“人工智能+新工科”背景下研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究

朱琎 鄧小喬 李效龍 張貞凱

摘? 要：人工智能已進入到與新工科建設(shè)深度融合發(fā)展的新階段。人工智能技術(shù)具有周期性的特點，要保持該技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，必須重視拔尖人才的培養(yǎng)。研究生是中國未來學術(shù)研究和技術(shù)革新的核心力量，在“人工智能+新工科”背景下如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的交叉復合型人才，是當前亟需解決的問題。在當前中國高校新工科建設(shè)的新時期，只有以工程創(chuàng)新為核心，培育具有創(chuàng)新精神的復合型人才，才能抓住歷史機遇，獲取新工科建設(shè)更大的成功。

關(guān)鍵詞：人工智能;新工科;創(chuàng)新能力

中圖分類號：C961 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）21-0035-03

Abstract： Artificial intelligence has entered a new stage of deep integration and development with the construction of new disciplines. China has made key breakthroughs in the field of artificial intelligence technology. However， in order to maintain the leading position in the field of artificial intelligence technology， we must attach importance to the cultivation of top-notch talents. Graduate students are the core force of future academic research and technological innovation in China. Under the background of "artificial intelligence + new subjects"， how to cultivate cross-disciplinary talents with innovative ability is an urgent problem to be solved. In the new era of new subject construction in Chinese universities， engineering innovation is the core to cultivate compound talents with innovative spirit. Only by seizing the historical opportunity of the development of artificial intelligence can we achieve greater success in the construction of new subjects.

Keywords： Artificial Intelligence; new science; innovative ability

一、“新工科”背景下引入人工智能

（一）新工科建設(shè)的時代背景

自從人工智能誕生以來，理論和技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。人工智能產(chǎn)生的新產(chǎn)品將會成為人類智慧的“容器”。人工智能還將引發(fā)世界政治經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的深刻調(diào)整，并重塑國家在世界上的競爭地位[1]。在當前新一代人工智能階段，我國高度重視并加快發(fā)展人工智能，逐漸從“追趕”到部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了“領(lǐng)跑”。根據(jù)人工智能發(fā)展規(guī)律，每隔十幾年會出現(xiàn)引領(lǐng)人工智能發(fā)展的新因素，當下的人工智能技術(shù)可能很快就會觸碰到發(fā)展瓶頸。實現(xiàn)“曲線超車”必須抓住發(fā)展機遇，加速前進。2017年，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》。在新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟模式下的市場需求下，對我國高校工科人才培養(yǎng)提出新的要求，并開展“新工科”的教學和研究活動[2]。在“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等新工科建設(shè)“三部曲”的部署下，新工科建設(shè)的基本框架已逐步建立。目前尚需要深入的開展新工科研究和實踐，在理論和政策上進一步完善。

（二）“人工智能+新工科”加快融入高等教育

“人工智能”正在加速融入高校新工科建設(shè)的進程中。目前，中國科學院大學、南京大學、南開大學、吉林大學等23所國內(nèi)知名學府成立了人工智能學院，目標是通過發(fā)展人工智能和前沿交叉學科進一步推進雙一流高校建設(shè)，預計到2020年全國至少有50家人工智能學院。2019年3月教育部公布了高校新本科專業(yè)批準名單。上海交通大學、南京大學、南京信息工程大學、江蘇科技大學等35所高校獲批準人工智能專業(yè)，另外100多所高校獲批準智能科學與技術(shù)專業(yè)，200多所高校獲得數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)?？梢钥闯觯斯ぶ悄芙逃慕ㄔO(shè)已經(jīng)掀起了一股熱潮。與此同時，人工智能對工科學生能力的培養(yǎng)提出更高的要求，需要熟悉人工智能交叉學科知識，具備突出的科學素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、系統(tǒng)思維能力和國際視野，未來可以在我國人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮作用。因此在智能時代的新工科建設(shè)中，學生獲得知識及能力、素養(yǎng)的提升途徑無疑是跨專業(yè)的、多元化的。各高校需要關(guān)注交叉學科專業(yè)如何建設(shè)、創(chuàng)新實踐能力如何培養(yǎng)、學生師資力量如何匯聚、產(chǎn)學研如何有機結(jié)合等問題。

二、人工智能對新工科人才教育的影響

新工科的“新”內(nèi)涵表現(xiàn)在兩個方面：一個是新的工科專業(yè)，專業(yè)建設(shè)面向人工智能、新材料、新能源等關(guān)鍵領(lǐng)域，另一個是工科新的要求，例如，跨學科融合促進了現(xiàn)有工科與其他學科的整合，并孕育產(chǎn)生了新的專業(yè)[3]?！靶鹿た啤焙腿斯ぶ悄茉跁r間、使命和內(nèi)容上具備了融合的必然性。新工科建設(shè)鼓勵創(chuàng)新，實施高校創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)教育，而人工智能將促成新工科學科專業(yè)的深度融合，加快推進新工科、打破學科壁壘、越過專業(yè)障礙、消除校企隔閡。由此可知，“人工智能+新工科”的核心是前沿引領(lǐng)性、學科交融性和創(chuàng)新性。

人工智能涉及信息工程、傳感器、計算機、納米材料等多個方面，這將給“新工科”的建設(shè)和人才培養(yǎng)帶來巨大的影響。在“人工智能”背景下，新工科的建設(shè)應(yīng)當培養(yǎng)學生具備怎樣的能力才能適應(yīng)需求？教育部副部長杜占元在2017未來教育大會上提出，在機器能夠思考的時代，教育應(yīng)著重培養(yǎng)學生的5種能力，即自主創(chuàng)新思維的能力、自主學習能力、提出問題的能力、人際交往的能力及籌劃未來的能力[4]。因此，依靠記憶學習的低階認知技能將逐漸被機器所取代，而高階認知能力會更加凸顯。從圖1的高階能力模型可以看出，人工智能時代需要重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、聯(lián)結(jié)能力、元認知能力、意義建構(gòu)能力和高階認知能力等5種能力，并且培養(yǎng)學生的終身學習素養(yǎng)、計算思維素養(yǎng)、設(shè)計思維素養(yǎng)和交互思維素養(yǎng)。因此在教學上，對人才培養(yǎng)的知識廣度、深度、綜合素養(yǎng)提出了新的更高的要求。在肩負的使命上，高等教育的內(nèi)涵均聚焦在培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的交叉復合型人才這個核心上，這是全面深化高校教育教學改革的重要方向。

三、新時代背景下研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)機制建設(shè)

（一）研究生培養(yǎng)存在的問題

我國歷來重視拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。2018年《關(guān)于高等學校加快“雙一流”建設(shè)的指導意見》指出：“針對國家重大戰(zhàn)略和學科前沿發(fā)展方向，以服務(wù)需求為目標，以問題為導向，以科研聯(lián)合攻關(guān)為牽引，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式為重點，依托科技創(chuàng)新平臺、研究中心等，整合多學科人才團隊資源”[5]。在“人工智能+”、“雙一流”、“新工科”的教育改革中，紛紛把跨學科人才培養(yǎng)作為拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要方式。研究生是中國未來學術(shù)研究和技術(shù)革新的核心力量，因此跨學科研究生培養(yǎng)是高校教育改革的核心。

研究生的培養(yǎng)應(yīng)該注重提高創(chuàng)新能力、科研能力和實踐能力，才能確保與智能時代需求保持一致。而目前，研究生的培養(yǎng)存在以下問題：

1. 研究生跨學科培養(yǎng)力度不夠。以博士生為例，根據(jù)國務(wù)院學位辦調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，70%的博士生沒有參與過跨學科項目和論文，44%的人沒有接觸過跨學科項目，這意味著研究生教育的跨學科培養(yǎng)沒有受到關(guān)注，有必要通過建立跨學科平臺來改進跨學科培養(yǎng)機制[6]。

2. 研究生導師的知識結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化和完善。隨著研究生招生規(guī)模的擴大，研究生的招生質(zhì)量也普遍下降，優(yōu)質(zhì)生源成為研究生導師的獨占資源，并且目前研究生培養(yǎng)體系大多為單一導師制，因此導師的學術(shù)水平和知識量成為影響研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要因素[7]。然而很多導師主攻傳統(tǒng)研究方向，缺乏交叉跨學科研究生培養(yǎng)經(jīng)驗。

3. 人才培養(yǎng)“重理論、輕實踐”?！靶鹿た啤睉?yīng)當構(gòu)建以工程創(chuàng)新能力為核心的培養(yǎng)模式，然而目前人才培養(yǎng)理念較為傳統(tǒng)，過分看重理論學習，而缺乏培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力，導致工科專業(yè)畢業(yè)的學生“就業(yè)難”，難以滿足企業(yè)和市場需求。

高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)性的工程，不僅需要在師資力量和教學資源上進行優(yōu)化和提高，更需要在現(xiàn)有辦學條件下深化培養(yǎng)模式，從純理論指導過渡到結(jié)合工程訓練的實踐環(huán)節(jié)中。

（二）團隊協(xié)作式培養(yǎng)

與傳統(tǒng)高校的單一導師制相比，組建導師團隊聯(lián)合培養(yǎng)不僅可以是學校內(nèi)部的不同專業(yè)導師培養(yǎng)，還可以由不同學校的導師聯(lián)合培養(yǎng)。不同學科的導師組成的團隊可以匯聚不同學科的專業(yè)知識，學科之間可滲透的范圍擴大。團隊可以承接重大科研項目，并且在項目研究的不同階段，為解決不斷出現(xiàn)的新問題可以融入所需要領(lǐng)域的專家。不同學科背景的導師共享研究成果，對研究生資源也進行共享，營造出一種多學科多視角的師生聯(lián)動模式。

對于研究生而言，多學科交叉思想的碰撞調(diào)動了研究生的學習興趣和積極性，知識領(lǐng)域在不斷擴大，彌補了自己的短板，同時整個學習過程也是思維模式和知識體系的解構(gòu)與再造的過程。這個學習過程雖然比較艱難，但是知識融合的過程也在培養(yǎng)學生的獨立思考能力和判斷能力，在感受收獲和成長中產(chǎn)生新的學術(shù)技能，培養(yǎng)了研究生的創(chuàng)新能力，也滿足了“人工智能”時代高階能力要求。體驗不一樣的跨學科學習，也能夠了解最新的學術(shù)知識和技術(shù)需求。

由麻省理工學院建立的跨學科研究生教育項目實行的是導師和委員會聯(lián)合培養(yǎng)模式，導師來自不同的院系，根據(jù)研究生的興趣愛好制定培訓計劃和研究方向，引導研究生朝著自己的研究方向發(fā)展[8]。因此，借鑒國際頂尖高校的培養(yǎng)經(jīng)驗，導師團隊還應(yīng)該明確研究生的培養(yǎng)目標，尊重每位老師和研究生的共同點和獨特性。要形成一套完整的跨學科研究生培養(yǎng)模式還要注重人才選拔機制，設(shè)置跨學科課程，需要良好的政策支持，并且形成相應(yīng)的團隊管理機制。

（三）以工程創(chuàng)新能力為核心

新工科人才培養(yǎng)應(yīng)當注重理論知識與工程實踐相結(jié)合，培養(yǎng)工科學生解決實際工程問題的能力。但是，目前高校人才培養(yǎng)普遍存在“重理論，輕實踐”的問題，原因一方面是由于教師本身缺乏工程技術(shù)開發(fā)的經(jīng)驗，另一方面是由于學生的工程實踐環(huán)節(jié)較少，最終導致研究生培養(yǎng)模式缺乏與新工科相適應(yīng)的工程能力[9，10]。解決這一問題的有效途徑是鼓勵教師下企業(yè)，參與企業(yè)工程項目，培育產(chǎn)學研合作項目，有利于教師將科研成果轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟效益，服務(wù)于社會。此外，在整個研究生培養(yǎng)過程中開展實踐項目，提高工程實踐環(huán)節(jié)的教學質(zhì)量，鼓勵學生參與企業(yè)合作的項目，把在校學習理論知識與企業(yè)實際應(yīng)用相結(jié)合。

四、結(jié)束語

人工智能正在快速向前發(fā)展，而人工智能的跨學科、多元化、周期性的特點對當前新工科建設(shè)提出了更高的要求。研究生是未來中國的主要學術(shù)力量，也是產(chǎn)業(yè)革新浪潮的主力軍，對于研究生的能力培養(yǎng)是關(guān)乎中國在人工智能發(fā)展中是否搶占先機的關(guān)鍵因素。習總書記指出，“未來幾十年，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革將同人類社會發(fā)展形成歷史性交匯，工程科技進步和創(chuàng)新將成為推動人類社會發(fā)展的重要引擎”[11]。在當前中國高校新工科建設(shè)的新時期，應(yīng)當深入開展研究生的創(chuàng)新能力教育，以工程創(chuàng)新為核心，培育具有創(chuàng)新精神的復合型人才，抓住人工智能發(fā)展的歷史機遇，獲取新工科建設(shè)更大的成功。

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[11]陳勁，呂文晶.人工智能與新工科人才培養(yǎng)：重大轉(zhuǎn)向[J].高等工程教育研究，2017（6）：18-23.

*基金項目：本論文受到江蘇科技大學研究生教改課題“面向新工科的工程專業(yè)學位研究生課程群的構(gòu)建與探究”（編號：YJG2018Y_04），“應(yīng)用型全日制專業(yè)學位碩士研究生工程實踐能力培養(yǎng)研究”（編號：YJG2015Y_06）;江蘇科技大學教學方法改革示范課（編號：2016001）資助

作者簡介：朱琎（1987-），男，漢族，江蘇揚州人，博士，講師，研究方向：微納傳感器。