“人工智能＋X”電子信息類人才培養新模式探索

季薇 李飛 沈建華

[摘 要]人工智能（AI）技術的飛速發展與廣泛應用，使得身處時代變革大潮中的學生們在學習觀念、習慣、方法、行為方式等方面均發生了重大變革，同時也對高等教育理念、教學方法、教學模式、評價體系、管理體制等產生了巨大沖擊。在緊抓人工智能時代信息素養內涵基礎上，針對現有人才培養體系中存在的問題，著重從專業課程體系重構、師資隊伍建設、教學模式改革、工程素養培養等四個方面出發，對“人工智能+X”時代電子信息類復合型人才培養模式進行了探索與研究。

[關鍵詞]人工智能+X;電子信息;人才培養

[基金項目]2018年度南京郵電大學教學改革研究項目“以課堂教學改革為突破口引入AI要素的一流本科教育探索—以電子信息工程專業為例”（JG00218JX74）;2017年度江蘇省高等教育教改研究立項課題“‘雙一流建設背景下電子信息類專業人才培養體系的重構與實踐”（2017JSJG138）;2016年度南京郵電大學教學改革研究項目“面向國際化的電子信息工程專業課程體系優化研究與實踐”（JG00216JX04）

[作者簡介]季 薇（1979—），女，江蘇淮安人，工學博士，南京郵電大學通信與信息工程學院副教授，主要從事電子信息類課程教學、信號處理與人工智能相結合的交叉領域研究。

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0191-03[收稿日期] 2019-11-08

一、引言

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是信息科學領域最前沿的學科之一，歷經60余年的發展，人工智能對醫療、交通、商業、航天、農業等領域產生了重大影響。近年來，人工智能更成為教育界的熱詞。在教育部日前公布的首批“新工科”研究與實踐項目名單中，人工智能類列入“新工科”專業改革類涵蓋的19個項目群。

2018年4月10日，教育部印發《高等學校人工智能創新行動計劃》（簡稱《計劃》）[1]，要求推進“新工科”建設，重視人工智能與計算機、控制、數學、統計學、物理學、生物學、心理學、社會學、法學等學科專業教育的交叉融合，形成“人工智能+X”復合專業培養新模式，到2020年建設100個“人工智能+X”復合特色專業、建立50家人工智能學院、研究院或交叉研究中心。

《計劃》[1]指出，人工智能正引發可產生鏈式反應的科學突破、催生一批顛覆性技術，引領新一輪科技革命和產業變革。《計劃》提出，到2020年，基本完成適應新一代人工智能發展的高校科技創新體系和學科體系的優化布局，高校在新一代人工智能基礎理論和關鍵技術研究等方面取得新突破;到2030年，高校成為建設世界主要人工智能創新中心的核心力量和引領新一代人工智能發展的人才高地，為我國躋身創新型國家前列提供科技支撐和人才保障。

同時，《計劃》從“優化高校人工智能科技創新體系”“完善人工智能領域人才培養體系”和“推動高校人工智能領域科技成果轉化與示范應用”三個方面提出18條重點任務和3個細化專欄[2-4]，高校人工智能發展的路線圖日漸清晰。“創新、人才、應用”成為高校人工智能發展的關鍵詞。培養能夠發現問題，綜合運用多學科知識解決問題的創新人才是教育界面臨的重大挑戰，也是構建創新性國家的必備條件[5-6]。

本文以電子信息類專業為例，緊抓人工智能時代信息素養內涵建設，從專業課程體系重構、師資隊伍建設、教學模式改革、工程素養培養等四個角度出發，著重探討“人工智能+X”時代下電子信息類復合型人才培養模式的構建和實踐探索。

二、“人工智能+X”電子信息類復合型人才的信息素養內涵轉型

信息產業協會主席保羅·澤考斯1974年在美國首次提出“信息素養（Information Literacy）”這一概念，其本質是全球信息化需要人們具備的一種基本能力，包括：文化素養、信息意識和信息技能三個層面[7]。《信息素養全美論壇的終結報告》[7]中，再次對信息素養的概念進行了詳盡表述：“一個有信息素養的人，他能夠認識到精確和完整的信息是做出合理決策的基礎;能夠確定信息需求，形成基于信息需求的問題，確定潛在的信息源，制定成功的檢索方案，以包括基于計算機的和其他的信息源獲取信息、評價信息、組織信息用于實際的應用，將新信息與原有的知識體系進行融合以及在批判思考和問題解決的過程中使用信息。”

信息素養包括關于信息和信息技術的基本知識和基本技能，運用信息技術進行學習、合作、交流和解決問題的能力，以及信息的意識和社會倫理道德問題。信息素養的四個要素共同構成一個不可分割的統一整體，其中信息意識是先導、信息知識是基礎、信息能力是核心、信息道德是保證[7-8]。

信息素養需要得到信息技術的支撐。信息技術強調對技術的理解、認識和使用，信息素養的重點是內容的傳播、分析，涉及更寬的方面。它是一種了解、搜集、評估和利用信息的知識結構，既需要通過熟練的信息技術，也需要通過完善的調查方法、通過鑒別和推理來完成。

傳統的電子信息類人才培養方案往往注重傳授信息技術，對于信息素養的培養不足。“人工智能+X”新時代的到來，賦予信息素養更加豐富的內涵。在電子信息類復合型人才的培養中，不僅要探索信息技術類課程整合優化的思路與方法，還必須將信息素養嵌入人才培養的全過程：

1.更加注重大信息特色優勢下多學科交叉（Multidiscipline）培養。

2.更加注重學生視野（Eye-shot）的提升。

3.更加注重學生個性化（Diversity）的培養。

4.更加注重學生的創新能力（Innovation）的培養。

5.更加注重學生適應能力（Adaptivity）的培養。

三、傳統電子信息類人才培養體系存在的問題

人工智能技術的飛速發展與廣泛應用，使得身處時代變革大潮中的學生們在學習觀念、習慣、方法、行為方式等方面均發生了重大變革。在學生發展個性化、社會發展智能化的今天，推進學生學習人工智能技術、形成人工智能學科的話語體系和思維方式非常緊迫。相應地，高等教育理念、教學方法、教學模式、評價體系、管理體制等都需要順應人工智能時代而變遷。然而，傳統的電子信息類人才培養體系存在以下四個方面的問題：

1.傳統的培養方案和課程體系側重傳授電子信息系統專業理論知識，強調單一的學科專業對口教育，造成學生綜合素質不高、知識能力結構不完善、專業知識儲備的厚度和廣度存在明顯不足，學生工程實踐能力和跨文化交流能力不足，缺乏國際競爭力。在傳統的課程體系中，理論教學體系和實踐教學體系聯系不夠緊密，從而造成學生工程實踐能力欠缺、學生的創新意識和創新能力不足。傳統的課程教學體系中還欠缺對學生國際化視野的培養，學生的英語實用能力和跨文化交流能力欠缺，造成學生的國際競爭力不強。

2.傳統本—碩—博課程體系設置過于獨立而不貫通，本科課程結構單一且知識面比較窄，導致學生后續發展能力不足;而本—碩—博課程選課平臺互相獨立，無交叉融合，導致本科階段學習只重基礎而輕深度，不利于科研型創新拔尖人才培養。

3.傳統的教學是以教師為中心，以教材為內容，突出的是教師的作用，學生主體作用不明確。因此，在教學方法的運用上，大多采用教師講授為主，輔之以練習、復習的方法，學生學習積極性低下，學習的主動性和創造性得不到發揮，嚴重影響了教學效果。隨著社會的發展，學生主體意識的覺醒，這些重教法輕學法的現象就顯得不能適應新時代的要求，要培養學生學習的主動性首先要建立以學生為主體的全新課堂教學格局。

4.傳統的以知識傳授為特點的教學關系，培養出的學生缺乏動手能力和創新意識，難以適應“互聯網+”時代的國際競爭。

四、人工智能時代電子信息類復合型人才培養新模式的構建與探索

在江蘇省高等教育教改立項研究課題、江蘇高校品牌專業建設工程、南京郵電大學教學改革研究項目的資助下，我們對“雙一流”建設背景下面向“人工智能+X”的電子信息類復合型人才培養模式進行了探索與實踐。

1.課程體系的先進性直接影響人才培養的質量，探索國際化人才培養模式、構建與國際接軌的課程體系是推進國際化電子信息類人才培養的有效手段。我們深入研究《高等學校人工智能創新行動計劃》的要求和國際工程教育專業認證標準，整合課程結構，理順課程關系、優化教學內容，形成融合“人工智能”特點的“大信息”泛專業課程體系。依托南京郵電大學“雙一流”學科建設，以OBE工程教育的標準要求為綱，將學校“大信息”的理念融入電子信息工程專業課程體系的建設，具體措施包括：在課程設置中強調專業知識的關聯性，結合“大信息”寬泛專業的教學理念，對專業基礎課進行了重組，打破了專業基礎課之間的課程壁壘整合課程結構，理順課程關系、優化教學內容，形成“大信息”的泛專業課程教學，突出“課程群”的培養方案;同時，全力打造具有“人工智能”特色的專業課程體系，一方面將電子信息類專業傳統專業課（如《數字圖像處理與圖像通信》《語音信號與數字音頻》《通信信號處理》《安全通論》等）與人工智能進行交叉和延展，課程內容和案例分析中突出人工智能技術在相關領域的應用與實現;另一方面增設“人工智能”方向專業課，如：《模式識別基礎》《智能計算》《機器學習與大數據處理》《web數據挖掘》《云計算工程》《Python語言編程與工程實踐》等，在教學過程中加強與知名IT企業合作，積極引入優質的人工智能領域資源，使用云平臺進行教學，學以致用，收到很好的效果。在學科交叉融合的基礎上，使培養的專業人才知識儲備更深厚、知識構成更全面。

將專業課程分為植入課程、保留課程和伴生課程三類，其中植入課程實現雙語/全英文教學和國際接軌，保留課程體現分層次模塊化，伴生課程打通科研轉化課程教學;打造具有“人工智能”特色的專業課程體系，一方面將電子信息類專業傳統專業課（如數字圖像處理與圖像通信、語音信號與數字音頻、通信信號處理等）與人工智能進行交叉和延展，另一方面增設“人工智能”方向專業課，如：智能計算、機器學習與大數據處理、web數據挖掘、云計算工程、Python語言編程與工程實踐等。

2.研究信息全球化和教育國際化對教師教學的新需求，通過調整師資結構、提升教師綜合能力，打造兼具信息素養、工程素養和國際交流能力的師資隊伍。針對原有師資結構不合理、雙語教學能力薄弱的問題，結合當今信息全球化的新需求，我們從兩個角度進行師資隊伍的建設：一方面“調結構”，即優化學歷結構、改善學緣結構、提升海外學歷教師;另一方面“提能力”，即培養良好的信息素養、增強教師隊伍的工程素養、提高跨文化素養。“引”“育”并舉，綜合優化師資隊伍。

3.“翻轉課堂+慕課”相結合，全面打造多元化創新型教學模式，解決傳統課堂“以教為中心”的教學模式下學生學習主動性不足的問題。傳統的教學是以教師為中心，突出的是教師的作用，學生主體作用不明確。為打破傳統課堂“以教為中心”的教學模式，我們將國內外優質教學資源進行本地化加工后，融入在線課程和翻轉課堂教學全過程，打造了包括數字信號處理、信號與系統、信息論基礎、語音信號與數字音頻等在內的一系列在線開放課程，為翻轉課堂提供高效的網絡學習平臺、學習工具與優質學習資源。通過這種多元化創新型的教學模式的實施，實現校內校外結合、線上線下結合，有效地將傳統的“以教為中心”的教學模式，轉變為“以學為中心”的教學模式，全面地培養學生的自主學習能力和思辨能力。

4.面對高等教育國際化需求，突出傳統行業和專業特色優勢，構建學校社會協同育人，行業企業深度參與的工程素養培養和訓練大平臺。傳統的以知識傳授為特點的教學關系，培養出的學生缺乏動手能力和創新意識，難以適應人工智能時代的國際競爭。南京郵電大學電子信息工程專業以“國家級—省級—校級”實驗教學平臺為核心，深入整合和優化校內外各類資源，強化與國際500強IT企業深度合作，以實體實驗平臺和工程訓練環境為基礎，以依托現代信息通信技術構建的虛擬仿真工程訓練環境為補充，虛實結合，構建完善的校內外一體工程訓練環境和創新創業培育苗圃，為培養學生實踐創新能力提供有力支撐。

五、結束語

本文緊抓人工智能時代信息素養內涵，從專業課程體系重構、師資隊伍建設、教學模式改革、工程素養培養等四個方面出發，對“人工智能+X”電子信息類復合型人才培養模式體系進行了探索與研究。新模式注重多學科的交叉、學生視野的提升、學生個性化、創新能力、適應能力的培養，體現了高校人工智能發展“創新、人才、應用”的內涵。后續研究還需緊抓時代發展契機，以本為本，進一步促進人工智能與人才培養的深度融合。

參考文獻

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[2]李歡冬，樊磊.“可能”與“不可能”：當前人工智能技術教育價值的再探討—《高等學校人工智能創新行動計劃》解讀之一[J].遠程教育雜志，2018，36（5）：38-44.

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