科教融合和產(chǎn)教協(xié)同促進(jìn)人工智能創(chuàng)新人才培養(yǎng)

吳飛 吳超 朱強(qiáng)

摘 要：從人工智能教學(xué)知識點(diǎn)演變和人工智能學(xué)科交叉角度介紹了科教融合和產(chǎn)教協(xié)同進(jìn)行人工智能創(chuàng)新人才培養(yǎng)的思路，同時介紹了新一代人工智能系列教材以及新一代人工智能科教平臺的體系架構(gòu)和AI+X微專業(yè)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)課程體系;科教融合;人工智能;人才培養(yǎng)

一、計(jì)算機(jī)課程體系中人工智能知識點(diǎn)演變

為了規(guī)范計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)，美國計(jì)算機(jī)學(xué)會（ACM）于1968年和1978年發(fā)布了計(jì)算機(jī)科學(xué)（Computer Science）課程體系Curriculum 68和Curriculum 78。1985年，ACM和IEEE CS（美國電子與電氣工程師協(xié)會計(jì)算機(jī)學(xué)會）針對計(jì)算機(jī)科學(xué)課程體系成立了一個工作組（task force），共同來制訂計(jì)算機(jī)科學(xué)的課程體系。這個工作組幾乎每隔10年發(fā)布一個新的計(jì)算機(jī)課程體系，目前已經(jīng)發(fā)布了Computing Curricula 1991，Computing Curricula 2001，Computer Science Curriculum 2013等內(nèi)容。

在1968年發(fā)布的計(jì)算機(jī)課程體系中，人工智能與啟發(fā)式規(guī)劃（AI， heuristic programming）這一知識點(diǎn)首次出現(xiàn)，隨后人工智能以人工智能與機(jī)器人（Artificial Intelligence and Robotics）和智能系統(tǒng)（ Intelligent Systems， IS）作為計(jì)算機(jī)專業(yè)課程體系中主要的知識點(diǎn)。表1給出了2001年和2013年計(jì)算機(jī)課程體系中人工智能知識點(diǎn)的變化。

從表1可以看出，在Computing Curricula 2001中，人工智能知識點(diǎn)被分為13個分支，分別為智能系統(tǒng)基礎(chǔ)、搜索與優(yōu)化、知識表達(dá)和推理、學(xué)習(xí)、智能體、計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、模式識別、先進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人、知識系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法。由此，人工智能基本上已經(jīng)形成了自己的知識體系和課程體系，已經(jīng)在核心理論和應(yīng)用理論上完成了整體架構(gòu)的搭建和設(shè)計(jì)。在Computing Curricula 2013中，人工智能知識點(diǎn)被分為12個分支，分別包括智能基本問題、搜索策略基礎(chǔ)、知識表示和推理基礎(chǔ)、機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、高級搜索、高級知識表達(dá)和推理、不確定下推理、智能體、自然語言處理、高級機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器人、感知與機(jī)器視覺。

對1968年以來計(jì)算機(jī)課程體系中人工智能知識點(diǎn)內(nèi)容分析表明，人工智能知識點(diǎn)的構(gòu)成范疇走過了從強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計(jì)（programming）到算法研究（model）以及功能實(shí)現(xiàn)（function）的不同歷史階段。在這個過程中，人工智能知識點(diǎn)逐漸變得明晰，2013年發(fā)布的計(jì)算機(jī)課程體系明確指出人工智能是一門研究難以通過傳統(tǒng)方法去解決實(shí)際問題的學(xué)問之道。為此，需要研究感知（如語音識別、自然語言理解、計(jì)算機(jī)視覺）、問題求解（如搜索和規(guī)劃）、行動（如機(jī)器人）以及支持任務(wù)完成的體系架構(gòu)（如智能體和多智能體）。

二、多層次人工智能人才培養(yǎng)載體

人工智能經(jīng)過60多年的演進(jìn)，正呈現(xiàn)深度學(xué)習(xí)、跨界融合、人機(jī)協(xié)同、群智開放、自主操控等新特征，人工智能具有輻射效應(yīng)、放大效應(yīng)和溢出效應(yīng)，正在引發(fā)鏈?zhǔn)酵黄疲铀傩乱惠喛萍几锩彤a(chǎn)業(yè)變革進(jìn)程，成為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動力。人工智能具有增強(qiáng)任何領(lǐng)域的技術(shù)的潛力，是類似于內(nèi)燃機(jī)或電力的一種“使能”技術(shù)，人工智能這一使能技術(shù)的下一步突破將來自多學(xué)科交叉內(nèi)稟，形成創(chuàng)新之源、創(chuàng)新之力、賦能社會。

當(dāng)前，浙江大學(xué)、武漢大學(xué)和華中科技大學(xué)相繼獲批人工智能交叉學(xué)科（納入一級學(xué)科管理），345所高校獲批設(shè)置人工智能本科專業(yè)、190所高校獲批智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)、171所高職院校（專科）獲批“人工智能技術(shù)服務(wù)”專業(yè)，我國已經(jīng)形成了人工智能從本科生到研究生的較為完整的人才培養(yǎng)體系（見表2）。

人工智能不單純是一門課程、一項(xiàng)技術(shù)、一種產(chǎn)品或一個應(yīng)用，而是理論博大深厚、技術(shù)生機(jī)勃勃、產(chǎn)品落地牽引、應(yīng)用賦能社會的綜合生態(tài)系統(tǒng)。在這樣一個良好生態(tài)系統(tǒng)中，學(xué)科、專業(yè)、課程、教材和實(shí)訓(xùn)平臺是人才培養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的有機(jī)元素（見表3）。

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，是影響學(xué)生發(fā)展最直接的中介和變量，課程質(zhì)量直接決定著人才的培養(yǎng)質(zhì)量。教育部于2020年11月公示了首批國家級一流本科課程名單，認(rèn)定5118門課程為首批國家級一流本科課程（含1559門在促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，特別是在應(yīng)對新冠肺炎疫情期間實(shí)施的大規(guī)模在線教學(xué)中做出了重要貢獻(xiàn)的原2017年、2018年國家精品在線開放課程和國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目）。其中，線上一流課程1875門，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程728門，線下一流課程1463門，線上線下混合式一流課程868門，社會實(shí)踐一流課程184門。在這些課程中，有一批人工智能一流本科課程，如“人工智能：模型與算法”（浙江大學(xué)吳飛）、“人工智能原理”（同濟(jì)大學(xué)苗奪謙）、“人工智能導(dǎo)論”（浙江工業(yè)大學(xué)王萬良）、“人工智能實(shí)踐：Tensorflow筆記”（北京大學(xué)曹健）、“人工智能與信息社會”（北京大學(xué)陳斌）、“大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)”（清華大學(xué)袁春）、“無人駕駛車人工智能與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)”（北京科技大學(xué)覃京燕）、“人工智能思想與方法”（北京語言大學(xué)于東）、“網(wǎng)絡(luò)與人工智能法”（南京航空航天大學(xué)王建文）、“人工智能基礎(chǔ)”（山東交通學(xué)院）。

教材是國家事權(quán)，體現(xiàn)了教育思想、理念和內(nèi)容，也是教師教和學(xué)生學(xué)的依據(jù)。2018年3月，高等教育出版社聯(lián)合國家新一代人工智能戰(zhàn)略咨詢委員會在北京組織成立了“新一代人工智能系列教材”編委會，由潘云鶴院士擔(dān)任編委會主任。“新一代人工智能系列教材”包含人工智能基礎(chǔ)理論、算法模型、技術(shù)系統(tǒng)、硬件芯片和倫理安全以及“智能+”學(xué)科交叉等方面內(nèi)容以及實(shí)踐系列教材。新一代人工智能系列教材由來自浙江大學(xué)、北京大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、南開大學(xué)、桂林電子科技大學(xué)、南京理工大學(xué)、四川大學(xué)、北京理工大學(xué)、微軟亞洲研究院等高校和研究機(jī)構(gòu)研究人員參與編寫。目前《人工智能導(dǎo)論：模型與算法》《可視化導(dǎo)論》《智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)》三本教材已經(jīng)出版，且均在“愛課程（中國大學(xué)MOOC）”發(fā)布了在線課程，選修人員超過20萬。其中已經(jīng)出版教材所對應(yīng)的在線課程“人工智能導(dǎo)論：模型與算法”和“設(shè)計(jì)思維與創(chuàng)新設(shè)計(jì)”入選首批國家級一流本科課程（線上課程）。《自然語言處理》《人臉圖像合成與識別》《模式識別》《金融智能理論與實(shí)踐》《人工智能與數(shù)字經(jīng)濟(jì)》和《物聯(lián)網(wǎng)安全》將于近期出版。《自主智能運(yùn)動系統(tǒng)》《人工智能芯片與系統(tǒng)》《神經(jīng)認(rèn)知學(xué)》《人工智能倫理》《人工智能倫理與安全》《媒體計(jì)算》《人工智能邏輯》《生物信息智能分析與處理》《數(shù)字生態(tài)：人工智能與區(qū)塊鏈》《人工智能內(nèi)生安全》《數(shù)據(jù)科學(xué)前沿技術(shù)導(dǎo)論》《深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)》《計(jì)算機(jī)視覺》等相關(guān)教材也將在其后陸續(xù)出版。

三、新一代人工智能科教平臺

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)教育正從“知識本位教育”（Knowledge Based Education）轉(zhuǎn)向“能力本位教育”（Competency Based Education），從而實(shí)現(xiàn)知和行的統(tǒng)一。

浙江大學(xué)于2019年設(shè)立圖靈班，與全國35所高校一起開始招收第一批人工智能本科專業(yè)學(xué)生。在學(xué)生培養(yǎng)過程中，樹立“厚基礎(chǔ)、促交叉、重實(shí)踐”的教學(xué)理念，即要求學(xué)生系統(tǒng)了解人工智能的基本概念和基礎(chǔ)算法，掌握人工智能脈絡(luò)體系，體會具能、使能和賦能的手段，從算法層面對人工智能技術(shù)“知其意，悟其理，守其則，踐其行”[1]。為了加強(qiáng)學(xué)生培養(yǎng)，浙江大學(xué)發(fā)布了“智海——新一代人工智能科教平臺”，寓意為“有智之能，方可驅(qū)動時代變革;有海之容，便可賦能萬物更新”。

“智海”匯聚了前沿技術(shù)和產(chǎn)業(yè)資源，聯(lián)動政校企力量，搭建開源、開放、互通的新一代人工智能生態(tài)體系，深度聚焦人工智能人才培養(yǎng)、學(xué)科交叉和人工智能生態(tài)建設(shè)，推動人工智能交叉學(xué)科范式變革、賦能場景應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)這樣的教學(xué)理念，智海平臺將創(chuàng)新技術(shù)需求和教學(xué)實(shí)踐場景緊密結(jié)合，在Mindspore、ModelArts和飛漿等人工智能編程框架的支持下，鼓勵學(xué)生研發(fā)基于國產(chǎn)人工智能軟硬件體系的人工智能算子庫和應(yīng)用場景模型，架構(gòu)支持跨學(xué)校、跨學(xué)科的人工智能科教創(chuàng)新社區(qū)，開源開放案例、算法、模型、數(shù)據(jù)和應(yīng)用場景等，通過AI+X行業(yè)應(yīng)用、人工智能微專業(yè)和人工智能微認(rèn)證等模式，創(chuàng)新產(chǎn)教融合、科研育人的人才培養(yǎng)模式，匯聚高校和企業(yè)力量，在科教融合和創(chuàng)新人才培養(yǎng)等國家重大戰(zhàn)略背景下，推動人才鏈、科研鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈的高層次融合，為構(gòu)筑人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢培養(yǎng)戰(zhàn)略資源（見圖1）。

為了促進(jìn)學(xué)科交叉融合，探索科教融合、產(chǎn)教協(xié)同的人工智能一流人才培養(yǎng)模式，浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)于2021年聯(lián)合推出了“AI+X”微專業(yè)（見圖2）。“AI+X”微專業(yè)已于4月9日向浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)的300名學(xué)生開放。通過共建共選、學(xué)分互認(rèn)、證書共簽和SPOC授課形式運(yùn)行“AI+X”微專業(yè)，這一模式創(chuàng)新了面向長三角高等教育深度合作形式，保證了微專業(yè)課程的高質(zhì)量與高水平，促進(jìn)教育鏈、人才鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈的有效銜接，為構(gòu)筑人工智能發(fā)展先發(fā)優(yōu)勢培養(yǎng)戰(zhàn)略資源力量。

我們相信，在契合人工智能教育特性的具備教學(xué)、試驗(yàn)和評測等功能的新型教育平臺的輔助下，科教融合這一形式的教學(xué)方法將促進(jìn)以人才培育、科技創(chuàng)新為使命的人才培養(yǎng)，育人、研究和產(chǎn)教協(xié)同的科教融合培養(yǎng)平臺，將推進(jìn)大跨度的學(xué)科交叉融合，大范圍的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)、學(xué)校與企業(yè)融合。

四、結(jié)論

2020年的6月16日，潘云鶴院士與其他人工智能領(lǐng)域的年輕學(xué)者，在《自然》子刊《機(jī)器智能》上發(fā)布了《中國邁向新一代人工智能》的文章，全景式掃描了中國新一代人工智能的形成過程和發(fā)展現(xiàn)狀[2]。同時指出，中國今后新一代人工智能發(fā)展將面臨如下挑戰(zhàn)：大力培養(yǎng)人工智能本土一流人才;加強(qiáng)學(xué)科交叉下的人工智能理論突破;規(guī)范人工智能倫理道德;全面構(gòu)建中國人工智能發(fā)展生態(tài)。

致天下之治者在人才，成天下之才者在教化。我們相信在這樣一個偉大的歷史時刻，高等學(xué)校即將肩負(fù)起人工智能人才培養(yǎng)的偉大歷史使命，與政府、企業(yè)和相關(guān)聯(lián)盟一起，人工智能教育先行，產(chǎn)學(xué)協(xié)作，引領(lǐng)創(chuàng)新。人工智能是使能技術(shù)，具有一種溢出帶動性很強(qiáng)的頭雁效應(yīng)，一定能賦能社會。

人工智能不單是學(xué)校教育，而是內(nèi)涵豐富的科教融合和產(chǎn)教協(xié)同，每一個大膽嘗試的“X”都是匯聚前沿技術(shù)和產(chǎn)業(yè)資源，聯(lián)動政校企力量，推動人工智能人才培養(yǎng)、學(xué)科交叉和人工智能生態(tài)（AI ecosystem）建設(shè)，實(shí)現(xiàn)交叉學(xué)科范式變革、賦能場景應(yīng)用。在這個生態(tài)系統(tǒng)中，每個參與融合的元素都會郁郁蔥蔥、乘勢

而長。

“凡貴通者，貴其能用之也”，1955年人工智能登上歷史舞臺的初心非常簡單，人工智能每一次成績的取得必將推動社會的巨大進(jìn)步，人工智能最終必將為人類社會帶來輝煌的巨變。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳飛，楊洋，何欽銘.人工智能本科專業(yè)課程設(shè)置思考：厘清內(nèi)涵、促進(jìn)交叉、賦能應(yīng)用[J].中國大學(xué)教學(xué)，2019（2）：14-19.

[2]WU F， LU C， ZHU M， et al. Towards a new generation of artificial intelligence in China[J]. Nature Machine Intelligence， 2020， 2（6）：312-316.

[責(zé)任編輯：余大品]