基于OBE理念的人工智能技術及應用課程教學改革研究

郭慶賀　劉仁君　陳君文　龔青山　王宸

摘 要：針對《人工智能技術及應用》課程在傳統教學模式下存在的諸多問題，基于OBE教育理念從課程目標、教學方法、教學內容和課程評價方式等方面提出了一系列教學改革措施。以人工智能技術在智能制造領域中的應用項目案例為載體，以知識目標、能力目標和素質目標為導向，逆向設計教學內容，創新設計多元化評價方法，激發學生的學習興趣和動力，使學生真正能夠掌握人工智能技術的基礎知識和核心理論，培養其實踐應用能力和創新創業能力，以滿足未來智能制造對于高質量人才的需要。

關鍵詞：OBE理念 人工智能 教學改革 教育模式

1 引言

隨著工業自動化和信息化的深入推進，智能制造已成為制造業發展的重要趨勢。智能制造產業的發展對高素質智能制造人才的需求日益增加，為滿足這一需求，多數高校相繼開設了智能制造工程專業[1]。人工智能技術是支撐智能制造發展的關鍵一環，因此，多所高校在智能制造工程專業培養方案中開設了人工智能技術及應用類課程。不同于其他理論課程，人工智能技術及應用課程具有技術更新快、前沿性強、涉及領域廣等特點[2-3]，傳統的“以教為主”的教學模式由于存在諸多問題，已不適用該課程的講授，無法滿足智能制造工程專業培養目標的需求。

與傳統教學理念不同，成果導向教育（Outcome based education，OBE）更為注重學生的主體地位和作用，強調學生的自主學習、合作學習和批判性思維等能力的培養[4-5]。本文擬基于OBE理念對該課程的教學模式進行多方面的改革與研究，以期提高該課程的教學質量，滿足智能制造工程專業人才培養目標的需要。

2 課程教學現狀分析

目前，人工智能技術及應用課程仍采用傳統的“以教為主”的教學模式進行授課。隨著課程教學的不斷深入，傳統教學模式存在的問題逐漸顯現出來，主要表現在以下幾點：

2.1 注重教學進度、忽視教學效果

教師為了完成教學計劃，在有限的學時里快速地講解知識點，沒有給學生留出足夠的時間去理解，沒有充分考慮學生的個體差異，由此導致部分學生無法跟上教學進度，學習效果不佳。另外，以教為主的教學模式下，教師往往只注重自己的講解，而忽略了與學生之間的互動，這使得學生無法積極參與到學習過程之中，使學生對課程產生厭倦。

2.2 教學內容過于理論化

雖然人工智能技術及應用是一門多學科交叉的課程，涉及的理論知識較多，但在實際教學過程中如果過度側重于理論教學，缺乏與實際應用的結合，學生將難以理解課堂所學理論知識是如何應用于工程實際的，進而無法深入理解人工智能技術的本質和應用。過于理論化的課堂教學也會限制學生的創新力和想象力，無法調動學生自主學習、自主探索和自主解決工程問題的能力。長此以往，則導致學生失去對該課程學習的積極性。

2.3 缺乏實踐項目和實驗平臺

人工智能技術及應用的課程目標之一是培養學生能夠使用人工智能技術解決智能制造工程中的實際問題，工程實踐項目和與之相配套的實驗平臺是培養學生獲得此項能力的關鍵途徑。目前，人工智能技術及應用所選用的教材提供了一部分實踐項目，但這些項目與智能制造工程實際相差較遠，無法真正反映人工智能技術在智能制造過程中的應用，且均為簡易的網絡在線項目，缺少相應的物理實驗平臺。再者，人工智能技術的理論知識本身又較為抽象、復雜，如若僅采用理論課堂講授而不進行實踐，學生難以感受到知識獲得的成就感，極易失去學習的興趣和動力。

2.4 課程評價方式不夠完善

目前，《人工智能技術及應用》課程的評價方式仍以傳統的期末考試（占比為60%或70%）為主，以課后作業或課程報告為輔。這種評價方式只能檢測學生的知識水平，而無法全面反映學生綜合素質的發展。成績占比最大的期末考試是在課程結束以后進行，是一種靜態評價方式，無法在學生學習過程中及時反饋學生的學習情況，從而無法及時調整教學策略，以滿足學生的個性化需求。傳統評價方式不利于激發學生的學習動力，其評價結果不夠全面、客觀。因此，對于《人工智能技術及應用》課程的評價方法還需進一步完善。

2.5 師資力量不足

人工智能技術是一門新興的學科，發展迅速，涉及領域廣泛，通常需要教師具備跨學科的知識背景，如數學、統計學、計算機科學等，這就需要教師具備較高的專業知識儲備和持續學習的能力。然而，由于技術發展速度過快，一些教師難以跟上最新的技術進展，導致師資力量相對缺乏，無法保證教學質量和學生的學習效果。

3 基于OBE理念的教學改革措施

3.1 基于OBE理念制定課程教學目標

OBE教育理念是一種以學習成果為導向的教育理念，在該理念下制定教學目標時要圍繞學生最終能夠獲得的學習成果來展開，面向產出，持續改進，制定的教學目標應滿足以下要求[6-7]：

（1）明確性：所制定的教學目標要清晰、明了、具體，能夠明確描述學生在完成課程學習后所能達到的能力和掌握的知識；

（2）可評估：制定的教學目標應具有可評估性，能夠通過一定的評價方式來檢驗學生是否達到了預期的學習成果；

（3）可實現：教學目標應根據本專業學生的實際情況和課程特點來制定，以確保學生通過學習能夠實現這些目標；

（4）相關性：人工智能是一個廣泛的領域，包含了多種技術和學科，要在有限的學時內覆蓋人工智能的所有技術領域是不可能的，在制定課程教學目標時要以該課程所服務的專業培養目標為基準，緊扣企業崗位需求和行業需求，以確保學生所學的知識和技能在未來實際工作中得到應用。

根據OBE教育理念，從知識目標、能力目標和素質目標三個方面制定《人工智能技術及應用》課程的教學目標，具體如表1所示。

3.2 基于OBE理念設計教學內容

與以往傳統教育模式不同，基于OBE教育理念設計教學內容時要依據所設定的教學目標進行逆向設計[8]，這就要求所設計的教學內容要與教學目標緊密相連，要明確哪些教學內容和教學活動能夠幫助學生達到預期的學習成果。在智能制造領域中，基于人工智能的機器視覺技術能夠應用于產品檢測、物料分揀等生產環節，可大幅度減少人為錯誤，提高生產效率和產品質量；基于人工智能的語音識別技術能夠自動識別機器設備的異常聲音，及時發現設備故障或生產問題，減少生產停頓時間，提高生產效率；基于人工智能的大數據挖掘技術能夠對生產過程中的大數據進行挖掘和分析，可以發現生產流程中的瓶頸和問題，從而優化生產流程，提高生產效率?；谝陨戏治?，對應表1所示的知識目標，應將機器視覺、語音識別、大數據挖掘等技術原理以及與之相關的算法作為《人工智能技術及應用》的核心理論教學內容。對于能力目標，搭建智能制造實訓平臺，以實訓平臺為載體，分模塊嵌入機器視覺、語音識別、數據挖掘等實訓項目，通過完成實訓項目和實際操作，幫助學生深入理解人工智能技術原理以及在智能制造領域中的應用，提高其動手解決工程問題的能力。例如，在汽車零部件缺陷檢測實訓項目中，學生將更為深入地了解機器視覺和深度學習的基本原理和應用，能夠掌握圖像處理和特征提取的基本原理，能夠較好地培養其解決問題的能力和創新實踐能力。對于素質目標，在課程中引入討論和辯論環節，讓學生就人工智能技術在智能制造領域應用中出現的倫理問題等展開深入討論，引導學生分析、評價和反思不同觀點，培養他們的批判性思維和獨立思考能力；通過小組分工協作，共同完成項目實踐任務，培養其團隊協作能力、溝通能力和領導力；在完成項目的過程中鼓勵學生嘗試采用不同的方法解決問題，激發他們的創新思維和求知欲，培養他們的創新能力和實踐能力。

3.3 基于OBE理念創新教學方法

OBE教育理念在教學方法上強調以學生為中心，而不是以教師為中心，這意味著在實際的教學活動中所采用的教學方法要將學生至于主體地位，而不是學生單一地被動接受教師的課堂傳授?！度斯ぶ悄芗夹g及應用》課程屬于典型的工科課程，重在培養學生的實踐能力，因此本課程的教學方法應以項目案例式教學為主，課堂理論教學為輔，再輔以學科競賽等手段，以提升學生的動手實踐能力。選取智能制造領域中的工程案例作為項目選題，按照“問題分析——方案設計——方案實施——總結展望”的步驟進行[9]。以小組為單位，每組負責一個案例，小組內部做到分工明確，團隊協作，使每位學生都能參與到完成項目的實施過程中，按照要求完成項目。教師按照項目步驟對每一階段的成果進行驗收，根據階段性成果驗收情況獲得每位學生的學習進度并給予不同程度的指導，盡可能減小因學生差異帶來的成果差異，實現學習的公平性。除課程學習之外，教師可組織學生參加相應的學科競賽，并給予相應的指導，將課堂所學知識應用于競賽項目中，進一步提高學生的實踐能力和對于理論知識的把握及理解。

3.4 基于OBE理念設計評估方法

基于OBE理念設計課程評價方法著重于評價學生的學習成果，即學生完成課程后應該具備的核心知識、技能和能力，評價的目的是確保學生能夠達到預定的學習成果，而非僅僅關注教學過程或學生的投入?；谠撍悸?，對《人工智能技術及應用》課程提出多元化的評價方法，如表2所示。

出勤率主要考察學生的課堂參與度以及對本門課程的學習態度；章節檢測考察學生對于獨立章節理論知識的掌握程度；期末考試考察學生對于理論知識的綜合運用情況；項目實踐考察學生運用理論知識解決智能制造領域實際問題的能力，其中項目方案設計環節考察學生的獨立思考和創新思維能力；項目完成情況考察小組內部團隊成員分工及團隊協作能力；項目總結報告考察學生能否運用規范的語言、合理的結構和清晰的邏輯進行表達，考察其書面表達能力；小組匯報答辯考察學生語言表達能力以及交流溝通能力；參加學科競賽能夠進一步使學生將課堂上所掌握的技能應用于解決實際問題，進一步提升學生的學習積極性、創新能力以及工程實踐能力。

4 結束語

OBE教育理念強調以學生為中心，以學生的學習成果為導向，注重教學過程的優化和教學效果的提升。本文針對智能制造專業必修課《人工智能技術及應用》教學現狀中存在的問題，基于OBE教育理念對現有教學模式進行了改革，提出了一系列改革措施。在未來的《人工智能技術及應用》教學實踐中，我們應該繼續深入研究OBE理念的最佳實踐方式，不斷完善教學評價體系，確保教學改革真正落地生根，為學生的全面發展提供有力保障。

項目來源：湖北汽車工業學院2022年度教學研究與改革項目“新工科背景下基于OBE理念的《人工智能技術及應用》課程建設與實踐”（編號：JY2022043）；教育部協同育人項目（編號：220403177265250、230804701075730）；湖北省社會科學項目“我國制造業智能生產模式下的低碳轉型研究”（項目編號：21Q174）；湖北汽車工業學院本科一流課程建設項目“智能制造背景下《機電傳動控制》課程建設教學改革研究”（項目編號：XYLK202301）。

參考文獻：

[1]張華，岳文輝，劉德順.基于OBE理念的地方高校智能制造專業建設探索[J].教育教學論壇，2023，（47）：117-120.

[2]王衍學，楊銀銀，馮劍波.車輛工程專業人工智能課程教學改革與探索[J].高教學刊，2023，9（07）：33-36.

[3]張攀峰，仵麗姿.基于OBE教育理念的高校師范生創新型人才培養路徑研究[J].沈陽師范大學學報（教育科學版），2023，2（01）：75-80.

[4]黃晨華，李湘勤.基于OBE教育理念的工業機器人課程教學研究——以應用型本科機械類專業為例[J].教育觀察，2022，11（31）：49-52.

[5]王婷，馮金山，李屹坤等. 基于OBE教育理念的項目驅動式開放實驗教學實踐[J].大學物理實驗，2022，35（04）：127-130.

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[7]淑英，饒偉麗，梁鐵強等.工程教育背景下基于OBE教育理念的“食品分析”課程教學探索與實踐 [J]. 農產品加工，2022，（13）：107-109+112.

[8]張永梅，杜治蓉，馬禮.人工智能技術課程實踐教學改革[J].計算機時代，2021，（02）：83-85+89.

[9]許瑩，熊茂華，尹霞等. 基于OBE的人工智能應用技術課程教學改革探索 [J]. 電腦知識與技術，2021，17（14）：159-161.