“新工科+人工智能”时代应用型高校双创人才培养新模式

彭毅弘，程 丽

（福建农林大学a.金山学院；b.计算机与信息学院，福建 福州 350001）

0 引言

新工科建设始于“复旦共识”，一经提出就掀起了中国高等工程教育的“新革命”. 在新工科建设中，人工智能被视为核心技术之一，也是这一领域的重要分支之一. 作为新工科建设的领军者，人工智能领域的创新人才培养已经上升到国家发展战略的高度. 2017 年国务院印发《新一代人工智能发展规划》，鼓励和推动人工智能与相关学科专业的交叉融合，在传统专业基础上拓宽、融合人工智能教育内容. 2018 年教育部在《高等学校人工智能创新行动计划》中提出，要加快人工智能在教育领域的普及、创新和应用，积极利用人工智能技术支撑高校创新人才培养模式、改革教学方法和提升教育治理能力[1]. 在“新工科+人工智能”的大背景下，创新创业教育变得不可或缺. 创新创业教育的核心理念是培养学生的创新意识、创业精神和实际操作能力，使他们能够将所学知识转化为创造性的解决方案. 这一理念与“新工科+人工智能”时代的需求紧密契合. 近年来，创新创业教育逐渐成为各高校教学理念重塑和教学体系改革的核心内容，通过培养学生的创新创业思维和实践技能，以应对人工智能时代的变革，这已成为我国新工科建设的重要任务[2].

然而，当前大多数应用型高校的人才培养方案和课程体系主要围绕传统的专业知识架构构建，跨学科的课程体系相对匮乏，创新人才供应不足[3]，这一情况在人工智能时代尤为显著. 人工智能作为庞大的技术体系，涵盖机器学习、深度学习、人机交互、自然语言处理、机器视觉等多个领域的知识，如何将这些知识有效地融入现有的培养体系，成为一项紧迫的挑战. 此外，新兴的数字化、网络化和智能化领域对高素质人才的需求也在不断增长，而传统的培养模式无法满足这些多样化的需求. 为了培养更适应时代需求的双创人才，改革已成为当务之急. 新的人才培养模式需要更强调跨学科合作，鼓励学生在不同领域之间建立关联，实现知识的跨界整合. 此外，需要将培养学生的实际操作能力放在首要位置，通过项目实践、课程实验等方式，使学生能够真正应用所学知识解决实际问题. 双创教育也应成为培养模式的一部分，培养学生的创新思维和创业能力，为他们未来的职业生涯打下坚实的基础. 这一系列改革需要重新设计教育内容和方法，为学生提供更多元化、全面化的学习体验. 下面通过深入探讨和研究应用型高校双创人才培养新模式的构建和实施，旨在为应用型高校提供一种能够适应新工科和人工智能时代需求的双创人才培养方案.

1 “新工科+人工智能”背景下应用型高校双创教育存在的问题

自教育部出台《关于大力推进创新创业教育和大学生自主创业工作的意见》，高校创新创业教育就迈入了全面推进时期，我国高校的创新创业教育呈现出政府主导、高校参与、自上而下的趋向[4]. 目前大部分应用型高校已经把“双创”课程融入人才培养方案中，同时设立了创新创业指导中心，非常重视“互联网+大学生创新创业大赛”“大学生创新创业训练项目”和“挑战杯”等各类创新创业比赛，取得了一定的效果. 但随着人工智能技术的迅速发展，双创教育在教育理念、师资力量、课程设置、实践平台等方面都面临一些急需解决的问题.

1.1 教育理念陈旧

在学校层面，仅把双创人才培养目标对焦应用型人才，教育理念停留在“术业有专攻”的传统认知，忽略了人工智能新时代下新工科人才应是复合型的，要求具备“学科专业交叉融合”的特征，除了能运用专业知识去解决本专业的问题，还有能力融合人工智能技术去解决未来交叉行业出现的问题. 陈旧的教育理念导致双创教育的改革进展缓慢. 在学生层面，因受传统专业影响，大部分学生对新工科和人工智能的发展认知不深，在校期间只注重本专业知识的学习，缺乏对专业与人工智能技术交叉融合方面项目的关注和参与热情，对于双创类赛事的参与度不高，导致应用型高校双创教育的开展流于形式.

1.2 缺乏具有双创教育理念的“新工科+人工智能”教师

大部分应用型高校没有专业的创新创业教师团队，且由于教师数量不足，很多专业是让辅导员或行政人员来讲授双创课程，授课效果流于形式. 而专任教师大部分未接受过创新创业的系统训练和培训，缺乏一定的创业实战经验，更无法为实际创业过程中遇到的问题提出科学的解决方案. 而“新工科+人工智能”时代要求双创教师不但具备系统的创新创业理论和实战经验，也需要具有能与专业交叉融合的人工智能理念和知识，对教师的个人能力要求非常高，因此师资力量的提升是一个难点，需要在师资培训、校企合作方面给予更多的支持.

1.3 双创教育与专业教育缺乏有机融合

以福建农业大学为例，在第3 或第4 学期开设了大学生创新创业教育课程和大学生创新创业教育实践课程，同时增加6 学分的创新创业素质拓展实践环节. 开设独立的双创课程旨在培养学生的创新创业意识、思维、精神和能力，但其教育效果不是短期能看到的. 由于双创课程是独立开设的，选用统一的教材，并没有跟相近学科和专业课程互相结合，导致实践训练无法真正落地，难以系统地培养学生的创新思维，严重制约了学生实践能力的发展. 因此需要分阶段分层次地将创新创业教育与专业教育体系进行有机融合.

2 双创人才培养模式改革的总体思路

以立德树人为引领，提出“横向融合+纵向递进”的双创人才培养模式，如图1 所示. 通过时间和内容的双维度设计，构建一个综合而有机的培养体系. 在横向维度上，以实践教学平台为支撑，通过重构人才培养方案，将创新创业教育、课程体系和人工智能3 个要素分层次分阶段地深度融合，以达到跨学科交叉融合的培养目标. 在纵向的时间维度上，将创新创业教育分为4 个递进的层次，包括理论教育、项目训练、科技竞赛和创业实践，以确保学生在不同阶段都能获得适应其成长需求的知识和技能. 同时，建立一个阶梯式教学课程体系，包括专业基础、专业技术、综合实践和工程实践4 个阶段，以全面培养学生. 在人工智能领域，首先培养计算思维，然后逐步培养学生的编程思维和应用能力，最终激发创新潜力.

图1 “横向融合+纵向递进”的双创人才培养模式

在相同的时间维度上，也进行了创新创业教育、课程体系和人工智能3 个要素的有机融合. 首先，在双创教育的同时，引入了人工智能领域的通识教育，并将专业基础课程融入创新元素，不仅使课程内容更具吸引力，还能加强学生对人工智能和创新的理解和关注度；在双创训练阶段，将人工智能基础课程与专业课程有机结合，在实验中应用所学到的人工智能技术，确保学生获得真正的基础实践经验；在综合实践阶段，鼓励学生积极参与科技竞赛，运用人工智能技术来解决现实世界的问题，不仅提高了学生的技能水平，还培养了他们的创新精神和解决问题的能力. 通过这种方式，教学效果得以进一步提升；最终，在工程实践阶段，结合人工智能技术将双创教育提升到创业实践层次，与企业合作培养高阶人才，为学生提供将人工智能技能转化为创新产品和解决方案的平台和技能，从而为未来的职业成功奠定坚实的基础.

双创人才培养模式的核心目标在于培养学生的3 种关键能力，它们相互交织，形成一个有机整体：

1）专业基础技能：培养学生获得坚实的专业基础，通过课程体系的纵向递进，逐渐提升他们在特定领域的专业知识和技能.

2）专业创新能力：通过横向融合，学生能够将不同学科领域的知识和技能相互结合，促进创新思维和跨学科的创新能力的培养.

3）创新创业公共能力：注重培养学生在创新和创业方面的公共能力，如沟通、团队协作、问题解决、领导力等，以便他们能够在多样化的工作环境中脱颖而出.

通过这种模式，为学生提供更全面的教育，使他们能够成为具备综合素质和跨学科背景的双创人才，为未来的职业和社会挑战做好充分准备.

3 双创人才培养模式的改革措施

3.1 在人才培养各阶段进行人工智能升级改造

在纵向的时间维度上分为4 个阶段：

1）在专业基础阶段，改革从两方面进行：一是引入人工智能的通识课程，目的是引导大学生培育科学的智能文化观，从而解决大学生对人工智能认知局限于表层、对人工智能的重视度不足等问题. 通识课程可以通过改造升级现有公共基础课程（大学计算机应用基础）来实现. 二是与数学专业联合，加强数学的教学改革，让学生学会推导人工智能知识中的线性回归模型及各种神经网络模型等，打下扎实的数学基础，提升计算思维，为后阶段的人工智能应用提供原动力. 在专业基础阶段，重点培育和提升学生的计算思维，从根本上改变旧体系中对大学生计算机素养的要求.

2）在专业技术学习阶段，引入人工智能程序设计入门课程Python 程序设计，重点培养学生的编程思维.借助Python 强大的计算生态库和各行业优秀案例，融合学生所在专业（例如土木工程专业、交通工程专业，农学专业、动物医学专业等）需求，推动教学改革，培养学生使用程序解决专业问题的能力. 在此基础上，结合人工智能领域的新方法新技术，提升学生的创新意识和创新能力. 同时将非计算机专业Python 程序设计课程的教学与全国计算机二级考试充分结合，以考促教.

3）在综合实践阶段，引入创客设备，建立“学竞一体”的创客空间，重点培养学生的人工智能应用能力.引入和介绍人工智能应用案例，让学生通过人工智能算法、深度学习等技术搭建完成如人脸识别、语音识别、机器人控制等应用场景，并进一步创新应用.

4）在工程实践阶段，注重创新项目的全流程覆盖，打通前期课程实验、后期毕业实习和毕业设计环节.深入了解行业应用与人工智能技术的结合点，完成学以致用以及创新创业.

3.2 促进创新创业教育有效融入专业教育中

以计算机专业为例，根据专业教育的递进式课程体系，双创教育与专业教育的融合在时间维度上也可以分为4 个阶段：

1）面向大一学生开展“双创”通识教育的同时，借助创客空间或校企合作平台，开设体验型课程，例如专业认知实践课，教师组织学生到企业中参观和体验最新科技产品，了解产品的技术要素、经济价值和社会价值，然后指导学生根据自己的体验去寻找兴趣点，在学校的创客实验室里组建兴趣小组来搭建简单的项目[5].通过这种设计初体验，可以激发学生的创新意识，为后续的专业学习和创新创业项目奠定良好的基础.

2）大二阶段，根据专业特色，开设讲座类课程，例如邀请企业专家进校做关于创新、创业和人工智能类的讲座，让学生对创业和企业创新有更直接更深刻的理解，对人工智能等最新技术的落地应用有更多认识. 同时改革基础技能型课程，例如嵌入式类课程和程序设计类课程，融入双创元素和人工智能元素，鼓励和引导学生申请大学生创新创业训练计划项目，迈出跨学科融合项目开发的第一步.

3）大三阶段，根据专业特色，开设与“双创”强相关的选修课程，例如嵌入式应用类课程、人工智能应用类课程等，使学生获得复杂项目的实践能力. 同时结合专业课程，以学科竞赛为驱动进行项目实训，使得学生有能力参加“互联网+大学生创新创业大赛”“挑战杯”等各类双创科技竞赛，从而提升实践能力.

4）大四阶段，联合校企合作平台，为学生提供工程研发实践平台，除了提供实习实操环境，也为有创业潜能的项目提供申报和孵化的支持.

3.3 推行“四维一体”的双创导师制

建立健全的双创导师制度是开展双创教育的重要保障. 目前大部分高校的双创导师队伍没有明确的管理机制，很多创新项目是由学生自行寻找教师，或由任课教师从班级中挑选学生，管理过程的科学性和可控性不足，因此推行“课堂+竞赛+科研+项目”四维一体的双创导师制，更科学地使用优秀的师资力量. 双创导师需由工作责任心强、专业能力强且具有人工智能素养的专业老师担任，并从4 个维度对学生进行全方位的指导：一是专业课程指导，由于专业老师承担本专业相关课程的授课任务，所以也可以对学生的职业生涯规划进行指导；二是学科竞赛指导，利用教师自身专业领域所长，可以更好地指导学生参加各种双创比赛；三是科研指导，可以吸收感兴趣的学生参与专业教师的科研项目，激发学生的科研兴趣和创新意识，同时学生的创新思考也能反哺教师的科研项目；四是指导创业孵化，为学生的创新创业项目提供指导和技术支持[6].

3.4 构建多元化的实践教学支撑平台

实践性较强的课程通常会设置实验教学学时或课程设计学时，但只能针对本课程对学生进行实践锻炼，缺乏工程实践能力的培养和对新兴领域的探索，创新创业能力难以形成. 因此很有必要根据专业培养目标，建设和改进相关实验室和实训平台，充分利用现有教学资源，挖掘拓展创新创业实践训练教学的内涵和外延.

3.4.1 建立“学竞一体”的创客空间

以计算机和电子信息专业为例，为了支撑科技竞赛和人工智能类项目的实践训练，创客空间在设备的配置上拓展为5 个层次：一是基础设施，如计算机、网络设备、示波器等；二是控制主板，如AI 核心板、树莓派控制板等；三是各类传感器，如高清视频头、超声波模块等；四是各种通信模块，如Wifi、NB-IoT、ZigBee 等；五是机械平台，如机器人、无人机、3D 打印机等[5]. 在创客空间里，既可满足嵌入式类、人工智能应用类、物联网类、电路设计类等各专业课程的实践操作，还能用于学生的“双创”项目实训、学科竞赛项目训练和指导等工作.

3.4.2 改造和提升实验教学平台

针对专业课程特点，机电类课程可引入云端仿真平台或虚拟仿真平台. 例如在嵌入式系统基础课程中，借助Tinkercad 在线电子电路设计平台，可以模拟和测试电路行为，有助于学生更好地理解和应用嵌入式原理和技术. 程序设计类课程可引入在线评测和管理平台，例如在Python 程序设计课程中，引入Python123 在线程序评测平台，教师可以在实验课上实时评测学生的程序，学生也能实时得到结果和反馈，有助于教师和学生迅速识别和纠正潜在的问题，从而提高学习效率.

3.4.3 推进校企合作平台的建设

推进校企合作的校内实训基地建设，为校企合作平台注入人工智能新元素. 聘请企业专家讲授人工智能类课程；鼓励教师与企业合作开展创新型科研项目，为教师提供更多的企业培训、合作与交流的机会；校企共同开发综合性、创新性的实验项目. 通过“双引一送”机制，建设高水平双师型队伍，即聘任企业高级工程师为教师，外聘企业工程师参与实践类课程，送专业教师到校外企业进行实践锻炼的机制，可以大大提升教师的工程实践教学能力.

4 结束语

在我国新工科和人工智能发展背景下，应用型高校的创新创业教育机制与人才培养模式需要与时俱进地进行有效改革和提升，以适应不断变化的时代需求. 为了应对双创教育中存在的问题，结合实际需求，提出了“横向融合+纵向递进”的双创人才培养模式，以提升学生在人工智能素养、创新创业意识和学科交叉融合方面的能力. 这一新模式在横向维度上要求打破专业间的壁垒，重构人才培养方案，确保在人才培养的各个阶段都有人工智能升级改造的融入，同时强调创新创业教育的贯穿性，将其有机融入人才培养全过程. 在纵向维度上需要建立逐层递进的教学课程体系，更好地满足学生在不同学习阶段的需求. 在具体实施过程中，通过改革课程体系，丰富教学模式，激发学生创新创业之源；强化双创过程管理，提升创新创业导师团队素质；构建不同层次的创新实训平台，更有力地支撑双创教育、人工智能技术与专业教育的融合.“横向融合+纵向递进”的双创人才培养模式的提出为应用型高校提供了一个具有前瞻性、灵活性和实践性的人才培养新模式. 这一模式不仅有助于学生更好地适应新时代的需求，还为应用型高校在人才培养领域的创新发展注入新的活力，使其能够培养出更具创新力和创业精神的人才.