人工智能視角下的自動化類應用型人才培養(yǎng)體系研究

辛瑞昊 張航 馮欣

摘?要：“新工科”建設是國家發(fā)展的戰(zhàn)略新需求，也是國際競爭的新形勢。隨著世界范圍內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式的完善，綜合國力的競爭已延伸至科技、教育、文化等方面。人工智能技術(shù)作為新世紀三大尖端技術(shù)之一，是繼因特網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)之后的國家關(guān)注、學習和重視的熱點。國家的發(fā)展離不開教育的發(fā)展和人才的培養(yǎng)，人工智能領(lǐng)域作為今后國際教育、人才競爭的關(guān)鍵點，如何提升應用型地方高校在人工智能領(lǐng)域的育人能力，引導傳統(tǒng)自動化專業(yè)向新技術(shù)、新領(lǐng)域方向發(fā)展，將“人工智能+”的概念融入到自動化類專業(yè)的課程建設與人才培養(yǎng)體系，對培養(yǎng)面向交叉科學問題的技術(shù)研發(fā)新工科人才具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：自動化專業(yè);人才培養(yǎng);科學定位

1 緒論

人工智能技術(shù)是一門多領(lǐng)域融合發(fā)展的交叉學科，與基因工程、納米科學并稱為21世紀的三大頂尖技術(shù)。人工智能的迅速發(fā)展不僅是新工科建設的重大機遇，同時也是建設創(chuàng)新型國家和科技強國的重要途徑[1-2]。人工智能技術(shù)在社會上占據(jù)著舉足輕重的地位，其發(fā)展前景廣闊，尤其體現(xiàn)在自動化領(lǐng)域的發(fā)展和應用中。社會、企業(yè)、高等教育學校對自動化類應用型的人才需求也變得更加急切。人才是國家發(fā)展的人力保障，只有不斷地培養(yǎng)其項目實踐能力，綜合素質(zhì)高的技術(shù)應用型人才或創(chuàng)新型人才才能夠更好地支撐和服務社會各行各業(yè)的快速發(fā)展[3-4]。“新工科”的建設與發(fā)展?jié)M足了我國新經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需求，不僅是高校深化工程教育改革的方向，更是未來贏得國際競爭的重要途徑。

2 自動化類專業(yè)在人工智能背景下面臨的主要挑戰(zhàn)

我國自動化專業(yè)是隨著新中國成立而發(fā)展的一門學科，距今已有近70年的歷史。早在自動化專業(yè)成立的第一天，就一直是國家經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展必不可少的專業(yè)之一，也一直是招生人數(shù)最多和工作單位最受歡迎的專業(yè)之一。自動化專業(yè)的發(fā)展伴隨著我國工業(yè)逐步從初期的電氣化走向現(xiàn)在的自動化。而在這個發(fā)展期間，自動化專業(yè)也在不斷調(diào)整其培養(yǎng)內(nèi)容和專業(yè)方向，從最初突出電氣化的“工業(yè)企業(yè)電氣化”發(fā)展為電氣與自動并重的“工業(yè)電氣及自動化”，如今正向“智能化”的方法發(fā)展。在自動化專業(yè)發(fā)展過程中，逐漸形成了多學科交叉、寬口徑培養(yǎng)、外延寬廣等鮮明特點，將傳統(tǒng)的機、電、算、通信等單個概念，逐漸淡化為含有機、電、算、通信等的綜合系統(tǒng)，將“行業(yè)性專業(yè)”轉(zhuǎn)換為“跨行業(yè)專業(yè)”，打破了專業(yè)之間的壁壘，培養(yǎng)出能處理各行各業(yè)復雜系統(tǒng)問題的人才，進一步滿足經(jīng)濟、科技、社會發(fā)展的需求[5]。但是，隨著人工智能的崛起，在新時代的發(fā)展形勢下，自動化專業(yè)還存在一些不適應新形勢之處，主要體現(xiàn)在專業(yè)課程體系調(diào)整、交叉學科的建立和跨行業(yè)人才的培養(yǎng)。

2.1 自動化專業(yè)培養(yǎng)目標

新技術(shù)的快速突破和人工智能的發(fā)展，對自動化類應用型人才提出了更高的要求，自動化專業(yè)培養(yǎng)目標需要進行合理細化，自動化類人才類型定位應該從幾方面入手，重點培養(yǎng)研究型人才、工程研究應用型人才、應用技術(shù)主導型人才和技術(shù)技能型人才。研究型人才主要定位是培養(yǎng)自動化理論、工程應用及復合型人才，為進入更高層次學位教育奠定基礎(chǔ);工程研究應用型人才主要是培養(yǎng)能夠參與到實際工程研究、開發(fā)和應用的人才，在兼顧職業(yè)技能發(fā)展的同時為高層次學位教育奠定基礎(chǔ);應用技術(shù)主導型人才是培養(yǎng)具有初步解決實際工程問題能力的人才，能較好地適應社會和科技發(fā)展的需求;技術(shù)技能型人才主要是培養(yǎng)具有從事在公司、工廠一線的技術(shù)和管理型人才。

2.2 自動化專業(yè)面臨問題

從人才培養(yǎng)體系角度來看，自動化專業(yè)人才培養(yǎng)主要存在以下的問題：（1）在培養(yǎng)的過程中重視理論知識、輕實踐，這種模式不適合現(xiàn)在人才的培養(yǎng)，實踐教學獨立性，系統(tǒng)性不夠強，主要靠理論知識，不能形成培養(yǎng)實踐能力為主的培養(yǎng)體系;（2）培養(yǎng)體系與培養(yǎng)目標不合適，現(xiàn)在教學體系是老師向?qū)W生傳授知識，學生缺少自主學習的能力，沒有工程的概念;（3）教學設備與實驗場地不健全，需要進行的實驗多，但是試驗場地與設備不夠，實踐脫節(jié);（4）課程設置與社會需求偏差較大，沒有根據(jù)社會需要進行一定的課程設計，導致培養(yǎng)的人才知識面廣，但是了解的深度不夠;（5）教與學之間的問題，現(xiàn)今人才培養(yǎng)更多關(guān)注的是如何教，而沒有關(guān)注學生的學，正所謂一句古語，授人魚不如授人漁，我們應該培養(yǎng)人才的自覺學習能力;（6）學與用之間的矛盾，學生學習了多門課程，但是在實際實踐中并不一定能夠很好地應用，面對工程應用問題時，學生的動手能力弱的問題就顯現(xiàn)出來了。

3 推進改革，構(gòu)建人工智能視角下自動化類人才培養(yǎng)新模式

3.1 優(yōu)化自動化類專業(yè)課程體系，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)

根據(jù)CDIO評價標準及自動化專業(yè)“三三式”培養(yǎng)體系，將人工智能學科知識與傳統(tǒng)自動化專業(yè)知識有機結(jié)合，優(yōu)化自動化類專業(yè)課程培養(yǎng)體系，調(diào)整各科結(jié)構(gòu)，以適應新時代新技術(shù)的發(fā)展需求[6]。以自動化傳統(tǒng)課程體系結(jié)構(gòu)為主體，將人工智能專業(yè)知識作用新發(fā)展方向，把理論知識、能力與素質(zhì)培養(yǎng)和實踐項目交叉編織，呈現(xiàn)各組織單元之間存在時間上的先后關(guān)系及內(nèi)在知識體系的邏輯關(guān)系，將各種實踐教學活動有機地結(jié)合，學時做到化整為零，使教學發(fā)揮深化知識和能力培養(yǎng)的雙重效果。

具體培養(yǎng)方法可以從以下幾方面開展：

（1）將基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程進行有機結(jié)合，以“點—線—面”的形式構(gòu)建課程體系結(jié)構(gòu)，如在公共基礎(chǔ)課（高等數(shù)學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)）為基礎(chǔ)上，構(gòu)建自動化專業(yè)基礎(chǔ)課（C語言程序設計、自動控制原理、信號與系統(tǒng)），再在專業(yè)基礎(chǔ)課上構(gòu)建專業(yè)方向課程（智能控制與機器人、智能感知、智能制造系統(tǒng)），使理論學習與專業(yè)實踐齊頭并進。

（2）以培養(yǎng)“自動化技術(shù)+人工智能技術(shù)”應用型人才為目標，將人文社科基礎(chǔ)課、自然科學基礎(chǔ)課、工程專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課、基礎(chǔ)課程實踐、工程實踐有機結(jié)合，以獎學資助為激勵手段，培養(yǎng)能競賽、能研究的人才。

（3）以人工智能方向人才需求為契機，培養(yǎng)本科生對智能系統(tǒng)的認知能力，使其掌握機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、機器人技術(shù)、智能制造等專業(yè)知識，并能熟練使用Python、MATLAB、PLC、DCS等開發(fā)系統(tǒng)及語言。

3.2 建立人工智能學科，培養(yǎng)人工智能人才

人工智能技術(shù)的誕生是自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，計算機技術(shù)水平是人工智能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前，隨著人工智能技術(shù)的崛起，相對成熟成系統(tǒng)的專業(yè)教程有限，因此，對自動化類專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系需要不斷進行調(diào)整。相對而言，自動化專業(yè)經(jīng)過不斷的發(fā)展，自動化專業(yè)已有完善的課程體系，這就決定了“人工智能+自動化”專業(yè)的培養(yǎng)模式，而為了適應自動化類專業(yè)學生的發(fā)展和社會的需求，就需要推進“研究型教學”，根據(jù)學情開展“大班授課+小組談論”進行教學研究。圍繞“人工智能+自動化”專業(yè)培養(yǎng)目標，自動化專業(yè)本科人才，除了英語、政治類、體育類等公共課程之外，還要加強數(shù)理基礎(chǔ)教育，特別是高等數(shù)學教育，使學生具備堅實的基礎(chǔ)理論知識和技能。在專業(yè)特色上重點強調(diào)人工智能和自動化結(jié)合教育（包括模式識別、數(shù)值計算方法、信號與系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等），并在機器感知與機器人、智能信息處理與機器學習若干方向上進行特色知識擴展，同時在機器人、數(shù)據(jù)挖掘、互聯(lián)網(wǎng)+及工業(yè)4.0等領(lǐng)域進行有選擇性的專業(yè)拓展。

3.3 匯聚人工智能相關(guān)學科人才，建立“人工智能研究中心”

隨著人工智能技術(shù)研究和應用的不斷深入，人工智能技術(shù)對傳統(tǒng)行業(yè)已產(chǎn)生了巨大的推動作用，形成了“人工智能+”的產(chǎn)業(yè)格局，目前，人工智能在軍事、安防、制造、航空、醫(yī)療、交通、家居等多個領(lǐng)域都有廣泛的應用。當前社會需要大量復合型人工智能技術(shù)人才。為了適應人工智能領(lǐng)域人才的培養(yǎng)，需要建設以服務教學為目的，以培養(yǎng)學生從事智能系統(tǒng)的設計、開發(fā)、控制、分析、評價和管理等綜合技能為核心，遵循“虛實結(jié)合，能實不虛”的要求的“人工智能研究中心”，采用半監(jiān)督和自監(jiān)督學習模式，利用前沿講座、實際案例等鼓勵學生進行深度學習，課程考核方面采用專題報告、課題探討、作品展示等方式推動教學活動?！叭斯ぶ悄?自動化”專業(yè)類應用型人才培養(yǎng)可以從以下幾方面入手：

（1）充分發(fā)揮自動化專業(yè)特色優(yōu)勢，利用人工智能學科跨專業(yè)的特點，組建跨專業(yè)、跨學院的科研教學團隊，鼓勵學生進行跨專業(yè)和學科的交流學習，培養(yǎng)學生面對復雜工程、交叉學科的解決問題能力。

（2）嚴格按照學分制進行課程學習，特別注重開展“人工智能工程訓練”“生產(chǎn)實習”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育”“硬件課程設計”“軟件程序開發(fā)”等培養(yǎng)專業(yè)綜合能力的課程。

（3）創(chuàng)建本科生二專業(yè)制，鼓勵學生在本專業(yè)基礎(chǔ)上額外輔修一門專業(yè)，為學有余力和有上進心的同學，提供專業(yè)學習機會和平臺配套設施，提高知識面的廣度和深度，培養(yǎng)復合型專業(yè)人才。

（4）通過建立的研究中心，加深與企業(yè)的合作，瞄準企業(yè)與市場的需求，建立校企實訓基地，培養(yǎng)定向的復合型應用人才。

參考文獻：

[1]王少青.人工智能應用型人才培養(yǎng)課程體系構(gòu)建[J].計算機時代，2020（7）.

[2]符闊，李麗，莫夫.人工智能2.0背景下應用型人才培養(yǎng)模式探討[J].花炮科技與市場，2018，97（04）：243.

[3]李玲純，高來鑫.“成果導向”教育理念下自動化專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式探索[J].科技資訊，2018，16（33）：200-201.

[4]吳迎年，蘇中，曹榮敏，等.自動化特色建設專業(yè)的工程應用型人才培養(yǎng)體系研究[C].中國自動化學會，2011.

[5]胡學芝，南光群.“自動化”專業(yè)技術(shù)應用型人才培養(yǎng)教學體系研究[J].黃石理工學院學報，2011.

[6]李占英，張海傳，王延平，等.智能時代基于CDIO的自動化專業(yè)人才培養(yǎng)研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019，305（01）：104-107.

項目支持：吉林省教學科學“十三五”規(guī)劃課題“人工智能視角下的自動化類應用型人才培養(yǎng)體系研究”（編號：ZD19057）

通訊作者：馮欣（1989—?），女，工學博士，講師，主要從事大數(shù)據(jù)分析、先進控制理論及應用等方面研究。