“新工科”背景下融合互联网与人工智能的教学研究

胡耀聪 黄宜庆 袁一鸣

摘 要：隨着工业4.0时代浪潮的持续推进，自动化专业“新工科”建设与课程教学改革迫在眉睫。自动化专业导论是大一新生入学伊始所学习的一门专业引导课程，在教育教学上存在教学模式单一、教学内容陈旧、教学评价片面等问题。针对这些问题，本文建议的自动化专业导论课程教学方针是引入互联网与人工智能融合的新型教育教学方式，即采用线上线下融合的教学模式，将智能理念融入教学内容，引入特色教学评价，有效激发学生对专业的兴趣度，加强对自动化的整体认知和理解，培养学生的专业自信心、专业自豪感、专业责任感，引导学生成为“五育并举”的自动化专业创新型人才。

关键词：工业4.0;自动化专业导论；“互联网+”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at the beginning of their studies.There are some problems in education and teaching，such as single teaching mode，outdated teaching content，and onesided teaching evaluation.To solve these problems，this article suggests a teaching policy for the Introduction to Automation course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

工业4.0是以智能制造为主导的第四次工业革命，旨在通过信息物理系统与现代信息通信技术相互融合的手段，以智能化推动制造业转型［1］。在新一轮产业变革背景下，大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术已经加速渗透到了科技进步与国民生产等方方面面。目前，我国正抓紧实施“数字中国”“一带一路”“网络强国”等重大战略，然而国内多年来积累的高精尖人才不足、实践类人才短缺，使自动化、集成电路、人工智能等相关专业变得异常火热。据《制造业人才发展规划指南》预测，至2025年，新一代信息技术产业人才缺口将达到950万人［2］。为此，教育部办公厅发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，“新工科”建设不仅关注新专业与新产业建设问题，同样着力将传统工科专业改造升级为新兴工科专业，提升国家“硬实力”，解决“卡脖子”的问题［3］。

自动化专业是国家“新工科”重点建设专业之一。自动化作为国民生产中一个重要的科学技术领域，其核心是自动控制，伴随着历次工业革命的发展，已经彻底改变了人们的生产方式和工作环境，大到航空航天、工业制造、交通运输，小到每一个传感器、控制器、执行器，都离不开以自动化作为技术支撑。同时，自动化专业是一门多学科交叉专业，融合了机械工程、电气工程、电子信息、计算机等学科，被称为“万金油”专业，可延伸性强，涵盖面广。近年来，随着新一代信息技术产业的快速兴起，传统自动化专业将面临巨大的挑战与机遇。如何在“新工科”背景下，深化教育教学改革，培养五育并举的自动化专业创新型人才已成为国内高等院校的重要探索与实践目标。

自动化专业导论是大一新生入学伊始所学习的一门专业引导课程，该课程的教学目的是让学生了解自动化专业中控制的基本概念、先进的控制系统、前沿的控制方法以及控制学科的发展历程［4］。学生通过自动化专业导论的学習能够对整个大学阶段的专业培养方案有初步了解，有助于学生针对性地规划自己的学习、生活与就业。然而，自动化专业导论因自身的课程特点以及各院校培养目标的差异，在教育教学上仍存在的诸多问题，难以达成专业学生培养对课程的要求。具体来说：（1）教学模式单一：自动化专业导论课程教学模式主要采用课堂多媒体课件讲授方式，很难吸引没有专业基础的大一新生的学习兴趣。（2）教学内容陈旧：自动化专业导论课程教学大部分注重传统控制理论和方法的介绍，然而忽略了智能控制的相关内容。（3）教学评价片面：自动化专业导论课程的教学评价通常采用传统的教学考试或作业评价方式可能不足以全面衡量学生的综合能力。针对这些问题，本文建议的自动化专业导论课程教学方针是引入互联网与人工智能融合的新型教育教学方式，激发学生对专业兴趣的同时，加强对自动化的整体认知和理解，培养学生的专业自信心、专业自豪感、专业责任感，引导学生成为“五育并举”的自动化专业创新型人才。

二、“新工科”背景下的“互联网+教育”模式

2021年3月，教育部发布了《高等学校数字校园建设规范（试行）》的通知。通知中指出要积极推动教育信息化2.0建设，发展“互联网+教育”，促进教育教学与信息技术深度融合，增强高等学校网络化、信息化建设与应用水平［5］，支撑教育教学高质量发展。在“新工科”背景下，“互联网+”创新型人才培养是将传统素质教育与“新工科”建设所需元素有机融合后产生的全新教育模式，是符合国家创新驱动发展战略需求的高等学校教育教学改革。

高校“互联网+”教育为教育行业带来了前所未有的机遇和变革。通过互联网技术，学生可以随时随地获取到丰富的学习资源，不再受限于传统教育的时间和空间限制。高校可以利用互联网平台搭建在线课程，提供个性化的学习内容和学习方式，满足学生多样化的学习需求。同时，“互联网+”教育还可以促进学校之间的合作与共享，打破地域限制，实现资源共享和优势互补，提高教育质量和效率。其次，高校“互联网+”教育注重培养学生的创新能力和实践能力。“互联网+”教育强调学生的主动学习和自主探究，通过项目实践、实习实训等方式，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。“互联网+”教育还提供了更多的交流和合作机会，学生可以通过在线平台与全球范围内的同学、教师和专家进行互动交流，拓宽视野，增强国际交流与合作意识。综合来说，高校“互联网+”教育打破传统教育的限制，提供个性化、多样化的学习方式，促进学校间的合作与共享，为教育带来了巨大的发展机遇，推动了教育的变革与创新。

三、“新工科”背景下的人工智能发展现状

2022年8月，科技部等六部门联合印发了《关于加快场景创新以人工智能高水平应用促进经济高质量发展的指导意见》［6］。指导意见中指出，以促进实体经济与人工智能深度融合为主线环节，加快推进场景资源开发、提升场景创新驱动力，创新体制机制、完善场景生态，加速人工智能相关科技攻关、产业培育与产品研发，探索人工智能发展新途径新模式，通过人工智能高水平应用促进经济高质量发展。随着“新工科”背景下人工智能的迅猛发展，人工智能已经逐渐渗透到了各个领域，对社会产生了深刻影响。人工智能技术的不断突破和创新，正在推动着科技进步和产业变革。在医疗、金融、制造等领域，人工智能已经展现出了出色的性能，极大地提高了工作效率和精确度。同时，人工智能也面临着伦理、隐私等方面的挑战，需要人们共同探讨和解决。

在“新工科”背景下，将人工智能理论引入高校教学具有重要意义。首先，人工智能作为一门前沿技术，其知识体系在不断扩展和深化。将人工智能理论融入高校课程，可以帮助学生掌握最新的技术发展动态，为他们未来的就业和创新打下坚实基础。其次，人工智能技术涉及多个学科领域，如数学、计算机科学、机器学习等，引入这些理论可以促进学科交叉融合，培养学生的综合素养和跨学科能力。此外，将人工智能理论引入高校教学也有助于培养学生的创新思维和问题解决能力。人工智能技术的应用需要解决实际问题，培养学生的实践能力和创新能力对于推动科技创新具有重要意义。从长远来看，将人工智能理论引入高校教学还可以推动国家的科技创新和产业升级。培养更多精通人工智能技术的人才，有助于我国在人工智能领域取得更多重大突破，促进经济的可持续发展。

四、互联网与人工智能融合在自动化专业导论课程中的应用策略

自动化专业导论是自动化工程领域的入门课程，旨在向学生介绍自动化领域的基本概念、发展历程、应用领域及相关技术与方法，具有重要的课程内容和开设意义。课程内容涵盖了自动化基本概念，引导学生认识自动化是如何实现对系统、过程或操作的自动控制与管理，从而提高效率、降低成本并改善生活质量。同时，课程还回顾了自动化的发展历程，从传统的反馈控制到现代的智能控制技术，使学生了解自动化技术不断演进的历史脉络。此外，课程还着重介绍了自动化在工业、农业、医疗、交通等领域的广泛应用，展示了自动化技术对各个领域的积极影响。

自动化专业导论课程的开设意义不容忽视。首先，它为学生提供了一个广阔的学科视野，帮助他们初步了解自动化领域的重要性和应用范围，有助于引导学生选择自己感兴趣的专业方向。其次，课程为学生打下了坚实的基础，使他们能够理解自动化技术的基本原理和方法，为日后深入学习和研究奠定基础。此外，自动化专业导论还能够培养学生的创新思维，通过介绍自动化与人工智能等領域的交叉点，激发学生对未来科技发展的兴趣，激励他们不断探索新的应用和解决方案。然而目前的自动化专业导论课因自身的课程特点以及各院校培养目标的差异，在教育教学上存在教学模式单一、教学内容陈旧、教学评价片面等问题，以至于难以达成专业学生培养对课程的要求。为了解决这些问题，可以借助互联网与人工智能融合的方式，对教学模式进行优化，对教学内容进行创新，对教学评价进行改革，从而更好地达到教学目标。互联网与人工智能融合在自动化专业导论课程中的整体应用策略如下图所示。

互联网与人工智能融合在自动化专业导论课程中的整体应用策略图

（一）优化教学模式，线上线下融合

自动化专业导论课程可以优化为线上与线下相互融合的教学模式。在课前准备阶段，教师可以利用线上平台提供丰富的课程资料和学习资源。教师可以上传课件、讲义、习题等，供学生随时查阅和下载。同时，教师可以录制讲解视频，要求学生在课前观看。这样，学生可以在自己的时间和进度内进行学习，更好地理解和掌握课程内容。通过提前准备和预习，学生可以在课堂上更深入地参与讨论和互动，提高学习效果和参与度。在课中互动阶段，教师可以通过线下课堂和线上平台进行互动和讨论。教师可以组织学生进行小组讨论、案例分析、问题解答等活动，以促进学生的主动学习和思考能力的培养。同时，教师可以在线上平台上发起讨论和提问，鼓励学生积极参与。通过互动和讨论，可以拓宽学生的思路和视野，激发学生的思考和创新能力。在课下延伸阶段，教师可以利用线上平台进行课程的延伸和拓展。教师可以提供额外的学习资源和推荐阅读，供学生进一步学习和探索。同时，可以引入虚拟实验和仿真实践，让学生通过在线平台进行实践训练，巩固和应用所学知识。这样不仅可以节约实验设备和资源，还可以提供更灵活的实践机会，方便学生在任何时间和地点进行实践训练。

通过课前准备、课中互动和课下延伸的方式，可以充分利用线上线下结合的优势，优化自动化专业导论课程的教学模式。这样可以提高教学效果和学生的学习体验，培养学生的自主学习和创新能力，促进知识的深度和广度发展。同时，教师和学生之间的密切配合和沟通也是实现优化教学模式的关键。教师和学生应积极参与线上线下的学习活动，提出问题和建议，共同优化教学模式，实现更高质量的教学效果。

（二）创新教学内容，融入智能理念

“新工科”背景下，自动化专业导论课程的教学内容应当紧密结合人工智能的发展趋势，使学生能够跟上科技的步伐，培养创新思维和实践能力。首先，我们可以通过前沿案例的引入，展示人工智能在自动化领域的应用，激发学生的学习兴趣。其次，设计项目驱动的教学，让学生在实际操作中体验人工智能技术在自动化中的创新应用。最后，注重跨学科融合，培养学生的综合素养，使他们能够更好地应对未来工程领域的挑战。

首先，通过引入前沿案例，可以将抽象的人工智能理念与实际应用情境相结合，增强学生的学习兴趣。例如，可以介绍在工业智能制造中，如何利用人工智能技术实现生产线上的智能调度和质量监控。又或者，探讨智能城市中的交通管理系统如何借助人工智能实现智能化流量控制。通过这些案例，学生不仅能够认识到人工智能在自动化领域的实际应用，还能够激发他们的创新思维，思考如何将人工智能技术应用于解决实际问题。其次，设计项目驱动的教学模式，可以让学生在实际操作中深入理解人工智能技术的创新价值。可以组织学生参与小组项目，要求他们从选题、方案设计到实现，将人工智能技术与自动化应用结合起来。例如，让学生设计一个能够自主感知环境并做出智能决策的机器人系统。通过这样的实践，学生不仅能够掌握技术，还能够培养解决实际问题的能力、团队协作能力和创新思维，为未来的工程实践做好充分准备。最后，跨学科的融合是创新自动化专业导论课程的又一重要方面。在“新工科”背景下，培养学生的综合素养十分重要，可以使他们具备多领域交叉合作的能力。学校可以邀请跨学科的专家来进行讲座，介绍人工智能与自动化技术在其他领域的创新应用，激发学生的跨学科兴趣。同时，在课程设计中，将自动化与人工智能技术与工商管理、社会科学等领域的实际问题结合，让学生更好地理解技术在社会背景下的意义，培养他们的综合素养和社会责任感。

（三）改革教学评价，引入特色项目

自动化专业导论课程可以通过改革教学评价方式并引入特色项目，从而促进学生的全面发展和主动学习。传统的考试和作业评价方式可能不足以全面衡量学生的综合能力。可以引入多元化的评价方式，包括项目报告、小组讨论、实践作业、展示演示等，这样可以更准确地评估学生的理论知识掌握程度、实践能力、团队合作和沟通能力等多方面的素养。结合自动化专业的特点和学生的兴趣，引入特色项目。比如，组织学生进行自动化设备的简单设计和搭建、编程实践、机器人竞赛等。通过特色项目，学生可以更深入地了解自动化技术的应用和实践，培养动手能力和创新精神，并将其纳入评估体系，注重学生在实践中的表现和成果。例如，可以考虑对学生参与特色项目的主动性、团队合作、解决问题的能力进行评估，而不仅仅是单纯的项目成果。鼓励学生在特色项目中发挥个人特长和潜能，采用个性化评价方式。对于学生在项目中表现出的独特贡献和创新，可以进行重点关注和肯定，激励他们在学习中持续进步。建立及时的反馈机制，让学生了解自己在特色项目中的表现和不足，并提供改进建议。同时鼓励学生进行自我评价，帮助他们形成自主学习和自我认知的意识。

通过改革教学评价方式，引入特色项目，可以激发学生的学习兴趣和动力，培养学生的综合素质和创新能力，使自动化专业导论课程更加贴近实际、富有挑战性和吸引力。同时，也有助于提升学生的自主学习能力和问题解决能力，为未来专业学习和职业发展奠定良好基础。

结语

“新工科”建设是国内高等学校教育改革的重要内容之一，自动化专业是国家“新工科”重点建设专业之一，而专业引导课程“自动化专业导论”面临着一些教育教学上的挑战，包括教學模式单一、教学内容陈旧、教学评价片面等。针对这些问题，本文建议自动化专业导论课程可以采用的教学方针是互联网与人工智能融合的新型教育教学方法，例如，优化教学模式，线上线下融合；创新教学内容，融入智能理念；改革教学评价，引入特色项目。本文提出的自动化课程导论教育教学方法有利于激发学生对专业的兴趣度，加强对自动化知识体系的整体认知和理解，能够为后续的课程学习打下坚实基础，同时又有利于培养学生的专业自信心、专业自豪感、专业责任感，引导学生成为“五育并举”的自动化专业创新型人才。

参考文献：

［1］蒋桂平，赖显渺，凌维生.中国制造2025与工业40的必然性分析［J］.装备制造技术，2021（10）：185187.

［2］三部门关于印发《制造业人才发展规划指南》的通知［EB/OL］https：//www.gov.cn/xinwen/201702/24/content_5170697.htm，20170224.

［3］教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知［EB/OL］http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html，20170220.

［4］张永平，张翔宇，段小丽，等.“金课”背景下自动化专业导论课程教学改革［J］.中国电力教育，2020（01）：6970.

［5］教育部关于发布《高等学校数字校园建设规范（试行）》的通知［EB/OL］http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/202103/t20210322_521675.html，20210312.

［6］科技部等六部门关于印发《关于加快场景创新以人工智能高水平应用促进经济高质量发展的指导意见》的通知［EB/OL］https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202208/12/content_5705154.htm，20220812.

基金项目：国家自然科学基金项目（62203012）；安徽省质量工程教学研究项目（2022jyxm139）；安徽省质量工程课程思政示范课程（2022kcsz027）；安徽省示范课程；高等学校省级质量工程项目（2022sx012）

作者简介：胡耀聪（1992— ），男，汉族，安徽芜湖人，博士，讲师，研究方向：自动化教学。