面向應(yīng)用型高校的人工智能算法教學(xué)研究

尚翠娟 董再秀 溫衛(wèi)敏

摘要：隨著人工智能技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用和興起，人工智能的應(yīng)用型人才存在較大缺口，應(yīng)用型高校需要加大人工智能人才的培養(yǎng)。從教學(xué)目標(biāo)、理論內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等方面，探討了應(yīng)用型高校《人工智能算法》課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，致力于培養(yǎng)學(xué)生使用人工智能算法解決問(wèn)題、進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)的能力。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型;人工智能;算法;教學(xué)設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

中圖分類號(hào)：TP301? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）27-0198-03

Abstract：With the application and rise of artificial intelligence technology in various industries， there is a large shortage of application-oriented talents in artificial intelligence industry in China. Application-oriented universities should increase the cultivation of artificial intelligence talents. For application-oriented universities， this paper discusses the teaching design of the course "Artificial Intelligence Algorithms" in terms of teaching objectives， theoretical content and experimental projects， aiming to cultivate students' ability to use artificial intelligence algorithms to solve problems and carry out application development.

Key words： application-oriented; artificial intelligence; algorithm; teaching design; experimental projects

1 引言

近年來(lái)，人工智能技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了智能制造、智能物流、智能農(nóng)業(yè)、智慧旅游、智能醫(yī)療、智慧城市等各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國(guó)國(guó)家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心發(fā)布的《人工智能與制造業(yè)融合發(fā)展白皮書(shū)2020》指出，中國(guó)人工智能人才缺口高達(dá)30萬(wàn)人。

人工智能是一個(gè)非常典型的交叉學(xué)科，涉及諸多領(lǐng)域的知識(shí)內(nèi)容，想要真正躋身于人工智能專家領(lǐng)域，需要具備數(shù)學(xué)、算法、哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)、神經(jīng)學(xué)和語(yǔ)言學(xué)等體系的知識(shí)儲(chǔ)備[1] 。學(xué)習(xí)人工智能需要具備的核心基礎(chǔ)知識(shí)，包括數(shù)學(xué)、算法、編程語(yǔ)言三個(gè)方面的內(nèi)容[2-4]。如果深入到硬件的話，一些電氣類基礎(chǔ)課也必不可少。因此，一般而言，人工智能教育多放在研究生階段。但是，人工智能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)已無(wú)法滿足現(xiàn)階段人工智能產(chǎn)業(yè)的巨大需求。

習(xí)近平總書(shū)記指出，社會(huì)需要的人才是金字塔形的，高校不僅要培養(yǎng)研究型人才，也要樹(shù)立應(yīng)用型辦學(xué)理念，培養(yǎng)青年一代適應(yīng)社會(huì)需要的技能。因此，在當(dāng)前人工智能產(chǎn)業(yè)人才缺乏的情況下，應(yīng)用型高校也應(yīng)在自身?xiàng)l件允許的情況下加大人工智能人才的培養(yǎng)。

為了有效地培養(yǎng)人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用型人才，本文將探討面向應(yīng)用型高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的《人工智能算法》課程教學(xué)設(shè)計(jì)，從應(yīng)用層面出發(fā)，制定合適的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐項(xiàng)目。

2 應(yīng)用型高校人工智能課程存在的困難

應(yīng)用型高校開(kāi)設(shè)人工智能課程存在的主要困難是，缺乏適合本校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的人工智能課程教學(xué)設(shè)計(jì)。目前人工智能人才的培養(yǎng)多集中在研究生階段或單獨(dú)開(kāi)設(shè)的人工智能專業(yè)，其課程會(huì)較為全面地覆蓋人工智能技術(shù)體系，如圖1所示。然而這些人工智能課程的教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握人工智能技術(shù)復(fù)雜的原理證明、具體的算法實(shí)現(xiàn)以及實(shí)際問(wèn)題的求解，對(duì)學(xué)生有極高的要求，并不適合應(yīng)用型高校的計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科生。考慮到計(jì)算機(jī)類專業(yè)本科生已具備基本的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和較好的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，那么如何從應(yīng)用層面上開(kāi)展人工智能課程將是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。因此，本文提出了面向應(yīng)用型高校的人工智能算法課程設(shè)計(jì)，在教學(xué)上不涉及復(fù)雜的原理證明和實(shí)現(xiàn)，要求學(xué)生從理論和技術(shù)層面了解人工智能技術(shù)，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3 面向應(yīng)用型高校的人工智能算法教學(xué)設(shè)計(jì)

人工智能算法課程可作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)的選修課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的人工智能思維及人工智能算法應(yīng)用能力。課程的先導(dǎo)課為高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課，以及任何一種編程語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)課。課程在介紹人工智能發(fā)展歷史、應(yīng)用現(xiàn)狀、基本概念的基礎(chǔ)上，著重講解典型的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和深度學(xué)習(xí)算法的邏輯意義和使用方法，并進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練提高學(xué)生應(yīng)用人工智能算法解決問(wèn)題的能力。

3.1 教學(xué)目標(biāo)

人工智能算法課程旨在培養(yǎng)學(xué)生使用人工智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、整理、分析的基本能力，讓其能夠整理不同類型的數(shù)據(jù)，挑選適合的算法分析、提取數(shù)據(jù)特征，構(gòu)建有效的數(shù)據(jù)處理模型，為學(xué)生解決人工智能產(chǎn)業(yè)中實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力提供支撐。人工智能算法的本質(zhì)為，從大量數(shù)據(jù)中找到數(shù)據(jù)背后隱含的規(guī)律。各類人工智能算法可視為數(shù)據(jù)分析的工具，工具的使用需要平臺(tái)的支持及對(duì)工具的了解。因此本課程的具體教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

3.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

人工智能算法課程共分五部分，課程內(nèi)容及課時(shí)安排如表2所示。

第一部分人工智能概述，包含人工智能的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，人工智能算法在各行業(yè)中的典型應(yīng)用，人工智能的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)。