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1、AI背景下“智能小车制作”课程实施研究报告一、课程实施背景人工智能（ArtificialIntelligence）的英文缩写为AI。它是研究开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，已经成为引领新一轮科技革命和产业变革的战略性技术。人工智能教育成为国家战略，在我国逐渐发展起来。2017年，国务院印发新一代人工智能发展规划。2018年，高等学校人工智能创新行动计划提出“构建人工智能多层次教育体系，在中小学阶段引入人工智能普及教育，不断优化完善专业学科建设，构建人工智能专业教育、职业教育和大学基础教育于一体的高校教育体系”。在制造业转型升级中，智能制造技术人才
2、标准呈现出“专业技能+信息技能+创新能力”的多元化特征。中职学校工科专业的毕业生是我国今后制造业的主力军，如何培养具备人工智能素质的毕业生是中职学校面临的重要任务。二、课程目标和框架设计（一）课程目标开设人工智能校本课程，首先要设置课程目标，有了课程目标，课程内容的选择、教学模式的选取、课堂实施的策略等，才有了方向。课程开发团队深入智能制造行业企业和兄弟学校进行调研，邀请企业专家和学校的专业骨干教师等进行研讨，梳理了智能制造专业群相关专业的岗位（群）以及工作内容、职业能力需求，筛选出典型工作任务，并根据国家或行业相关职业标准，对典型工作任务的工作过程进行分析，提炼对应的职业能力，归纳整合出对应
3、的行动领域，最后通过与企业工程师深度合作，开发了基于智能小车为载体的进阶式的人工智能课程体系，确定了课程目标：以培养中职生具备人工素质和创新能力为目标，初步体验和了解人工智能技术；了解人工智能的基本概念和原理；了解人工智能在学习、生活等方面的应用；激发学习人工智能的兴趣，激发今后从事人工智能研究工作的动机。（二）构建“普及层+融合层+拓展层”的进阶式课程体系黄埔职校智能小车制作校本课程的构建符合了黄埔区域人工智能产业对人才需求的特点，该校开发团队通过行业企业调研，与企业工程师深度合作，以培养中职生创新能力为目标，综合校内实训资源和教学资源，构建了纵横向交叉组合的智能小车制作课程体系，如图1所示
4、。横向课程在于使学生掌握人工智能相关的基础技术知识与技能，纵向课程在于提升学生的创新思维和能力，培养学生分析问题、解决问题的思维模式与能力。影成自主创新实践能力图1以技术应用为主的“智能小车制作”三层进阶式课程体系该课程体系包括四个课程模块，分别是“机器人结构设计”、“基于ArdUinO的机器人程序设计”、“基于AltiumDesigner的机器人电路设计”和“基于AI控制的机器人设计”。课程体系通过整合课程资源，结合3D打印机、雕刻机、数控机床等智能制造设备，使学生经历现代工业设计制作的一般流程，即：总体方案设计一结构设计一电子电路设计一控制软件设计一实体搭建f调试完成一分享交流。基于智能小
5、车制作为载体的创新教育课程体系以智能小车作品的外形（结构）、程序控制、电子电路设计和人工智能控制四大模块的设计为核心，以最终形成学生自主创新实践能力为目的，搭建了相应的实践开发平台作为课程开展的支撑。每一个课程即为一个模块，既可以作为零基础的同学普及化入门课程，也可以作为交叉学科的专创融合课程，四个模块环环相扣，以一种循序渐进并相互融合的模式展开，使学生在学习的过程中培养对设计方式以及创造性思维能力的培养。三、探索教学实施策略为达到“普及层+融合层+拓展层”的进阶式课程体系模式下的人工智能教育课程目标,课成开发小组从体验感受、技术应用两个层面对智能制造专业群和汽车专业群不同年级的学生进行了教学
6、尝试。（一）体验感受本部分内容面向中职一年级的工科类专业展开教学，约68个课时，让学生初步体验AI、Al语音、Al视觉的产品及应用，感受Al的魅力。教师首先带领学生体验生活中常见的智能音响、人脸识别，让学生对生活中的Al有初步了解；再利用手机投屏，基于公众号中百度Al体验中心、腾讯Al体验中心等相关Al应用展开教学，逐步引导学生体验语音识别、语音合成技术、人脸识别、人体识别、文字识别、车牌识别等图像技术。最后观看相关Al的视频，引导学生分析Al处理信息的流程，发展学生的信息意识。学生兴趣度很高，乐于参与体验。（二）技术应用：构建基于“四阶段”的线上线下混合式教学黄埔职校智能小车制作课程体系将企
7、业真实项目引入到课程中，以学生实践操作、自主创新发挥为特色，采用分阶段、分层次及课内外结合的开放式教学模式，由相关学科的教师进行多学科联合指导。课程的教学环节设计引用了国内学者傅骞提出的“SCS创客教学法提炼出了以“四阶段”为主线的教学法，分别是：知识储备阶段、作品模仿阶段、自主创新阶段、分享交流阶段。这种教学环节的设计与形成创新能力之间的关系如图2所示：J-.c引入惴不放事以“四阶段”为主线的教学法2作品模仿阶段上圆巨地创新发引专3自主创新阶段厢任务会O积K同管知识，学习创新技能去发吊新想法，提开创新技筱培界创U曲R,影成例断思维形成创新能力1 .知吠筹各阶段Cy镑伪；一城点，4 .分享交獭
8、段-初作孰享O图2“四阶段教学法”培养创新能力的过程以“四阶段”为主线的教学法采用了线上线下相结合的混合式教学，每一个课程单元结构的项目设计以学生个人或小组为单位，经历以上四个阶段，通过教学引导，学生自主探究，最终学生完成项目，提交作品。在教学中可采用任务驱动法、项目教学法、案例教学法、问题引领教学法等行动导向的教学方法，引导学生经历从“简单任务一扩展任务一协同任务”的完成过程，不断激发学生的创新意识，形成创新思维能力。如图3所示为课堂教学图片和学生作品知识储备阶段通过创设情境引入，提出简单的设计任务，激发学生的学习兴趣，学会必要的知识和技能。作品模仿阶段侧重于学生知识技能的强化和提炼,为激发
9、创新性作品作好铺垫，通过模仿制作环节，为零基础的同学提供入门指导，在积累创新知识和技能的同时，激发创新想法。自主创新阶段是学生创意的产生及实现的最主要阶段，要求学生通过发挥空间想象力，充分运用专业理论知识与实操技能，思考并解决在设计及实践中遇到的各种问题，自始至终承担着项目的设计者、实施者、管理者、优化者等多重角色，从而使学生的创新思维、动手能力、解决问题的能力均得到了提高，职业素养得到了大的提升。交流分享阶段是教学实施的最后一个阶段，目的在于通过总结评价，形成反馈，使学生思考作品的改进，以形成持续的创新精神。四、课程实践成效黄埔职校“智能小车制作”校本课程自2018年3月开始面向机电、数控专
10、业开设，引起了学生极大的兴趣，师生对课程的满意度较高。随着课程的不断完善，后期逐渐扩大为面向智能制造专业群和汽车专业群开设，学生作品的成功率也逐渐从70%上升到95%,课程由课堂延伸到了课外。经过两轮的智能小车制作创新课程的实践，课程开发团队不断修订机器人创新课程标准，为后续教学工作的开展提供依据；并完善了课程体系的校本教材，使其能促进教学效率与效果的提升；整理了教学PPT、视频等数字教学资源，收集优秀学生的设计案例，作为硬件教学资源，为后续教学工作的开展提供更好的基础。课程作品如图4、图5、图6所示。在课程团队的带领下，每一门课程在实施的过程中师生均开发出了具有创新价值的作品，动态展示了一批
11、具有工程应用价值的课程作品，提升了学生学习兴趣和成就感甚至实现师研生随、师导生创、师生共创，创造出一批可面向市场销售的创新产品或教学用具。同时，课程建设对于专业群的建设起到了推动作用，其成效主要体现在以下两方面：（一）推动了专业群的课程体系改革，提升了人才培养质量基于工作过程系统化的开发思路解构了中职工科类专业原本分散独立的、以存储知识为主的学科体系结构，使创新教育课程体系重构成了以应用知识为主的工作过程结构,推动了专业群的课程体系改革。而以智能小车的设计与控制的教学载体则融合了机械技术、电子技术、控制技术、传感器技术、信息技术、人工智能等多门学科的先进技术，使跨专业的各交叉学科有序融合，实现
12、了知识与技能的整合，使专业群的人才培养方向由“单一型”向“复合型”、“创新型”转变。（二）促进了共享师资培养，带动了共享实践平台的建设基于课程本身是一门跨学科融合的课程，课程团队包括了来自机电、数控、工业机器人和汽车四个专业的专业教师及企业工程师。借助课程建设的桥梁，专业群将不同专业、交叉学科的教师队伍整合在一起，打造了一批具备跨界、跨专业能力的教师队伍，有力地促进了专业群共享师资的建设。同时，以易用性、开源性和扩展性为原则建设的多间创新实训室及教学资源平台，搭建了一个共享、开放的创新教育实践平台，给予学生更大的自主学习空间。实践证明，黄埔职校智能小车课程体系建设，以点带面，促进了专业群基于学
13、科体系的课程向行动体系的课程转变的课程改革，推动了共享实践平台的建设、打造了一批高质量的共享师资队伍，提升了人才培养质量，有力地带动了智能制造专业群和汽车专业群的整体建设。五、问题和反思基于智能小车制作的校本课程，有效解决了当前中职学校人工智能教育碎片化、无教材等关键问题，力求做到系统科学，同时综合了学科课程与拓展课程的培养目标，满足发展学生多层次、多维度的技能与思维的发展需求，为中职学校一线教师开展人工智能教育打下了良好的基础，为中职学校开展人工智能教育提供参考。同时也存在以下问题：一是在课程安排时间内，仍然有个别学生未能完成机器人的最终的制作与调试。二是两位老师授课，压力是非常大的，到了课程的后期，由于每位同学的进度不一致，面对众多学生的问题，老师顾不过来。针对以上问题，在后期的课程实施中可以挑选前期优秀学员作为课程助教。同时，在今后将努力以人工智能技术应用为载体，将学校汽车、计算机网络、物联网、智慧物流等专业的内容整合进来，提升课程的专业辐射面。
