教育部产学合作协同育人教学内容和课程体系改革项目申报书-AI 赋能智能科学与技术专业课程教学探索

2023年美丽软件科技有限公司教育部产学合作协同育人项目申请书项目名称：AI赋能智能科学与技术专业课程教学探索负责人：联系电话：工作邮箱：学校名称：通信地址：二○二三年七月制填表说明(1)全日制本科高校在职教师或在校学生；(2)原则上不接受之前已获得过同类项目资助的重复2.有关项目内容、具体要求和说明请参考项目申报指3.项目负责人填写的内容由所在单位负责审核，所填内容必须真实、可靠。4.申请书由项目负责人填写并手写签名，报送所在高校主管部门审查、签署意见并盖章后，将扫描文件上传到项目平台()。项目概况(单选)项目负责人(主要教学及科研工作)获得蓝桥杯软件设计大赛省赛二等奖2020.10操作系统慕课设计和制作的探究2024.6疫情下教师在线教学能力提升的探究项目主要成员(不含项目负智能科学与技术专业目标是着力培养从事人工智能领域的高端技术人才。未来国与国之间的竞争根本上是人才的竞争，这就需要培养出顺应时代发展、创新实践能力强、更具国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1]。为此，专业课程教学团队应适应智能时代的课程理念，构建自主学习生态，实现新时代专业课程与人工智能技术、国家社会需求的紧密结合；开展智能化教学，灵活应用新媒体新技术，培养学生的创新实践能力；落实立德树人根本任务[2]，以培养人工智能领域高质量人才为目标，推动大学生知识、能力、素质协同发展。1

智能科学与技术专业课程教学面临的挑战智能科学与技术专业面向新时代行业需求，着力培养从事智能制造、云计算、人工智能等领域研究与技术创新的高端人才，而其中专业核心课程对专业人才培养提供着有力支撑。随着人工智能技术的飞速发展，与人工智能相关的前沿技术也在快速更新[3]。然而，与人工智能技术快速发展格局不相适应的是人工智能伦理的研究规范相对滞后及相关法律尚不健全。因此，如何在引导学生掌握基本理论，深入了解当前发展的同时，更好地培养他们的创新能力和实践能力，引导他们树立良好的意识形态国家安全观，并能够用智能化的思维去思考问题，从而使他们具备更强的职业竞争力，适应未来的变化，是新时代智能科学与技术专业教学改革面临的主要挑战。1.1课程的前沿性智能科学与技术专业课程的主要作用是帮助学生尽早了解所学专业知识体系，培养专业兴趣，掌握专业学习方法，规划自身发展，然而，由于该课程内容繁多且相关前沿技术更新速度快，如何让学生深入了解当前的发展，用智能化的思维去思考问题，适应未来的变化，保证课程的“高阶性、创新性和挑战度”，是培养学生自主学习、解决问题能力的关键。因此，通过研学结合，将最新的科技发展成果融入教学来培养学生自主学习能力更具现实意义。1.2学生的创新实践能力随着人工智能技术的飞速发展，其内涵在不断丰富。智能时代，最重要的是能不能根据目标需求快速建立原型，并通过不断迭代优化来达到更高的性能。与以往的人才培养要求不同，这尤其需要对学生创新能力和实践能力的培养[4]。因此，如何让学生在掌握基本方法的同时，更高要求地培养学生解决交叉学科复杂问题的能力，让他们具备更强的职业竞争力，从而更好地适应未来的不确定性，是智能科学与技术专业课程建设最大的挑战。因此，引入智能化的教育教学尤为迫切。1.3行业人才价值观塑造人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，也是国家未来战略发展的核心竞争力。未来国与国之间的竞争根本上是人才的竞争。《2021人工智能人才报告》中指出“2021年人工智能行业人才需求指数较2020年需求指数翻番，增长103%，算法人才缺口达170万[5]”。智能科学与技术、人工智能等专业作为人工智能人才培养的国家特色专业，理应肩负起更大责任。在培养学生专业能力的同时，引导其形成正确的价值观和方法论，对人工智能人才培养具有更加现实的意义，这也对专业立德树人工作提出了更高的要求[6]。项目特色与创新之处在于新工科专业数据科学与大数据技术与甘肃农业大学特色优势专业进行交叉融合，探索农业大数据、环境大数据、水利大数据以及兽医学大数据等多学科交叉应用型人才培养模式。“数据科学与大数据技术”是教育部于2015年公布的新增专业，专业具有蓬勃的朝气和广泛的应用领域，同时也是一门实践性很强的新兴交叉复合型学科，可以与政治、经济、环境、农业、医疗健康等各个领域进行交叉融合，具备鲜明的交叉专业特征。甘肃农业大学是我国西北的一所综合性大学，同时也是国家重点建设的中西部百所高校之一、甘肃省高水平大学。拥有动物医学等5个国家级特色专业；1个国家级重点学科（草业科学）、1个农业部重点学科和13个省级重点学科；5个博士后科研流动站，8个一级学科博士学位授权点，32个二级学科博士学位授权点；15个一级学科硕士学位授权点，69个二级学科硕士学位授权点，8个专业学位授权类别；有国家重点实验室培育基地1个，国家级实验教学示范中心1个，省级实验教学示范中心6个，省部共建和省级重点实验室（工程中心）33个。具备高水平的农业科学、兽医科学、草业科学、生态科学实力。但同时，这些优势学科也是我国的传统学科，老学科绽放新优势一定需要新鲜的血液注入。人工智能赋能智能科学与技术专业教学新思路如图1所示。2.1课程设计智能化针对科技不断发展、专业课程内容不断更新迭代的问题，设计“一中心三分区”的教学模式：以学生为中心，建立包含学习区、训练区和讨论区的网络化学习空间。通过学习区对人工智能的萌芽、诞生、发展、现状以及未来前景的学习，培养学生的历史思维能力；通过训练区“知识验证—综合应用—拓展提高”能力的训练，因材施教，实现个性化和差异化的指导；通过讨论区内对人工智能伦理、科技发展中关键问题和核心技术等的深入探讨，增强学生的分析判断能力，留给学生思考与讨论的空间，培养学生的辩证思维能力。具体通过研学结合来保证课程的“高阶性”，智能贯穿教学来保证课程的“创新性”，前沿引领教学来保证课程的“挑战度”，重点培养学生的智能思维，掌握人工智能的发展规律，并通过加强自主学习能力的训练，与未来职业发展对接，更好地应对时代发展需求。2.2教学方式创新化针对智能科学与技术专业课程对学生创新能力和实践能力的更高要求，依托人工智能教育技术，将现代教育手段和传统教学手段结合起来，将信息化智能化融进课程，采用多维度的信息化教学方式，对课程进行创新，为学生提供个性化教学服务。通过线上—线下混合教学方式充分调动学生参与课堂的积极性；通过在线资源保证学生学习的实时性，与此同时，通过在在线平台上放置拔高性视频，实现差异化教学；通过自主研发人工智能创新实验平台培养学生创新能力和实践能力。2.3立德树人常态化针对人工智能伦理的相对滞后及相关法律不健全的问题，在课程授课过程中，将价值观引导融入到知识传授和能力培养之中。遵循学生的认知规律，因材施教，结合不同学生的不同天赋、能力和意愿，引导学生建立科学的方法论，塑造正确的价值观，在人生道路上走得正，走得远。具体来说，以人工智能伦理为切入点，鼓励学生展开关于人工智能伦理和技术应用底线思维的探讨，并引导学生树立正确的意识形态和国家安全观；以科学方法论来提升认识问题、分析问题的能力，深入理解社会主义核心价值观中的公平正义，提升科学方法论，落实立德树人根本任务，培养高质量人才。3

人工智能赋能智能科学与技术专业教学新策略3.1智能化课程设计，构建自主学习生态设计“一中心三分区”的教学模式，采用智能化课程设计，通过研学结合来保证课程的“高阶性”、智能贯穿教学来保证课程的“创新性”、前沿引领教学来保证课程的“挑战度”，从而更为有效解地培养学生自主学习的能力，如图2所示。首先，研学结合，保证课程的“高阶性”。针对学生难以将理论知识运用于实践的问题，专业课课程负责人在授课过程中，基于自身的研究积累和对前沿技术的理解，以科研项目为驱动，将科研成果和科研动态融入教学，讲解成果中的关键技术，组织学生对课程中讲授的具体技术进行探讨，启发学生如何创新，鼓励学生进行尝试和实践，满足学生学以致用的实际需求，并将讨论内容布置成开放型的作业，让学生课下通过对国际前沿的了解，提出自己的见解、想法和解决思路，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。其次，智能贯穿教学，保证课程的“创新性”。依托人工智能教育技术，将现代教育手段和传统教学手段结合起来，将智能化任务学习融进课程、采用多维度的信息化教学方式。在课前，针对理论性较强、内容比较抽象、理解比较难的前沿性知识点，在在线平台上制作并上传教学提纲、课程PPT、知识点视频等在线资源。发布课前自学任务，引导学生自主学习和探究思考，让学生带着任务来上课。在课中，采用线上—线下混合教学方式，通过师生互动、生生互动，结合学生的自主探究情况，利用启发式、任务驱动式学习，结合分组讨论探究等教学方法，引出并讲授新课，充分调动学生的学习积极性，达到个性化教学的目的。在课后，利用在线资源对课堂内容进行复习，布置“知识验证—综合应用—拓展提高”进阶式的拓展探索训练题，通过人工智能创新实验平台进行思考、探讨与实践，培养学生自主探索和勇于创新的能力。最后，前沿引领教学，保证课程的“挑战度”。随堂介绍专业课程相关技术发展历程和最新前沿技术，启发学生对课程中讲授的具体技术进行探讨；并根据讨论内容布置具有一定延伸性的、开放型的作业，作业来源为实际工程和科研项目。通过专业基础测试和学习风格评测，对学生进行分组，强弱结合、互助成长。学生通过阅读教师推荐的与本课程密切相关的国际顶级期刊和国际顶级会议等的论文，深入思考教师布置的作业，提出自己的见解、想法和解决思路。对于追求卓越的学生，布置与课程知识点相关的竞赛题目，让同学们协作完成，并在课堂上展示方案和结果，调动每个学生的参与感，从而实现因材施教，努力实现个性化和差异化的指导。引导学生辩证地去认识每一项技术，启发学生思考每一项技术能解决具体项目中哪些关键问题，在落地应用中存在哪些困难，培养学生的辩证思维能力。3.2智能化教育教学，培养创新思维能力为了激发学生的兴趣、充分调动学生自主学习的积极性、提升团队协作精神和培养适应未来的能力，专业课程依托人工智能教育技术，将现代教育手段和传统教学手段结合起来，将信息化智能化融进课程，采用多维度的信息化教学方式，对课程进行创新。通过融入人工智能各领域应用技术进行实验培养学生创新能力和实践能力。实现“知识验证—综合应用—拓展提高”三阶段的能力训练，如图3所示。首先，为了进行个性化教学服务，采用线上—线下混合教学方式，充分调动学生参与课堂的积极性。在传统课堂教学的基础上，结合课程平台，通过屏幕共享、弹幕互动、在线考试、计时编程、分组讨论、学生互评、教师点评，激发学生学习兴趣，提高学生的参与度，实时掌握学生听课动态，了解学生听课过程中产生的疑问并及时解答。其次，结合团队在人工智能领域的研究心得及成果，紧跟国内外最新研究动态，对人工智能领域的相关知识和方法进行系统的梳理，建立“学习中心”在线资源，主要包括课程视频、教学大纲、教学课件、在线测试、模拟实训等，方便学生进行实时性的学习，促进学生及时巩固计算智能理论知识，提高解决问题的能力，培养自主学习的意识。同时，通过关键知识点视频等资源保证了学生学习的实时性。最后，依托人工智能教育技术，将现代教育手段和传统教学手段结合起来。在人工智能创新实验平台融入人工智能各领域应用技术进行实验培养学生创新能力和实践能力。由于每名学生的基础、对知识的接受程度和个人兴趣的不同，应根据学生的具体情况，在实验平台上部署不同难度级别的任务，供学生选择性完成。在智能化教育教学环节中，通过“知识验证—综合应用—拓展提高”能力的训练，因材施教，实现个性化和差异化的指导，培养学生的创新思维能力，提高学生的实践能力。3.3强化人工智能伦理规范，落实立德树人根本任务培养什么人，如何培养人，历来是党和国家教育的根本问题。近年来风云激荡的国际形势，让我们深切地感受到，一个国家如果没有核心技术，一打就垮，如果没有接班人，就会不打自垮。从这个层面上看，高校从事人才培养工作的一线教师必须提高认识，不仅要思考如何培养出合格的社会主义建设者，更重要的是解决好如何培养可靠接班人的问题。课程思政作为育人的一种方法，意义重大且影响深远。对于专业教师而言，做好课程思政既是新时代下必备的一项基本功，也是践行党的教育方针的具体体现。遵循时代新人的培养方向，智能科学与技术专业课程思政应以培养德智体美劳全面发展的社会主义合格建设者和可靠接班人为教学研究的方向和重点，以对学生兴趣的激发、能力的训练、方法论的提升和价值观的塑造为建设目标，改变单一的知识传授模式，引导学生树立正确的意识形态国家安全观，全面推进落实立德树人根本任务。首先，以人工智能伦理为切入点，塑造和培育学生的社会主义核心价值观。针对当前的热点和难点问题，探讨人工智能伦理，鼓励学生寻找解决办法，并引导正确的价值观和思维方向；发挥学生在课程思政教育教学中的主动性，全面提升研究生的思想道德和政治素质。其次，以科学方法论来提升认识问题、分析问题的能力。通过深入挖掘课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，让学生深入体会辩证唯物主义的科学方法论，掌握事物发展规律，提高认识问题、分析问题的能力。最后，以国家科技进步的脉络梳理厚植爱国情怀。以教学设计示范和科研攻关为基础，向学生传递科学严谨的治学态度，激发青年学子的社会责任感；通过在课程中融入国情相关的思政元素，使学生无形中铭记肩上的使命与担当，引导他们将所学知识服务于国家需要和民族振兴。通过本课题的研究，力求达到以下预期目标：（1）对区域代表性企业进行调查走访，通过调查结果分析得到围绕软件工程专业人才培养方案要求及毕业要求的解决复杂工程问题的创新能力需求报告；（2）校企双方教师尝试在嵌入式核心课程的实践教学中将OBE教学模式进行应用，包括共同进行项目选择、案例设计、场景设计及实施过程；（3）校企双方教师在课程设计中加入师生协同创新，制定过程化考核机制，完善软件工程专业课程体系；（4）形成带有实践效果的应用研究报告；（5）发表教学改革论文1-2篇。2021年8月-2022年1月：开展性工科产教融合、校企合作模式相关外政策及文献的整理，并对相关文献和法规进行研究探索，深入理解国家对新工科专业人才需求的具体标准和方向，并以此为基础对国内知名高校新工科专业建设现状进行调研，收集整理相关信息资料，通过学术