面向大數據應用能力培養的計算機科學與技術專業人工智能課程體系改革探索*

李紅嬋 朱顥東

鄭州輕工業大學計算機與通信工程學院 鄭州 450066

0 引言

根據教育部規定的工程教育認證畢業要求，培養學生計算機科學與技術專業工程能力，需要該專業學生能夠基于計算機學科相關原理并采用科學方法對計算機領域的復雜工程問題進行研究[1]，包括設計實驗、分析與解釋數據，并通過綜合各種信息得到合理、有效的結論。目前已進入大數據時代，世界各國都已從國家級層面出臺了眾多大數據政策，大力引導和鼓勵大數據產業發展及應用[2]。在此新形勢下，對學生大數據應用能力方面的培養已成為目前及將來計算機科學與技術專業學生復雜工程能力培養重要且勢在必行的目標[3]。目前，對該專業的學生來講，在大數據應用能力方面的培養主要是通過數據庫原理、計算機體系結構、計算機圖形學、算法與數據結構等課程來完成[4]，但是這些課程基本上都是以理論為主導，缺乏必要的大數據應用能力培養方面的具體導向，不能讓學生很好地把學到的知識應用于大數據，從而導致他們對大數據應用的興趣不高，不能充分發揮計算機科學與技術專業在培養學生大數據應用能力方面的優勢。

人工智能作為計算機科學的一個重要分支，其主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。大數據時代，人工智能已成為大數據應用的一個典范，各行各業在大數據下都出現了各種人工智能產品，比如餐飲服務機器人、兒童教育機器人、銀行業務服務機器人等[5]。在此形勢下，利用人工智能在大數據下的各種應用，能夠較好地培養學生的大數據應用能力[6]。因此，為了適應計算機科學與技術專業在新形勢下培養學生解決復雜工程問題能力的新要求，人工智能成為計算機科學與技術專業的必修課之一。但是，該課程一般都是僅針對人工智能基本知識進行介紹，并沒有采用合適的大數據應用方面的實踐案例將知識與實際應用聯系起來，以至于讓學生認識不到大數據應用的重要性，體會不到人工智能的魅力。

目前，大數據呈蓬勃發展之勢，應用面更加廣泛，借助人工智能產生的各種大數據實際應用層出不窮。在此情形下，借助人工智能課程培養學生大數據應用能力更為迫切。本文通過人工智能在大數據下的實際應用，研究面向大數據應用能力培養的計算機科學與技術專業人工智能課程體系，旨在培養大學生的大數據應用能力，使大學生對大數據應用有系統、清晰的認識，從而培養學生科學研究、社會服務綜合能力，促進學生創新創業的發展，構建應用型人工智能人才創新創業能力培養體系，進行人工智能類應用人才創新創業能力培養的研究和實踐。

1 課程改革內容和實施路徑

采用人工智能技術鍛煉學生大數據應用能力。人工智能課程主要以人工智能基本知識串講和項目實例講解相結合，從而讓學生將所學知識用于大數據應用實踐之中。主要以完整的基于人工智能技術的新浪微博大數據情感分析系統這個大數據應用實例貫穿整個人工智能課程教學過程，以該實例構建過程為線索安排教學，把抽象的人工智能理論知識同大數據實際應用有機結合，使學生由被動式學習者變為主動參與者。在人工智能課程教學中采用這種主動性、開放性和創造性的教學思想和模式，有利于克服以往教學模式的弊端，促進學生大數據應用能力的提高。具體改革內容和實施路徑如下。

1.1 基于人工智能技術的新浪微博大數據情感分析系統整體設計

分別設計新浪微博大數據采集與存儲模塊、新浪微博大數據語義分析模塊、新浪微博大數據情感分析模塊以及新浪微博大數據情感分析結果可視化模塊，使學生掌握大數據應用的基本流程。

1.2 新浪微博大數據采集與存儲模塊設計

該模塊采用Web 挖掘技術來實現，該技術是一種基于人工智能的智能信息分析處理技術，主要將數據挖掘和互聯網連接起來，對新浪微博大數據進行采集與存儲，為后面的處理提供數據基礎和來源。該設計可使學生掌握大數據的基本收集方法。

1.3 新浪微博大數據語義分析模塊設計

該模塊主要采用人工智能中知識表示的語義識別技術來實現。語義識別技術一般分為三部分：語法預處理、語義內容提取識別和語義的生成。通過這幾個過程，將人類的自然語言轉化為語義片段，實現復雜信息的簡化，以便對新浪微博主題詞進行聚類分析。該設計可使學生掌握大數據的語義分析方法。

1.4 新浪微博大數據情感分析模塊設計

主要采用機器學習中的TFDF 技術來實現。TFDF技術在用戶提供相似度比較極值限制、關鍵詞文本和待分類文本的前提下，可以對待分類文本進行分詞并計算該文本的TF 和DF，在此基礎上，對其進行信息的聚類。該技術為后續新浪微博大數據情感信息的最終處理提供了聚類數據。該設計可使學生掌握大數據的分類和聚類方法。

1.5 新浪微博大數據情感分析結果可視化模塊設計

該模塊采用詞云圖來實現，使學生掌握大數據的可視化基本工具。

1.6 基于人工智能技術的新浪微博大數據情感分析系統實現

讓學生搭建單機版Hadoop 偽分布式云計算平臺，采用Java 和Python 來實現，使學生掌握大數據處理的基本平臺——Hadoop 云計算平臺。

2 課程改革特色和亮點

通過人工智能課程來培養學生的大數據應用能力，可使他們對大數據時代有清醒的認識，有能力應對新形勢下就業新需求。人工智能課程培養學生大數據應用能力的特色和亮點如下。

2.1 專業契合度高

采用人工智能知識培養學生的大數據應用能力，同計算機科學與技術專業在大數據時代新形勢下培養學生解決復雜工程問題能力的新要求高度一致。

2.2 技術實用性強

大數據時代使人工智能擺脫了以往因數據不足而不能很好地應用于實際的尷尬，使得人工智能用武之地更廣，實用性更強。

2.3 緊跟時代潮流

利用人工智能在大數據下的各種應用培養學生大數據應用能力，順應大數據時代國家新形勢、新要求，也順應了時代新發展和就業新需求。

3 課程改革實施效果

以人工智能課程為載體，以培養學生大數據應用能力為導向，精心設計和合理規劃可使學生掌握人工智能基本知識，提升學生大數據應用能力。設計合適的實踐案例有以下效果：

1）綜合提升學生專業理論知識的系統性；

2）全面增強學生對人工智能知識的認知；

3）使學生清晰地了解大數據在現實生活中的應用；

4）使學生詳細理解人工智能技術在大數據應用中的作用；

5）整體提高學生大數據應用能力。

4 結束語

探索面向大數據應用能力培養的計算機科學與技術專業人工智能課程體系改革，完善計算機科學與技術專業人工智能課程體系，增強培養計算機科學與技術專業學生的大數據應用能力，使學生對人工智能技術在大數據分析中的實際應用有了更詳細、具體、深刻的理解，從而使計算機科學與技術專業的人才培養更加契合新時代新要求。