應用型本科院校人工智能專業建設探索與思考
——以西安航空學院為例

畢 楊

(西安航空學院 電子工程學院,西安 710077)

0 引言

人工智能作為21世紀科技領域最為前沿的技術之一,具有顯著的產業溢出效應,能夠推動多領域的變革和跨越式發展,可對傳統行業產生顛覆性影響,人工智能的迅速發展將深刻改變世界。人工智能產業為中國經濟發展提供戰略新動能,也是引領中國經濟發展的重要戰略抓手。

為把握人工智能發展的重大戰略機遇,國務院下發了《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》(國發〔2017〕35號)[1]。為不斷提高人工智能領域科技創新、人才培養和國際合作交流等能力,教育部下發《教育部關于印發〈高等學校人工智能創新行動計劃〉》(教技〔2018〕3號)[2]對人工智能領域學科建設、專業建設、人才培養、構建人工智能多層次教育體系進行全方位部署,高校可在計算機科學與技術學科設置人工智能學科方向,支持高校自主設置相關二級學科或交叉學科,鼓勵高校對照國家和區域產業需求布點人工智能相關專業。據此,國內一些高校先后設置了人工智能專業,成立了人工智能研究院,對人工智能的學科建設[3-4]和專業建設[5-6]進行了廣泛的探索、研究和實踐。也有人員對地方普通高校的人工智能專業或相關建設進行研究[7-9]。

隨著人工智能產業和技術的發展,人工智能人才的需求將顯著增加。在此背景下,我國高校承擔著人工智能創新、人才培養和國際交流的重任,各高校應結合自身實際情況,進行人工智能學科和專業建設的相關工作,培養人工智能人才。

西安航空學院(以下簡稱學校)是一所省屬培養高素質應用型人才,主要服務于地方經濟的普通高校。近年來,學校屬地的人工智能行業迅速發展,以西安市為主要聚集地,人工智能公司企業已有150多家,年產值約120億元[10]。為適應社會經濟的發展更好地服務地方經濟,滿足地方經濟對人工智能應用型專業人才的需求,學校結合自身情況,以電子工程學院(以下簡稱學院)為依托進行人工智能專業建設,本文從人工智能專業建設依托單位的優勢分析入手,結合陜西省產業特點,制定人工智能專業培養方案,構建課程體系和教學內容,分析人工智能專業對師資隊伍的要求以及實現途徑,以期為地方普通高校的人工智能專業建設相關工作提供借鑒。

1 專業建設依托單位的有利條件

學院前身為工電專科和儀表專科,成立于1955年,后經不斷發展,于2015年更為現名,在人工智能專業建設前有測控技術與儀器、電氣工程及其自動化、自動化、電子信息工程、通信工程5個本科專業。結合發展歷程和自身現狀,學院建設人工智能專業的主要有利條件如下。

(1)原有專業與人工智能專業聯系緊密。學院原設專業中,電子信息工程業與人工智能專業聯系緊密,可采用“電子信息+人工智能”的策略進行人工智能專業建設。此外,自動化專業和通信工程專業都與人工智能相互交叉、相互融合,利于人工智能專業建設,也利于專業相互促進、相互發展。

(2)師資力量。學院共有教職工103人,專任教師90人,專任教師中的職稱結構如圖1所示,由圖1可見,專任教師職稱結構比較理想,教師梯隊建設較為合理。此外,部分專任教師具有公司企業的工作背景,具有良好的工程實踐基礎。

圖1 學院專任教師職稱結構

(3)學院專業建設經驗豐富。學院從最初的工電專科和儀表專科,后經歷了高等專科的專業建設到本科專業建設,積累了豐富的專業建設經驗,這為人工智能專業的建設奠定了堅實的基礎。

(4)學院與外界交流較為廣泛。學院在前期專業建設工作中非常注重對外交流。一方面,學院與中國飛機強度研究所、中國人民解放軍第5720工廠聯合培養學生,并與合作單位共建實習基地,與大唐移動、上海金泰集團簽訂戰略合作協議。另一方面,學院也注重與美國明尼蘇達州立大學(曼卡托)和英國格林多大學等國際同行同業之間的交流。

盡管如此,學院在人工智能專業建設方面也面臨挑戰。眾所周知,人工智能專業具有綜合性較強的特點,我國各類公司企業對人工智能專業人才需求越來越多,對人才的綜合性要求較高,需兼具人工智能技術、思維及產品的集成能力,需求更偏向于高層次的工程人才[11],這就要求學院準確把握好人工智能應用型人才培養的定位問題。

2 人工智能專業定位

人工智能專業定位應根據學校辦學定位,人才培養目標需緊密圍繞學校的建設發展規劃,更好地為地方經濟服務。陜西省地域產業分布特點為:陜北以化工能源發展為主;陜南為綠色產品基地;而關中以先進制造業為主,重點發展高技術產業。根據陜西省先進制造業為主的產業布局,且關中是我國重要的航空制造業基地,同時,學校具有航空背景,為此,學院將人工智能專業人才培養定位為掌握人工智能理論與工程技術的與地域經濟需求相吻合的應用型人才。

3 專業的建設思路與實踐

如前所述,人工智能專業與電子信息工程專業聯系緊密,學院的電子信息專業是省級一流專業,專業建設基礎較好,為此,學院將人工智能專業建設整體確定為“電子信息工程+人工智能”模式,即依托電子信息工程工程專業建設人工智能專業。依托電子信息專業建立人工智能專業,既符合產業的普遍發展趨勢,也符合教育部對設立人工智能專業的指導原則。同時,也能充分利用電子信息工程專業現有的各項資源和平臺。新建的人工智能專業,將依據學校應用型的辦學定位,針對國家新興產業和陜西省主導產業的發展需求,加大對優勢和特色專業的建設力度,加快建成體現學校特色,符合經濟社會發展的新工科專業,以滿足學校所屬地域對復合型應用型人才的迫切需求,為屬地的戰略產業和經濟增長方式轉變提供人才支持。

3.1 人才培養目標

人工智能專業立足航空電子工業,以人工智能與應用為特色,培養德、智、體、美、勞全面發展,具有政治立場堅定和社會責任感強,具有精益求精的大國工匠精神,具有報效國家的家國情懷和使命擔當,系統掌握人工智能基礎理論知識,熟悉人工智能的基本方法與主要工具,具有良好的科學工程素質及理論聯系實際的能力,具有較強的人工智能專業工程實踐能力和創新意識,能夠在政府部門或企事業單位從事智能系統集成、智能軟件研發、智能芯片應用開發、智能應用系統的管理與運維工作,滿足電子信息產業未來的發展需求,服務于以智能信息工程技術為主要特征的新一代電子信息產業和區域經濟社會發展的高素質應用型工程技術人才。

3.2 知識體系構建與專業能力要求

學院人工智能專業以培養應用型人工智能人才為目標,主要服務于人工智能產業兩大典型應用領域——語音信號處理和圖像信號處理,培養系統集成、軟件開發、芯片應用開發以及應用系統的管理與運維的應用型人才。因此,本專業學生主要學習人工智能方面的基本理論和知識,學習信息處理、機器學習、神經網絡、圖像處理、語音處理等基本理論,掌握人工智能基本理論、實踐方法及其落地應用技術的相關知識,受到機器學習、神經網絡與深度學習、人工智能專業綜合設計等方面的工程訓練,塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀,并具備良好的科學工程素質及理論聯系實際的能力,具有較強的人工智能專業工程實踐能力和創新意識。其知識體系與專業能力支撐關系如圖2所示。

3.3 課程體系構建

基于學校應用型人才培養的辦學定位,學院人工智能專業建設以培養應用型人才為目標。人工智能源于多個學科之間的相互交叉相互滲透,概念較抽象,且其知識體系融入數學、信息科學、計算機科學等多學科的內容[12]。根據學院人工智能專業建設整體思路,人工智能專業的課程體系包括如下4個模塊。

(1)數學基礎。人工智能算法基于模型,模型的建立過程和求解過程需具備扎實的數學知識。同時,課程體系中的數學基礎模塊可為人工智能后續學習奠定堅實的基礎。

(2)人工智能基礎。建立人工智能的孕育、誕生、發展過程的邏輯脈絡,較為全面了解人工智能內涵。搭建人工智能專業知識和技術學習的基本知識框架。

(3)程序設計。程序設計是將理論知識和實際應用聯系起來的紐帶。應用型人才主要面對工程實際問題,在實踐工作中,學生對理論知識的掌握體現在可以利用特定編程語言實現核心算法。人工智能的學習需要學生在掌握基本算法基礎上,根據實際問題對其進行改進和創新,進而滿足工程需求。

(4)人工智能。該模塊主要培養人工智能專業知識和專業技能。掌握以地方經濟社會發展為基礎,整合教學資源,建立具有地方優勢的專業方向和專業目標。人工智能專業可以充分結合陜西省產業布局和學校學科特色,設立具有特色方向的人工智能課程。陜西作為重要裝備制造和航空產業基地,尤其是在航空、航天領域具有獨特的優勢。學院在人工智能專業的建設中將人工智能與學校和地域的航空特色相結合,更好地促進專業建設和服務地方產業發展。課程體系建設模塊如圖3所示。

圖3 人工智能專業課程模塊圖

3.4 師資隊伍建設

人工智能的發展,會深層次促進教育教學改革與創新發展,從而給師資隊伍的建設帶來挑戰,也給教師自身發展帶來機遇。師資隊伍建設是人工智能專業建設的核心問題之一。如前所述,人工智能產業對人才的知識、技術和能力均提出了新的要求,對教師專業素質和水平要求也相應提高,尤其是對教師實踐經驗的要求[13]。

為促進專業相互融合、相互交叉、相互促進,學院人工智能專業設置在信息技術教研室,目前該教研室有三個專業,三個專業都屬于電子信息類專業,分別為電子信息工程、通信工程、以及人工智能。共有專任教師25人,其學緣結構合理,科研方向均屬于電子信息大的范疇。根據人工智能專業應用型的定位,結合學院現有師資隊伍現狀,師資隊伍建設主要從以下兩個方面展開:一方面,進一步強化教師的工程實踐能力,打造雙師雙能型教師,滿足人工智能應用型的目標需求。基于應用型的人才需求,倒逼本專業教師必須具有較強的工程實踐能力,才能將語音信號處理、圖像信號處理的各類算法得以應用及實現,使學生從理論方面加以鞏固,從應用方面得以實現;另一方面,高度重視教師的科研能力提升,滿足人工智能產業技術新、發展快的科研需求。人工智能產業發展勢頭猛,技術革新快,為了保證學生能跟上技術發展趨勢,學到最新的知識,需要老師能有科研項目的支持及科研活動的鍛煉,才能保證教師自身的知識體系不斷的更新和完善,從而反哺教學,使學生受益。

3.5 實踐條件建設

學院人工智能專業的實踐條件以電子信息工程專業為基礎,已建設的通用實踐條件有機器人及圖像技術實踐裝置、光電檢測實驗臺、數據采集卡及數采系統、嵌入式三合一教學實驗臺、智能傳感器綜合實驗臺、腦電生理儀等。與人工智能專業直接相關實踐條件有嵌入式AI模塊、視覺與音頻感知模塊、機器視覺檢測、語音識別處理模塊、語音識別交互模塊,借助計算機視覺、機器學習、模式識別、深度學習等人工智能技術,形成了智能圖像信號處理技術綜合應用開發平臺和智能語音信號處理技術綜合應用開發平臺。人工智能實踐條件的建設既充分利用了現有支撐電子信息工程專業建設的實踐資源,又引入了人工智能算法實現的專用模塊。

3.6 專業建設實踐

通過社會需求調研,學院將人工智能人才培養定位為滿足學校所屬地域社會經濟發展需求的應用型人才,據此,制訂人才培養目標、人才培養方案,并基于人才培養方案進行課程體系建設、師資隊伍建設和相關實踐條件的建設。2022年,學院人工智能專業開始招生,共兩個班級,進展比較順利。

4 存在的主要問題及對策

學院在人工智能專業建設的前期準備、實施到初步建成并招生的過程中逐漸意識到專業建設的主要問題是:盡管人工智能是近年來興起的技術科學領域,但與傳統專業相比較而言,人工智能專業更新速度快,人工智能專業建設較難跟上社會人工智能的發展節奏,存在一定程度的滯后性。為有效解決該問題,學院進行了深入思考,積極探索新的人才培養模式。在人工智能專業建設可以探索:

(1)充分利用屬地社會資源。學院人工智能人才培養主要服務于學校屬地地域經濟發展,可充分利用地域社會資源。一方面,學院進行人工智能專業建設時要引入屬地公司企業人員參與,這樣才能滿足人才培養的時效性、適用性和針對性;另一方面,基于不同專業建立人工智能實驗室差異比較大,沒有現成的經驗可以直接借鑒,且建設人工智能實驗室費用較高,可通過校企合作或校政企合作的方式建立專業實踐平臺,培養地域所需的人工智能人才。

(2)跨學院協作聯合建設。如前所述,人工智能專業學科建設適合依托于計算機學科,而人工智能專業建設可以依托不同專業采用“人工智能+”的模式。人工智能知識更新迭代周期短,且該專業人才培養需要扎實的數學基礎,并通過程序設計將算法模型和工程實際應用聯系起來。據此,人工智能專業建設可與理學院(數學知識)、計算機學院(程序設計)跨學院協作聯合進行專業建設。這樣既有利于學科專業的交叉融合,也有利于提高師資隊伍的建設,提升師資水平。

(3)理論與實踐緊密聯系,提高人才培養質量。充分利用學院和社會的人工智能平臺,將課程教學的實踐內容與社會工程實踐充分對接,盡量做到培養的學生邊學習邊實踐,既能掌握人工智能專業必備的基本理論知識,又能初步了解該專業的工作實際情況和人才需求狀況。

5 結語

學院在對原專業建設充分分析的基礎上,采用“電子信息+人工智能”的策略,在現有電子信息工程專業基礎上建設人工智能專業。依托電子信息專業建立人工智能專業,既符合產業的普遍發展趨勢,也與教育部對設立人工智能專業的指導原則相符。新建的人工智能專業,將依據學校應用型的辦學定位,針對國家新興產業和陜西省主導產業的發展需求,加大對優勢和特色專業的建設力度,加快建設成既體現學校特色,又滿足經濟社會發展要求的新工科專業,尤其是滿足學校屬地經濟社會對復合型應用型人才的迫切需求,為陜西的戰略產業和經濟增長方式轉變提供人才支持。