人工智能專業(yè)教育，須從本科生抓起

王萬森

我國(guó)的人工智能本科專業(yè)教育起步較早，可追溯到2001年12月在北京召開的中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)第9屆學(xué)術(shù)年會(huì)。會(huì)上提出了在我國(guó)高校創(chuàng)立智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的倡議。會(huì)后，在中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)的積極推動(dòng)下，2004年3月教育部網(wǎng)站公布了北京大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)備案通過的消息，它標(biāo)志著我國(guó)人工智能本科教育的開始。

我國(guó)人工智能本科教育的現(xiàn)狀

人工智能誕生六十余年來，幾經(jīng)起伏，走過了一條艱難曲折而又充滿光明的發(fā)展道路。近幾年，又在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、腦科學(xué)等新理論新技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展強(qiáng)烈需求的共同驅(qū)動(dòng)下強(qiáng)勢(shì)崛起，引發(fā)了人工智能本科教育的快速發(fā)展。

按照新一代人工智能的框架結(jié)構(gòu)，人工智能本科教育所包含的專業(yè)有智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)，以及機(jī)器人工程專業(yè)等。到2018年止，全國(guó)經(jīng)教育部批準(zhǔn)或備案通過設(shè)置智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的高校共55所、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的高校283所、機(jī)器人工程專業(yè)的高校86所，其總數(shù)為424所。從教育部網(wǎng)站公示的2018年全國(guó)高校新申報(bào)專業(yè)情況看，2018年申報(bào)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、人工智能專業(yè)、科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)、機(jī)器人工程專業(yè)的高校分別有100所、38所、226所、 108所，三者共計(jì)472所。到2019年全國(guó)設(shè)置上述4個(gè)專業(yè)的高校總數(shù)將達(dá)到896所。可以說，整個(gè)人工智能本科教育轟轟烈烈、盛況空前。

人工智能本科教育的專業(yè)體系建設(shè)

人工智能本科教育的專業(yè)體系是一個(gè)基于新一代人工智能，以人工智能為內(nèi)核，并逐步向外衍生、復(fù)合、交叉發(fā)展所形成的包含4層結(jié)構(gòu)的專業(yè)架構(gòu)。

專業(yè)體系的層次概念

在國(guó)務(wù)院關(guān)于新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知中有這樣一段內(nèi)容：設(shè)立人工智能專業(yè)，鼓勵(lì)高校在原有基礎(chǔ)上拓寬人工智能專業(yè)教育內(nèi)容，形成“人工智能+X”復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式，重視人工智能與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、法學(xué)等學(xué)科專業(yè)教育的交叉融合。它其實(shí)包含了以下四層含義。

第一層，建立人工智能專業(yè)。其實(shí)，可將智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)更名為人工智能專業(yè)，實(shí)現(xiàn)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)與人工智能專業(yè)的統(tǒng)一發(fā)展。第二層，拓寬人工智能專業(yè)教育內(nèi)容。可依據(jù)新一代人工智能的重要學(xué)科方向，結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)重大需求，從人工智能向外衍生，生成若干個(gè)面向重大智能應(yīng)用領(lǐng)域的新生專業(yè)，構(gòu)成人工智能專業(yè)體系的衍生層。第三層，形成“人工智能+X”復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式。為促進(jìn)人工智能在各行業(yè)的規(guī)模化應(yīng)用，可將人工智能與各行業(yè)的既有專業(yè)進(jìn)行復(fù)合，生成“人工智能+X”復(fù)合專業(yè)，構(gòu)成人工智能專業(yè)體系的復(fù)合層。第四層，重視人工智能與其它學(xué)科專業(yè)的交叉融合。人工智能作為引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)，可將其與別的專業(yè)交叉融合，形成人工智能專業(yè)體系中的交叉層。

專業(yè)體系的結(jié)構(gòu)描述

根據(jù)上述分析，人工智能本科教育體系的專業(yè)架構(gòu)可由4層不同類型的專業(yè)結(jié)構(gòu)組成，該4層結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次是內(nèi)核層、衍生層、復(fù)合層和交叉層。

內(nèi)核層由智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和人工智能專業(yè)構(gòu)成。它以腦與認(rèn)知基礎(chǔ)為智能機(jī)理，以智能感知與人機(jī)交互、機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)智能、認(rèn)知計(jì)算與知識(shí)工程等為核心知識(shí)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了整個(gè)人工智能本科教育專業(yè)體系的核心。

衍生層專業(yè)由那些沿著新一代人工智能的重要領(lǐng)域方向，面向經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大需求，由核心向外衍生出來的專業(yè)構(gòu)成。例如，“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)” 和“機(jī)器人工程”專業(yè)，可分別看作是沿新一代人工智能的大數(shù)據(jù)智能方向和自主智能系統(tǒng)方向，面向經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)大數(shù)據(jù)和機(jī)器人的重大需求衍生而來的。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)重大需求的深化，還會(huì)有新的專業(yè)被衍生出來，例如自然語言處理、智能感知計(jì)算等。

復(fù)合層處于衍生層之外。衍生層專業(yè)的基本形式通常是將人工智能與各行業(yè)的既有專業(yè)復(fù)合，形成以“智能+X”為專業(yè)名稱，以“X+人工智能”為主要教學(xué)內(nèi)容的復(fù)合專業(yè)結(jié)構(gòu)。例如，智能制造，智能交通、智能教育、智能醫(yī)療等等。

交叉層處于4層結(jié)構(gòu)的最外層。其目的是促進(jìn)人工智能與不同專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的交叉融合。例如，人工智能與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)等學(xué)科專業(yè)教育的交叉融合。

人工智能正在形成一個(gè)新的專業(yè)類

首先，人工智能專業(yè)不是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的子集。從不同專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的角度看看，人工智能專業(yè)的核心知識(shí)結(jié)構(gòu)為腦與認(rèn)知基礎(chǔ)、人工智能原理和機(jī)器學(xué)習(xí)。它與計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心知識(shí)結(jié)構(gòu)完全不同，甚至不存在交集。因此，人工智能專業(yè)不是計(jì)算機(jī)專業(yè)的子集。按照國(guó)務(wù)院關(guān)于新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的精神，它們之間為交叉關(guān)系。

其次，按照新一代人工智能的重要基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵共性技術(shù)，前述4層專業(yè)體系結(jié)構(gòu)中的衍生層專業(yè)應(yīng)該屬于人工智能，即人工智能也不是一個(gè)孤立的專業(yè)，而應(yīng)該是一個(gè)專業(yè)類，由前述4層專業(yè)體系結(jié)構(gòu)中的核心層和衍生層專業(yè)共同組成。目前，該專業(yè)類包含的專業(yè)有智能科學(xué)與技術(shù)、人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器人工程4個(gè)專業(yè)。

不同類型人工智能人才的培養(yǎng)

對(duì)人才類型可以有多種不同的劃分方法。這里按照人才的知識(shí)和能力結(jié)構(gòu)，將其分為專業(yè)型、復(fù)合型和交叉型，其中復(fù)合型又可劃分為縱向復(fù)合型和橫向復(fù)合型。

人工智能專業(yè)型人才是指具有較深入、完整的人工智能專業(yè)知識(shí)，較突出、完整的人工智能技術(shù)應(yīng)用能力，以及具有一定的人工智能理論、方法、技術(shù)創(chuàng)新能力的人才。人工智能專業(yè)型人才的培養(yǎng)始終應(yīng)該是人工智能教育的核心。人工智能縱向復(fù)合型人才是指可以貫通人工智能理論、方法、技術(shù)、產(chǎn)品與應(yīng)用等的復(fù)合型人才;橫向復(fù)合型人才則是指既具備人工智能基本知識(shí)及應(yīng)用能力，又具有某一行業(yè)領(lǐng)域知識(shí)及能力結(jié)構(gòu)的人才。人工智能交叉型人才是指除具有人工智能專業(yè)知識(shí)外，還通曉其它學(xué)科專業(yè)知識(shí)的人才。培養(yǎng)交叉型人才不僅是其它學(xué)科專業(yè)的需求，也是人工智能專業(yè)自身的需求。

復(fù)合型和交叉型是兩種不完全相同的人才。復(fù)合更強(qiáng)調(diào)的是學(xué)科專業(yè)與應(yīng)用領(lǐng)域的融合，而交叉更強(qiáng)調(diào)的是學(xué)科專業(yè)之間的融合。

人工智能本科專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)

基于新一代人工智能，人工智能本科專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，除數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、電子基礎(chǔ)、控制基礎(chǔ)外，其專業(yè)知識(shí)可劃分為4個(gè)層次。

人工智能本科專業(yè)知識(shí)的4層結(jié)構(gòu)

人工智能本科專業(yè)知識(shí)可劃分為4個(gè)層次。自下而上分別為：專業(yè)核心必修知識(shí)，方向平臺(tái)選修知識(shí)，專業(yè)方向任選知識(shí)，以及認(rèn)知、能力綜合知識(shí)。

專業(yè)核心必修知識(shí)是人工智能專業(yè)最重要的核心知識(shí)結(jié)構(gòu)。由5個(gè)知識(shí)領(lǐng)域構(gòu)成，包括腦與認(rèn)知基礎(chǔ)（1學(xué)分），人工智能基礎(chǔ)（2學(xué)分），機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)（2學(xué)分），大數(shù)據(jù)挖掘（2學(xué)分），模式識(shí)別（2學(xué)分）。共9個(gè)學(xué)分，要求選擇不少于其中的7個(gè)學(xué)分。

方向平臺(tái)選修知識(shí)是人工智能專業(yè)各專業(yè)方向共同的公用知識(shí)平臺(tái)。它包括大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)，自然語言理解，機(jī)器視覺，智能機(jī)器人。共5個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，每個(gè)知識(shí)領(lǐng)域2個(gè)學(xué)分，要求選擇不少于其中的4個(gè)學(xué)分。

專業(yè)方向任選知識(shí)是人工智能各專業(yè)方向的任選知識(shí)結(jié)構(gòu)。建議人工智能專業(yè)設(shè)置智能感知與交互、機(jī)器學(xué)習(xí)與認(rèn)知計(jì)算、自然語言處理、智能機(jī)器人、智能應(yīng)用技術(shù)5個(gè)可選的專業(yè)方向，每個(gè)方向包括若干個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，每個(gè)知識(shí)領(lǐng)域2學(xué)分，要求每個(gè)專業(yè)任選其中1個(gè)方向，并選擇該方向當(dāng)中不少于4個(gè)學(xué)分的知識(shí)。

認(rèn)知、能力綜合知識(shí)是人工智能專業(yè)必須具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)。它是人工智能專業(yè)必須具有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，即社會(huì)與機(jī)器倫理，人工智能前沿講座，面向應(yīng)用的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。

與卡內(nèi)基.梅隆人工智能專業(yè)課程的對(duì)比分析

2018年5月，卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)公布了自己的人工智能專業(yè)課程體系，該課程體系總共包括40門課程，劃分為專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)核心、專業(yè)方向、相關(guān)選修4個(gè)層次，包括數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、專業(yè)核心、專業(yè)方向選修、科學(xué)與工程選修、道德選修、人類學(xué)和藝術(shù)選修7個(gè)方面。

數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)要求選修6門課程;計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)要求7門課程;專業(yè)核心課要求選修3門，包括人工智能概念（表征與問題求解）、機(jī)器學(xué)習(xí)簡(jiǎn)介、自然語言處理入門/計(jì)算機(jī)視覺簡(jiǎn)介（二選一）;專業(yè)方向課要求選修4門，共有4個(gè)專業(yè)方向，要求每個(gè)方向必選1門，共選4門。所設(shè)置的4個(gè)專業(yè)方向分別是感知和語言、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互、決策和機(jī)器人。

對(duì)比我們給出的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)和卡內(nèi)基.梅隆的專業(yè)課程體系，至少我們可以得到以下3點(diǎn)啟示。第一，人工智能專業(yè)課程體系需要考慮專業(yè)方向問題;第二，從專業(yè)核心課程開始就需要提供選擇機(jī)會(huì);第三，腦與認(rèn)知基礎(chǔ)是人工智能專業(yè)的核心知識(shí)結(jié)構(gòu)。其中對(duì)專業(yè)方向的設(shè)置，除智能應(yīng)用技術(shù)專業(yè)方向外，我們?cè)O(shè)置的專業(yè)方向和卡內(nèi)基.梅隆給出的專業(yè)方向個(gè)數(shù)相同、整體覆蓋范圍基本相同，主要差別僅是組合方式不同。

我國(guó)人工智能本科專業(yè)教育起源于2004年，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)就是我國(guó)的人工智能本科專業(yè)。在新一代人工智能框架下，人工智能正在逐步形成一個(gè)專業(yè)類。以人工智能專業(yè)為核心，包括由衍生層、復(fù)合層和交叉層專業(yè)在內(nèi)所構(gòu)成的4層專業(yè)體系結(jié)構(gòu)是我國(guó)人工智能本科專業(yè)教育體系的一個(gè)基本架構(gòu)，該基本架構(gòu)可有效支撐人工智能專業(yè)型縱向復(fù)合型、橫向復(fù)合型及交叉型人才的培養(yǎng)。作為整個(gè)人工智能本科專業(yè)教育體系核心的人工智能專業(yè)，除基礎(chǔ)知識(shí)外，其知識(shí)結(jié)構(gòu)體系可由核心知識(shí)層、專業(yè)方向平臺(tái)知識(shí)層、專業(yè)方向知識(shí)層及認(rèn)知能力綜合知識(shí)層4層結(jié)構(gòu)所組成。另外，從我國(guó)人工智能本科教育體系發(fā)展的角度看，如何在新一代人工智能大框架下，走內(nèi)涵、協(xié)同發(fā)展的道路，是一個(gè)需要認(rèn)真思考的問題。

（作者系中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)主任、首都師范大學(xué)信息工程學(xué)院教授）

責(zé)任編輯：楊靜