人工智能專業建設與人才培養模式研究
——以河南科技學院為例

馬玉琨，石放，趙明富

（河南科技學院，河南 新鄉 453003）

一、人工智能專業建設的重要性

（一）國家需求的緊迫性

人工智能是基于計算機科學的跨學科的新技術科學，是計算機、心理學、哲學和其他學科的交叉融合。這門學科試圖通過了解智能的本質，制造能夠以類似人類智能的方式做出反應的新的智能機器。人工智能的研究方向包括圖像識別、語言識別、自然語言處理、機器人學和專家系統等［1］。

我國人工智能領域受到了政府的高度重視，正在迅速發展。在2017年宣布的全球新興人工智能項目中，我國項目占51%，超過了美國。2020年，我國人工智能產業規模達到3031 億元，年增長15%，引發了人工智能領域的人才短缺。

世界上有360 多所大學設有人工智能方面的研究機構。美國有近170 個，而我國只有30 多個［2］。可見，高校缺乏培養實踐能力強的應用型人才的能力。

進入新時代后，人工智能滲透各行業并與之形成合力將是未來的發展趨勢，任何行業中都需要能夠動手實現并用好人工智能的人才，各個領域也都需要具有深厚素養的人工智能專業人才，于是便產生了人工智能專業教育的特殊需求。

（二）人才培養的必要性

本科人才培養目標具有一定的指導價值、標識價值和激勵價值，各大高校應按照國家指導意見，細化本科專業的人才培養目標［3］。比如軟件工程本科專業主要培養軟件開發類人才；物聯網工程本科專業主要培養能夠在信息部門、相關應用領域和企業單位從事物聯網系統的規劃、分析、設計、實施、管理和維護的人才；人工智能專業人才的培養須滿足信息技術和經濟社會的發展需要，畢業生應具備人工智能的基本知識、理論以及專業技能，能在各行各業發揮重要作用。

二、人工智能專業建設現狀分析

2017年5月，中國科學院大學成立人工智能學院。同年11月，西安電子科技大學人工智能學院正式成立。2018年6月，河南科技學院在河南省建立了第一所人工智能學院。

2019年，35 所大學設立了第一批人工智能專業，2020年和2021年分別有180 所和130 所大學增加了人工智能專業［4］。目前，已有345 所大學開始培養人工智能專業人才，其中“雙一流”大學83 所，地方大學262 所。

北京航空航天大學人工智能專業的中心課程有兩大特點。第一，數學比率很高。相關課程包括概率、線性代數、數學分析、優化方法和智能計算中的數學；第二，知識面廣。在必修課程的基礎上，規劃了幾個參考課程模塊，如高數據智能和智能交互。

南京大學人工智能學院的課程設置與普通計算機專業有很大差異。除了為學生組織強大的基礎數學課程以奠定堅實的基礎外，還收集了人工智能專業涉及的所有知識方面，并建立了相對全面的教育課程體系［5］。

西安交通大學的人工智能課程是根據課程組創建的，包括通識教育、數學與統計、科學與工程、人工智能等十一組課程。2018年，西安交通大學開始選拔首批學生，正式成立“人工智能高級人才培養實驗班”。實驗班的重點是綜合培養人工智能的綜合基礎知識，軟硬件兼顧。

由此可見，各高校人工智能專業在招生方面總體規模不大，在課程體系上多偏重于數學，但尚未形成一套最基礎的統一的培養體系，教材上也沒有統一標準。由于人工智能專業具有顯著的學科交叉性，各高校在建設課程體系時會根據校內優勢專業進行規劃。為正確合理地建設人工智能專業，高校需要考慮走帶有自身特色的道路，根據學校情況衡量培養研究型人才和應用型人才的比重，結合學校特色、優勢合理建設專業選修課程，結合學科特點、要求和專業設置的目的深入研究該專業的培養目標、課程設置、人才培養規格等問題［6］。

三、河南科技學院人工智能專業的建設路徑

如何建設人工智能專業，是獲批該專業的大學面臨的一個重要問題。鑒于該專業是新設立的專業，本研究從人工智能專業的重要性和實際問題出發，側重于培養目標、培養方案、課程設置的探索實踐。

（一）科學設定專業培養目標

本專業立足河南、面向全國，培養具有運用人工智能基本模型、原理與方法進行技術解決方案設計、優化、實施的能力，能在各領域從事人工智能技術研究、產品開發、系統集成、工程實施與管理等工作，具有創新意識、理論基礎扎實且擁有較強實踐能力的高級人才。

本專業學生畢業五年左右，經過自身學習和行業鍛煉，達到下列具體目標：

目標1：堅守職業道德、肩負社會責任，能夠全面考慮法律、環境等各方因素的影響，把公眾利益放在工程實踐的第一位。

目標2：能夠適應現代人工智能技術的發展，整合數學工程和人工智能的基礎知識，理解與人工智能專業方向相關的標準、規范、規章制度，獲得更好的工程實踐培訓，為復雜工程項目提供系統解決方案。

目標3：能夠在工程實踐中將人工智能與計算機技術和信息處理技術有機結合，運用現代工具設計、開發和生產人工智能產品，具有科學研究能力、科技開發能力、組織決策和管理能力，兼備創新意識和能力。

目標4：具有全球化意識和國際視野，擁有更新知識的能力，適應全球環境和形勢的波動，提高個人能力。

（二）合理設置學生畢業要求

河南科技學院人工智能專業畢業要求按照工程教育專業認證的12 條通用標準制定，強調學生應樹立和踐行社會主義核心價值觀，落實學生全面發展的培養目標，將學生體質健康達標的標準體現在畢業要求中。

（三）科學構建課程體系

作為專業性明顯的專業，如何讓學生既充分了解專業基礎知識，又擁有滿足時代需求的應用技術，是人工智能專業需要解決的問題。課程設置不能太寬泛，太寬泛容易類似于專門的計算機科學課程，又不宜太專，太專則不易與學位課程做出區分。課程設置也應與其他的計算機科學專業有所區別。

人工智能專業課程體系結構包括通識教育課程、學科基礎課程、專業教育課程和實踐教學課程四大模塊。各部分的學時及學分比例見表1。

表1 課程體系結構及學時學分和比例

通識教育課程分為必修和選修課程，主要分為自然科學類、思想政治類、傳統文化類、國防教育類、藝術審美類、身心健康類、創新創業與就業指導類、人文社科類、語言與工具類等模塊，主要包括思想道德與法治等思政課程、大學英語、創新創業基礎、大學體育和心理健康教育等課程。

學科基礎類課程中公共基礎課程包括高等數學、線性代數、概率與統計應用、大學物理、離散數學等學科類課程，為學生建立數學與專業間的橋梁。專業基礎課程包含電子技術基礎、人工智能導論、C++程序設計、python 程序設計、算法設計與分析和文獻檢索與科技寫作等課程，使學生對人工智能專業有初步的認識，掌握必要的編程語言及文獻檢索能力，為其以后學習專業核心課程打下基礎。

專業教育課程中，一方面設置專業核心課程，如數據結構、數據挖掘、機器學習、深度學習、機器視覺、模式識別等；另一方面在專業選修課程設置各種學科交叉課程，如計算機仿真、云計算技術與大數據項目開發、智慧農業等課程，使整體課程具有橫向拓展的渠道。

實踐教學課程包括獨立的專業實踐課程和課外創新與創業實踐（第二課堂）。專業實踐課程包括軍事訓練、認知實習、程序設計綜合實習、數據結構綜合課程設計、項目綜合實習、生產實習、畢業設計和第二課堂等。課外創新創業實踐包括社會實踐、學科競賽、文體活動、科技創新、創業實踐及職業技能考試等活動，學生取得一定成績并經學校組織認定后可獲得相應學分，目的是增強學生的實踐和動手能力。

（四）河南科技學院的實踐探索

人工智能學院探索“理論學習+學術交流+項目研究”的教學模式，將理論與實際緊密聯系起來，通過組織各種實習課程、第二課堂活動，引入本科生導師制，成立課外興趣小組等方式，讓每個學生都能參與到具體的項目之中，以促成學生對理論知識的吸收和轉化。這些措施有助于學生提前融入角色，為將來步入社會走向工作崗位奠定基礎。模式的實行得到了學生的強烈支持和熱烈反饋，在教學工作中已初見成效。具體而言，一是要堅持學習人工智能的基本理論和相關學科知識，二是要求學生了解人工智能領域的最新進展和學術動態，鼓勵他們積極參加學院組織的各種學術交流活動，以此激發他們的學習興趣，三是要求學生參加班級或者自發組織的項目開發小組、學習興趣小組等。在具體措施上，又包括以下幾個方面：

1.設立實習基地

人工智能學院開設多門必修實習課程，通過形式多樣的課外創新創業實踐，將理論知識和工程應用聯系起來。學院依托與慧科集團、中電科22 所、華為（新鄉）云計算中心、商湯科技、科大訊飛、深圳元創興、北京博創尚和、河南云和數據、北京達內等公司建立的10 余個校外教學實習實訓基地，為開展實踐教學提供了保障，通過校企合作，實現產教融合，將課堂教學落實到提高學生的事件創新能力上來。

2.開設第二課堂

第二課堂包括大學生創新創業項目、教師科研項目、學科競賽及社會實踐等活動。學院擁有鄭洛新國家自主創新示范區特種機器人重點實驗室、國家863計劃機器人主題產業化基地河南分中心、智能農業機器人技術河南省工程研究中心、農業機器人應用新鄉市重點實驗室等科研和實訓平臺，為開設第二課堂，進行創新創業實踐提供了條件。

3.本科生導師制

該校以新工科人才培養為目標，本著師生雙方自覺自愿的原則，實行本科生導師制，逐步探索學院卓越本科人才的個性化培養模式，通過導師制的實施，培養一批具有較強專業能力、較好發展潛力、突出創新能力和良好綜合素質的創新型人才，為學生成長為行業骨干、學術精英奠定良好基礎。

4.課外興趣小組

學院鼓勵學生成立興趣小組進行人工智能方面的課外學習，通過遴選、自愿組合等方式組成項目團隊。學院為興趣小組提供場地、電腦、網絡等學習上的便利，導師為學生提供項目上的指導。小組討論制定相應的學習方案，經導師審核同意后，定期開展小組內學習并向導師匯報進度。

以河南科技學院2020 級60 名學生為例，興趣小組和第二課堂分組情況如表2所示。

表2 河南科技學院興趣小組和第二課堂分組情況

四、結語

人工智能專業與計算機類專業密切相連，但又不同于一般計算機類專業，人工智能是計算機專業的延伸，它擴展了計算機的應用系統和技術科學，而計算機相對較程序化。人工智能又是一個非常典型的交叉學科，涉及數學、計算機、控制學、哲學、語言學、神經學等一系列學科，以往并沒有形成系統的專業建設方案。作為一門新興學科，該學科專業建設和人才培養模式仍處于探索階段。

本研究首先從國家需求和人才培養目標的角度進行解析，說明了人工智能專業建設的必要性和重要性；其次，對目前我國高校的人工智能專業建設現狀進行分析，提出了需要考慮學校具體情況，結合學校特色優勢，合理建設專業選修課程，結合學科特點、要求和專業設置，深入研究專業的培養目標、人才培養規格和課程設置等問題；重點從設定專業培養目標、設置人才培養方案、構建課程體系、實踐探索等方面介紹了河南科技學院人工智能專業的建設路徑。