【產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目】教學內(nèi)容和課程體系改革項目申報書模板-思政背景下的混合式項目化學習在人工智能專業(yè)教學中的實踐

時光匆匆，走過多少，我已不想去理會，只是任憑思緒在記憶里徘徊和游離。想你的夜晚，孤單席卷了全身，那一抹濃濃的離愁，仿佛心的哀泣。一橋春色在江南，楊柳初展意猶寒。燕飛夕陽里，迭蕩暮色，留連青萍，萬里河山。無語鶯啼度芳欄，還看，綠水又東去，眼簾極處洄環(huán)。若教眼底無離恨，不信人間有白頭。2023年美麗軟件科技有限公司XXXX產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目申請書項目名稱：思政背景下的混合式項目化學習在人工智能專業(yè)教學中的實踐負責人：聯(lián)系電話：工作郵箱：學校名稱：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生；(2)原則上不接受之前已獲得過同類項目資助的重復(fù)2.有關(guān)項目內(nèi)容、具體要求和說明請參考項目申報指3.項目負責人填寫的內(nèi)容由所在單位負責審核，所填內(nèi)容必須真實、可靠。4.申請書由項目負責人填寫并手寫簽名，報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目平臺()。項目概況(單選)項目負責人(主要教學及科研工作)獲得藍橋杯軟件設(shè)計大賽省賽二等獎2020.10操作系統(tǒng)慕課設(shè)計和制作的探究2024.6疫情下教師在線教學能力提升的探究項目主要成員(不含項目負在我國的高等教育中，講課和輔導(dǎo)的傳統(tǒng)教學一直是主要的方法。近年來，隨著教育模式的改革與創(chuàng)新，翻轉(zhuǎn)課程的授課形式成為了一種流行的授課方式，翻轉(zhuǎn)課堂使學生能夠在課前獲得知識，并在課堂上專注于實踐練習和更復(fù)雜的聯(lián)系，將課堂倒置的形式實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)的學習過程[1]，學生首先獨立獲得知識，然后與課堂教師討論和實踐這些知識。這種方法將在課前布置對應(yīng)的閱讀與學習訓(xùn)練[2]?；旌鲜浇逃母拍钆c翻轉(zhuǎn)課堂相似，只是側(cè)重點略有不同。它結(jié)合了在線作業(yè)和課堂作業(yè)的優(yōu)點，即正常的學習過程與視頻、在線作業(yè)、論壇討論和其他在線資源相結(jié)合。在某種程度上這兩個概念存在明顯的重疊，因為大多數(shù)翻轉(zhuǎn)課堂的學習任務(wù)也是在線活動的形式[3]。近年來，還有一種流行的學習方式，基于項目的學習（Project-basedlearning，PBL）方法，描述了一種學習場景，學生參與設(shè)計解決現(xiàn)實問題的方案，在識別問題的基礎(chǔ)上，制定解決方案。教師需要明確要求的任務(wù)，鼓勵學生創(chuàng)造性地思考，保持他們的積極性。PBL以建構(gòu)主義為基礎(chǔ)，鼓勵學生通過自己的學習經(jīng)驗來學習，要求學生提出一個激勵性的問題，然后設(shè)計出解決方案說明他們的發(fā)現(xiàn)并展示他們對問題的理解，完成此類項目的過程中，學生將遷移已有知識，控制學習過程，評估知識和技能的掌握能力并展示其設(shè)計的最終項目成果。雖然混合式的教育模式或PBL的學習方法在逐步改變上課的形態(tài)，增加學生的參與程度，但是很多學生仍然不會投入更多的精力在聽課過程，也不會為課程輔導(dǎo)多做準備，尤其是面對成績低且對該專業(yè)普遍缺乏興趣的學生，這個問題尤為嚴重[4]。如何提高學生對本專業(yè)學習的興趣，提升學生的專業(yè)技能，使其具備本專業(yè)學生畢業(yè)時應(yīng)擁有的基本條件，是需要重點解決的問題。1

人工智能專業(yè)學生面臨的學業(yè)挑戰(zhàn)（1）學生的技術(shù)背景差異很大。部分學生從選修課或課外活動中奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，這與其他沒有任何編程或計算機科學經(jīng)驗的人形成了對比，部分學生甚至從未使用過計算機，這種多樣性很難滿足所有學生的學習要求，并與他們的水平相匹配。（2）目標實踐項目并非唯一的課程，而是一系列項目，這是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，學生需要選擇適當?shù)木幊陶Z言，擁有豐富實踐經(jīng)驗才能解決他們的問題。（3）授課形式有待完善。傳統(tǒng)的講授環(huán)節(jié)中介紹編程原則和代碼較乏味，學生無法直接實踐相關(guān)技能。引入簡短的課堂作業(yè)可以幫助學生增加練習投入，但不能滿足需要更多時間投入的弱勢學生的需求。（4）學生對專業(yè)項目的興趣啟發(fā)存在一定的延遲性。一般來說，在第一學期將安排導(dǎo)引課程用于學生的專業(yè)項目引導(dǎo)，但由于學生不具備專業(yè)技能，無法領(lǐng)會專業(yè)中的重點和難點。而在實際授課環(huán)節(jié)，案例的側(cè)重點體現(xiàn)為局部，并非具有全局觀，導(dǎo)致無法激發(fā)學生對于專業(yè)整體的興趣，往往學生在實訓(xùn)項目實踐時才會對本專業(yè)構(gòu)建整體的布局，可此時已經(jīng)無法彌補學生在過去實踐環(huán)節(jié)中的不足。2

融合混合式教育的項目化學習與評價策略本次項目改革應(yīng)用于大連東軟信息學院軟件學院人工智能專業(yè)的實踐項目體系建設(shè)，即針對專業(yè)的實踐教學體系，涉及第3、6、9、10學期的課程。重新梳理和設(shè)計現(xiàn)有課程，采用基于反向課堂的混合式教育模式，將項目體系分為5個階段，分別為第一學期的導(dǎo)引項目、第三學期集中實踐、第六學期集中實踐、第九學期集中實踐和第十學期的實訓(xùn)項目。每個階段的持續(xù)時間為16~200學時，每個階段都包含在線學習材料，內(nèi)含視頻和在線練習。在每個階段的最后，學生將參加每個階段的終結(jié)性考核，他們會以小組為單位進行更精準的技能練習。每個小組都配有一名導(dǎo)師（每個導(dǎo)師負責3~4個小組），導(dǎo)師會幫助、討論和記錄他們的進度，以便日后對齊進行評估。每個階段中導(dǎo)師都被分配到不同的小組。前4個階段都介紹了新的學習內(nèi)容。在最后一個任務(wù)是額外的一次，沒有引入新的內(nèi)容，但展示了更廣泛的結(jié)構(gòu)，涵蓋了整個專業(yè)學習的脈絡(luò)?；趯I(yè)一體化設(shè)計思路，資源涉及人工智能工程的全生命周期：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲與處理、模型的分析與設(shè)計，針對每個階段的項目建設(shè)，均涉及項目標準、教學日歷、課件、微視頻、項目導(dǎo)學、項目指導(dǎo)書、教案、案例、考核資料、學習指導(dǎo)材料等基本資源。每個階段的資源建設(shè)會呈現(xiàn)有層次、有重點、有專業(yè)板塊的特點，具體表現(xiàn)為資源重心差異化的特征。表1列出了人工智能專業(yè)的項目設(shè)計主線?？梢钥闯?，每個階段中的主題混合了Python語言編程技能的鍛煉和人工智能技術(shù)的概念。在第一學期，重點是專業(yè)脈絡(luò)主線的把握。這是必要的，以便讓學生盡快開始使用機器人組件。以階段3為例，其中包含的資源有24個課件、視頻和學案，超過30個項目案例，5個閱讀任務(wù)和超過100道編程習題（分級練習）等。通常，1~2個視頻之后會有幾個練習，其他模塊具有相似的結(jié)構(gòu)和工作量。完成所有自學練習的小組學生需要將他們的解決方案合并到一個項目中。例如，在第二個階段中，他們將學習變量、隨機數(shù)、按鈕和led以及如何設(shè)計一個迷宮并實現(xiàn)軟件中的對戰(zhàn)。此時的任務(wù)是針對給出的迷宮問題建模，選擇適當?shù)乃阉魉惴ǎㄖ辽侔ǜF舉搜索和一種啟發(fā)式搜索）進行迷宮尋路并給出代碼實現(xiàn)，代碼編寫要滿足規(guī)定的接口要求。本次項目的實施為后續(xù)企業(yè)與高校的合作搭建了平臺，具有橋梁的作用，項目實施的意義較大。2.項目培訓(xùn)方式：本項目培訓(xùn)的方式更加多元化，采用線上線下、理論+實踐相結(jié)合的培訓(xùn)方式。大數(shù)據(jù)分析相關(guān)師資培訓(xùn)研議報告及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相關(guān)學習資料等，。在進行線下培訓(xùn)時，采用理論+實踐的培訓(xùn)方式，不僅要注重理論知識，還要注重實戰(zhàn)鍛煉，在實學習成效。為了提高教師的學習效率，以及更好地掌握教師培訓(xùn)情況，本項目采用以任務(wù)為導(dǎo)向，將培訓(xùn)內(nèi)容分解成每天的學習任務(wù)，最后以學習日志和課程設(shè)計的形式提交。除進行線下培訓(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。項目實施的途徑和方式更加多元化，更具有趣味性，可以訓(xùn)。3.項目培訓(xùn)內(nèi)容：本項目實施目的是提高教師專業(yè)技能、教學能力和課程建設(shè)水平。本項目對教師專業(yè)技能的培訓(xùn)更注重教師實踐能力的提升，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)中的實際應(yīng)用。通過實際項目演練，加深教師對所學知識點的理解和掌握，使得教師通過培訓(xùn)達到大數(shù)據(jù)專業(yè)的能力要求。針對學習過程和學習效果，通過采集教師教學過程中的大量文本、語音、視頻、圖像、資源反饋等數(shù)據(jù)，構(gòu)建學生學習狀態(tài)特征數(shù)據(jù)，以周為單位組織特征數(shù)據(jù)，將學生的學習狀態(tài)分為好、中、差3個類別，此模型可隨時監(jiān)控學生的學習狀態(tài)；學生能力達成模型可通過教師多次對學生開展的測試、考試、作業(yè)、提問等數(shù)據(jù)來實時評價學生能力達成情況，并通過積累的各年歷史數(shù)據(jù)，評價學生掌握此能力的難度系數(shù)；針對教師提供的各類教學資源及資源的使用數(shù)據(jù)，通過學生學習的痕跡數(shù)據(jù)和學生的反饋數(shù)據(jù)，構(gòu)建學習效果的評價模型，有助于教師對資源的持續(xù)改進。學習過程和學習效果評價如圖1所示。3

融合思政教育的PBL模式應(yīng)用3.1思政元素的融入在本專業(yè)項目實踐的實施環(huán)節(jié)中，重點強調(diào)設(shè)計的項目是如何影響學生學習的。雖然很多專家研究在實踐課程中的PBL方法應(yīng)用，但是重點是在人工智能的項目中使用項目思政+PBL模式，讓學生參與他們自己定義項目中的交互環(huán)節(jié)，并通過分析真實世界的數(shù)據(jù)需求，理解人工智能技術(shù)在國內(nèi)研發(fā)過程中的痛點以及技術(shù)帶來的產(chǎn)業(yè)革命，培養(yǎng)學生的緊迫感和國家意識，使他們能夠從多流信息中學會明辨是非。1）在價值塑造方面：人工智能應(yīng)用倫理。（1）通過對機器人背景和概念的介紹，讓學生了解行業(yè)需求和發(fā)展形勢。（2）通過不同行業(yè)的真實案例，幫助學生掌握機器人取代人類工作的基本原則。（3）通過對并行處理技術(shù)的介紹，讓學生掌握時間和空間互換的工程思維。（4）通過對機器人應(yīng)用安全和知識產(chǎn)權(quán)的介紹，讓學生了解行業(yè)生產(chǎn)中的專業(yè)倫理。2）在知識掌握方面：技術(shù)痛點與行業(yè)瓶頸。（1）讓學生了解國內(nèi)機器人研發(fā)技術(shù)的痛點以及技術(shù)帶來的產(chǎn)業(yè)革命，培養(yǎng)學生的緊迫感和國家意識。（2）探索多種形式的教學方法，激發(fā)學習積極性。3）在能力培養(yǎng)方面：科技創(chuàng)新+課賽結(jié)合。（1）本項目與人工智能應(yīng)用對抗大賽相結(jié)合，學生將綜合Python、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、Linux操作系統(tǒng)、機器人編程、人工智能導(dǎo)論的基礎(chǔ)知識，實現(xiàn)編程能力的融會貫通。（2）在課賽結(jié)合的基礎(chǔ)上，輔導(dǎo)學生通過學習活動對人工智能項目開發(fā)流程進行建構(gòu)，培養(yǎng)學生自主研究、合作交流的學習能力。以表1中的階段3為例，在人工智能編程實踐項目中，在獨立環(huán)節(jié)中設(shè)計思政融入點、學生需具備的核心素養(yǎng)以及融入方式（見表2）。3.2PBL實施策略的設(shè)計基于PBL的思想，讓學生在完成學習活動時，應(yīng)用掌握的知識來挑戰(zhàn)他們對于知識的理解能力，并讓他們參與學習全過程，而不是被動地觀察、傾聽或閱讀項目內(nèi)容，從而提高學生的參與度[5]。PBL豐富了學生的課堂活動，因為學生在不同時間的作業(yè)中處理不同的問題，要求他們整合多組知識。而教師的角色從提供解決方案轉(zhuǎn)變?yōu)閹椭鷮W生克服困難和障礙的輔助者，學生可以經(jīng)常和老師一起工作或分享小組的工作成果[6]。此外，在設(shè)計項目時，強調(diào)學生通過直接經(jīng)驗參與指導(dǎo)自己的學習。讓學生控制項目定義，掌握整個項目的所有權(quán)。通過項目的獨特定義以及選擇用于執(zhí)行項目的技術(shù)來增加學生對于項目的掌控能力、主動性和積極性。當學生在同伴之間互動并提供反饋時，就會產(chǎn)生協(xié)作的行為。此外，在整個項目中還可以利用批判性思維解決問題。以“五新”動態(tài)更新課程、項目等教學內(nèi)容；本專業(yè)的課程體系都規(guī)劃設(shè)計了單元、單元組、課程、課程群及專業(yè)綜合實訓(xùn)的“五級”項目，并將逐級遞進的應(yīng)用能力培養(yǎng)貫穿大學四年的實踐環(huán)節(jié)。以階段3的人工智能編程實踐項目為例，這里啟發(fā)學生描述多個任務(wù)場景，學生通過在導(dǎo)引課程中創(chuàng)建自己的目標問題，每個問題都包含開放式元素，學生決定如何定義規(guī)范某一部分，并為學生在設(shè)計和實施中的創(chuàng)造性提供自由。學生根據(jù)自己的經(jīng)驗構(gòu)建自己對機器人運動軌跡的解釋，從而產(chǎn)生培養(yǎng)創(chuàng)造力并保持一定的興趣。例如，在“基于虛擬仿真的機器人應(yīng)用實踐”中，設(shè)計以機器人作為防疫巡邏員（公共安全巡邏員）作為引入，以機器人自動化運動作為案例，要求學生設(shè)計具體流程和思路。具體環(huán)節(jié)如圖2所示。學生可以依照“疫情防控、機器替代人類、程序流程創(chuàng)建與編寫、程序調(diào)試、虛擬仿真、真實場景與虛擬場景聯(lián)調(diào)”等環(huán)節(jié)，學生可分組對機器人在虛擬仿真平臺的行為進行討論和學習。特殊的，在其中引入討論環(huán)節(jié)，即機器人的多組控制方式：①純手工控制（基礎(chǔ)編程控制機器人運動）；②半自動化控制（手動切換語音和圖像）；③全自動化控制（機器人自主運動，完全脫離人類），由于1—3的難度逐漸增加，學生需明確如何訪問到攝像頭無法觀察到的死角，判斷聲音的真假，機器人是否有取代人類的可能性等問題，以實現(xiàn)對于當前項目思政潛移默化的教育。3.3項目考核方案的設(shè)計基于評價要點，終結(jié)性考核主要分為5個階段，包括機器人演示（50分）、回答問題（20分）、項目報告（20分）等內(nèi)容。大作業(yè)開發(fā)以小組為單位，兩人一組，要求完成在指定迷宮場景下的桌面應(yīng)用開發(fā)和虛擬世界接口開發(fā)，具體要求如下。（1）題目自擬，小組協(xié)作完成機器人硬件與軟件的開發(fā)。實現(xiàn)機器人的自主運動。（2）可實現(xiàn)深度攝像頭、麥克風陣列、雷達探測器的信息獲取，機器人可進行對應(yīng)的信息反饋。（3）使用PyQT設(shè)計機器人界面，可使用第三方接口實現(xiàn)語音和圖像的識別。（4）機器人系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。其中，終結(jié)性考核項目展示環(huán)節(jié)思政點融入策略見表3。4

教學實踐效果評估4.1項目參與度以階段1的專業(yè)導(dǎo)引與職涯規(guī)劃為例，總計有3個年級的學習數(shù)據(jù)，其中，第一組使用傳統(tǒng)的教學模式，最后2組數(shù)據(jù)使用混合式項目化學習方式進行教學。經(jīng)過統(tǒng)計，可以獲得學生參與學習過程的人數(shù)對比圖，如圖3所示?？梢钥闯?，從2021年應(yīng)用混合式項目化學習開始，學生參與程度得到明顯提升，圖中的學生總?cè)藬?shù)為60人。4.2終結(jié)性考核成績分析以階段3的人工智能編程實踐項目為例，總計有2個年級的學習數(shù)據(jù)，其中，第一組使用傳統(tǒng)的教學模式，第2組數(shù)據(jù)使用混合式項目化學習方式進行教學。經(jīng)過統(tǒng)計，可以獲得學生預(yù)期學習效果達成度的對比關(guān)系，如圖4所示?？梢钥闯觯倦A段項目從2022年應(yīng)用混合式項目化學習開始，學生預(yù)期學習效果達成度得到明顯提升，尤其在素質(zhì)能力方面，使用混合式項目化學習方式的提升程序達到25%。通過本課題的研究，力求達到以下預(yù)期目標：（1）對區(qū)域代表性企業(yè)進行調(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)新能力需求報告；（2）校企雙方教師嘗試在嵌入式核心課程的實踐教學中將OBE教學模式進行應(yīng)用，包括共同進行項目選擇、案例設(shè)計、場景設(shè)計及實施過程；（3）校企雙方教師在課程設(shè)計中加入師生協(xié)同創(chuàng)新，制定過程化考核機制，完善軟件工程專業(yè)課程體系；（4）形成帶有實踐效果的應(yīng)用研究報告；（5）發(fā)表教學改革論文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)外政策及文獻的整理，并對相關(guān)文獻和法規(guī)進行研究探索，深入理解國家對新工科專業(yè)人才需求的具體標準和方向，并以此為基礎(chǔ)對國內(nèi)知名高校新工科專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀進行調(diào)研，收集整理相關(guān)信息