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音乐是创作者情感的倾诉,聆听音乐可以使人们的心灵得到安宁,性情得到熏陶,素质得以提升。而音乐欣赏作为高校的一门音乐课程,在学生性情定型的大学阶段,对于学生人文素质的培养工作发挥着非常重要的作用。通过音乐欣赏教育的教学,实现对于学生人文素质的提升,是提高学生素养的一条重要途径。
一、大学音乐欣赏教育的相关问题分析
近年来,随着我国对素质教育理念推行的不断深入,各级学校都加强了学生素质的培养工作。而音乐作为一种以音符和节奏等传达情感的艺术形式,它通过旋律和词曲传递着创作者的喜怒哀乐,同时能够引起听众的情感共鸣,对于提升人们的素质而言是一种极好的方式。因而,音乐欣赏课程便逐渐成为对大学生实施素质教育的一种重要方式。
作为21世纪的新增课程,音乐欣赏教育在高校学生的素质培养工作中发挥着非常重要的作用。作为听众和创作者链接的桥梁,音乐欣赏是让他们产生共鸣的唯一方式,它能使听众在聆听的过程中感受到作者的感情与作者隐藏在其中的倾诉。因此,高校为提高学生的素质而设立了音乐欣赏课程,力图通过指导学生欣赏音乐来培养学生的音乐兴趣,提高欣赏水平,进行审美教育,使大学生完成心理的健康发展。
音乐欣赏课程的主要目的在于对学生讲述音乐史、影视作品、音乐作品以及声乐等趋于文学化的相关知识,它不以传授专业音乐知识和培养专业音乐人才为主要目的,所以相对那些音乐类的专业术语和专业技能知识,音乐欣赏课程更易被大学生理解、接受和学习。从而提高学生的人文素养,影响学生的精神状态以达到陶冶心灵的良好教育。可以说,大学音乐欣赏教育就是一种使用音乐作为手段,对学生实施素质教育的科目。因此,音乐欣赏教育的良好实施能够极大地提升大学生的人文精神素质。
二、音乐欣赏教育对提升大学生人文素质的作用
音乐欣赏教育作为一门专门应对提升大学生素质的科目,在大学生的素质教育工作中占据着极其重要的地位。大学音乐欣赏教师通过向学生讲述音乐欣赏教学的相关知识内容可以有效地对学生进行良好的教育。具体而言,音乐欣赏教育在大学生的人文素质培养工作中发挥的作用主要可以分为以下几个方面来进行谈论:
1、通过音乐知识的认知提高学生的人文素质
音乐欣赏教育对于大学生人文素质培养的功能,首先就体现为它可以通过使学生了解音乐作品中蕴含的相关社会及历史背景等知识,促成学生对这些隐含知识的正确认知,从而在提高学生知识水平的基础上,达到对于学生艺术品味的提升,继而提高学生的人文素质。经典的音乐作品一般都具有一个深厚的创作背景,而这个创作背景又是与某些历史文化是相连接的。因此,高校音乐教师通过向学生讲授音乐欣赏知识,可以使学生接触到非常多的与音乐相关的其他方面的历史人文知识,从而增加了学生的人文知识储备。比如在讲述乐曲《十面埋伏》时,学生在欣赏旋律跌宕的乐曲过程中,还能够了解到《十面埋伏》这首乐曲所反映的更为深远的楚汉之争,从而联想到文学中《鸿门宴》、《四面楚歌》等作品对于楚汉之争场景的描写,继而在音乐旋律的变化中感受到文学的深刻内涵,同时也在文学的描写中体会到音乐旋律中情感的变化,这样可以推动学生对多方面知识的理解,提升人文素质。
2、完善学生的审美意识来提高学生的精神素养
教师通过对学生讲授音乐欣赏课程,可以利用音乐的联觉思维,来达到对于学生审美水平的提升。很多高雅的音乐作品都是以文学作品作为依托的,比如我国古典文学中的诗词曲等,这些文学作品本身都通过语言文字刻画着一种美好的境界,而这种境界通过音乐的配合,以及音乐课程对于画面的展现,能够使学生更为直观地碰触到作品所传达的美好,从而达到对学生思想净化的目的,使学生的素质有所提高。比如音乐作品《春江花月夜》以唐代张若虚的诗《春江花月夜》作为依托,通过琴曲演绎灵动的春江流水,用图景展现柔和的海上初升明月,诗的整个空灵清雅境界就完美的展现出来,学生通过语言文字的描写以及音乐旋律的配合,可以在脑海中勾勒出一幅唯美的画面,从而了解到作品中刻画的景象之清幽以及诗人对于人生的叹息。学生接受多了类似的音乐作品,就会在很大程度上提升自己的审美境界,从而达到对于自身素质的提升以及人文精神的完善。
三、结语
音乐欣赏教育作为培养大学生素质的一门专项课程,通过引导学生接触音乐创作的背景知识以及音乐自身的旋律等,使他们的内在情绪得以宣泄,升华精神境界,净化心灵,在一定程度上增加了感性思维,进而达到对于自身人文精神境界以及人文素质的提升。高校音乐教师在对学生实施音乐欣赏教育时,一定要努力探寻适合学生学习的教育方式,争取使学生通过音乐欣赏课程的学习达到对于自身人文素质的提升。
参考文献:
[1]龚佩玲. 以培养学生人文素质为教育目标的音乐鉴赏教学尝试[J]. 经营管理者,2009(15)
为了保障人工智能教育在我校真正落实和长期发展,学校将人工智能教育工作纳入到学校整体三年发展规划中,并作出明确要求。
为了让师生更加重视人工智能教育,促进学生全面发展,特修订了我校“五美”能行课程体系,将人工智能课程进行了重新定位和设计。
为了建设符合我校校情、学情的人工智能课程体系,学校成立了人工智能课程建设与实施的探索与研究项目管理团队,制定了项目计划书,从项目名称、项目团队、项目背景、项目创新点及解决问题、项目推进措施、项目完成期限等方面进行了具体规划。
二、支撑保障
完善软硬件设施和文化建设,为人工智能教育开展做好支撑和保障。除了四楼独立的人工智能实验室,我校还自主改造了五楼的创客教室和阅览室,扩宽了人工智能教育场所,尽全力满足学生人工智能上课需求。
学校高度重视人工智能教育,不断加大投入。在资金紧张的情况下依然给学生购买了小学生C++趣味编程书和人工智能超变战场的场地。
三、具体做法
1.基于校情和学情的人工智能课程设计
课程设置:开学之前,课程部整体规划,实行信息技术课两节联排。
人工智能课程开设内容安排:基于校情学情,本学期3-6年级全面铺开人工智能课程,3年级以信息技术基础知识、编程猫、乐高搭建基础入门为主;4年级AI神奇动物,5-6年AI变形工坊,是集搭建和编程于一体的人工智能课程体系。本学期信息技术类人工智能特色社团的开设:人工智能机器人社团、信息学奥C++社团、创意编程社团。
2.三位一体,三组联动推进人工智能课程的开发与实践。三组是:项目组、教研组和集备组。具体做法是:
项目组的做法:根据人工智能项目管理计划书的内容和要求,3月初进行项目工作总结和4月份计划汇报,5月份进行了中期汇报。进一步梳理人工智能校本课程的内容,促进人工智能课程实施与落地,进行了生本AI人工智能校本课程的开发与研究,重点对课程目标和课程内容进行了设计和探索。
教研组的做法:1.参加区首次信息技术教研活动,明确方向和工作重点。组织信息技术教师按时参加区里首次信息技术教研活动,并将区里的要求传达给每一位信息技术老师,为接下来的工作做好铺垫指明方向。2. 教研组内进行磨课,四年级潘倩老师执教了四年级AI神奇动物—敏捷的蛇;徐娜老执教了五年级AI神奇变形工坊—设计“地雷”,课后及时听评课,提出优点与不足,并进一步改进完善。
集备组活动:各年级备课组利用双周周二上午时间进行集备,研究本周的上课内容、梳理课堂具体流程及教学设计。
3.加强教师培养力度,积极组织教师参加人工智能培训和学习。学校鼓励教师进行小课题的研究,提升教学专业素养。2019年区级小课题《小学人工智能课程体系、教学策略和教学评价的研究》顺利结题。2020年区级小课题《奎文区人工智能教育专项课题--小学人工智能教育教学策略及评价方法的研究》立项。
4.为了拓宽视野,为人工智能教育的发展进一步指明方向。落实请进来:邀请区教研室专家进校为学校人工智能开展情况进行诊断;邀请优必选指导老师入校指导人工智能课程,并进行赛事辅导和培训。
5.为了给学生的学习搭建更广阔的平台,丰富学生的课余文化生活,促进学生信息素养的提升。以赛促学,积极组织学生参加各级各类比赛。
四、取得成效
1 人工智能定义和发展阶段
人工智能的英文是Artificial Intelligence, 简称AI, 人工智能的内容不断丰富和发展, 至今还没有统一的定义。比较权威的说法认为[3]:人工智能是关于人造物的智能行为, 主要包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为。人工智能的长期目标是发明出可以像人类一样或能更好地完成以上行为的机器, 短期目标是理解这种智能行为是否存在于机器、人类或其他动物中, 所以它包含了科学和工程双重目标。根据其功能强弱, 人工智能分为三类, 即弱人工智能、强人工智能还有超级人工智能。人工智能的发展大体上经历了三个阶段, 第一阶段是20世纪50~60年代, 提出人工智能的概念。主要以命题逻辑、谓词逻辑等知识表达和启发式搜索算法为代表;第二阶段是20世纪70~80年代, 提出了专家系统, 同时基于人工神经网络的算法研究发展迅猛, 伴随着半导体技术计算硬件能力的逐步提高, 人工智能逐渐开始突破;第三阶段是自20世纪末以来, 尤其是2006年开始进入了大数据和自主学习的认知智能时代。随着移动互联网的快速发展, 人工智能的应用场景也开始增多, 特别是深度学习算法在语音和视觉识别上实现了巨大的突破[4,5]。人工智能的技术体系主要分为四个方面, 即机器学习、自然语言处理、图像识别以及人机交互等。当今击败世界围棋冠军李世石的Alpha GO主要应用了机器学习中的深度学习算法。
2 人工智能应用状况与反思
2017年, 阿里的无人超市落地杭州, 进店、挑选商品、付款支付一气呵成, 消费者几乎在完全自主的状态下完成购物。与此类似, 昆山富士康公司裁员6万名工人, 全用机器人代替。京东、淘宝引入的智能机器人替代了原来的仓库管理、人工客服等岗位。因此有学者悲观地断言:在人工智能时代, 因为很多职业岗位或技能将被智能机器人所代替, 职业院校毕业生很有可能面临毕业就失业的窘境。笔者认为, 我们不应该重蹈历史上英国制定的限制汽车推广使用的《红旗法案》的悲剧。正是这个在今天看来毫无道理的, 但却持续了三十年的法案让德国和美国的汽车工业完全赶上来, 最终远超英国。人工智能应用必将淘汰或替代很多现有就业岗位, 但同时又会创造新的就业岗位, 这是一个伴随着产业智能升级的、长期的艰难过程, 对于职业教育来说, 这既是一个严峻的挑战, 也是一个难得的机遇。
3 人工智能时代职业教育的发展策略
为了更积极地适应人工智能时代, 除了国家层面的统筹规划、科学指导和政策、经费支持之外, 建议还要做好以下几个方面的发展规划。
3.1 解放思想, 更新理念与制度
中国工程院院士潘云鹤提出, 人工智能走向2.0阶段的真正原因是世界正从原来由人类社会与物理空间构成的二元空间, 向着由物理空间、人类社会与信息空间构成的新三元空间演变[6]。因此, 职业教育在教学和管理过程中应该加入人工智能等相关理念和技术, 同时其办学定位、人才培养方案、专业建设、课程内容、考核评价标准等方面都需要做出相应的改进。比如当前大多数职业院校非计算机类专业的课程安排中, 信息技术类课程课时偏少, 数据处理、编程类或人工智能课程几乎没有, 这样的安排不利于提升学生的信息素养, 必须做出相应的调整, 同时适当减少将来可被人工智能应用替代的技能课程的课时, 比如电算会计、环境监测等。
3.2 善用人工智能, 提升教学与管理
在人工智能背景下, 教师们现有的重复性工作和大量数据积淀的教学任务, 比如批改作业或阅卷或课堂考勤都可能被人工智能取代, 因此, 教师能腾出更多的时间, 更充分地关注学生的个性差异, 从而为学习者提供更精确的个性化学习服务, 教师也能够及时调整教学方法和手段, 优化教学评价方式, 补充教学资源, 减少备课重复性工作, 提升教学效率, 真正地做得因材施教, 同时学生们的学习方法和方式将不同程度地得到重构, 基于大数据的智能在线学习平台大量出现, 不同的学校、学科及专业课程不再封闭, 学习时时处处都可以进行, 碎片化与个性化学习将日益普遍。教师能完整地跟踪学生的整个学习过程, 比如学生上课是否睡觉、是否玩手机、是否在教室里与其他同学合作学习等, 都能够根据监测数据进行智能解析, 有利于更有效、更全面地对学生进行过程性评价。大部分课程考试将全部自动化, 考生资格审查利用人脸识别、监考与阅卷都由智能机器来完成。上述人工智能给教学带来的这些变化既需要网络硬件设施和相关软件系统来支撑, 更需要职业教育的教师们继续提升信息技能、深化和加强信息素养。
3.3 深化产教融合、优化实训筑牢就业
在人工智能时代, 职业院校应与相关行业统筹发展, 深化产教融合, 拓宽企业参与的途径, 深化引企入教改革, 支持引导企业深度参与职业院校的教育教学改革, 多种方式参与学校专业规划、教材开发、教学设计、课程设置、实习实训, 促进企业需求融入人才培养环节;鼓励以引企驻校、引校进企、校企一体等方式吸引优势企业与学校共建共享生产性实训基地;全面推行现代学徒制和企业新型学徒制, 推动学校就业与企业招工无缝衔接。比如职业教育将出现新师徒制, 行业领域的行家里手将通过互联网以VR或者AR技术言传身教的方式, 带领规模庞大的徒弟用碎片时间进行学习与实践。
3.4 完善终身学习的职业教育体系
随着人工智能应用的深入推广, 职业院校培养的技能型人才所掌握的技能如果不及时进行充电升级, 中低端的重复性强的工作将面临被智能机器人不同程度进行替代的危险。所以对于不少技能岗位, 守着一门技术吃一辈子老本的时代将一去不复返。因此, 职业教育要继续完善终身教育体系, 为职业教育学生的充电升级铺就一条纵深的通道。
3.5 人文教育为道, 智能教育为用
在人工智能的帮助下, 简单重复性的工作将被机器替代, 人们将从重复繁琐的事务中解脱出来, 转去从事更具有创造性、创新性或者更具有情感类的工作, 这些工作需要人与人之间的合作与沟通, 因此, 职业教育更需要注重学生思想道德水平、人文综合素质的培养, 这是做人之道, 在此基础之上激发学生们的学习主动性和创造力, 促进跨界思维的形成, 更好地掌握人工智能时代的相关职业岗位知识和相应的智能技能。著名理论物理学家霍金曾说:完全人工智能的研发可能意味着人类的末日。Tesla汽车和Space X公司创始人马斯克说:我们必须非常小心人工智能。如果必须预测我们面临的最大现实威胁, 恐怕就是人工智能了[7]。一群没有良好道德水平的, 但掌握了智能技术或设备的人们是危险的, 所以职业教育应该从学生入学起就开始, 不断提升学生的思想道德水平, 热爱社会、热爱生活、乐于助人、与人为善。只有这样, 人工智能应用才能更好地服务人们、造福社会。
4 结论
人工智能正在快速又深刻地改变我们的教学、生活和工作方式, 也对职业教育提出了严峻的挑战, 同时也是一个巨大的机遇。职业教育在面对人工智能时代的变革时, 须要从国家政策、理念与制度、教学管理、产教融合、终身学习等方面做好应对, 切实地把握人文教育之道对智能教育之用的统领原则, 培养能很好地掌控人工智能技术和应用的人才。
参考文献
[1]谢青松.人工智能时代职业教育的转型和发展[J].教育与职业, 2018 (8) :50-56.
[2]苏令.人工智能来了, 教育当未雨绸缪[EB/OL].[2018-05-15].
[3]Nils J.Nilsson.人工智能[M].郑扣根, 庄越挺, 译.北京:机械工业出版社, 2000.
[4]王璐菲.美国制定人工智能研发战略规划[J].防务视点, 2017 (3) :59-61.
第一,始终把提高教育质量放在首位,但要避免重蹈应试教育的覆辙。在技术与教育深度融合的过程中,最重要的问题是要明确目的和手段的关系。教育的根本任务是立德树人,培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。技术应用到教育中的最终目的,是为了培养人。相较于城市,农村教育的基础较为薄弱,可以充分利用信息化手段,把城市优质资源输送到农村,并且使用技术提高教学效率。但要避免走入技术助长应试教育的误区,要以育人为前提,在实际教育教学中恰当融入信息技术。
第二,要进一步加强农村地区教师队伍建设,提高教师的业务水平和信息素养。免费师范生政策、特岗教师计划及乡村教师支持计划等政策的出台,解决了一些偏远农村教师“下得去、留得住”的问题。
为什么要在中学开设人工智能课程?这本教材有什么特点?对于中学教师和学生而言,应如何准备才能应对人工智能的教与学?记者对此进行了调查。
全国已有40所学校引入教材
据了解,该教材是华东师范大学慕课中心和商汤科技合作,联合全国多所知名中学教师共同编写,由新闻出版总署批准出版并备案。目前,全国已有40所学校引入该教材作为选修课或校本课程,成为首批“人工智能教育实验基地学校”。
“与其他教材不同,该教材以‘手脑结合’为主要学习方式,不仅关注对人工智能原理的介绍,更加重视这些原理在生活中的运用。”华东师范大学教授,博士生导师陈玉琨介绍说,“作为教材的编者,我们特别希望学生能发挥独特的想象力,设计一些在高中阶段有可能完成的项目,并动手将其转化为独具特色的作品。”
记者看到,该教材共分9个章节,以基础普及性的知识为主,分别介绍了图片识别、声音识别、视频识别、计算机写作和深度学习等人工智能技术的原理和应用场景,每一页都配有彩色图表,并引入了大量科普内容和实例。此外,该教材还配套了一个教学实验平台。
香港中文大学教授林达华表示,目前,人工智能人才面临着全球性短缺,在人工智能和基础教育结合方面,各个国家都还处在探索的过程中,该教材的出版,是人工智能教育的一次重大突破,意味着人工智能将由此走出“象牙塔”,进入高中生的知识范畴。
“今天,技术更迭速度太快,谁也无法预计未来的职业选择,我很乐意让我的孩子在中学阶段就了解掌握一些人工智能方面的知识技能。”一位家长这样告诉记者。
目的在于普及原理引发兴趣
作为一门兼具学术含量和技术含量的学科,对高中学生而言,应该怎样去了解人工智能这门学科;对于高中教师而言,又该如何教学呢?
“大多数中学生的最终职业道路都不会是成为人工智能研究者或工程师,但是未来很多行业都将在不同程度上受益于人工智能的赋能。因此,该学科在中学阶段的教学目标应该定位让学生了解掌握人工智能的基本思想、基础知识以及常用算法和工具。”林达华说。
在陈玉琨看来,人工智能的教学和研究经常要用到高等数学的知识,这已经超出了高中生的知识范围,因此,在中学阶段,教师应注重对相关概念、算法、原理进行定性介绍,“定量的部分,可以留待以后再学。”
多位专家表示,教师在教学过程中,要特别重视对人工智能应用场景的介绍,这不仅会让课堂变得更加生动,学生学习的兴趣更加高涨,同时也会提升师生的思维与创造能力。
“总体而言,在中学阶段开展人工智能课程的主要目的在于普及人工智能的原理与技术,引起学生对人工智能学习的兴趣。当然,也期望能为高等学校培养人工智能领域的拔尖人才奠定相应的基础。”
“校企合作”解决人才缺口
也有专家指出,人工智能是一门新兴技术,中学教师在该领域的知识储备是不足的。
“师资是课程的基础。”上海师范大学教授岳龙表示,“开设人工智能课程对教师的知识结构也提出了新的挑战,因此组建专门的师资培训团队非常重要。”
中图分类号:TP18 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)01-00218-01
人工智能包含三个层次:计算智能、感知智能和认知智能,讯飞超脑计划是包含模拟人脑的知识表示与推理、类人学习机制与新知识的获取、机器加载专业知识成为专门的教育领域。讯飞超脑计划是基于全球关于人工神经网络的深度学习研究,简单来说就是希望未来讯飞超脑计划能够将人工智能从只是简单地能听会说到能够深度思考相关问题的科技转变。人工智能的不断开拓创新是为了帮助人类能够更好地生活,我们应该注重人工智能的发展推进,将其广泛合理地应用到生活的实际中去。
1 讯飞超脑计划目前取得的阶段学习研究成果
1.1 讯飞超脑计划关于我国现阶段关于高中生学习教育的人工智能成果
随着近年来教育电子多媒体设备的投入普及使用,使目前的高中老师在课堂上更习惯用电子化的教学方式来替代传统的板书课本单一枯燥的教学,与此同时,现阶段高中生也同样具备使用移动互联网的条件,这样就使得科大讯飞超脑计划的教育产品可以形成以下的模式如图1所示。
采用此智能的学习模式可以使我国的高中生接受公平的最好的教育,这就需要借助人工智能的帮助来使老师提高自身的教育水平,使高中生丰富并开阔自身的视野。课堂教学包括了在线课堂、畅言交互式多媒体教学系统以及畅言智能语音等,这种新颖的课堂教学模式使原本单一的教学方式变成了思想上任意遨游的知识海洋;智能考试包含了标准考场、英语四六级网上阅卷、普通话与英语口语测试等方面,智能考试系统从字迹工整的程度、词汇量的丰富度、语法的正确性与通顺性等多个方面来评判考试试卷,加上多年来的不断改进,人工智能的评判方法跟相关专家的人工试卷评判的相似度相差无几,很大程度地增加了试卷评判的效率性与公平性;学习产品与教育评价更是覆盖到了从低到高的各个层面的产品组织结构,更有利于高中生的学习与应试教育的公平性。
1.2 讯飞超脑计划对于提高人类生活水平的成果
随着人工智能技术在经济、教育、文化、娱乐等领域的不断应用,使人们的生活质量水平得到了很大程度的提高,人工智能带来的方便快捷对于人类的发展进化与物质文化的进步产生了不可忽视的作用。随着讯飞超脑计划的推出,一方面,可以把人类从繁重的劳动中解放出来,很大程度地提高人类生产生活的效率与质量;另一方面,人工智能的进步会极大地革新人类的思维方式,使人们能够多角度地认知世界,加深对人类对自身所处的宇宙地位的思考,利于人不断地探索奥秘,进一步推进人类社会的进步。
2 讯飞超脑计划下人工智能对于未来生活的影响及其发展趋势
2.1 讯飞超脑计划下人工智能对未来生活的影响
由于讯飞超脑计划是感知智能结合认知智能的再创新,使得未来机器将会实现高水平的感知智能,具有更多的包括语音识别、手写识别以及图像识别的更多智能感知能力与实现包括智能客服、人机交互等的取代人类脑力劳动的认知智能突破。所以说讯飞超脑计划下的人工智能在未来的教育、经济、文化、社会结构等未来生活的各个方面都会产生重大影响。在教育上,人工智能的应用优化了课堂结构,使学生能够实时接受外界的新知识以及与时俱进的教育模式改革;在经济上,人工智能的高效能与高效率会明显提高经济效益,用人工智能来进行财务管理有助于缩减不必要的人工劳务开支与相关的培训费用,利于经济的变革与提高;在文化上,人工智能对于人类语言文化与图像处理上的优势日益凸显出来,可以确定的是人工智能的发展将会深入到人类生活的各个层面中去。
2.2 讯飞超脑计划下人工智能的未来发展趋势
随着人工智能的不断演进,人工智能从最初能存会算的计算智能阶段,到后来的能听会说、能看会认的感知智能阶段,最后再到讯飞超脑计划下提出的让机器能理解、会思考的认知智能阶段,未来的人工智能在语言理解、知识表达、联想推理以及自主学习等方面都将会取得很大的进展。
3 结语
人工智能对于未来生活的影响是多方面的,在未来生活的各个方面都十分显著。与此同时,讯飞超脑计划下的人工智能不断的改革创新与发展,也将更快地推动人类的发展,人工智能与人类的生活是互相影响又相互制约的。人工智能的不断发展给人类的未来生活带来了很大程度的改变,人类在不断开拓人工智能的领域时也应不断提高自身能力与素养,以适应人工智能带来的不断创新和改变。
参考文献:
一、前言
人工智能(ArtificialIntelligence,简称AI)快速发展,在一定程度上促进了人们的思维方式、人际互动模式以及学习和教学方式的改变,我国教育部门不断重视AI技术在基础教育领域中的融合,以更好地促进中小学生的个性化发展。AI视域下,教师的工作环境将会越来越智慧化,智能阅卷、智能授课和智能评估逐渐成为可能,教师可以根据学生的学习进度和学习特征,有针对性地对学生开展个性化指导。同时,学生在课堂上也可以更熟练的使用平板电脑而不是手抄本进行交流。目前,AI技术已经成为教育系统性变革的内生变量,不断推动着教育模式的变革、教育理念的更新以及教育体系的重构,基础教育信息化进入了创新发展的2.0时代[1]。虽然我国AI教育发展水平落后于国际先进水平,尚未在在中小学教育中普及应用,但是我国教育部门已经制定和出台了相关政策,以推动基础教育和AI的不断融合和发展,可以预见,AI技术必将为基础教育发展赋予越来越强大的智慧支撑,推动基础教育现代化。
二、AI教育时代中小学教师面临的挑战
面对以AI为核心的信息技术,如何更好的促进学生发展,从适应到引领转变,实现自身的突破性发展,是教育工作者必须深思的问题。AI技术在一定程度上提高了教学水平和教学质量,但是在教师层面还是存在一些问题,使AI技术与基础教育在融合过程中面临一系列的挑战。1.与AI教育相配套的教学方法创新性不足AI教育作为一个高度依赖技术的跨学科领域,AI应用程序可以在一定程度上扮演教师的角色,观察学生的学习过程,分析他们的学习表现,并根据他们的需求为他们提供即时帮助。此外,了解AI技术的能力和特点,教师可以在课堂上采用合适的AI应用程序来提高学生的学习成绩、动机或参与度。新技术影响了教育体制和教学手段,在这样的背景下,教师在使用新技术时要关注教育主体、尊重教育主体,而不能秉持以往旧的认识。但是在现实教学中仍存在盲目学习的典型问题,教师未能针对学生的个性特征而进行因材施教,学生在学习的过程中存在“一刀切”的现象,而不是被个性化对待。2.AI师资力量薄弱AI教育属于多学科交叉领域,教师一方面要具备心理学、教育学和信息技术等各学科相关知识,另一方面要将这些知识进行整合和运用。目前虽然学生的学习意愿强烈,但是从当前AI的师资来看,具有AI学识的师资力量十分薄弱,教师普遍缺乏完整而系统讲授AI课程的能力和知识,部分教师简单地将AI教育视作机器人教育﹑编程教育、计算机辅助教学等,个别中小学的AI教师是由其他学科教师来兼任,此外,AI教师编制不足、师资质量不均衡也是突出的问题。教师师资队伍建设是改善AI教学质量的关键。3.教师培训缺乏针对性目前教师已了解到AI在教学方面发挥的积极作用,并认可AI对教学的促进作用,但大部分教师都是停留在简单的意识层面,在教学实践中并未真正去落实。虽然存在以上问题,但是大部分AI教育教师没有接受专业培训,在讲授AI知识时,缺乏深入性,只能浮于表面,有违学科初衷。4.实施路径单一AI教育作为新兴学科,是基于时代最新技术的教育,要求教师在专业发展过程中,一方面要注重掌握各学科知识,另一方面更要注重教师专业发展的实践性和情境性,强调学生在学习过程中的参与和体验。但是目前中小学AI教育实施路径比较单一,在课程设计上,教师主要停留在传统的信息技术与教学设计层面,学生在课堂学习和实践中难以系统而深入掌握AI的技术、方法和基本理念。在教授形式上,主要采用课堂教学的方式对AI知识进行讲解,而学生实践和体验的机会相对较少。
三、AI视域下中小学教师发展路径
中小学教师如何更好适应AI时代,更好的构建AI教育生态体系,以促进AI与基础教育的深度融合,主要有以下路径:1.培养信息素养信息素养的本质是全球信息化,人们需要具备的一种能力。面对AI技术的迅速发展,中小学教师应注重信息素养的培养,信息素养主要包括两方面内容,即信息技术素养和信息意识素养。在信息技术素养方面,中小学教师应呈现趣味性强的教学课件、流畅的运用多媒体、及时反馈学生的问题等调动学生的积极性,以激发学生各科的学习兴趣,培养良好的学习习惯。此外,中小学教师要保持对新技术的敏感性。信息意识素养是信息素养中的观念性成分,是教师对信息的态度、认识层面的关键要素,是信息素养的重要组成部分。中小学教师在信息意识层面,要积极接受新兴技术带来的学习和教学方式的改变,决定性意义转变的前提是更新观念。2.提升职业道德素养恪守职业道德:传道、授业、解惑是中小学教师的主要职责。随着AI与教育的融合,智能平板等设备可以在一定程度上代替教师讲授知识、解疑答难和阅卷评分,AI在得到科学利用的前提下,可以成为师生的强大助手,从而大幅提升教与学的效率。教师应积极面对AI技术给教育带来的便利,提高自身的自主学习能力和创造力,同时注重培养学生思维的创新性,呵护学生的好奇心和求知欲,鼓励学生发现和解决问题。引导学生树立正确价值观、道德观和法治观:如今AI技术迅速进入中小学生的课堂教学,深刻改变着学生的学习模式和师生互动模式,一方面教师要充分将AI技术有效整合到课堂,另一方面也要正视AI的使用边界,AI技术快速发展有可能带来伦理风险。在中小学阶段不乏这样的例子,有些学生利用课堂上学到的编程知识去充当黑客,或者产生网络成瘾行为,以上学生的偏差行为已经触及价值观的层面,对自身的身心健康产生不利影响。因此,面对AI技术的迅猛发展,教师要有效的应对信息技术带来的伦理挑战,深入研究思考并引导学生树立正确的价值观、道德观和法治观,提升学生的诚信意识和社会信用水平。3.更新教育教学观念改变传统单一教学模式:随着AI技术的发展,互联网、大数据分析、智能化推送等教育产品层出不穷,如果不能科学利用这些技术产品营造适合学生成长的教学生态环境,技术将无法真正促进学生学习效果和教师教学水平的提升。AI视域下,教师要接受并适应智能技术给教育带来的变化,转变传统教育观念和教师角色,同时,教师在教学中应考虑学生的认知发展的阶段性特征,适时了解学生的学习风格和学习策略及学习中遇到的学习障碍,利用多样的教学活动和教学过程将知识获取和能力培养结合起来,促进学生认知和非认知能力的发展,最终实现学生的全面和个性化发展。课堂教学中,教师应改变“灌输式”“注入式”等单一的教学模式,充分利用AI技术实现教学方法多样化,活跃课堂氛围,提高课堂效率,树立教学、体验和实践相结合的教学观,提升学生的动手能力,中小学AI教育在实施路径方面应该多元化,实现认知、实践和体验的有机结合。此外,教师要看到学生的不同进度和情感需求,借助于AI技术,根据学生的发展节奏制定不同的学习计划,做到因材施教,为每一位学生成长提供学伴式帮助。注重培养线上和线下相结合的自主学习能力:AI视域下信息技术与基础教育的融合,网络在线平台为教师提供了丰富的学习资源,教师要更新自身旧的知识框架,进而不断提高自身的知识体系。针对目前存在的教师培训缺乏针对性的现状,教师可以加强线上自主学习,学习教学中常用的AI技术和程序。首先,线上学习过程中,面对网络和AI应用提供的多种类别的学习内容,教师要根据所教学科和所任学段的学生发展特点,选择恰当的教学内容,以便信息技术可以更充分地服务于教学,从而提高教学水平。其次,教师在注重线上学习的同时,也要注重线下学习,教师在教学中可以组织课前、课后的学习讨论小组,就教学中遇到的问题进行面对面的沟通与交流。
四、结语
AI技术的迅速发展,给基础教育带来便利的同时也必然会带来较大的冲击与挑战,AI视域下,中小学教师应该以积极的心态去面对机遇和挑战,抢抓机遇、迎难而上,努力培养自身信息素养,提升职业道德素养,更新教育教学观念,在人与机器日益激烈的竞争中获得主导地位,在基础教育改革发展浪潮中实现跨越式自我发展。
作者简介:于化龙(1982-),男,黑龙江哈尔滨人,江苏科技大学计算机科学与工程学院,讲师。(江苏?镇江?212003)
基金项目:本文系江苏科技大学引进人才科研启动项目(35301002)的研究成果。
中图分类号:G643.2?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)28-0074-02
人工智能是研究理解和模拟人类智能及其规律的一门学科,中心任务是通过编程赋予计算机部分的“人类智能”,从而使其可替代人类完成某些烦琐而危险的工作。自1956年人工智能学科诞生以来,其研究成果已广泛应用于政治、经济、文化、教育等诸多领域,并对社会发展产生了巨大的影响,[1]因而人工智能逐渐发展成了高等院校信息类专业广泛开设的一门核心课程。作为一门课程,其具有如下一些特点:涉及知识面广、研究领域广泛、内容抽象、实践性强。[2]
目前,高校“人工智能”课程普遍分本科和研究生两个教学阶段讲授,前者注重学生对基本概念、基础知识的掌握,并使其能应用所学知识进行简单的开发实践,而后者更加注重学生自主学习能力、创新能力以及科研能力的培养,因而二者的教学与培养目标是不同的。[3]本文针对“人工智能”课程自身特点和研究生培养目标,并结合笔者多年来的教学经验,分别从课程内容设定、教材选择、教学方法、考核方式等多个方面对该课程的教学改革进行了探索与研究。
一、“人工智能”课程教学内容的设计
“人工智能”课程的突出特点是研究领域过于广泛,而学时数却较短(据笔者了解,各高校相关研究生专业开设该课程的时数为32~48学时不等),因而在讲授该课程时,追求授课内容“大而全”是不切实际的,有必要精选教学内容,使学生在有限的时间内学到最有用的知识。
鉴于大部分学生在本科阶段已简单学习过该课程,因此可适当减少基本概念和基础知识的授课时数,如知识表示、知识推理及搜索技术等,这部分知识点只需安排共6~8学时即可。而对于一些相对陈旧的知识,如专家系统(该技术兴起于20世纪八九十年代,目前相关研究已很少见),可在对其他知识进行讲授时,做简单介绍,没有必要占用独立的授课时数。课程的重点应放在新兴且实用的人工智能技术上,如计算智能、机器学习、模式识别、数据挖掘、多Agent系统以及自然语言处理等方面。上述知识的特点在于内容更新快且抽象,与实际应用联系紧密,极有可能成为学生在未来整个研究生阶段的研究方向,因此有必要在这些知识点上投入更多的精力,有助于学生了解并掌握学术的主流发展趋势,从而能够更好地培养自身的科学素养和创新能力。
当然,授课教师在实际授课过程中也应根据学科的研究进展,学生的基础﹑研究方向与兴趣等特点随时对教学内容作出调整,真正做到理论联系实际、与时俱进。
二、精选“人工智能”课程教材
在教材选择上,笔者分析比较了目前已公开出版的数十本人工智能教材,并结合我校研究生的特点,选定了由清华大学出版社出版﹑蔡自兴和徐光祐编著的《人工智能及其应用》(第4版)作为教材,该教材在前一版的基础上做出了较大的改进与扩展,增加了本体论、蚁群算法、粒子群算法、强化学习、词法分析以及路径规划等很多新内容,具有知识覆盖面广、讲解深入浅出,实用性、可读性强等诸多优点。同时,该教材也是普通高校“十一五”国家级规划教材,辅有国家级精品课程建设网站,是一部经典的人工智能教材。
与此同时,笔者还为学生推荐了多本经典的参考书,如清华大学出版社由拉塞尔等编著的《人工智能——?一种现代方法》(第3版)、科学出版社由史忠植编著的《高级人工智能》等,并围绕各研究专题精心挑选了数篇经典和最新的文献,力求反映各相关领域的国内外研究现状﹑发展趋势以及存在的问题等,以供学生参考。
三﹑教学方法的改革
相比于本科生,研究生通常具有更强的理论基础、接受能力和求知欲,因而在教学过程中应避免传统“填鸭式”的教学方法,要充分突出学生的主体地位,注重培养学生的学习兴趣以及自主学习的能力。为此,笔者结合该课程的特点,对教学方法进行了如下探索。
1.多样化的教学手段
“人工智能”课程的突出特点是涉及知识面广、理论性与应用性强、内容抽象且学时数短,因此有必要充分发挥现代教学手段的作用,提高教学效率。为此,笔者精心设计了整套多媒体教学课件,将较难的知识点以动画的形式呈现给学生,如基于问题归约法的汉诺塔问题求解过程、基于蚁群算法的旅行商问题求解过程等,均可以这种形式呈现。课堂教学中以课件为主,辅以少量的板书,充分利用了多媒体信息量大、直观性强的优点,改善了教学效果。除此以外,笔者也搜集了大量的视频资料,如行人检测与计数视频、机器人地震现场搜救视频等,当讲解相关专题时,作为应用实例为学生播放,充分吸引了学生的注意力,提升了他们的学习兴趣。
近年来,人工智能已成为一个高频词,各种与人工智能相关的智能家居、自动驾驶、智能语音、图像识别等新技术,深刻影响着社会的方方面面,也逐步改变人们的工作及生活方式。许多国家已经开始积极尝试,大力推进小学人工智能教学。2017年,国务院正式颁布《新一代人工智能发展规划》,明确提出了“在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育”;如今,计算思维培养又成为热点。在这样的一个时代背景下,学校和教师有责任和义务组织、引导学生去接触、了解、学习、应用人工智能技术,以适应未来学习和工作环境的变化。人工智能涉及的学科内容较为广泛复杂,小学生相对年龄较小,储备的相关知识较少,学校应如何在小学阶段有效开展人工智能教学,推进人工智能教学真正落地?笔者结合自己的教学实践,从“巧”借活动、“巧”设场景、“巧”编程序、“巧”创项目等方面,积极探索小学人工智能教学的推进路径。
一、“巧”设场景体验人工智能
人工智能的知识结构具有较强的逻辑性和抽象性,与之前信息技术课上所教的内容相比,难度及复杂性更高。在日常人工智能教学中,教师应根据学生的心理特点以及不同教学要求,改变教学方式,把体验搬进课堂,让学生通过具体的体验活动逐步理解人工智能的相关知识,把重难点从对概念、原理、技术的学习转换到了解相关概念、技术实现的过程、体验人工智能技术的应用上。丰富有趣的教育实践活动可以让学生在愉悦的教学情境中,从不同的思维角度、用不同的思维方式来认识和理解与生活密切联系的一些人工智能概念,如机器学习、大数据、神经网络等,体验人工智能在实际生活中的应用。例如在《人脸识别》一课教学中,需要让学生了解人脸识别技术的应用、影响、实现过程和原理,其中人脸识别的原理和过程较为复杂,如果教学中只进行简单说教,无法有效达成教学目标。本课设计了一个“人脸大比对”体验活动,活动分两个部分,第一部分就是通过百度AI开放平台里的人脸检测与属性分析功能,体验人脸检测中具体检测哪些属性;第二部分就是通过人脸对比功能,完成教师提供的三组人像照片的对比分析。在第一部分的实例体验中,学生通过自己上传照片进行检测,主要是通过对人脸的面部、肤色、毛发、眼睛、嘴、鼻和轮廓等150个特征的精准定位来准确地识别和计算出一张人脸的特征和属性信息,包括年龄、性别、颜值、情绪、是否戴眼镜等。这样的体验让学生非常感兴趣,也能很好地理解特征提取的过程。第二部分的体验是人脸对比,教师提供给学生三组照片,第一组是一对相似度很高的双胞胎;第二组是同一个人戴口罩和不戴口罩的照片;第三组是同一个人的两种表情。学生先自己观察,记录三组照片的结果,再上传照片到百度AI体验人脸对比过程,并查看对比结果。经过体验,学生认识到在现有的技术下,人脸识别的准确度还是非常高的,对人脸识别的过程也留下了非常深刻的印象。
二、“巧”编程序理解人工智能
从当前人工智能技术应用的实际情况分析来看,主要应用领域为大数据及机器学习,这些功能的实现得益于算法的不断完善。可见,算法学习是实现人工智能的关键,而对算法的学习又是计算机编程教学中的一大难点。推进小学编程教学将有利于帮助学生理解人工智能的相关知识。小学生相对抽象思维偏弱,采用图形化的编程教学,更加有利于他们接受,有助于提高学习的积极性。通过编程教学引导学生学会分析问题、抽象与建模、设计算法、编写程序脚本,在验证过程中不断改进和完善,并最终实现问题的解决,能有效培养学生的计算思维,并过渡到对人工智能所需要的其他知识的学习上。例如在五年级的《创编游戏》教学中,情境任务是设计制作一个猫捉老鼠的小游戏,目标是让学生认识“碰到颜色”“如果……那么……”等指令,能够用它们的组合来编写判断角色是否碰到边缘和老鼠的脚本。人工智能的概念主要体现在“碰到颜色”和“如果……那么……”语句的应用上,“碰到颜色”是侦测识别,“如果……那么……”则是逻辑判断的处理。在教学中,首先通过问题引导学生思考完成游戏需要考虑哪几个要素,从问题和答案中帮助学生提炼出“舞台”“角色”“动作”三个要素,进而帮助学生厘清实现游戏功能的基本思路。在程序编写中,让学生具体体验侦测模块的编写与判断语句的应用。简单的编程实践,能让学生逐步了解人工智能的基本概念及其实现流程。
三、“巧”创项目实现人工智能
知识的学习必须与学生的生活实际结合起来,如果学生在掌握人工智能知识和技能后能将所学知识应用于实践,解决生活中的实际问题,那么这样的学习就是真实有效的。学生通过设计创作具体作品,可以大大增强分析和处理问题、解决实际问题的意识和能力,培养逻辑思维和动手实践能力,这也是人工智能教育的方向和目的。根据学生的实际生活经验,教师将人工智能的具体应用案例巧妙引入课程中,引导他们科学地确定项目内容;通过对项目的梳理分析,建立逻辑关系和模型;用编程语言描述逻辑关系;采用硬件设备实现人工智能的具体功能,这种基于真实任务的学习活动,能有效促进学生的理解。例如四年级实践小组的“智能垃圾桶”作品,便是以垃圾桶为课题进行探究,先让学生对现有垃圾桶的优劣势进行分析,思考怎样改造垃圾桶才能真正实现智能化。通过教师的引领和自身观察,学生很快认识到智能垃圾桶应该具有的功能:一是能检测什么时候有人投放垃圾;二是垃圾桶盖能自动开启和关闭。确定了目标之后,就是思考达成上述目标需要哪些条件。学生根据已有知识,确定可以用超声波检测是否需要打开垃圾桶盖子,打开和关闭动作可以通过舵机和连杆来实现。通过探究后,学生根据设计的方案自主完成了智能垃圾桶的作品搭建,接下来就是通过编写程序和不断调试验证来实现预期的功能。作品完成后,学生可以根据实际情况进行功能的增加与修改,如增加桶内垃圾超过一定高度时能自动提醒的装置等,让智能垃圾桶更加智能。本次作品的创作过程,不仅锻炼了学生分析实际问题、解决实际问题的能力,又锻炼了他们的编程思维和计算思维,更重要的是体验了自己创作人工智能作品的乐趣和成就感。在人工智能应用日益普及的今天,人工智能课程进入小学课堂是大势所趋。在小学阶段开展人工智能课程教学,主要是为了让学生掌握人工智能知识,体验和运用人工智能技术,培养学生的信息技术核心素养、创新意识、实践应用能力,为学生适应未来社会打下扎实的基础。但人工智能教学具有其特殊性,如何有效推进人工智能教学,还面临着许多需要解决的问题。学校和教师应尽最大努力创设更好的人工智能教学环境,探索更有效的教学策略,促进学生对人工智能相关知识的学习。
参考文献
[1]丁华.人工智能教学中对学生计算思维的培养[J].华夏教师,2020(13):42-43.
一、联系实际,激发学习兴趣
信息技术必修课中“用智能工具解决问题”一节,学生已对身边的智能工具及其使用已经有一定的感性认识。但是对什么是人工智能,人工智能给人类生活带来哪些好处等问题还不是很清楚。哪里没有兴趣,哪里就没有记忆。通过生活中的一些实例,如,俄罗斯国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫与电脑“深蓝”间“人机大战”视频,英国eliza机器人对话,灭火机器人、足球机器人等引导学生进入人工智能的多彩世界当中,也可以让学生通过百度搜索其他方面如军事等方面的应用。让学生明白人工智能技术已经渗透到人们的社会生活,在各个领域得到广泛的应用。
二、由浅入深,介绍人工智能
人工智能是计算机科学的一个重要分支,它是由计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、哲学、语言学等多种学科相互渗透而发展起来的。其主要内容是:人工智能语言、搜索技术、知识表示、自然语言理解与机器翻译、专家系统等。要实现人工智能技术,使机器具有智能,则需要人们给它设计智能程序。因此,让学生掌握一种简单实用的人工智能语言是必要的。Prolog是一种逻辑编程语言。它建立在逻辑学的理论基础之上,最初被运用于自然语言等研究领域。现已广泛地应用在人工智能方面,利用它可以建造专家系统、自然语言理解、智能知识库等。Prolog教学主要结合“找医生看病”这个简单的实例,了解Prolog语言的谓词逻辑、事实、规则和目标,进而介绍Prolog程序的运行机理,让学生发现在Prolog程序中一般不需要告诉计算机“怎么做”,而只要告诉它“做什么”。一旦给Prolog提供必要的事实和规则之后,它就能使用内部的演绎推理机制自动求解指定的问题,而不需要在程序中列出详细的解决步骤,这也正是人工智能语言与其他计算机程序设计语言的不同之处。如果系统完善,将机器人专家引入医院,不但能大大减轻医生的工作量,而且专家就在我们身边,让看病难、就医难成为历史。
三、虚拟智能,体验人工智能
由于学校资金和条件限制,笔者利用AI-RCJ虚拟足球机器人作为教育载体。AI-RCJ是一套虚拟足球机器人的制作平台软件和竞技仿真环境。该软件以寓教于乐的方式,打破了传统教育的模式,为使用者提供了一个新颖的教育平台。整个系统由五部分组成,《初识机器人》和《足球机器人》是基础类,《进攻机器人》《守门员》《我的球队》三个模块是整个竞技仿真环境的核心部分。在这三个模块中渗透给学生计算机程序设计的基本思想、顺序结构、分支结构、循环结构;让学生了解数学平面坐标、体会不同质量的物体碰撞带来的不同效果和状态。使用者可根据自己的策略建立一个虚拟足球机器人,用户可选用图形化编辑器――机器人快车或者代码编辑器――CodeCanvas来实现机器人的策略及算法。编写好的机器人控制代码经过编译以后,就可以导入到AI-RCJ仿真竞技环境下和其他的足球机器人进行比赛。不断地在比赛中总结和改进,在竞技中品味学习人工智能的乐趣。
四、实际操作,挑战机器人设计
如果资金允许,可采购一些机器人组件,进行实际的组装和设计。以小型足球机器人为例,其硬件结构主要由6部分组成:行走机构、击球机构、带球机构、电路部分(决策,控制和通信等电路)、电源装置及辅助部分(小车底盘,外罩)。机器人小车应能准确地接收上位机指令,并根据指令要求迅速完成决策子系统的意图(带球,射门,拦截等战术动作)。决策系统是整个系统的核心部分,它主动完成知识提取并确定机器人的协同任务。机器人的通信系统特别是无线通信系统是保证从主机端到机器人底层之间的数据传送是可靠的,从而使得机器人能够比较顺利流畅地进行。
1绪论
健康中国已上升为国家战略,新医科在我国高等教育中掀起了一阵新的改革浪潮,“智能医学”的应用性人才培养模式也随之开启。智能医学工程是以现代医学与生物学理论为基础,融合先进人工智能及工程技术,挖掘人的生命和疾病现象的本质及其规律,探索人机协同的智能化诊疗方法及其临床应用的新兴交叉学科。目前,高校在进行医工融合培养学生的指导过程中,存在许多问题,如医学和工科的理论结合层面较为薄弱,多学科交叉联合指导的机制不完善,成果转化和临床应用性不高。实践层面,在现有的医学教育模式下,医学生缺乏全面的对数据进行收集、处理与分析的能力。但是在智能医学时代,对数据的处理与分析能力会成为医生工作的重要组成部分。面向医疗健康的智能医学工程交叉学科人才的迫切需求,智能医学工程交叉学科的人才培养的机制有待完善。2019年,一些院校如南开大学和天津大学获得教育部的审批,已经率先实行招收智能医学工程专业的新生[1]。高等医学教育对新医科背景下智能医学工程专业人才培养认知还处于探索阶段,智能医学工程如何实现医工交叉学科的融合发展,如何获取人才培养中的合适方法、模式、关键技术等的研究,协同医学发展、社会需求的人才,还需要深入思考和进一步探索。
2新医科背景下智能医学人才培养
2.1新医科符合医科改革的内在需求
随着“健康中国2030”国家决策不断推进,医疗健康逐渐被国家视为重要的基础性战略资源,在大数据和人工智能技术影响下,临床应用、疾病预测与预防、公共卫生、循证公共卫生决策、健康管理、健康监测与个性化医疗服务等方面的研究以及产业发展,将是未来整个医疗领域的提升方向,给智能医学分析与决策赋予了新的意义和内涵。
2.2医工融合发展的必然趋势
随着精准医疗与智能医学诊疗技术的深度融合,理论层面,把握新医科背景下智能医学工程专业复合型创新人才培养目标,以临床应用性为导向,多学科领域知识相互渗透。调整医工结合课程体系,既符合新医科需求,又实现医工融合课程模块间的交叉互补,体现医工结合特色的宽口径学科结构。培养既懂医药科学、数据科学又懂人工智能应用的高级复合型人才。实践层面,精准医疗与智能医学工程技术紧密结合,利用临床医生在传统医学中积累丰富的临床经验,并融入到智能医学诊疗模式变化中,将彻底改变现有诊疗模式。
2.3人工智能助力智能医学工程人才培养
随着科学技术的飞速革新,人工智能核心技术推动传统学科专业建设和医工交叉融合。助力人才培养主要表现在以下三个方面。一是从智能医学诊疗技术创新的角度,技术的革新引领人工智能与各个产业领域深度融合,创造新的产业或领域,计算机模拟人脑的思维过程,实现人机交互,提高医疗资源的利用率,推动医疗产业的高效运转。智能医学诊疗主要包括疾病早期诊断、临床决策支持、正确用药、诊疗方案的选择等。如KopR和HoogendoornM等探索了医院对病人电子病历(EMR)数据进行分析,结合结直肠癌预测模型,更准确的预测早期直肠癌和干预治疗实践[2];HoshyarAN和Al-JumailyA等探索了医学影像自动诊断皮肤癌,通过数据预处理去除噪音和不必要的背景图像,提高图像质量,辅助医生进行临床决策[3]。二是从医疗健康大数据的角度,随着大数据、数字技术、机器学习和人工智能等信息技术在医疗领域的应用,电子健康记录数据呈指数型增长,医疗大数据来源包括医院记录、患者医疗记录、医疗检查结果和物联网设备[4]。智能医疗系统具有识别、筛选和决策等智能医疗辅助功能。2017年上海计算机软件技术开发中心对医疗大数据可视化系统的实践与研究[5];2018年,阿里健康与阿里云宣布共建阿里医疗大脑2.0[6],加强在图像识别、生理信号识别、知识图谱构建等能力的建设[7];同年,腾讯推出医疗AI引擎“腾讯睿知”,具备更智能化的医疗垂直搜索功能,帮助患者精准匹配合适的医生。三是从人才培养的角度,多学科交叉融合发展是大势。人工智能将打破不同学科专业的壁垒,推进多学科交叉融合发展,形成“人工智能+”的专业新的人才培养模式。高校也应根据产业需求变化调整专业设置,构建新的专业结构。高校人工智能相关的本科专业将会蓬勃发展,形成颇具特色的“人工智能+”专业集群。“人工智能+”技术所衍生的新医科、新工科专业之间的协同创新发展,实现技术创新与医疗应用的统一。以“人工智能+医学”为契机,结合医学产业发展趋势和智能医学工程专业的特点,研究相应的教学体系、制定科学的教学计划,建立具有行业特色的课程群、制定合理的课程大纲,解决学生在医学诊疗和工程技术两方面协调发展的问题,全面提升医学生的综合素养以及未来的职业竞争力。综上所述,新医科人才培养在人工智能助力下,培养学生具备较强的创新意识和具有智能医学领域科研能力,掌握关键理论与方法,创造性地将计算机科学技术、人工智能技术和方法、大数据关键技术与医学应用系统相结合,进而创新性完成的医学信息处理、行为交互和人工智能系统集成及应用。以上需培养的能力,对现有医学专业的改造升级、人才培养模式的改变、师资队伍的全面建设具有较高的要求。
3培养新医科人才的实施路径
3.1从医工融合研究的视角
智能医学工程的专业培养建设要体现医工融合发展需求,推进智能工程、医学与教育的深度融合,提升人工智能在医学中的应用,满足新医科发展要求的卓越工程师为育人目标,强调学科交叉渗透、重视临床应用、把握科技前沿,推动教学创新等。
3.2从医工融合研究的广度
目前我国部分高校开展了医工融合人才培养模式的探索,但有区域特色的医工融合研究还不多。针对新医科临床需求分析,把握智能医学工程高等教育体系,重点聚焦区域特色,研究面向健康和重大及特殊疾病防治需求的“新医科”对人才的需求。
3.3从医工融合研究的深度
(1)整体设计智能医学工程专业教学环节。建立知识能力矩阵,整体设计教学、实验、课程设计、专业实习、毕业设计等环节,突出新医科相关课程及实践,加强附属医院和教学医院的联系,深化临床实践能力。(2)培养学生专业能力和科研创新能力。智能医学工程专业教学与知识能力培养的思考是以智能医学学科的特点为基础,通过知识能力矩阵的智能医学工程专业课程创新教学,根据智能医学工程专业课程知识点的内在联系和相对独立性,优化核心知识模块形成知识能力矩阵,构建课程内容架构。通过系统理论知识教学、优化课程实验和上机安排,引导学生自主设计性学习,提高学生的学习积极性,达到有效教学效果。(3)结合学生兴趣偏好,研究如何提高学生的专业兴趣,探索将专业兴趣转换为“工匠精神”的教育理论及方法:广泛调研,全面建立当前地方高校智能医学工程专业学生与专业偏好的培养模式。