師范高校人工智能專業課程體系建設研究

耿慶田，張 天，李 民，姚艷秋，趙 楊

(長春師范大學計算機科學與技術學院，吉林 長春 130032)

隨著以云計算、大數據、機器學習等為代表的新一代人工智能技術的發展，人工智能(Artificial Intelligence，AI)[1]越來越被各國科學家重視，并成為當前重點研究的前沿顛覆性技術。

人工智能是一門研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的典型綜合性交叉學科，是實現科研創新的基礎，其主要研究范圍包括電氣、計算機、傳感、通訊、控制等學科領域。

有專家預測，世界各國在有限未來的競爭就是人工智能科學技術發展的競爭，實質是人才培養的競爭，因此以人工智能為重點的新技術革命亦被稱之為第四次工業革命。當前國內人工智能產業市場規模急速增長。據不完全統計，全球人工智能人才需求約超500萬。若按照我國2019年之前的培養計劃，預計到2025年，我國人工智能相關專業培養的人才數量，將只占全球人工智能人才需求的5%左右。因此，我國從戰略層面對人工智能提出了規劃和要求。

2017年7月20日，國務院發布了《新一代人工智能發展規劃》，從戰略態勢、總體要求、重點任務、資源配置、組織實施等幾個方面制定了國家人工智能發展戰略，提出了新一代人工智能發展的指導思想、戰略目標和保障措施[2]。該規劃提出：“高校在人工智能領域加強專業建設，構建新一代人工智能基礎理論課程體系”。

2018年4月2日，教育部印發《高等學校人工智能創新行動計劃》通知文件[3]，文件重點指出高校作為科技生產力及創新人才培養相結合的實體單位，在學科發展等方面具有堅實基礎，應加強新一代人工智能技術人才的培養力度，設置人工智能專業，創新課程體系，培養符合社會需要的各種層次的人工智能領域的人才。在此背景下，我校申請并獲批人工智能專業建設單位。

1 師范類高校人工智能課程體系的研究意義

在師范高校設立人工智能本科專業，主要是面向基礎教育培養人工智能師資，因此具有時代緊迫性。長春師范大學人工智能專業是國家首批獲人工智能新專業建設資格的35所高校之一。與國內外工科類或綜合類高校相比，作為一所省屬師范類高校的人工智能專業發展相對較晚，目前還處在起步階段，與實際的工程需求還有很大差距。因此，為了培養出符合社會需要的多層次高質量人才，則需要構建與之相適應的課程體系。

由于傳統的師范高校工科基礎相對薄弱，對于具有高度綜合性和交叉性的人工智能特色學科，如何在有限的教學課時中提高人工智能專業教學質量和效果，首先依賴于課程體系的建設。而大部分省屬師范高校受限于自身實力，在人工智能學科教學和科研規劃方面比較薄弱，并且在實際的專業建設中，沒有成熟的人工智能課程體系，因此，建設適合師范高校自身發展定位的人工智能專業課程體系具有重要的意義。

2 師范類高校人工智能課程體系研究

2.1 師范類高校人工智能專業培養目標

無論何種專業，其課程體系都要為培養目標服務。也就是說，培養目標需要有課程體系中具體課程的支撐。為了達到理想的支撐效果，就要對課程體系的內容設置和課程順序做合理的編排，體現其結構特點和科學性。為此，項目組調研了國內多所省屬師范類高校人工智能專業的培養目標，比較典型的培養目標如下所述。

(1)天津師范大學人工智能專業培養目標：培養具有堅定的理想信念、過硬的思想政治素養、正確的價值觀、良好的人文和科學精神，熱愛教育事業，具有健全人格，具備現代教育理論和技術，具有人工智能所必需的基本理論、基本知識和基本技能，具備中學信息技術課程及人工智能相關課程的教學能力和教改研究能力，具備參與教育信息化建設的技術實踐能力，勇于教學創新、善于綜合育人、具有國際視野和終身學習發展能力的新時代人工智能領域的卓越教師，能夠在中學、中等職業學校、基礎教育培訓機構和其他專門機構從事信息技術及人工智能技術教學、教研及管理等相關工作的高素質創新型師資人才。

(2)首都師范大學人工智能專業培養目標：培養中國人工智能產業的研究應用型人才和基礎教育師資人才。致力于自然語言處理、智能機器人、計算機視覺等前沿方向的發展，培養具有國際視野、創新能力，運用人工智能核心技術解決實際問題并進行科學研究的復合型人才。畢業生具有人工智能及教育教學雙重背景，就業前景廣闊，既可以在計算機科學與技術、人工智能、教師教育等方向繼續深造；又可以從事中小學基礎教育教學相關工作；也可以從事工程應用和科學研究工作，在人工智能領域大展拳腳。

(3)長春師范大學人工智能專業培養目標：本專業立足于響應國家戰略及吉林省地方發展需求，以高等教育定位和特點為參考框架，培養德、智、體、美、勞全面發展，掌握扎實的數理、計算機、人工智能等基本知識和基本技能，具有堅定正確的政治方向、良好的職業素養、科學與人文素養、較強的人工智能思維能力、創新精神和創造能力，具備一定的國際視野和終生學習的能力與習慣，能夠在企業事業單位從事智能教育、數據智能處理等方面的應用型人才。

通過對三所省屬師范高校人工智能專業培養目標的對比，可以發現其共同點：人工智能專業一定要和所在學校的優勢學科相結合，將人工智能應用到某一具體領域。這就體現在該專業的學生既要掌握人工智能專業的基礎知識，又要精于人工智能的某一方向。只有做到“有所為，有所不為”，才能達到“為所欲為”，才能夠形成鮮明的專業特色。

2.2 師范類高校人工智能專業課程體系特色

我校作為基礎教育師資及應用型高級專門人才培養基地，學校的辦學定位為應用研究型大學。這就決定了我校人工智能專業培養的人才，除了要掌握人工智能專業基礎知識和數學基礎知識，還要精通一門或幾門編程語言工具，掌握人工智能某一領域應用項目的開發技能，并具有一定的教育教學能力。相應的人才培養體系構成如圖1所示。

圖1 人工智能專業人才培養體系構成

通過對我校人工智能專業定位和教學知識體系進行梳理研究，我校人工智能專業課程體系特色在于夯實理論基礎、覆蓋學科前沿、強化學科交叉融合、加強課程思政建設，提升綜合素養。

第一，我校作為中學信息技術教師的培養基地，本科人工智能專業課程內容設置要考慮高中信息技術課程中涉及人工智能方面的內容，這樣便于該專業學生畢業后就較容易在中學或社會培訓機構中找到與之相適應的工作。

第二，我校人工智能專業開設的核心課程，主要集中在某一領域方向的具體應用，目標明確，而且課程注重實操性，便于提高學生的實際動手能力。

第三，在人工智能專業的培養方案中開設“師范教育”模塊，培養學生的教育教學能力。

第四，將核心課程與前沿技術對接，針對國家的“卡脖子”關鍵技術，發揮我校計算機科學與技術一流專業資源優勢，將工程教育新理念融入教學，深化與科大訊飛等企業的校企合作，搭建教育培養新平臺，優化跨學科專業交叉融合人才培養體系。

第五，通過課程體系強化專業課程思政建設，加強人文素質教育，堅定理想信念，踐行社會主義核心價值觀，培育科學道德、批判精神和創新精神。

2.3 師范類高校人工智能專業課程體系結構

目前，國內高校的人工智能專業課程體系有兩種方式：一種是以計算機學科核心課程為主，再加一些人工智能方面的課程；另一種是借助于自身學科優勢，設置獨立的人工智能課程體系，使人工智能課程與某一領域的實際應用相結合[4]。所以，各高校都在探索適合自己學校定位的人工智能課程體系[5]。

針對長春師范大學人工智能專業課程體系，根據所在學院的特點，結合計算機一流專業建設經驗，借助省級重點實驗室“智能感知與科學計算”平臺，按照底層共享、中層分離、高層互選的方式構建了三個層次的課程體系。

在三個層次中包含著基礎能力、核心能力、綜合能力、拓展能力訓練和培養。第一層次為通識類基礎課，主要包括政治、數學、體育、外語、物理、數字邏輯等，同時開設人工智能導論、計算機導論等學科導論課程，啟發學生的學習興趣。第二層次為核心專業課程，主要包括機器學習、數字圖像處理、自動識別技術、數據可視化技術、算法分析與設計等課程，通過課程深度融合，來解決人工智能復雜任務。第三層次為拓展課程，諸如計算機視覺框架應用與實踐、Web前端技術、智能軟件開發綜合實訓、自然語言處理應用與實踐。

在上述構建的課程體系中，課程體系的各層遵循不斷迭代、應用聚焦、適度拓展的原則，課程之間在整體上存在關聯，最終形成了相互作用、相互依存的完整課程體系，使課程體系具有綜合性。并且所有的課程都是采用理實一體化形式，盡量采用項目式教學或案例教學的方式。在三個核心課程模塊完成后，分別設置一個來源于實際生產的綜合實訓項目，對相關課程內容進行實踐鞏固。

從教育的方面來看，我校人工智能專業課程體系主要涵蓋了通識基礎教育、計算機核心知識教育和具體某一領域的人工智能專業知識教育。三個方面的教育是層層遞進的關系，因而能夠由淺入深地培養出人工智能應用型人才。

3 師范類高校人工智能課程體系的構建

高等院校開設人工智能專業是適應現代人工智能時代的需要，重點高校依靠自身力量成立人工智能學院，培養研究型、創新型人才[5]。省屬師范高校的人工智能專業由于自身實力限制，應多借助于企業科研力量，與國內知名IT企業合作，培養實踐和技能應用型人才。由此可見，高校的人工智能專業課程體系構建依據是該專業培養目標和培養理念，但無論什么層次高校，其重視理論基礎、學科交叉、理論與實踐相結合三個共同點是一致的。

長春師范大學選擇國內知名人工智能科技企業科大訊飛公司作為校企合作的伙伴。借助于科大訊飛的科研平臺及智能感知與科學計算重點實驗室的智能相關科研項目，采用項目驅動的授課理念構建了人工智能專業的三層結構課程體系。在教學的實際實施過程中，將人工智能專業的學習劃分為三個階段。

第一階段，以相對簡單的“人工智能導論”與“人工智能導引”等專業導引基礎課程，輔之約一周的科大訊飛研發基地參觀見習，激發學生對人工智能學習興趣，起到職業喚醒的作用。

第二階段，隨著學習的深入，進入下一階段，主要學習Python與科學計算庫、數字圖像處理、數據可視化技術以及機器學習、自動識別技術等核心技能課程，達到職業養成的效果。

第三階段，學生將綜合前兩階段所學技能，通過學習計算機視覺框架應用與實踐、Web前端技術、智能軟件開發綜合實訓、自然語言處理應用與實踐等課程，掌握人工智能工程中解決問題的整體流程，熟悉工程過程，以此起到職業助行的功效。

因此，我校人工智能課程體系是結合專業定位、培養目標、師資水平、學生基礎等多方面因素構建而成，專業建設尚處在初級階段。人工智能課程體系將繼續在實踐中探索，在探索中完善。

4 結語

在人工智能技術快速發展的今天，人工智能專業在師范高校剛剛開始建設，其課程體系的建設與完善還在探討研究中[6]。盡管我校在教學中基于項目驅動教育理念構建了人工智能專業課程體系與人才培養方案，但在實施過程中，還需要根據實施效果按照工程認證的標準持續改進，繼續優化完善人工智能課程體系，使其能夠充分體現學科前沿性和實踐創新性，使人工智能專業學生畢業后能夠更好地滿足社會需求。