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-基于问题导向的人工智能应用案例式教学

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：基于问题导向的人工智能应用案例式教学负责人：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(不含项目负人工智能和IT技术的快速发展、知识的“爆炸性”增长，对高等教育提出了复合型和创新型人才培养需求。在“新工科”“创新创业教育”大背景下[1-2]，人工智能应用课程要以智能科技为特色，注重动手实践能力，培养具有创新创业意识和终身学习能力的高级专业技术人才或领军型人才。人工智能应用的范围很广，课程建设需要转变教学理念，重组教学内容，改革教学方法和手段。遵循“以学生为中心”的教学理念，采用以问题为导向的案例式教学，引导学生进行“沉浸式”项目开发，提高学习兴趣。在教学内容改革中需要解决课程的基础性和前沿性平衡需求与学科交叉融合趋势；在教学方法改革中需要重点解决学生学时有限以及课程间知识“割裂”的问题。人工智能应用课程应以实践教学为主，因此在教学改革中，结合教师的科研项目，设计大量适用于教学的项目案例[3-4]，更加贴近社会需求和真实应用场景，让学生在“做中学”，尽快接触最新技术，尽快接触完整项目，支撑创新创业，通过问题导向的项目案例式教学，帮助学生提高各方面的能力，培养人工智能专业的卓越工程师。1

转变教学理念1.1知识体系构建在制订一个专业的培养方案时，往往要针对培养目标，梳理课程体系；然后每门课程要梳理课程大纲，整理课程知识图谱；更进一步，课程间要讨论衔接问题，去掉重复知识点讲解，希望制订的培养方案可以构成相对完整的知识体系。但是这里有两个问题：①随着科技的发展，知识是演进的，即使每隔一年修订一次，我们也总是在制订“未来的”培养方案。②在课程教学实施阶段常常是割裂的，为了解决这个问题，课程组曾经尝试“跨课程”案例教学，但是时间跨度太长，涉及的教师太多，案例比较单一。近年来人工智能应用新技术不断涌现，人工智能的计算平台、编程模式都在快速发展，实践教学课程内容需要发生很大变化，如大数据平台HADOOP、SPARK，云-边-端协同计算，深度神经网络编程框架Tensorflow、Pytorch，学校赶不上企业的步伐。无论是计算机专业还是其他理工科专业，都不可能针对各种技术都开设相关课程，使得实践教学本就紧张的学时更加不足，怎么把技术的多样性快速教给学生是一大难题。为了解决以上问题，课程组提出“以学生为中心”、以“问题为导向”的项目案例式教学，梳理人工智能应用技术的知识体系，通过项目案例式教学，解决各种需求和应用场景、各种技术的融合问题，在一门课程中实施，缓解跨课程知识割裂问题，同时解决学时有限的问题。通过综合性的项目案例教学，提高学生分析问题、解决问题的能力。图1为立足于“以学生为中心”的知识体系构建。1.2教学团队建设高校教师的学术和科研往往侧重某一个或者几个方面的专长，而教学工作需要教师有大局观、历史观，因此教学改革中必须有一只强有力的师资队伍，并且能够通力合作。作为专业实践课，课程团队的教师需要有丰富的项目开发经验。课程团队建设需要培养更多熟悉人工智能项目开发的教师，结合课程的教学需求和教学目标，把科研项目转化为教学案例和工程实践项目，并参与实际教学授课工作。1.3课程思政课程思政[5]需要大学课程在传授知识的同时，关注大学生世界观、人生观、价值观的培养。项目案例式教学有利于融合课程思政，①可以设计时政、环保等为需求的项目案例，如“疫情传播仿真软件”“海洋生态系统模拟”等，供学生参考；②鼓励学生开发扶贫、助老、助残等为目标的项目；③可以设计体现中国文化的项目案例，引导学生设计反映中国文化的项目，如“中国农历微信小程序”“汉服及汉文化宣传网站”等；④引导学生开发基础软件，引导学生设计开发涉及人工智能最新技术的项目，设计关于中国当前“卡脖子”技术的项目等。本次项目的实施为后续企业与高校的合作搭建了平台，具有桥梁的作用，项目实施的意义较大。2.项目培训方式：本项目培训的方式更加多元化，采用线上线下、理论+实践相结合的培训方式。大数据分析相关师资培训研议报告及大数据分析技术相关学习资料等，。在进行线下培训时，采用理论+实践的培训方式，不仅要注重理论知识，还要注重实战锻炼，在实学习成效。为了提高教师的学习效率，以及更好地掌握教师培训情况，本项目采用以任务为导向，将培训内容分解成每天的学习任务，最后以学习日志和课程设计的形式提交。除进行线下培训外，还可以带领高校教师参观企业，组织专任教师去企业顶中去。项目实施的途径和方式更加多元化，更具有趣味性，可以训。3.项目培训内容：本项目实施目的是提高教师专业技能、教学能力和课程建设水平。本项目对教师专业技能的培训更注重教师实践能力的提升，培训内容不拘泥于课本理论，侧重于大数据分析技术在企业中的实际应用。通过实际项目演练，加深教师对所学知识点的理解和掌握，使得教师通过培训达到大数据专业的能力要求。1以问题为导向的项目案例设计针对理工科低年级本科生，在掌握一门程序设计语言和学习了人工智能导论的基础上，人工智能应用课程需要把程序设计方法、人工智能算法、软件工程管理等教学内容进行重组，通过项目案例教学让学生模仿学习，而不是讲解分离的知识点。课程团队的教师需要设计、开发各种需求和应用场景和各种技术的项目式教学案例，保证教学内容的综合性，需要把科研项目转化为教学案例，保证教学内容的先进性。鼓励课程团队教师提供大量的案例，保证案例类型的丰富性，比如多媒体类、网站类、移动应用类、网络和通信类、大数据类、人工智能类和算法类等。项目案例式教学在总体知识体系下，每个案例自成体系，通过设计教学案例可以实现知识下沉，帮助学生建立自己的知识体系。每个项目案例从知识、能力、认知3个层面进行设计：（1）知识层面，课程教学内容最基本的要求是要教学一些知识，人工智能应用课程的知识主要有软件设计开发过程、系统设计、算法设计及其优化、图形用户界面等。（2）能力层面，希望学生在学习知识的基础上，锻炼各方面的能力，比如程序设计和代码调试能力，通过撰写项目开发文档提高表达能力，通过项目开发的讨论和技术交流学习，培养协作能力。（3）认知层面，是课程教学的最高要求，人工智能应用课程要求学生了解软件的服务性、程序的可靠性，具备分析问题和解决问题的能力，以及课程思政。项目案例式教学可以把教师的科研项目成果传授给学生，可以把课程思政融入项目案例中，可以辅助学生尽快开始创新创业的思考。从学生的角度来讲，首先是项目案例的模仿学习，然后尝试提出问题、分析问题、解决问题，通过设计学生自己小组的项目，进行思考和实践。项目案例设计每年不断滚动更新，追踪最新技术设计最新的项目案例，有利于学生的知识体系演进。2教学资源建设为了实现教学内容的灵活组织，课程组设计的项目案例不限具体技术、不限开发环境和开发方法，教学中可以选讲一个或几个项目案例，大量案例提供给学生参考学习，已经完成的教学资源建设如下：（1）课程组开发了约50个项目式教学案例，包括课件、文档和源码，提供给学生进行学习参考。（2）把项目案例制作成视频课程[6-7]进行呈现，其中人工智能应用相关的案例见表1。（3）编写教材，在《程序设计实践》两版教材的基础上，《人工智能程序设计实践》是立体教材，以人工智能应用为案例，涵盖当前领先技术的应用，引导读者学习人工智能应用程序设计。3

基于问题导向的人工智能应用案例式教学实践3.1教学目标课程基于理论联系实践、线上线下混合式教学，从以下4个方面培养学生的综合能力。（1）培养学生的动手能力：通过学习演示项目案例，能够设计、实现新的项目；通过教师讲授掌握分析问题、解决问题的方法。（2）锻炼学生的表达能力：按照软件工程项目规范撰写项目文档；期末进行项目总结和汇报演讲。（3）锻炼学生的协作能力：要求学生采用小组形式合作完成项目；平时在慕课平台、QQ群等网络平台讨论和交流技术问题。（4）培养学生的社会责任感：在教学项目案例设计中增加课程思政相关的项目；引导学生在小组选题时有针对性地开题。3.2MOOC教学方法（1）利用现代化教学手段，支持学生的碎片化学习、随时随地学习的习惯，开发MOOC课程，2018-2022年已开设5期公开课，学生可以有选择地学习，通过观看项目案例视频，自主选择感兴趣的应用领域。（2）在MOOC网站提供视频、源码和相关文档，学生可以通过学习项目案例开发过程，学习相关技术以及项目开发过程。（3）学生选题不限开发环境、不限语言，提出自己的项目并为之奋斗。项目开发的过程管理模拟软件工程，但是简化为适合教学中模拟实战的4个步骤：需求分析(RA)、概要设计(HLD)、详细设计(LLD)和项目总结(PS)，学生以MOOC案例作为参考设计实现自己的小组项目，按照规范撰写项目文档。（4）通过网站答疑、互动交流等形式，掌握技术的同时锻炼协作能力。3.3SPOC教学方法（1）校内课程基于中国大学MOOC网的“慕课堂”，以及其他一些通用平台：QQ群、腾讯会议、课堂派、爱课堂等，进行SPOC教学，综合利用网络平台支撑课程实施过程管理和全新的考核方式。（2）教学过程管理基于MOOC的RA-HLD-LLD-PS，在此基础上，前期增加演示案例讲解和学生组队选题研讨；后期增加项目验收环节，各阶段构成闭环管理。教学过程管理如图2所示。（3）校内相关专业开设本课程，各个课堂的任课教师可根据本班学生的情况，灵活使用MOOC资源提升SPOC教学效果。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。2023年8月-2023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，通过学术交流等方式与领头高校专业负责人和领域专家进行沟通探讨，找到新工科专业与优质企业进行产教融合、校企合作的型模式，新标准。2024年2月-2024年7月：对现有“新工科”专业校企联合培养模式进行深入分析，进一步明确校企合作下的“新工科”专业办学定位，调整课程体系架构、学分设置、课程设置，实践实习课程内容，制定出一套更加符合国家对“新工科”专业人才在交叉学科领域中实际工作能力胜任要求的实用型课程体系。2024年8月-2025年1月：与企业协商签订“双师型”教师培养计划，并将双师型教学引入专业课程教学体系，在学生专业学习、政治理论学习、思想建设和实践学习中发挥重要作用。2025年2月-2025年4月：完善校企合作育人模式下的实践创新教学体系，一方面，利用学校和企业资源，帮助学生理论结合实践完成实习实践学习计划；另一方面，同时开展大学生科研训练计划、大学生科研活动、大学生专业学科竞赛、大学生创业知培训和大赛、实验教学