賓夕法尼亞大學(xué)人工智能專業(yè)課程概況與目標(biāo)體系研究

王盼盼

關(guān)鍵詞 賓夕法尼亞大學(xué) 人工智能 課程

中圖分類號(hào)：G649.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.09.006

Abstract Artificial Intelligence （AI） has a history of more than 60 years. It has experienced two ups and downs. Today， thanks to breakthroughs in big data and in-depth learning technology， it has promoted the rise of the third wave of AI. From October to December 2016， the relevant departments of the United States published three consecutive heavyweight reports. These reports mark the arrival of the era of artificial intelligence. As a pioneer in the field of global computer science and a leading private research university in the United States， the rapid development of artificial intelligence at the University of Pennsylvania has played an important role in the dissemination of intelligent system technology and the promotion of school reputation. At the same time， the artificial intelligence specialty of the University of Pennsylvania is near. Over the past few years， remarkable achievements have been made. The general situation of the development of AI specialty and the curriculum objective system are worthy of our reference and learning.

Keywords University of Pennsylvania; artificial intelligence; course

1 賓夕法尼亞大學(xué)人工智能專業(yè)的發(fā)展概況

1.1 關(guān)于賓夕法尼亞大學(xué)

賓夕法尼亞大學(xué)（University of Pennsylvania ），簡(jiǎn)稱賓大（Penn），由本杰明·富蘭克林創(chuàng)建于1740年，是美國(guó)第四古老的高等教育機(jī)構(gòu)，也是美國(guó)第一所從事科學(xué)技術(shù)和人文教育的現(xiàn)代高等學(xué)校。在至今數(shù)百年的學(xué)校歷史中，賓夕法尼亞大學(xué)一次又一次在教育以及科學(xué)技術(shù)上推動(dòng)了人類文明的發(fā)展，誕生了人類歷史上第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)ENIAC，被譽(yù)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)文明的發(fā)源地。在世界大學(xué)的排名中賓夕法尼亞大學(xué)取得較高的成績(jī)，其中賓夕法尼亞大學(xué)在2018年US News大學(xué)綜合排名中位列全美第8名，在2018年泰晤士世界大學(xué)排名中位列全球第10名。

1.2 賓夕法尼亞大學(xué)人工智能專業(yè)的歷史考察

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它通過(guò)了解智能的實(shí)質(zhì)，生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器。

賓夕法尼亞大學(xué)的人工智能專業(yè)的發(fā)展歷史主要分為兩個(gè)階段：

（1）萌芽階段——現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的誕生地，奠定了人工智能專業(yè)開展的資源基礎(chǔ)。1914年賓夕法尼亞大學(xué)成立了一個(gè)獨(dú)立的電氣工程系，1923年Alfred Fitler Moore的遺贈(zèng)賦予Towne大樓電氣工程系的摩爾電氣工程學(xué)院學(xué)位，計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的雛形逐漸建立起來(lái)。1935年差分分析儀完成，這是世界上最大的機(jī)械計(jì)算機(jī)器。1946年2月15日，世界上第一臺(tái)通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”（ENIAC）在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)研制成功。它當(dāng)時(shí)由1.8萬(wàn)個(gè)電子管組成，是一臺(tái)又大又笨重的機(jī)器，體重達(dá)30多噸，占地有兩三間教室般大。當(dāng)時(shí)的運(yùn)算速度為每秒5000次加法運(yùn)算。雖然現(xiàn)在看來(lái)是微不足道，但這在當(dāng)時(shí)是相當(dāng)了不起的成就，賓夕法尼亞大學(xué)為計(jì)算機(jī)及人工智能的專業(yè)的發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的資源基礎(chǔ)，與此同時(shí)在賓夕法尼亞大學(xué)第一個(gè)計(jì)算機(jī)課程也提供（畢業(yè)級(jí)，通過(guò)電氣工程）了。

（2）發(fā)展階段：智能系統(tǒng)發(fā)展從在校實(shí)驗(yàn)研究面向市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。GRASP（ General ?Robotics， Automation，Sensing and Perception）實(shí)驗(yàn)室成立，是首屈一指的機(jī)器人孵化器，促進(jìn)學(xué)生、研究人員和教師之間的合作，致力于視覺(jué)、感知、控制系統(tǒng)、自動(dòng)化和機(jī)器學(xué)習(xí)方面的基礎(chǔ)研究，這所實(shí)驗(yàn)室是學(xué)習(xí)人工智能專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐基地，更是他們不斷提升自己專業(yè)知識(shí)的平臺(tái)，在這所實(shí)驗(yàn)室的幫助下，學(xué)習(xí)人工智能專業(yè)的學(xué)生能夠參加各種競(jìng)賽，不斷提升自己的專業(yè)能力與實(shí)踐能力。如2007年11月，本·富蘭克林賽車隊(duì)的小型本田自主車在DARPA城市挑戰(zhàn)賽總決賽中名列前六，賓大的Robot cup隊(duì)在2009年Robot Cup美國(guó)公開賽上參加比賽并獲得第二名，UPennalizers參加Robot cup標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)聯(lián)盟比賽，使用Nao人形機(jī)器人，并且是參賽隊(duì)中的4支美國(guó)隊(duì)之一，2011年賓夕法尼亞大學(xué)工程學(xué)院的GRASP實(shí)驗(yàn)室，沃頓商學(xué)院的麥克研究所獲得Y-Prize Global獎(jiǎng)，2018年GRASP實(shí)驗(yàn)室參與了賓夕法尼亞大學(xué)的教學(xué)等。這些競(jìng)賽的成功都是建立在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的多次實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，在實(shí)驗(yàn)室研究成功的智能機(jī)器人，通過(guò)面向市場(chǎng)的多次競(jìng)賽走進(jìn)大眾的視野范圍中，發(fā)展成熟的智能機(jī)器人即將會(huì)投放市場(chǎng)之中。

1.3 賓夕法尼亞大學(xué)人工智能專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

賓夕法尼亞大學(xué)人工智能專業(yè)不管是從其學(xué)生規(guī)模、專業(yè)排名來(lái)看都展現(xiàn)了其良好的發(fā)展現(xiàn)狀。

（1）學(xué)生規(guī)?！嗟膶W(xué)生投入到學(xué)習(xí)人工智能專業(yè)的行列。賓夕法尼亞大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院人工智能專業(yè)本科生有 1700多名、研究生人數(shù)有1000多名，專門研究機(jī)器人（智能系統(tǒng)）方面的有18名教職人員和約20名博士后研究人員，75名博士生和90名碩士學(xué)生，越來(lái)越多的加入人工智能專業(yè)的學(xué)習(xí)行列。

（2）賓夕法尼亞大學(xué)的計(jì)算機(jī)研究方向。賓夕法尼亞大學(xué)的計(jì)算機(jī)研究方向包括人工智能，圖形圖像，信息管理，計(jì)算機(jī)軟件原理，計(jì)算機(jī)系和計(jì)算機(jī)理論。在各個(gè)方向下又有具體的細(xì)分。圖形圖像包括計(jì)算幾何、人體建模與仿真中心;信息管理包括生物信息學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)管理;計(jì)算機(jī)軟件包括形式化方法與軟件工程、編程語(yǔ)言與信息安全;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括處理器、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng);計(jì)算機(jī)理論包括算法與復(fù)雜性、邏輯與計(jì)算。

（3）排名現(xiàn)狀—全球排名、影響力較高。賓夕法尼亞大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)在全美排名第十，另外其計(jì)算機(jī)學(xué)院的六個(gè)研究方向，十?dāng)?shù)個(gè)細(xì)分中，最強(qiáng)的三個(gè)研究方向應(yīng)該是人工智能、編程語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)理論，同時(shí)這三個(gè)方向在世界上都是排在前 20 的。

（4）機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室——對(duì)人工智能專業(yè)的理論與實(shí)踐結(jié)合的闡釋。機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)稱是 GRASP ，實(shí)驗(yàn)室集計(jì)算機(jī)科學(xué)、電氣工程、機(jī)械工程學(xué)院組成，是一個(gè)充滿活力又具有合作協(xié)調(diào)氛圍的地方。GRASP 現(xiàn)在有一千萬(wàn)美元的研究經(jīng)費(fèi)用于研究技術(shù)發(fā)明，主要用于自主飛行器和自主機(jī)器人，研發(fā)類人機(jī)器人，使機(jī)器人更加的真實(shí)。賓夕法尼亞大學(xué)在這所機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室專門開設(shè)機(jī)器人專業(yè)，本科生和研究生可以在這所實(shí)驗(yàn)室里學(xué)習(xí)有關(guān)人工智能專業(yè)的理論知識(shí)，在課余時(shí)間機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生還可以自主研發(fā)各種機(jī)器人，這所實(shí)驗(yàn)室是學(xué)習(xí)人工智能專業(yè)理論知識(shí)與實(shí)踐操作的最佳場(chǎng)所。

2 賓夕法尼亞大學(xué)人工智能專業(yè)的課程目標(biāo)定位

2.1 價(jià)值取向

（1）靈敏性。靈敏性主要是指在設(shè)置課程目標(biāo)時(shí)能夠捕捉到時(shí)代發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)能夠了解到社會(huì)對(duì)人工智能專業(yè)所提出的要求。賓夕法尼亞大學(xué)從事人工智能專業(yè)教學(xué)的教師近30位，每個(gè)教師都有自己的個(gè)人網(wǎng)站介紹，包括其開設(shè)的相關(guān)課程介紹，課程目標(biāo)的設(shè)定都是基于專業(yè)教師的從教經(jīng)歷并結(jié)合國(guó)際（尤指美國(guó)人工智能發(fā)展較突出的學(xué)校）設(shè)定出來(lái)的，能夠率先捕捉到人工智能專業(yè)的發(fā)展實(shí)況，如從事機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的：Eric Eaton， Ph.D.課程目標(biāo)的定位就從人工智能的發(fā)展史開始，結(jié)合IBM的深藍(lán)國(guó)際象棋程序擊敗了卡斯帕羅夫、DARPA城市挑戰(zhàn)賽等人工智能技術(shù)成功的例子，將課程目標(biāo)定位在學(xué)習(xí)人工智能在更多領(lǐng)域中的應(yīng)用。

（2）實(shí)用性。實(shí)用性主要是指人工智能專業(yè)課程目標(biāo)具備可實(shí)施性、再現(xiàn)性、有益性。人工智能專業(yè)要求學(xué)生學(xué)習(xí)自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人技術(shù)、視覺(jué)等課程，每個(gè)課程的目標(biāo)都具有實(shí)用性，如計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言學(xué)主要研究語(yǔ)言語(yǔ)義的信息處理;機(jī)器學(xué)習(xí)主要從事生物系統(tǒng)的建模、聽力機(jī)、機(jī)器學(xué)習(xí)、結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、弱監(jiān)督學(xué)習(xí)、多模態(tài)視頻的理解、機(jī)器統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)博弈;機(jī)器人技術(shù)主要包括分布式機(jī)器人、傳感器、生物系統(tǒng)控制、兼容機(jī)制、無(wú)人機(jī)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等;計(jì)算機(jī)視覺(jué)包括圖像分割、目標(biāo)識(shí)別、攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)、立體視覺(jué)等。每一領(lǐng)域的專業(yè)課的學(xué)習(xí)都是為了更好地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域之中，因此課程的目標(biāo)帶有一定的“有益性”能夠填補(bǔ)社會(huì)需求。

2.2 基本要求

人工智能專業(yè)的課程目標(biāo)體現(xiàn)了課程發(fā)展現(xiàn)狀，目前賓夕法尼亞大學(xué)人工智能專業(yè)的課程目標(biāo)呈現(xiàn)出具體性與整體性的要求。

具體性是指課程目標(biāo)的針對(duì)性與特定性，而整體性是指課程目標(biāo)的總體性。如在賓夕法尼亞大學(xué)，工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院及計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院都開設(shè)人工智能專業(yè)的課程，兩個(gè)學(xué)院人工智能專業(yè)的總的目標(biāo)是一樣的——培養(yǎng)自主創(chuàng)新型人才，因而具有整體性，但是每個(gè)學(xué)院針對(duì)學(xué)生的未來(lái)發(fā)展又有不同且具體的課程培養(yǎng)目標(biāo)，因此又有具體性，如計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院的課程目標(biāo)是培養(yǎng)在計(jì)算機(jī)方面杰出的應(yīng)用型人才，而工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的課程目標(biāo)則是培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)方面的人才。

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