件工程问题能力的培养（HNJG-2021-0761）”；2019 年教育部产学合作协同育人项目第一批项目“智能机器人及人工智能应用师资人才培养”（201901014018）。第一作者简介：姜林，男，副教授，研究方向为智能语音处理、机器学习，。0引 言以深度学习为代表的人工智能技术正将人们带入智能时代，智能机器人、智能制造、智能物联网等各类智能应用正逐渐渗透到社会各个领域，并不断改变人民的日常生活。人工智能技术的飞速发展对创新实践能力专业人才的迫切需求与日俱增1。自 2017 年国务院发布新一代人工智能发展规划以来，截至 2022 年，我国共有 440 所高校开设了人工智能专业。经济社会对人工智能专业人才的迫切需求，高校密集开设人工智能专业的现状，使得人工智能专业人才培养面临新挑战，加强人工智能专业人才创新实践能力的培养成为人工智能专业人才培养的关键2。人工智能技术以创新实践为核心，以解决实际工程问题为目的，因此，创新实践能力的培养成为人工智能专业人才培养过程中的关键环节。然而，人工智能技术具有前沿性、革命性、颠覆性，技术迭代日新月异，这为创新实践能力的培养增加了新难度；人工智能专业属于新专业，人“导师牵引+竞赛驱动”的人工智能专业人才创新实践能力培养姜 林1，黄 华2，刘金金1，杨俊丰1，刘星宝1（1.湖南工商大学 前沿交叉学院，湖南 长沙 410205；2.湖南工商大学 计算机学院，湖南 长沙 410205）摘 要：针对一般本科院校人工智能专业人才实践创新能力培养过程中存在的学生自律能力欠佳、办学经费有限、校企融合有难度的问题，提出“导师牵引+竞赛驱动”的人工智能专业人才创新实践能力培养体系，介绍具体教学实施过程，最后通过 3 年的实践效果说明人才培养的有效性。关键词：导师牵引；竞赛驱动；人工智能专业；创新实践能力培养文章编号：1672-5913(2023)04-0220-05才培养途径无可借鉴的模式，这为创新实践能力的培养带来了新挑战；我国经济社会高速发展，加速了对人工智能专业人才的迫切需求，这为创新实践能力培养赋予了新使命。探索人工智能专业人才创新实践能力的培养途径成为教育者亟待解决的问题。1现状及问题分析1.1人工智能专业人才创新实践能力定义创新实践能力是当代大学生投身祖国建设、实现民族复兴的重要能力，它通过运用已有知识，进行深层次探究，形成独创思维、有创造性地解决实际问题3。对于人工智能专业人才来说，创新实践能力是指学习人工智能相关理论与技术，对人工智能应用领域开展深层次研究，形成AI 思维，工程实践，具备创造性地解决人工智能领域实际问题的能力。具体来说，需要掌握数学基础、程序开发、机器学习、深度神经网络等相关理论与技术，对自然语言处理、智能语音处理、计算机视觉等人工智能应用技术深入研究，DOI:10.16512/ki.jsjjy.2023.04.038教育与教学研究第 4 期221具备解决应用场景（如智能客服、智能制造、智能驾驶、智能物联网等）中实际问题的能力。1.2人工智能专业人才创新实践能力培养现状经过几年的办学，提高人工智能专业人才创新实践能力的培养质量已成为教育者的共识。教育者们分别从综合素养、工程实践、产教融合等方面进行了有益探索。综合素养方面，文献 4中构建了以大学生创新创业大赛为依托的综合实践能力培养体系；文献 5 中探索了能力导向与问题驱动、多层次实践、团队协作学习、交互式评估的人工智能专业人才研究型教学模式。工程实践方面，文献 6 中通过构建实践实训平台，实施算法理论到工程实践的培养环节，提高了学生的创新实践能力；文献 7 中构建了“智能+X”的人工智能课程体系，将 X 学科的工程实况与人工智能相结合，探索了线上、线下多元化教学模式，激发了学生实践技能提升的潜能；文献8 中从成果导向教育理念出发，通过制订培养体系、引入持续改进机制，目标导向优化等，探索了人工智能专业人才实验教学模式。产教融合方面，文献 9 中从新工科背景出发，指出人工智能人才培养需要多元化，深入开展产教融合、科教融合、课程体系重构、教学方法创新；文献10 中从校企项目合作、课程建设、双师型建设等方面构建了人工智能人才培养模式，推动了创新实践能力培养；文献 11 中构建了基础级、实验室级、产业级的实训课程体系，探索了具有自身特色的产教融合人才培养之路。上述研究表明，人工智能专业人才创新实践能力培养是复杂的、多元的、交叉的系统性工程，人才培养质量与师资力量、生源质量、软硬件资源等因素息息相关。针对一般本科高校，人工智能专业人才创新实践能力培养过程中仍然面临着诸多现实问题。1.3人工智能专业人才创新实践能力培养存在的问题（1）生源质量普遍一般，学生自律能力欠佳。一般本科高校生源质量在本科生群体中属于中等水平，具有一定的自我学习能力，但学生自律能力欠佳，在“放任自流”式的自我学习中，效果难以提升，影响创新实践能力培养质量。（2）软硬件资源受限，产教融合实施有难度。一般本科高校多为地方院校，办学经费不充足，软硬件资源有限，人工智能师资人数不足，技术能力有限，难以支撑大规模的实践实训平台。人工智能领域校企合作中，技术含量高的企业难以与地方院校匹配，技术含量低的企业又难以胜任人才培养质量，因此，产教融合实施有难度。（3）学生就业压力大，亟须提升竞争力。近年因疫情影响，用人单位接收毕业生有限，加之人工智能专业开设增多，学生就业压力陡增。因此，在读生急需通过创新实践能力的提升增加就业竞争力。综上，人工智能专业人才创新实践能力的培养需从高校校情出发，探索与之匹配的培养途径，形成自身办学特色。根据一般本科高校的实情，需要从生源实际、办学资源、学生诉求等方面进行权衡，并寻求到合适的人才培养途径。2“导师牵引+竞赛驱动”的创新实践能力培养体系构建“导师牵引+竞赛驱动”的创新实践能力培养体系如图 1 所示。根据人才培养需求，构建实践课程体系达到人才培养目标；根据学生自律能力欠佳的问题，采用学业导师牵引的方法引导学生提升自主学习的能力；根据学生就业压力大，采用学科竞赛驱动的方法，敦促学生逐步提升就业竞争力。2.1实践课程体系构建（1）人才培养需求。涉及国家战略要求，经济市场行业需求，专业建设目标定位，学生个人发展诉求等，这是人工智能专业制订人才培养计划的纲领。（2）实践课程体系。根据人才培养方案，制订实践课程体系，主要包括基础理论类（如高等数学、概率统计、线性代数、离散数学），算法模型类（如机器学习、人工智能技术、深度神经网络），编程实践类（如 C 语言、Python、Java），应用技术类（如自然语言处理、智能语音处理、计算机视觉）。（3）人才培养目标。根据新工科背景与工程2023222计 算 机 教 育Computer Education学业导师牵引人才培养需求国家战略行业需求专业定位学生发展实践课程体系基础理论类算法模型类编程实践类应用技术类人才培养目标创新思维创业意识实践能力工程思想学科竞赛驱动学生定位 教育认证要求，制订需要达到的创新实践能力要求，包括创新思维、创业意识、实践能力、工程思想等。2.2学业导师牵引一般本科高校在实践创新能力培养过程中，将面临学生自律能力欠佳，主动学习能力不够，创新实践学习方法不当的问题。通过设置本科学业导师机制，全程引导学生能力培养过程，有望破解上述难题。（1）根据每个学生的职业规划诉求，制订创新实践能力培养方案类型，一般为学术研究和工程实践两类。（2）为学生制订项目选题领域（如智能语音、计算机视觉、智能机器人等），根据其培养类型，针对性地指导实践课程体系学习。（3）将学科竞赛与培养类型相结合，选定学科竞赛类型（如学术研究型、创新创业型、技能大赛型），并根据学科竞赛类型有计划地指导竞赛全过程，使其达到人才培养目标。2.3学科竞赛驱动人工智能专业创新实践能力的提升离不开项目的驱动，对于一般本科院校，校企融合实施难度大，竞赛项目驱动可以缓解上述困难。（1）现有学科竞赛项目大多来源于实际工程问题，项目选题接近真实生产一线课题，有利于与市场需求接轨。（2）已有学科竞赛类型丰富多样，可满足学生不同职业规划诉求。（3）学科竞赛的时效性与专业性，有利于提高学生自律能力和专业技能的快速提升。2.4制度保障上述创新实践能力培养体系的实施需要有良好的制度保障。（1）创新实践课程体系需要覆盖大多数人才培养需求，尤其是学术研究与专业技能方面。（2）学科竞赛驱动方法，需要高度的认可度保证学生参加竞赛的热情，需要充足的经费保障使学科竞赛顺利实施。（3）学业导师牵引，需要有良好的制度保障以激励教师的付出，调动教师积极性。3实践探索及效果湖南工商大学在人工智能、智能科学与技术专业共计 250 人开展了“学业导师+竞赛驱动”的创新实践能力培养。实践探索过程如图2所示。3.1实施过程根据前面构建的“导师牵引+竞赛驱动”的创新实践能力培养体系，实施过程分为 3 个阶段。（1）学业导师牵引阶段。学业导师根据人才培养需求，将各需求进行分解并映射到现有学科竞赛中，本文在探索中主要映射为创新创业大赛、专业技能学科大赛等，其中创新创业以“互联网+”和“挑战杯”为主，专业技能以中国机器人及人工智能大赛、中国大学生计算机设计大赛为主。通过选定的学科竞赛类型，并在每个赛图 1“导师牵引+竞赛驱动”的人工智能专业创新实践能力培养体系教育与教学研究第 4 期223项中拟定项目选题，选题以学术研究和专业技能两大类作为候选，也可由学生根据兴趣爱好自拟选题。最后，由学业导师和学生根据各自特长与专业兴趣进行双选。（2）专业技能训练阶段。根据人才培养方案，学生系统学习人工智能相关专业技能，学习过程中，在导师指导下侧重学习与项目选题密切相关的技术，如计算机视觉、智能语音处理、机器人技术等。（3）竞赛驱动提升阶段。为使每名学生创新实践能力得到提升，要求学生通过团队合作完成项目研发，项目研发过程中采用工程化思想进行螺旋上升的迭代开发模式，通过项目需求分析、项目技术选型、项目实践提升、学科竞赛训练等阶段逐步提升创新实践能力。3.2实施制度保障本创新实践能力培养体系实施过程中，要求学业导师指导有动力、学生学习有热情、软硬件资源有保障。为此，湖南工商大学制定了强有力的制度保障。（1）对于学业导师，在职称评审中将指导学生业绩作为必选条件，并在学科竞赛奖励中与科研奖励强度持平，形成了强大的激励制度。（2）对于学生学科竞赛激励方面，参加学科竞赛可获创新创业学分，在各类评优评先中给予加分，并逐年增加经费支持。（3）在软硬件资源保障中，学校实施专业实验室全天候开放的模式供学生实践训练，若遇小额度硬件设备购买需求，均从专业建设费中资助学生项目开发。（4）实施过程监督方面，专门制订了学业导师规章制度，规定了导师的职责与义务，以及不能履行导师职责的淘汰机制。3.3实施效果经过 3 年多的教学实施，人工智能、智能科学与技术专业 250 人在学科竞赛和专业技能上得到了明显提升，创新实践能力培养取得初步成效。（1）创新实践综合能力得到了充分训练。所有学生参与了学科竞赛，通过项目研发、参赛文档撰写、比赛答辩等环节提高了学生创新实践能力。学生获省级及以上学科竞赛奖项达 82%，在教育部排行榜学科竞赛中获国家一等奖项目 16项，获奖数全校专业排名第一。（2）高质量学科竞赛奖励获得突破，获 2019年中国机器人及人工智能大赛养老服务赛项全国冠军，获 2021 年“挑战杯”全国大学生课外科技学术作品大赛全国特等奖，突破了学校历史。（3）学生实际项目研发