地方本科院校人工智能專業(yè)建設(shè)研究與實踐

劉光潔，張 崳，姚亦飛

（長春師范大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130032）

0 引 言

近日，教育部印發(fā)了《教育部關(guān)于公布2018年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》。根據(jù)通知，全國共有35 所高校獲首批人工智能專業(yè)建設(shè)資格，其中包含地方本科院校。那么地方本科院校如何建設(shè)人工智能專業(yè)，如何培養(yǎng)社會主義的合格建設(shè)者和可靠接班人？筆者認為最主要的突破口就是課程體系，需要從時代背景、培養(yǎng)目標、教學(xué)內(nèi)容的變化等若干角度思考，結(jié)合教育教學(xué)規(guī)律和學(xué)生成長規(guī)律進行路徑探索。

1 人工智能本科專業(yè)的歷史背景

《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》提出，到2020 年要基本完成新一代人工智能發(fā)展的高校科技創(chuàng)新體系和學(xué)科體系的優(yōu)化布局；到2030年，高校要成為建設(shè)世界主要人工智能創(chuàng)新中心的核心力量和引領(lǐng)新一代人工智能發(fā)展的人才高地[1]。

人工智能給人類帶來的影響，將遠遠超過計算機和互聯(lián)網(wǎng)在過去幾十年已經(jīng)對世界造成的改變。中國工程院院士、中國人工智能協(xié)會理事長李德毅認為這種改變必然要重構(gòu)人類的生產(chǎn)生活、學(xué)習(xí)和思維的方式[2]。教育領(lǐng)域無疑將進行重大變革以適應(yīng)人工智能時代的發(fā)展。國際上幾乎所有的著名大學(xué)都組建了人工智能實驗室（研究室），國內(nèi)的許多高校也設(shè)立了人工智能的研究機構(gòu)，絕大多數(shù)都瞄準信息技術(shù)前沿和重大科學(xué)問題，滿足國家知識創(chuàng)新的要求。

2 “1+3”模式專業(yè)建設(shè)

“1+3”模式即1 個特色+3 個接軌（崗位要求接軌專業(yè)培養(yǎng)方案、職業(yè)技能標準接軌教學(xué)內(nèi)容、行業(yè)企業(yè)評價接軌績效考核評價體系），堅持夯實理論基礎(chǔ)，強化專業(yè)能力，走特色發(fā)展道路。

2.1 培養(yǎng)目標

在面對“未來已來”的人工智能時，由于不同類型人才將面向不同問題空間，因此面向人工智能領(lǐng)域培養(yǎng)基礎(chǔ)教育師資可以作為師范大學(xué)人工智能專業(yè)的特色。十九大報告中明確提出，人工智能要從娃娃抓起。國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》也提出：實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。可見面向基礎(chǔ)教育進行人工智能師資培養(yǎng)，積極響應(yīng)國家全民智能教育項目，不僅填補了學(xué)科空白，更重要的是為各學(xué)科的“人工智能+”教育提供支撐，為人工智能行業(yè)發(fā)展提供人才儲備。

“3 個接軌”是培養(yǎng)具有堅定正確的政治方向、高尚的道德品質(zhì)，具備良好的科學(xué)與人文素養(yǎng)，具有國際視野，系統(tǒng)掌握人工智能專業(yè)的基本理論、基本知識、基本技能與方法，接受良好的科學(xué)思維、專業(yè)技能訓(xùn)練，在人工智能領(lǐng)域具有較強的知識獲取能力和動手實踐能力，在相應(yīng)領(lǐng)域從事教學(xué)、管理及開發(fā)的應(yīng)用型人才。

2.2 與計算機類其他專業(yè)的差異分析

2018 年教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》中，計算機類包括5 個基礎(chǔ)專業(yè)和3個特色專業(yè)，其中：①計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)主要目標是研究和開發(fā)計算機系統(tǒng)，包括計算機硬件、軟件與應(yīng)用的基本理論、基本知識、基本技能等方面；②軟件工程專業(yè)著重研究和應(yīng)用如何以系統(tǒng)性、規(guī)范化、可定量的過程化方法開發(fā)和維護軟件，涉及程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)等方面；③網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)主要從事計算機網(wǎng)絡(luò)工程及相關(guān)領(lǐng)域系統(tǒng)的研究、設(shè)計、運行、維護和管理，涵蓋計算機科學(xué)、計算機軟硬件系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)等方面；④信息安全專業(yè)主要研究確保信息安全的科學(xué)與技術(shù)，涉及計算機、通信、法律、管理等方面；⑤物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)主要研究物品通過傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接的技術(shù)，涵蓋計算機、通信電子、測控、軟件開發(fā)、管理等方面；⑥智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重點強調(diào)實現(xiàn)“人—機交互”，涵蓋機器感知、機器人、信息處理等領(lǐng)域；⑦空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)立足于遙感通信數(shù)字化與軟件工程化，包括衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、深空通信、測控遙感等領(lǐng)域；⑧電子與計算機工程專業(yè)著眼于結(jié)合電力電子學(xué)，實現(xiàn)軟件設(shè)計與硬件設(shè)計一體化，涵蓋現(xiàn)代電子、自動控制、電力工程、計算機等方面[3]。

人工智能研究是用計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的學(xué)科，最終實現(xiàn)對計算機系統(tǒng)更高層次的應(yīng)用，其研究領(lǐng)域必將是多種學(xué)科研究領(lǐng)域的交叉與融合。因此，人工智能專業(yè)將涉及計算機科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程、數(shù)學(xué)、儀器科學(xué)與技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)以及心理學(xué)等眾多專業(yè)的核心科學(xué)技術(shù)，可以說幾乎是覆蓋了所有自然科學(xué)和社會科學(xué)的專業(yè)，其范圍已遠遠超出了教育部現(xiàn)有計算機科學(xué)門類下所有專業(yè)的范疇。

2.3 課程設(shè)置

根據(jù)培養(yǎng)目標進行課程設(shè)置，即培養(yǎng)目標決定課程設(shè)置、課程設(shè)置為培養(yǎng)目標服務(wù)，這是教育規(guī)律。地方本科院校特別是師范大學(xué)的人工智能專業(yè)主要學(xué)習(xí)人工智能專業(yè)的基本理論和基本知識，接受人工智能專業(yè)相關(guān)課程的基本訓(xùn)練，兼具掌握教學(xué)基本規(guī)律的能力訓(xùn)練，其核心課程有人工智能基礎(chǔ)、計算思維、認知心理學(xué)、機器學(xué)習(xí)、教育學(xué)基礎(chǔ)、模式識別，長春師范大學(xué)人工智能專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)及學(xué)時分配見表1。

表1 課程結(jié)構(gòu)及學(xué)分分配

2.4 師資隊伍

師資隊伍需要內(nèi)培外聘、校企融合、打造精品團隊。地方本科院校目前多數(shù)處于師資不足的狀態(tài)，需要利用學(xué)校政策，引進高層次人才；鼓勵青年教師在國內(nèi)一流大學(xué)進修、訪學(xué)和攻讀博士學(xué)位，提升青年教師專業(yè)綜合素質(zhì)，打造合格的高水平的專任教師隊伍；校企深度融合，不定期委派專業(yè)教師深入到企業(yè)參觀、學(xué)習(xí)，不斷提高專任教師業(yè)務(wù)水平；邀請計算機相關(guān)產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和用人單位來學(xué)校開展講座和交流，讓專任教師及時掌握行業(yè)最新動態(tài)和人才需求，并把這一要求落實到教學(xué)環(huán)節(jié)中，更好地為教學(xué)服務(wù)。這是強化師資隊伍的有效途徑。

師范院校作為“教師”的搖籃，還要強化師德師風(fēng)，努力踐行“德高為師，身正為范”。要建立長效機制，抓好師德建設(shè)，弘揚時代教師職業(yè)道德風(fēng)范；定期舉辦青年教師講課比賽與觀摩教學(xué)，出臺切實可行的聯(lián)合培養(yǎng)教師實施方案。依托已有學(xué)科與高水平省部級縱向建設(shè)項目，加強學(xué)術(shù)團隊建設(shè)，培育新的學(xué)術(shù)骨干；選聘學(xué)科帶頭人組建教學(xué)團隊，與中小學(xué)開展校校合作，強化“雙向兼職型”教師培養(yǎng)，培育高校和中小學(xué)共建教學(xué)團隊。

2.5 教學(xué)條件

人工智能專業(yè)作為新建工科專業(yè)，受其研究領(lǐng)域的限制，其教學(xué)條件要實現(xiàn)“厚基礎(chǔ)，寬口徑”。長春師范大學(xué)人工智能專業(yè)依托吉林省“人工智能+教師教育”創(chuàng)新訓(xùn)練中心、吉林省計算機實驗教學(xué)示范中心，聯(lián)合科大訊飛股份有限公司共同組建，現(xiàn)有高性能計算中心、智能感知與科學(xué)計算重點實驗室、吉林省射頻識別（RFID）與傳輸工程技術(shù)研究中心和省級“雙師雙能型”教師培養(yǎng)和培訓(xùn)基地等平臺。其中，計算機實驗中心設(shè)立了機器視覺實驗室、物聯(lián)網(wǎng)感知實驗室、智能計算實驗室和軟件測試實驗室、網(wǎng)絡(luò)實驗室、嵌入式實驗室、網(wǎng)絡(luò)安全實驗室、計算機組成原理實驗室、云計算實驗室等。學(xué)院與科大訊飛、大連華信、北京華育興業(yè)有限公司、聯(lián)想移動通信科技有限公司、青島銳聘、中軟、東軟科技有限公司等多家企業(yè)建立了產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，還與當?shù)氐闹行W(xué)建立了穩(wěn)定的教學(xué)實習(xí)基地和卓越教師的實踐平臺。

3 發(fā)展目標

3.1 提升專業(yè)辦學(xué)理念

充分發(fā)揮師范院校特色，重點依托現(xiàn)有重點學(xué)科和教學(xué)平臺的優(yōu)勢，培養(yǎng)應(yīng)用為本的教育理念，以特色求生存、以特色求發(fā)展，探索建設(shè)著眼于“1+3”應(yīng)用能力培養(yǎng)的知識體系、基礎(chǔ)理論和工程實踐相結(jié)合的培養(yǎng)模式，以智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)教學(xué)為突破口，整合系列課程，實現(xiàn)教學(xué)與實驗的一體化設(shè)計，綜合設(shè)計教學(xué)與實驗內(nèi)容，構(gòu)建系統(tǒng)化的課程體系和實驗體系。

3.2 創(chuàng)新校企合作共育人才機制

要實現(xiàn)“3 個接軌”，進行校企合作是一種行之有效的策略和方法，是現(xiàn)代高校與企業(yè)共同發(fā)展的必然選擇。人工智能專業(yè)著力培養(yǎng)六大方面的知識和能力，即技術(shù)知識和素質(zhì)、管理能力和素質(zhì)、綜合能力和素質(zhì)、人格素質(zhì)和交流能力、知識獲取能力、教育教學(xué)能力。地方院校應(yīng)以 CDIO[4]為教育模式，實施以能力提升為核心的培養(yǎng)體系和課程改革，與國外一流大學(xué)和國內(nèi)外知名企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)卓越工程技術(shù)人才，重點提高學(xué)生的國際視野、團隊溝通與協(xié)作能力、教育與工程實踐能力。

師范院校應(yīng)依托已有基礎(chǔ)，面向人工智能教育型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要和服務(wù)中國社會經(jīng)濟建設(shè)的要求，充分進行校企實踐教學(xué)資源的優(yōu)化和整合，通過分階段、有重點的建設(shè)，逐步建立以人工智能理論為核心、多學(xué)科融合、系統(tǒng)完整、層次合理、設(shè)備優(yōu)良、管理科學(xué)、運行高效的大學(xué)本科訓(xùn)練平臺，使之成為在同類本科院校中具有領(lǐng)先地位和在省內(nèi)具有較高知名度的人工智能人才培養(yǎng)基地。

3.3 構(gòu)建理論實踐一體化的過程導(dǎo)向課程體系

重構(gòu)課程體系，縱向增加專業(yè)課教學(xué)內(nèi)的深度，橫向打通與其他課程的關(guān)聯(lián)，以解決專業(yè)的復(fù)雜工程問題為主線，按照“典型問題→所需能力→知識單元→課程群→課程體系”的思路，開展專業(yè)課程改革。

課程群建設(shè)以O(shè)BE 為導(dǎo)向，以解決復(fù)雜工程問題為目標，全部采用綜合實踐的方式，重組課程資源，優(yōu)化案例設(shè)計，按照“抽象建模→系統(tǒng)實現(xiàn)→復(fù)雜應(yīng)用”的思路，構(gòu)建五組綜合實踐類課程群。以綜合實踐的方式建立課程群，關(guān)聯(lián)多門課程，培養(yǎng)學(xué)生具備系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)，解決復(fù)雜工程問題的能力。到2020年，爭取建成3～4門校級、省級“金課”，為“金專”奠定基礎(chǔ)。

3.4 師資隊伍不斷優(yōu)化

在師資隊伍建設(shè)方面，堅持突出國際化、高層次和強實踐的方針，實行多元化，形成專兼職結(jié)合、國內(nèi)外結(jié)合、產(chǎn)學(xué)結(jié)合的師資隊伍結(jié)構(gòu)，打造一支了解產(chǎn)業(yè)需求、教學(xué)經(jīng)驗豐富、熱愛教學(xué)工作的高水平教師隊伍。

4 結(jié) 語

“智能革命，暢游天地，我知道這是一條神經(jīng)虛擬網(wǎng)絡(luò)的秘密，用強健的身體，凝聚著智慧的心靈，開拓新奇跡，讓我們擁有美好的生活，繪出美好的旋律[5]。”這是百度大腦以“智能革命”為主題所作的一段原創(chuàng)文字，它在描述人工智能的歷史使命：讓人類知道更多、做到更多、體驗更多。未來已來，曾經(jīng)充滿科幻色彩的前沿智能技術(shù)，已經(jīng)走出實驗室，走進并照耀普通人的生活。以人工智能為視角，成為各個業(yè)務(wù)智能化升級的“問題提出者”，“問題解決”必須教育先行。只有做好人工智能本科生的人才培養(yǎng)工作，建立合理的課程體系，形成以本科生為中心的人才培養(yǎng)方案、管理模式和教學(xué)運行機制，方能培養(yǎng)出新工科背景下的高層次人才，從而保證我國智能科技的領(lǐng)先發(fā)展。