吕超 刘云清 姚广宇
长春理工大学 电工电子国家级实验教学示范中心，吉林 长春 130022
摘要：文章分析了当今典型高校理工科实践教学存在的问题，提出了一种融合人工智能领域的创新型实践教学模式。该教学模式利用人工智能相关领域手段，结合开放型实验室管理方法，既能有效解决实践课程中，学生对于实验室使用时间不足的问题，又能提高实践教学中创新能力和工程实践能力的培养，为高校理工科实践教学和人才培养提供了新的思路。
关键词：人工智能；实践教学；开放机制；创新能力
中图分类号：G642 文献识别码：A
1．绪论
实践教学是高等院校教学任务中的一项主要教学工作，其主要目的为提高学生创新精神、树立工程意识、培养学生自主学习、独立解决问题的能力。实践教学作为理、工科学生实验、实习的教学载体，对本科生理论知识与实际应用的结合以及对科研领域初期的求知探索均有重要作用。以学生工程意识、创新精神和工程实践能力培养为核心，优化实验教学内容，构建“纵向分层次，横向多模块，必修与选修相结合，课内与课外相结合”的实践教学体系，全面提高实验教学水平和教学效果。人工智能是一门研究通过计算机模拟人的思维方式、学习方式等，并对人的智能进行延伸和扩展的科学技术。教育人工智能是一种新兴学科，主要由传统的教育教学和人工智能技术两大学科交叉融合而成，在传统的教育教学环节中，通过人工智能领域的相关技术，引导学习者进行相关的学习工作，并辅助教学者掌握教学进程中的关键节点数据，从而更好地完成教学任务[1-3]。
2. 创新实践教学模式的意义
目前的高校理工学科的教学改革已成为各高校的工作重点，随着当今社会对学生创新能力要求的不断增加，能够大力提高学生创新思维以及自主学习能力的实践教学改革迫在眉睫，而开放型实验室的提出，正好满足了以上需求。这种实践教学模式能够进行实验室的多层次开放，无论在教学空间、学习时间还是教学内容均能做到开放教学，在实践教学环节的教学资源完备的前提下，进行全新的开放型实验教学设计。这样全新的实践教学既能够使学生对实验室的教学空间和教学资源得到充分地利用，又能够调动和激发学生学习的主动性和积极性，进一步提高学生的操作技能，养成学生主动学习、独立思考的习惯，将创新意识和创业精神融入到学生的品格之中，培养出具有探索意识、创新精神的综合型人才[4]。
在人工智能技术的带动下，将优质教育资源与智能化有效结合，将高等教育与个性化完美交融，将工作流程再造和精准化深度融合，打破高等教育与其他领域之间的发展壁垒，塑造智能化时代全面完善的知识系统认知职业能力，培养具有全面分析和解决问题的专业人才。将人工智能领域相关技术融入到理工科实践教学中，打破了目前传统的实践教学模式，对教育思想、观念、模式、内容、方法、评价和制度的创新起到了至关重要的作用，实现教学模式的创新，对理工类高等院校人才培养的发展有着重大的战略意义[5]。
3. 人工智能领域融合的实践教学模式
3.1 人工智能融合的实践教学模式
主要研究内容包括创新教学模式的构建以及综合性培养体系的确立两个方面。
结合人工智能领域将高校理工科实践教学模式进行模块化建设，包括人工智能化分析模块，人工智能教学模块以及综合培养体系模块。
人工智能化分析模块，利用人工智能领域机器学习算法，将学生数据包括：实习和实验的成绩、完成情况和考试卷面分数等作为输入，通过长春理工大学各理工科学院的数据作为指导下进行推理与规划并生成模型和算法，并在目标意图的导向下，生成相应的输出结论数据，从而进行教学改进措施；人工智能教学模块，将人工智能课程并入培养方案，开设以智能识别、深度学习、云计算等内容的实践课程，使学生得到人工智能方向理论知识的学习。同时以机器人编程、机器人控制等实际操作丰富实践课程内容，让学生能够充分结合理论知识，锻炼动手操作能力，加深学习印象；综合培养体系模块，结合人工智能领域，重新制定包含培养目标、课程体系、教学模式、师资培养、考核评价的综合性培养体系。
针对长春理工大学各理工科学院及专业，结合人工智能发展，确立符合可持续性改进原则的综合性培养体系。针对性的培养目标。以学习需求为导向，针对社会发展需要，进行实用型、复合型以及创新型人才的培养目标确立。统一性的课程体系。在符合教育工程认证的OBE教学理念的指导下，以人工智能相关课程为基础，统一进行实践课程体系建设。多样性的教学模式。结合人工智能领域，应用大数据、机器学习等新兴手段，全面提高学生专业基础能力、拓展创新能力和综合应用能力。进阶性的师资培养。督促教师进行人工智能领域的学习，并结合社会科学发展，从思想观念、思维方式、专业技能、社会关系四个维度提升教师素养。全面性的考核评价。采用综合化和过程性考核相结合的评价体系，客观真实地评价学生的技能和潜能，并促进学生综合应用能力的全面发展。
3.2 开放型实践课程教育改革
针对各年级学生对实践课程不同的需求，结合当前电工电子国家级实验教学示范中心的运行情况，进行实践教学的分类开放，在保证教学示范中心正常运行的情况下，满足学生对培养大纲要求的教学项目、综合素质提高项目和科研教学结合项目等实践内容的需要。实验中心的开放采取无人值守运行模式。学生通过中心网站选择实验室和实验时间。进入实验室前，通过实验室智能管理系统分配实验台位，并给相应台位设备供电，实验过程教师不再进行现场指导。
根据教学的需要，在进行开放型教学管理前，需建教学人员、参与学生、管理人员以及教学中心等多项单位协同运行的管理机制。在教学环节中，利用互联网、局域网及物联网等手段，针对各项课程进行教学任务的发布，并利用人工智能协作的管理运行机制，对教学服务预告、教学进程等信息进行实时更新，并传达给各教学参与者。
依据学生学习情况，综合实验教学中心的开放型运行机制，在学生实验实习教学、学科专业竞赛以及科研科技活动等方面，分别进行教学模式的设计。教学实验项目开放。侧重于教学计划内的实验教学项目开放。学生进入实验室前，需要通过实验管理系统上公布的实验预习报告，完成预习要求才能进入实验室开展实验，通过管理系统提交实验数据和结论，不再需要纸质实验报告。学科专业竞赛开放型。重点服务于中心主办或承办的各类型学科专业竞赛活动、开展的科普活动等。以中心开放实验室为依托，以培养学生的创新意识、实践能力为目标。科研科技活动开放型。课内实验以外的时间段面向全校所有学生开放，经过中心网站申请、审批的团队或个人可以利用实验室开放时间进行创新活动，并且可以通过实验管理系统与中心教师进行交流，获得教师指导。
4. 结论
创新是一个国家发展的前置条件，也是一个民族能够前进的动力。高等院校是培养创新实践型人才的摇篮，只有进行高等院校的实践课程改革，采用人工智能领域相融合的开放型实践课程，能够有效提高学生创新精神以及自主学习的能力。
参考文献
[1]马驰.基于多自由度创新实践的“数字逻辑实验”课程改革[J].实验技术与管理，2021.(3)：173-176.
[2]马向华.基于复杂工程的机器人专业创新实践教学模式探究[J].中国现代教育装备，2020.(12)：83-85.
[3]李波.“人工智能+新工科”视域下软件工程专业实验实践教学改革[J].计算机教育，2021.(7)：82-86.
[4]许涛.创业教育视角下的“人工智能+新工科”发展模式和路径研究[J].远程教育杂志, 2018(1): 80-88.
[5]杨霞. 创新实践型人才导向下的理工类专业教学模式研究与实践[J].黑龙江教育, 2018(1): 74-75.