人工智能在人才培養(yǎng)中的分層教育架構(gòu)

張良智 楊福廣

摘 要：人工智能在高等教育階段，面向不同教育對象和教育階段，呈現(xiàn)不同的教育內(nèi)容。本文提出了人工智能教育的分層架構(gòu)，通過認(rèn)知層面、分支領(lǐng)域的知識和能力、綜合應(yīng)用和研究創(chuàng)新四個層面，分析了人工智能教育的層次體系，為融入專業(yè)教育提供了新思路。

關(guān)鍵詞：人工智能;人才培養(yǎng);分層教育

在人工智能浪潮的沖擊和影響下，教育領(lǐng)域正在經(jīng)歷一場深層次變革，技術(shù)正在重塑教育的新形態(tài)。在此背景下，研究如何應(yīng)用新技術(shù)推動教育事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。教育部科技司司長雷朝滋指出，以人工智能為代表的新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，將會對傳統(tǒng)的教育理念、教育體系和教學(xué)模式產(chǎn)生革命性影響，當(dāng)前我國在各級各類教育中都逐步融入智能教育的理念、知識和方法，分層次教育框架體系初步構(gòu)建，在基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育、高等教育和科普教育等多個方面進(jìn)行人工智能教育。

人工智能的分層次教育研究，初步得到廣大教育工作者和人工智能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注，研究成果不多。錢旭升等集中分析了我國高中人工智能教育目標(biāo)的分類、分層體系構(gòu)建，提出了在人工智能教育領(lǐng)域，分別從有關(guān)知識的獲取與表達(dá)、核心技能的習(xí)得與遷移和豐富魅力的充分體驗三個層面進(jìn)行教育[1];另有研究分析了人工智能與STEM等課程的融合[2][3];構(gòu)筑了人工智能+教育的生態(tài)系統(tǒng)[4]。然而，作為人工智能教育的主戰(zhàn)場，高等教育中針對不同基礎(chǔ)、不同學(xué)科、不同層次的學(xué)生，如何開展人工智能教育，如何劃分層次便于協(xié)調(diào)有序推進(jìn)人工智能體系化的教學(xué)？本文立足于人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀，剖析其在教育應(yīng)用中的典型特征，針對不同階段的提出人工智能教育的不同層次，為推動我國人工智能與教育的融合創(chuàng)新發(fā)展提供理論指導(dǎo)。

一、人工智能教育的分層模型

? ? ?高等教育擔(dān)負(fù)為國家培養(yǎng)應(yīng)用型、研究型各類人才的任務(wù)，同時因?qū)W科專業(yè)眾多，相互之間差異大，學(xué)生層次、基礎(chǔ)背景、高中經(jīng)歷等千差萬別，因此對大學(xué)生的人工智能教育也應(yīng)因材施教，劃分層次種類，根據(jù)學(xué)生的實際情況，分步驟、有計劃的逐步開展。圖1 給出了高等教育中人工智能技術(shù)體系教育培養(yǎng)層次結(jié)構(gòu)圖。

在該層次結(jié)構(gòu)中，最底層為認(rèn)知層面，包括應(yīng)用場景認(rèn)知、主體思想認(rèn)知和知識體系認(rèn)知。中下層為當(dāng)前知識和能力的教育，包括人工智能各領(lǐng)域分支的所有基礎(chǔ)和高階知識與能力。中上層為復(fù)雜工程問題的解決能力和知識的綜合應(yīng)用能力。最高層為面向研究生教育，培養(yǎng)人工智能科學(xué)素養(yǎng)，做研究創(chuàng)新性工作。

二、各教育層次的分析

1、認(rèn)知層次

認(rèn)知層次是人工智能教育的最底層，但不可忽略。因?qū)W生的基礎(chǔ)、專業(yè)、經(jīng)歷等方面的差異，認(rèn)知層次的教育可靈活開設(shè)。認(rèn)知教育又可劃分為三個層面，分別為應(yīng)用場景認(rèn)知、主體思想認(rèn)知和知識體系認(rèn)知。

應(yīng)用場景認(rèn)知，主要是對人工智能當(dāng)前在社會生產(chǎn)生活，經(jīng)濟社會各行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用場景介紹，對未來可能的發(fā)展趨勢做出預(yù)測分析，讓學(xué)生充分認(rèn)識到人工智能技術(shù)對未來社會的影響和改變。這一認(rèn)知教育開展的形式多樣，課時差距大，學(xué)生素質(zhì)高、認(rèn)知充分的情況下甚至可以不做。

主體思想認(rèn)知，主要是對人工智能核心思想的把握。當(dāng)前人工智能技術(shù)領(lǐng)域存在多種思想流派，有差異有共性，需要向?qū)W生充分展示各思想派別的核心理念，若干重要的思想，如讓機器學(xué)習(xí)和實現(xiàn)人的行為和思路，能夠深入受教育者的內(nèi)心，同時要認(rèn)知到人工智能發(fā)展可能帶來的社會倫理、不可控等負(fù)面效應(yīng)。

知識體系認(rèn)知，目的讓學(xué)生充分認(rèn)識到人工智能涵蓋的知識領(lǐng)域，可能涉及到哲學(xué)和認(rèn)知科學(xué)，數(shù)學(xué)，神經(jīng)生理學(xué)，心理學(xué)，計算機科學(xué)，信息科學(xué)，控制科學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，知識體系龐大。既要有宏觀全面的認(rèn)識，也要定位于某一個方面，扎根鉆研學(xué)習(xí)。

2、各分支的知識傳授和能力培養(yǎng)

這部分內(nèi)容是高等教育本科階段的主要內(nèi)容，各相關(guān)專業(yè)從各自專業(yè)角度出發(fā)，深度講授各自的專業(yè)知識，從公共基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課到專業(yè)課、專業(yè)方向課，從基礎(chǔ)實踐能力培養(yǎng)到專業(yè)課程高階能力教育。

針對專門設(shè)立的人工智能類專業(yè)，因涉及到的知識體系太過龐雜，不可能面面俱到，多采用宏觀介紹、重點發(fā)展的教育模式，讓學(xué)生自愿選擇各自感興趣的課程模型，以與未來職業(yè)發(fā)展規(guī)劃相適應(yīng)。

針對大多數(shù)非人工智能專業(yè)，都采用“人工智能+專業(yè)”的方式，將人工智能的重要思想、關(guān)鍵技術(shù)和能力培訓(xùn)環(huán)節(jié)引入到專業(yè)教育中，通過課程內(nèi)容更新與替換，關(guān)鍵課程開設(shè)和能力素質(zhì)訓(xùn)練等環(huán)節(jié)，促進(jìn)專業(yè)教育充分借鑒人工智能發(fā)展的技術(shù)，與時俱進(jìn)。

3、綜合應(yīng)用層次

近年來工程教育認(rèn)證的思想深入人心，本科階段培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力是最終目標(biāo)，而人工智能的發(fā)展和應(yīng)用對各行業(yè)來講都至少是某個方面的復(fù)雜問題。因此通過本專業(yè)知識和人工智能相關(guān)分支知識的融合，提升專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜問題解決能力，這是本科教育的最高階段。

4、研究創(chuàng)新能力

人工智能近年來發(fā)展日新月異，新知識新體系不斷涌現(xiàn)，這就需要廣大從業(yè)者有足夠的研究創(chuàng)新能力，這方面的教育在研究生階段開展。通過教育學(xué)生不斷跟蹤當(dāng)前研究熱點，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，推進(jìn)相關(guān)技術(shù)不斷產(chǎn)生新思想，取得新發(fā)展。

三、總結(jié)

人工智能教育融合在高等教育各專業(yè)各層面是大勢所趨，所有學(xué)科、專業(yè)和課程都應(yīng)積極吸收、借鑒其思維方式和技術(shù)特點，提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。但也應(yīng)看到人工智能技術(shù)內(nèi)容多難度大，知識體系龐雜，應(yīng)根據(jù)專業(yè)特點和學(xué)生實際情況，分層次開展教育，既要讓學(xué)生了解和認(rèn)知到人工智能+專業(yè)的必要和優(yōu)勢，又要做到循序漸進(jìn)，逐步提高，避免學(xué)生陷入人工智能紛繁復(fù)雜的知識海洋，為了學(xué)而學(xué)，學(xué)而不思，無法達(dá)到人工智能促進(jìn)教育提高的目的。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 錢旭升，鄭和.我國高中人工智能教育目標(biāo)的分類、分層體系構(gòu)建課程[J].教材，教法，2007，27（1）：71-75.

[2] 唐燁偉，郭麗婷，解月光，鐘紹春.基于教育人工智能支持下的STEM跨學(xué)科融合模式研究[J].中國電化教育，2017，（8）：46-52.

[3] 張劍平，張家華.我國人工智能課程實施的問題與對策[J].中國電化教育，2008，（10）：95-98.

[4] 吳永和，劉博文，馬曉玲.構(gòu)筑“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2017，35（5）：27-39.

資助項目：（1）山東交通學(xué)院教學(xué)改革研究項目，對接“十強產(chǎn)業(yè)、人工智能+”試點專業(yè)—自動化（編號2018ZD08）;（2）山東省本科教改項目重點項目，建設(shè)新工科、服務(wù)新動能背景下地方應(yīng)用型本科院校專業(yè)集群建設(shè)研究--以交通類專業(yè)集群建設(shè)為例（編號Z2018S031）。

（作者單位：山東交通學(xué)院，山東 濟南 250357）