人工智能背景下的計算機專業創新型人才培養模式研究

王春艷,張 天

(長春師范大學計算機科學與技術學院,吉林 長春 130032)

在世界各國大力發展人工智能的背景下,我國對教育提出新要求,并在政策領域給予引導。2018年教育部印發的《高等學校人工智能創新行動計劃》指出,到2030年高校要成為引領新一代人工智能發展的人才高地,為建設人工智能創新中心提供科技支撐和人才保障[1]。人工智能越來越成為教育界的熱門話題,并深刻影響著計算機專業教育領域的改革。

1 當前計算機專業人才培養現狀

近年來,計算機教育逐步成熟,為我國信息技術產業培養了大批人才,但不同層次的學校并沒有形成了自己的教學特色,影響了人才培養質量,教學及社會認可度遠未達到理想狀態。而當前存在的最重要問題之一則是原有的人才培養模式難以適應當前人工智能迅速發展的形勢。主要表現在以下幾個方面:

1.1 人才培養定位不夠明確,辦學重點不突出,與社會需脫節

計算機和網絡信息技術的發展,促使教育展現出大規模、多元化的特征。人工智能技術的迅猛發展,必將推動教育改革。大學應該主動適應社會變革,正確定位人才培養的方向。目前我國開設計算機及相關專業的學校強調計算機技能和編程能力的培養,對新技術培養存在缺失。而企業已經廣泛地運用各種新型技術,如大數據、人工智能等,這就造成人才培養和社會需求脫節的問題。

1.2 課程設置不合理,課程內容陳舊,落后于實際應用

基于人才培養和社會需求脫節的問題,計算機專業課程設置顯然需要調整,以適應人工智能時代的到來。人工智能領域眾多研究方向均包含一個重要方面,就是研究用計算機模擬人的智能,目標是設計出智能化的計算機應用系統。計算機專業學生未來可以做與人工智能相關的編程工作。這就要求高校的計算機專業課中有目的地設置與人工智能相關的課程,使學生更好地適應社會需求。

1.3 高校網絡資源庫建設不夠完善,教學方式仍然依賴傳統的課堂教學

目前我國高校采用班級授課制,人數較多,多數以課堂講授為主要教學方式,與信息技術時代下的教育存在一定的不適性。計算機專業相關的網絡資源雖然越來越豐富,但缺少有效管理,沒有成為課堂教學的有力補充。隨著人工智能關鍵技術的廣泛應用,教育的個性化、精細化將得以發展。

1.4 設備和實驗環境受限,難以提供良好的硬件和軟件實驗環境

人工智能方面的機器學習、數據挖掘等對計算機硬件配置要求特別高,有些算法訓練復雜,甚至需要專門的服務器,因此缺少與之相關的人工智能方面的學習和實驗設備是目前學校所面臨的主要困難之一。再者,如果數據集的訓練時間較長,如何進行教學和實驗有待于探索和解決。

1.5 教師隊伍建設有待加強

計算機專業教師隊伍結構存在不合理的問題,主要表現在部分教師需要豐富人工智能專業知識和基于人工智能的教學經驗。

2 人工智能對計算機專業人才培養的促進作用

智能化是計算機科學技術發展的方向之一,人工智能自誕生之時起就與計算機軟件密不可分。通過計算機設計開發智能化軟件,實現各種人工智能應用系統在各行各業的運用。在人工智能蓬勃發展的浪潮下,我國已經有上百所院校成立了人工智能學院或開設了人工智能專業,但人工智能專業是新興專業,在人才培養模式、課程設置等方面尚未形成體系。而作為與人工智能有直接關系的計算機專業勢必迎來發展新契機。

2.1 當前人工智能領域的研究成為計算機學科發展的重要驅動力

人工智能主要研究如何利用軟件系統和硬件系統使計算機能夠模擬人類的智能行為,從而完成原來只有人類才能做的智能工作。人工智能是一門綜合性的交叉學科,除計算機領域的軟件、硬件及通信等內容以外,還涉及心理學、哲學和語言學等學科。

計算機是研究人工智能、建設人工智能系統平臺的物質基礎之一。計算機編程語言是人工智能應用系統的實現工具,同時也由于人工智能的發展而不斷優化。人工智能的研究領域中與計算機密切相關的方向包括自然語言處理、機器學習、模式識別、邏輯程序設計、神經網絡等。正是這種旨在通過技術的升級使計算機實現智能化,從而替代人力進行重復性工作的需求成為計算機學科發展的強大動力。

2.2 計算機專業為人工智能發展提供人才保障

人工智能的研究和發展是當前時代的大趨勢,也是我國重點發展的領域。要使計算機具有智能化的能力,首先要理解計算機如何工作,才能訓練其思考,因此進行人工智能研究需要具備計算機專業知識,特別是編程能力,才能用計算機語言與其進行溝通。但是,由于我國人工智能起步較晚,還處于初期階段,理論研究、技術實施還未健全。

從歷史發展角度來看,產業發展到一定階段總會遇到人才瓶頸。當前,各國急需大量人才從事與人工智能相關的工作。這種形勢下,培養適應人工智能時代的計算機創新型人才和復合型人才應該成為專業建設的目標之一。雖然我國有些大學已建立人工智能學院或人工智能專業,但畢業生還很少,所以供需不平衡,這對行業發展非常不利。這種情況下,與人工智能最為接近的計算機專業就應該利用自身優勢,以社會需求定位人才培養目標,在課程體系中增加人工智能相關內容,側重學生創新思維培養,為學生進入人工智能領域工作打好基礎。

3 人工智能背景下的計算機專業人才培養模式改革策略

人工智能時代,計算機專業傳統的人才培養模式受到了一定程度的沖擊和影響,抓住機遇進行改革,既能培養社會急需的人才,也有利于促進高校專業建設,提升畢業生質量,促進學生就業。因此在當前的人工智能時代,高校有必要采取一系列有效策略進行人才培養模式改革。

3.1 更新人才培養觀念,明確培養目標

目前計算機專業人才培養目標存在共性化和同質化的問題,即普遍強調項目開發與程序設計能力的培養,這直接造成了人才培養的單一性,與當今社會大量需要復合型人才的需求不符[2]。學校是社會人才儲備庫,應該關注社會需求,調整培養目標,在已有的人才培養方案中增加新內容,人工智能理應納入其中。師范院校的計算機科學與技術專業還有一個重要培養方向,即為國家基礎教育培養信息技術教師,而目前的中小學也相繼引進了人工智能方面的課程與項目。在專門的人工智能教師上崗之前,開發課程和教學的任務責無旁貸地成為信息技術教師的工作任務之一,因此師范院校的計算機專業也有必要拓展人工智能方向的培養目標。

此外,“工業4.0”[3]與“中國制造2025”[4]都致力于實現信息技術與先進制造業結合,以信息化和工業化深度融合為發展動力,帶動新一輪制造業發展。這種情形下的智能制造業需要精通信息技術的專業人才,這也為計算機專業畢業生提供了新的就業方向。因此,在修訂已有的計算機科學與技術專業人才培養方案的基礎上,還要擴展思路,以社會需求推動教育觀念更新,推進相關學科共建創新平臺,發揮多學科優勢,深入探索協同育人。

長春師范大學計算機專業將培養目標定位于培養應用型和創新型人才。除師范方向外,畢業生的就業方向多樣,可以進入企事業單位等,從事與計算機相關的實踐性工作,如計算機設備、計算機網絡管理、信息管理系統維護工作,網頁設計與制作、廣告設計、網絡建設與管理工作,智能制造企業的實踐操作性工作等。長春師范大學雖然沒有成立人工智能學院,但在數學、生物、心理學等專業方面都具有較高教學水平。計算機專業可以利用這一優勢,提高計算機專業學生的綜合能力,提高教學質量,增強大學生的就業競爭力。

3.2 加強課程建設,構建復合型教學體系

要有意識地增設或調整課程設置,開展課程建設,以適應智能化對人才需求的新變化。在學科專業必修課程中增加“人工智能基礎”,開設在第六學期,前序課程是程序設計、計算機組成原理、網絡基礎等。在專業方向課程中,增加人工智能方向選修課,以需求引領教學。人工智能方向課程包括“Python程序設計”“機器學習”“智慧校園與教育信息”等。此外,在實踐環節“計算機新技術講座”中增添人工智能內容。

有些學校為適應人工智能的發展,正在改用Python作為新生的入門編程語言,主要是考慮Python語法簡單,且目前市場上大部分人工智能產品都采用Python編寫。計算機專業本科生需要理解程序設計實質,Python強大的支持庫卻不利于培養學生的編程思維。因此在大一應采用C語言教學,使學生理解算法的原理,能夠運用算法解決實際問題。基于人工智能的專業方向課程體系具體如圖1所示。

圖1 基于人工智能的專業方向課程體系

3.3 建立導師制小組培養體系,加強學生專業基礎課程學習

依據計算機專業的學習特點,結合學生的不同情況,新生入學一個月后公布全學院每名專任教師的學術方向,開展師生互選,每個導師帶2至3名學生,在課堂教學外實施專業基礎實踐活動。大一期間每周師生一起開展一次時間為1～2小時的小組輔導,教師和學生之間建立起“導學”關系。學生與導師或學生與學生之間就相關問題進行深度分析和討論,進行深度思想交流。學生提前就討論內容自行搜集資料,準備自己要表達的觀點及論據;討論過程中學生要接受同學建設性的意見并傾聽導師的指導。

導師制貫通本科生四年的學習過程,在大三增加人工智能領域相關知識及技術方面的討論(表1)。

導師制實施的目的是提高和發展學生的專業興趣、合作能力、實踐能力、創新能力,以適應當前計算機專業發展變化快的特點。在導師引導下,師生之間的思維碰撞極大地促進了學生的學習,彌補了班級授課方式的不足,培養了學生的溝通能力。可見,導師制在高質量人才培養模式中發揮了重要作用。

3.4 校企合作,以行業發展現狀和就業市場需求為導向, 構建學生專業實踐活動平臺

黨的二十大報告明確指出:“加強企業主導的產學研深度融合,強化目標導向,提高科技成果轉化和產業化水平。”[5]采取校企合作方式的目標是為企業培養人才[6]。加強學生學習與實踐的能力,保障人才培養的實用性與針對性,有利于教育質量的提升。校企合作能夠確保學生所學內容不與社會脫節,使學生的理論學習與實踐應用相結合。校企合作實現企業與高校信息共享,促進科技創新成果轉化,有利于發掘人才。因此,校企合作是一種“雙贏”模式。

通過與企業合作,高校應挖掘具體的專業實踐方向或特色研究項目,培養專業高素質人才,在廣大學生中形成努力學習和做研究、搞開發的良好風氣。要鼓勵學生參加突出專業發展和專業理論強化的大學生科技競賽,強化學生的項目開發、項目制作和項目維護能力,增強學生的就業競爭力。

3.5 改進教學方法,優化教學資源

好的教學方法是提高教學質量的有效手段。隨著互聯網、大數據和人工智能技術的成熟,出現了很多新型教學模式。在教學中引導學生利用信息技術進行積極探索,有助于增強學生的自主學習能力。將人工智能技術運用于教學的目的就是把“以教師為中心”的傳統課堂教學模式轉變為“教師主導、學生主體”的教學模式,使學生由被動接受知識轉變為主動探究。

目前,智慧校園還有待普及,而基于智能技術與教育信息化的線上教學平臺已發展起來。云班課采用人工智能技術,能夠實時獲取教學活動數據。教師通過分析教學活動情況,有針對性地優化教學策略。伴隨人工智能技術的不斷發展,智能化教學平臺將越來越完善,更能有效地促進教學活動的開展。

3.6 引導學生參加科研活動和各類科技比賽

人工智能因在圖像識別、數據挖掘、神經網絡等方面的優勢,成為高校計算機及相關專業科學研究的熱點領域。學生參與教師的科研課題和各類科技比賽,有利于提升自身的創新能力、探索精神和邏輯思維能力。

4 結語

為滿足人工智能背景下社會對應用型和創新型計算機人才的需求,本文提出一系列改革措施:加強課程建設,構建復合型教學體系;建立導師制小組培養體系,加強學生專業基礎課程學習;實行校企合作,以行業發展和就業市場需求為導向,構建學生專業實踐活動平臺;改進教學方法,優化教學資源,基于人工智能技術促進計算機人才培養;引導學生參加科研活動和各類科技比賽。實踐證明,以上策略有利于強化學生的專業知識和技能學習,有利于培養學生的創新能力,促使他們成為本行業所需要的高素質創新型人才。