“新工科”背景下融合互聯網與人工智能的教學研究

胡耀聰 黃宜慶 袁一鳴

摘?要：隨著工業4.0時代浪潮的持續推進，自動化專業“新工科”建設與課程教學改革迫在眉睫。自動化專業導論是大一新生入學伊始所學習的一門專業引導課程，在教育教學上存在教學模式單一、教學內容陳舊、教學評價片面等問題。針對這些問題，本文建議的自動化專業導論課程教學方針是引入互聯網與人工智能融合的新型教育教學方式，即采用線上線下融合的教學模式，將智能理念融入教學內容，引入特色教學評價，有效激發學生對專業的興趣度，加強對自動化的整體認知和理解，培養學生的專業自信心、專業自豪感、專業責任感，引導學生成為“五育并舉”的自動化專業創新型人才。

關鍵詞：工業4.0;自動化專業導論；“互聯網+”人工智能

Research?on?the?Teaching?of?Integrating?the?Internet

and?Artificial?Intelligence?under?the?Background?of?"New?Engineering"

—Taking?"Introduction?to?Automation"?as?an?Example

Hu?Yaocong?Huang?Yiqing?Yuan?Yiming

School?of?Electrical?Engineering，?Anhui?Polytechnic?University?AnhuiWuhu?241000

Abstract：With?the?continuous?advancement?of?the?wave?of?Industry?4.0，the?construction?of?"new?engineering"?and?the?reform?of?curriculum?teaching?in?automation?are?imminent.The?Introduction?to?Automation?is?a?professional?guidance?course?for?freshmen?at?the?beginning?of?their?studies.There?are?some?problems?in?education?and?teaching，such?as?single?teaching?mode，outdated?teaching?content，and?onesided?teaching?evaluation.To?solve?these?problems，this?article?suggests?a?teaching?policy?for?the?Introduction?to?Automation?course?that?introduces?the?new?educational?and?teaching?method?of?integrating?the?Internet?and?artificial?intelligence，which?adopts?an?online?and?offline?integrated?teaching?mode，integrates?intelligent?concepts?into?teaching?content，introduces?characteristic?teaching?evaluation，effectively?stimulates?students'?interest?in?the?profession，strengthens?their?overall?cognition?and?understanding?of?automation，cultivates?students'?professional?selfconfidence，professional?pride，and?professional?responsibility，and?guides?students?to?become?innovative?talents?in?automation?who?"promote?allround?development".

Keywords：Industry?4.0;The?Introduction?to?Automation;Internet;Artificial?intelligence

一、概述

工業4.0是以智能制造為主導的第四次工業革命，旨在通過信息物理系統與現代信息通信技術相互融合的手段，以智能化推動制造業轉型［1］。在新一輪產業變革背景下，大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術已經加速滲透到了科技進步與國民生產等方方面面。目前，我國正抓緊實施“數字中國”“一帶一路”“網絡強國”等重大戰略，然而國內多年來積累的高精尖人才不足、實踐類人才短缺，使自動化、集成電路、人工智能等相關專業變得異?；馃?。據《制造業人才發展規劃指南》預測，至2025年，新一代信息技術產業人才缺口將達到950萬人［2］。為此，教育部辦公廳發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，“新工科”建設不僅關注新專業與新產業建設問題，同樣著力將傳統工科專業改造升級為新興工科專業，提升國家“硬實力”，解決“卡脖子”的問題［3］。

自動化專業是國家“新工科”重點建設專業之一。自動化作為國民生產中一個重要的科學技術領域，其核心是自動控制，伴隨著歷次工業革命的發展，已經徹底改變了人們的生產方式和工作環境，大到航空航天、工業制造、交通運輸，小到每一個傳感器、控制器、執行器，都離不開以自動化作為技術支撐。同時，自動化專業是一門多學科交叉專業，融合了機械工程、電氣工程、電子信息、計算機等學科，被稱為“萬金油”專業，可延伸性強，涵蓋面廣。近年來，隨著新一代信息技術產業的快速興起，傳統自動化專業將面臨巨大的挑戰與機遇。如何在“新工科”背景下，深化教育教學改革，培養五育并舉的自動化專業創新型人才已成為國內高等院校的重要探索與實踐目標。

自動化專業導論是大一新生入學伊始所學習的一門專業引導課程，該課程的教學目的是讓學生了解自動化專業中控制的基本概念、先進的控制系統、前沿的控制方法以及控制學科的發展歷程［4］。學生通過自動化專業導論的學習能夠對整個大學階段的專業培養方案有初步了解，有助于學生針對性地規劃自己的學習、生活與就業。然而，自動化專業導論因自身的課程特點以及各院校培養目標的差異，在教育教學上仍存在的諸多問題，難以達成專業學生培養對課程的要求。具體來說：（1）教學模式單一：自動化專業導論課程教學模式主要采用課堂多媒體課件講授方式，很難吸引沒有專業基礎的大一新生的學習興趣。（2）教學內容陳舊：自動化專業導論課程教學大部分注重傳統控制理論和方法的介紹，然而忽略了智能控制的相關內容。（3）教學評價片面：自動化專業導論課程的教學評價通常采用傳統的教學考試或作業評價方式可能不足以全面衡量學生的綜合能力。針對這些問題，本文建議的自動化專業導論課程教學方針是引入互聯網與人工智能融合的新型教育教學方式，激發學生對專業興趣的同時，加強對自動化的整體認知和理解，培養學生的專業自信心、專業自豪感、專業責任感，引導學生成為“五育并舉”的自動化專業創新型人才。

二、“新工科”背景下的“互聯網+教育”模式

2021年3月，教育部發布了《高等學校數字校園建設規范（試行）》的通知。通知中指出要積極推動教育信息化2.0建設，發展“互聯網+教育”，促進教育教學與信息技術深度融合，增強高等學校網絡化、信息化建設與應用水平［5］，支撐教育教學高質量發展。在“新工科”背景下，“互聯網+”創新型人才培養是將傳統素質教育與“新工科”建設所需元素有機融合后產生的全新教育模式，是符合國家創新驅動發展戰略需求的高等學校教育教學改革。

高?！盎ヂ摼W+”教育為教育行業帶來了前所未有的機遇和變革。通過互聯網技術，學生可以隨時隨地獲取到豐富的學習資源，不再受限于傳統教育的時間和空間限制。高?？梢岳没ヂ摼W平臺搭建在線課程，提供個性化的學習內容和學習方式，滿足學生多樣化的學習需求。同時，“互聯網+”教育還可以促進學校之間的合作與共享，打破地域限制，實現資源共享和優勢互補，提高教育質量和效率。其次，高?！盎ヂ摼W+”教育注重培養學生的創新能力和實踐能力?！盎ヂ摼W+”教育強調學生的主動學習和自主探究，通過項目實踐、實習實訓等方式，培養學生的實際操作能力和解決問題的能力?！盎ヂ摼W+”教育還提供了更多的交流和合作機會，學生可以通過在線平臺與全球范圍內的同學、教師和專家進行互動交流，拓寬視野，增強國際交流與合作意識。綜合來說，高?！盎ヂ摼W+”教育打破傳統教育的限制，提供個性化、多樣化的學習方式，促進學校間的合作與共享，為教育帶來了巨大的發展機遇，推動了教育的變革與創新。

三、“新工科”背景下的人工智能發展現狀

2022年8月，科技部等六部門聯合印發了《關于加快場景創新以人工智能高水平應用促進經濟高質量發展的指導意見》［6］。指導意見中指出，以促進實體經濟與人工智能深度融合為主線環節，加快推進場景資源開發、提升場景創新驅動力，創新體制機制、完善場景生態，加速人工智能相關科技攻關、產業培育與產品研發，探索人工智能發展新途徑新模式，通過人工智能高水平應用促進經濟高質量發展。隨著“新工科”背景下人工智能的迅猛發展，人工智能已經逐漸滲透到了各個領域，對社會產生了深刻影響。人工智能技術的不斷突破和創新，正在推動著科技進步和產業變革。在醫療、金融、制造等領域，人工智能已經展現出了出色的性能，極大地提高了工作效率和精確度。同時，人工智能也面臨著倫理、隱私等方面的挑戰，需要人們共同探討和解決。

在“新工科”背景下，將人工智能理論引入高校教學具有重要意義。首先，人工智能作為一門前沿技術，其知識體系在不斷擴展和深化。將人工智能理論融入高校課程，可以幫助學生掌握最新的技術發展動態，為他們未來的就業和創新打下堅實基礎。其次，人工智能技術涉及多個學科領域，如數學、計算機科學、機器學習等，引入這些理論可以促進學科交叉融合，培養學生的綜合素養和跨學科能力。此外，將人工智能理論引入高校教學也有助于培養學生的創新思維和問題解決能力。人工智能技術的應用需要解決實際問題，培養學生的實踐能力和創新能力對于推動科技創新具有重要意義。從長遠來看，將人工智能理論引入高校教學還可以推動國家的科技創新和產業升級。培養更多精通人工智能技術的人才，有助于我國在人工智能領域取得更多重大突破，促進經濟的可持續發展。

四、互聯網與人工智能融合在自動化專業導論課程中的應用策略

自動化專業導論是自動化工程領域的入門課程，旨在向學生介紹自動化領域的基本概念、發展歷程、應用領域及相關技術與方法，具有重要的課程內容和開設意義。課程內容涵蓋了自動化基本概念，引導學生認識自動化是如何實現對系統、過程或操作的自動控制與管理，從而提高效率、降低成本并改善生活質量。同時，課程還回顧了自動化的發展歷程，從傳統的反饋控制到現代的智能控制技術，使學生了解自動化技術不斷演進的歷史脈絡。此外，課程還著重介紹了自動化在工業、農業、醫療、交通等領域的廣泛應用，展示了自動化技術對各個領域的積極影響。

自動化專業導論課程的開設意義不容忽視。首先，它為學生提供了一個廣闊的學科視野，幫助他們初步了解自動化領域的重要性和應用范圍，有助于引導學生選擇自己感興趣的專業方向。其次，課程為學生打下了堅實的基礎，使他們能夠理解自動化技術的基本原理和方法，為日后深入學習和研究奠定基礎。此外，自動化專業導論還能夠培養學生的創新思維，通過介紹自動化與人工智能等領域的交叉點，激發學生對未來科技發展的興趣，激勵他們不斷探索新的應用和解決方案。然而目前的自動化專業導論課因自身的課程特點以及各院校培養目標的差異，在教育教學上存在教學模式單一、教學內容陳舊、教學評價片面等問題，以至于難以達成專業學生培養對課程的要求。為了解決這些問題，可以借助互聯網與人工智能融合的方式，對教學模式進行優化，對教學內容進行創新，對教學評價進行改革，從而更好地達到教學目標?；ヂ摼W與人工智能融合在自動化專業導論課程中的整體應用策略如下圖所示。

互聯網與人工智能融合在自動化專業導論課程中的整體應用策略圖

（一）優化教學模式，線上線下融合

自動化專業導論課程可以優化為線上與線下相互融合的教學模式。在課前準備階段，教師可以利用線上平臺提供豐富的課程資料和學習資源。教師可以上傳課件、講義、習題等，供學生隨時查閱和下載。同時，教師可以錄制講解視頻，要求學生在課前觀看。這樣，學生可以在自己的時間和進度內進行學習，更好地理解和掌握課程內容。通過提前準備和預習，學生可以在課堂上更深入地參與討論和互動，提高學習效果和參與度。在課中互動階段，教師可以通過線下課堂和線上平臺進行互動和討論。教師可以組織學生進行小組討論、案例分析、問題解答等活動，以促進學生的主動學習和思考能力的培養。同時，教師可以在線上平臺上發起討論和提問，鼓勵學生積極參與。通過互動和討論，可以拓寬學生的思路和視野，激發學生的思考和創新能力。在課下延伸階段，教師可以利用線上平臺進行課程的延伸和拓展。教師可以提供額外的學習資源和推薦閱讀，供學生進一步學習和探索。同時，可以引入虛擬實驗和仿真實踐，讓學生通過在線平臺進行實踐訓練，鞏固和應用所學知識。這樣不僅可以節約實驗設備和資源，還可以提供更靈活的實踐機會，方便學生在任何時間和地點進行實踐訓練。

通過課前準備、課中互動和課下延伸的方式，可以充分利用線上線下結合的優勢，優化自動化專業導論課程的教學模式。這樣可以提高教學效果和學生的學習體驗，培養學生的自主學習和創新能力，促進知識的深度和廣度發展。同時，教師和學生之間的密切配合和溝通也是實現優化教學模式的關鍵。教師和學生應積極參與線上線下的學習活動，提出問題和建議，共同優化教學模式，實現更高質量的教學效果。

（二）創新教學內容，融入智能理念

“新工科”背景下，自動化專業導論課程的教學內容應當緊密結合人工智能的發展趨勢，使學生能夠跟上科技的步伐，培養創新思維和實踐能力。首先，我們可以通過前沿案例的引入，展示人工智能在自動化領域的應用，激發學生的學習興趣。其次，設計項目驅動的教學，讓學生在實際操作中體驗人工智能技術在自動化中的創新應用。最后，注重跨學科融合，培養學生的綜合素養，使他們能夠更好地應對未來工程領域的挑戰。

首先，通過引入前沿案例，可以將抽象的人工智能理念與實際應用情境相結合，增強學生的學習興趣。例如，可以介紹在工業智能制造中，如何利用人工智能技術實現生產線上的智能調度和質量監控。又或者，探討智能城市中的交通管理系統如何借助人工智能實現智能化流量控制。通過這些案例，學生不僅能夠認識到人工智能在自動化領域的實際應用，還能夠激發他們的創新思維，思考如何將人工智能技術應用于解決實際問題。其次，設計項目驅動的教學模式，可以讓學生在實際操作中深入理解人工智能技術的創新價值?？梢越M織學生參與小組項目，要求他們從選題、方案設計到實現，將人工智能技術與自動化應用結合起來。例如，讓學生設計一個能夠自主感知環境并做出智能決策的機器人系統。通過這樣的實踐，學生不僅能夠掌握技術，還能夠培養解決實際問題的能力、團隊協作能力和創新思維，為未來的工程實踐做好充分準備。最后，跨學科的融合是創新自動化專業導論課程的又一重要方面。在“新工科”背景下，培養學生的綜合素養十分重要，可以使他們具備多領域交叉合作的能力。學?？梢匝埧鐚W科的專家來進行講座，介紹人工智能與自動化技術在其他領域的創新應用，激發學生的跨學科興趣。同時，在課程設計中，將自動化與人工智能技術與工商管理、社會科學等領域的實際問題結合，讓學生更好地理解技術在社會背景下的意義，培養他們的綜合素養和社會責任感。

（三）改革教學評價，引入特色項目

自動化專業導論課程可以通過改革教學評價方式并引入特色項目，從而促進學生的全面發展和主動學習。傳統的考試和作業評價方式可能不足以全面衡量學生的綜合能力?？梢砸攵嘣脑u價方式，包括項目報告、小組討論、實踐作業、展示演示等，這樣可以更準確地評估學生的理論知識掌握程度、實踐能力、團隊合作和溝通能力等多方面的素養。結合自動化專業的特點和學生的興趣，引入特色項目。比如，組織學生進行自動化設備的簡單設計和搭建、編程實踐、機器人競賽等。通過特色項目，學生可以更深入地了解自動化技術的應用和實踐，培養動手能力和創新精神，并將其納入評估體系，注重學生在實踐中的表現和成果。例如，可以考慮對學生參與特色項目的主動性、團隊合作、解決問題的能力進行評估，而不僅僅是單純的項目成果。鼓勵學生在特色項目中發揮個人特長和潛能，采用個性化評價方式。對于學生在項目中表現出的獨特貢獻和創新，可以進行重點關注和肯定，激勵他們在學習中持續進步。建立及時的反饋機制，讓學生了解自己在特色項目中的表現和不足，并提供改進建議。同時鼓勵學生進行自我評價，幫助他們形成自主學習和自我認知的意識。

通過改革教學評價方式，引入特色項目，可以激發學生的學習興趣和動力，培養學生的綜合素質和創新能力，使自動化專業導論課程更加貼近實際、富有挑戰性和吸引力。同時，也有助于提升學生的自主學習能力和問題解決能力，為未來專業學習和職業發展奠定良好基礎。

結語

“新工科”建設是國內高等學校教育改革的重要內容之一，自動化專業是國家“新工科”重點建設專業之一，而專業引導課程“自動化專業導論”面臨著一些教育教學上的挑戰，包括教學模式單一、教學內容陳舊、教學評價片面等。針對這些問題，本文建議自動化專業導論課程可以采用的教學方針是互聯網與人工智能融合的新型教育教學方法，例如，優化教學模式，線上線下融合；創新教學內容，融入智能理念；改革教學評價，引入特色項目。本文提出的自動化課程導論教育教學方法有利于激發學生對專業的興趣度，加強對自動化知識體系的整體認知和理解，能夠為后續的課程學習打下堅實基礎，同時又有利于培養學生的專業自信心、專業自豪感、專業責任感，引導學生成為“五育并舉”的自動化專業創新型人才。

參考文獻：

［1］蔣桂平，賴顯渺，凌維生.中國制造2025與工業40的必然性分析［J］.裝備制造技術，2021（10）：185187.

［2］三部門關于印發《制造業人才發展規劃指南》的通知［EB/OL］https：//www.gov.cn/xinwen/201702/24/content_5170697.htm，20170224.

［3］教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知［EB/OL］http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html，20170220.

［4］張永平，張翔宇，段小麗，等.“金課”背景下自動化專業導論課程教學改革［J］.中國電力教育，2020（01）：6970.

［5］教育部關于發布《高等學校數字校園建設規范（試行）》的通知［EB/OL］http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/202103/t20210322_521675.html，20210312.

［6］科技部等六部門關于印發《關于加快場景創新以人工智能高水平應用促進經濟高質量發展的指導意見》的通知［EB/OL］https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202208/12/content_5705154.htm，20220812.

基金項目：國家自然科學基金項目（62203012）；安徽省質量工程教學研究項目（2022jyxm139）；安徽省質量工程課程思政示范課程（2022kcsz027）；安徽省示范課程；高等學校省級質量工程項目（2022sx012）

作者簡介：胡耀聰（1992—?），男，漢族，安徽蕪湖人，博士，講師，研究方向：自動化教學。