面向智慧产业人才培养的机器视觉类课程混合式教学模式探索
王 朗，蔡卫明
（浙大宁波理工学院信息科学与工程学院，浙江 宁波 315100）
中国社会正在进入一个以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新智能经济时代。各省市相继大力推进人工智能与传统行业深度融合，围绕智慧产业集群、数字工程以及新型智慧型城市开展建设。社会经济急需智慧产业人才，但目前普通高校在人才培养定位、实践教学体系构建、教学模式开展等多方面无法满足智能产业人才需求，因此探索行之有效的人才培养模式具有很强的现实意义。
如果人工智能赋予机器能够像人类一样思考、处理事情的能力，机器视觉就是一门研究如何使机器“看”的科学，是人工智能的重要分支。机器视觉类课程是模式识别、计算机视觉、图像通信、多媒体技术等学科的基础，是高等院校电信专业重要专业课程，主要包括“数字成像技术”“视觉测量技术”“机器视觉”“机器人实训”等课程。为智慧产业发展输送人才，将“人才培养应用型、科研开发支撑型、社会服务区域型”作为专业发展定位，克服重“学”轻“术”，积极探索新形势下的工科人才培养模式势在必行。因此，机器视觉类课程建设面向智慧产业应用型人才培养，回归“以本为本”，顺应移动互联时代学生碎片化学习趋势，探索教学新范式，让学生学有所得、学有所乐、学有所用。
人工智能发展背景下，产业技术智能化、一体化、商业模式复杂化和动态化成为新时代从业者的全新工作场景。判断能力、批判性思维能力、自主学习能力、创新创业能力及数据分析能力等成为胜任新场景的关键核心要素[1]。但当前地方应用型高校人才培养定位、实践教学体系构建、课程教学模式不利于新型人才的有效培养。
首先，相对滞后的人才培养定位带来的教学内容组织形式僵化。目前应用型本科院校电信人才培养多定位于侧重培养学生刚性的岗位能力，追求和岗位的无缝对接，难以适应地方产业融合、动态多变的新情境下的工作要求，亟须对人才培养的具体规格、标准以及内容作出系统的适应性调整，以实现人才培养目标、培养内容与新人工智能产业人才需求动态耦合。
其次，现行的专业实践教学体系相对封闭，以校内课程实验为主，对前沿生动实景的行业知识资源利用严重不足，产教协同性差，难以满足学生较高层次创新、创业实践能力的培养需要。
再次，知识灌输型主导的课程教学模式，无法充分激发学生学习主动性。这种课堂教学模式忽视学生批判性思维能力和自主学习能力的培养，偏重对产业流程的阐释，满足于学生对这些知识的熟记、理解，忽视学生应用能力的培养，导致学生难以形成较强的职业判断能力。
最后，单一的课程评价手段，无法充分激发课程活力，无法激励师生科研开发、社会服务。
3.1 重构机器视觉类课程的教学内容
传统机器视觉类课程“章节”型的大粒度、大单元知识的组织形式已不能适应学生课程学习模式的变化，需要对课程教学内容进行微型化、模块化重构。
3.2 课程教学方式改革
课堂教学应随之变革，通过引入案例化教学、任务驱动式教学模式，对碎片化知识进行组装，使知识碎片凝聚结构化、主题化，让学生在学有所悟中获得乐趣。
3.3 变被动为主动，形成多维评价体系
探索“变被动为主动”的作业评阅机制，同时加入社会效益评价，形成多维度的评价体系，导师引领，评定其学生成果产出的价值，保证课程目标和毕业要求的达成。引入企业和社会服务评价，让学生在学有所用中成长。
4.1 重构机器视觉类课程的教学内容
课程内容模块化，模块内容层次化（原理、方法、应用）。通过对“机器视觉”类基础课程的教学大纲和教学计划的讨论、设计、整合和优化，在课程间进行合理有效地融合和分解，压缩或去除课程间相互交叉重叠部分；
教学内容从“知识领域→知识单元→知识点”三个层次，对课程知识进行分层分类。对智慧产业领域，出现的新的知识单元，能从知识模块中排列组合形成新的知识点，与时俱进。理论与实验有机结合，设计课堂教学及课内实验（基础知识能力）、课程设计（设计应用能力）、研究创新型实验（实践动手能力），从而形成课堂和实践教学紧密结合，课内实验、课程设计和创新实验三种实践环节有序配合，基础知识、设计应用以及实践动手三个能力递进式培养的课程群教学环节，形成课程群的教学特色，使学生达到专业毕业能力要求。内容体系的模块化改造如图1。
图1 课程内容体系模块化示意图
4.2 课程教学方式改革，体现互动和“知行合一”的教学方法
注重工程意识的培养，面向应用场景，以案例式教学为主导，以数字化模型为辅助，以学科竞赛为创新实践活动载体，分层次分类型，启发学生思维。基于工程的表达和理解，采用“设问”和“埋伏”并存的教学方式，引导学生进一步去思考。
构建“助学”与“助教”相结合的机器视觉教学网络资源平台[2]。整合大量优秀教学资源，以教学课件、教学资源库为载体，建设二维数字建模习题库、三维视觉测量资源库、大赛素材资源库、虚拟仿真交互学习软件库、竞赛微视频库等资源，促进学生自主学习。
将工程项目理念引入在线课堂教学[3]。通过引入工程设计过程与方法，在课程传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学、以及生产流程概念等相关内容；
将机器视觉与机械制图、计算机辅助设计、流程工艺等多学科知识融合，深化学生对本课程、对用户需求功能、对工程表达等全方位的理解，启发学生多向思维，培养学生的创新精神，最终实现知行合一。实现学生的自我管理，线上或线下解答课程中一些疑难点，通过后台实现对学生作业或创新作品的管理和综合评价[4]。
强化以学科竞赛为载体的创新实践平台。紧紧围绕人才培养方案，系统地开展课内、课外创新能力的训练，形成低门槛、多方位、全参与的竞赛体系，以赛学、赛练、赛训、赛孵、赛创培养智慧产业所需人才及培育成果。以竞赛为载体，设置特色主题实验室群[5]，相互补充、合理衔接，如图2所示。打造低门槛、链条式、递进式、多节点、全员参与的实践平台，如图3所示。积极参与智慧城市、人工智能、航空航天、集成电路、能源体系、公共管理等重要领域的11项主题赛事，与行业协同发展，为在校学生提供创新、交流、展示和就业的平台。
图2 分层次、开放型、线上指导、线下落脚的特色创新实验室群布局图
图3 链条式、递进式学科竞赛实践平台结构图
4.3 变被动为主动，形成多维评价体系
“变被动为主动”的作业批改模式。学生主动参与，教师定向批改。采用学生主动、定向批改的方法来实现作业批改模式上的转变。在课堂固定环节，先由教师进行习题难点讲解，然后两个同学互为一组，相互交换作业，作业只批不改，但需要标注出错误之处，打出成绩并签名，然后学生依据作业批改进行自我订正，最后，统一交由教师审阅。适时面批，个性辅导。课程作业以项目实例为驱动，对学生无法互评的环节，及时当面指出不足之处，并且建立跟踪机制，从而实现学生的个性辅导。
向外延伸课程空间。思政引领人生观、世界观、价值观塑造，引入社会效益评价，包括论文、科研、学科竞赛等成果，评定其学习价值。提升学生解决实践问题的能力以及创新能力，保证课程目标和毕业要求的达成。引入企业和社会服务效益评价，让学生“学有所得，学有所享”，工程应用能力得到提升。
该教学模式全面应用于我校电子大类专业的人才培养应用之中。学生通过课程平台学习，教师通过后台系统全面掌握每个学生的学习进度，因材施教。突出“面向产业、导师引领、应用型培养”的教学理念，服务地方经济，解决了“教什么”“学什么”“如何学”的根本问题，为专业建设提供了有力支撑。
经过数年的教育实践探索，课程的创新、创业标志性成果增加明显。学生参与科研、学科竞赛获奖明显增长，学生参与教师科研项目相比同期高出50%；
国家创业创新项目立项、互联网+创业大赛等获奖数量同比高出一倍以上，人才培养质量获得社会认可。