人工智能專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)模式研究
——以河南科技學(xué)院為例

馬玉琨，石放，趙明富

（河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

一、人工智能專業(yè)建設(shè)的重要性

（一）國家需求的緊迫性

人工智能是基于計算機科學(xué)的跨學(xué)科的新技術(shù)科學(xué)，是計算機、心理學(xué)、哲學(xué)和其他學(xué)科的交叉融合。這門學(xué)科試圖通過了解智能的本質(zhì)，制造能夠以類似人類智能的方式做出反應(yīng)的新的智能機器。人工智能的研究方向包括圖像識別、語言識別、自然語言處理、機器人學(xué)和專家系統(tǒng)等［1］。

我國人工智能領(lǐng)域受到了政府的高度重視，正在迅速發(fā)展。在2017年宣布的全球新興人工智能項目中，我國項目占51%，超過了美國。2020年，我國人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到3031 億元，年增長15%，引發(fā)了人工智能領(lǐng)域的人才短缺。

世界上有360 多所大學(xué)設(shè)有人工智能方面的研究機構(gòu)。美國有近170 個，而我國只有30 多個［2］?？梢?，高校缺乏培養(yǎng)實踐能力強的應(yīng)用型人才的能力。

進入新時代后，人工智能滲透各行業(yè)并與之形成合力將是未來的發(fā)展趨勢，任何行業(yè)中都需要能夠動手實現(xiàn)并用好人工智能的人才，各個領(lǐng)域也都需要具有深厚素養(yǎng)的人工智能專業(yè)人才，于是便產(chǎn)生了人工智能專業(yè)教育的特殊需求。

（二）人才培養(yǎng)的必要性

本科人才培養(yǎng)目標(biāo)具有一定的指導(dǎo)價值、標(biāo)識價值和激勵價值，各大高校應(yīng)按照國家指導(dǎo)意見，細化本科專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)［3］。比如軟件工程本科專業(yè)主要培養(yǎng)軟件開發(fā)類人才；物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)主要培養(yǎng)能夠在信息部門、相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域和企業(yè)單位從事物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃、分析、設(shè)計、實施、管理和維護的人才；人工智能專業(yè)人才的培養(yǎng)須滿足信息技術(shù)和經(jīng)濟社會的發(fā)展需要，畢業(yè)生應(yīng)具備人工智能的基本知識、理論以及專業(yè)技能，能在各行各業(yè)發(fā)揮重要作用。

二、人工智能專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀分析

2017年5月，中國科學(xué)院大學(xué)成立人工智能學(xué)院。同年11月，西安電子科技大學(xué)人工智能學(xué)院正式成立。2018年6月，河南科技學(xué)院在河南省建立了第一所人工智能學(xué)院。

2019年，35 所大學(xué)設(shè)立了第一批人工智能專業(yè)，2020年和2021年分別有180 所和130 所大學(xué)增加了人工智能專業(yè)［4］。目前，已有345 所大學(xué)開始培養(yǎng)人工智能專業(yè)人才，其中“雙一流”大學(xué)83 所，地方大學(xué)262 所。

北京航空航天大學(xué)人工智能專業(yè)的中心課程有兩大特點。第一，數(shù)學(xué)比率很高。相關(guān)課程包括概率、線性代數(shù)、數(shù)學(xué)分析、優(yōu)化方法和智能計算中的數(shù)學(xué)；第二，知識面廣。在必修課程的基礎(chǔ)上，規(guī)劃了幾個參考課程模塊，如高數(shù)據(jù)智能和智能交互。

南京大學(xué)人工智能學(xué)院的課程設(shè)置與普通計算機專業(yè)有很大差異。除了為學(xué)生組織強大的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程以奠定堅實的基礎(chǔ)外，還收集了人工智能專業(yè)涉及的所有知識方面，并建立了相對全面的教育課程體系［5］。

西安交通大學(xué)的人工智能課程是根據(jù)課程組創(chuàng)建的，包括通識教育、數(shù)學(xué)與統(tǒng)計、科學(xué)與工程、人工智能等十一組課程。2018年，西安交通大學(xué)開始選拔首批學(xué)生，正式成立“人工智能高級人才培養(yǎng)實驗班”。實驗班的重點是綜合培養(yǎng)人工智能的綜合基礎(chǔ)知識，軟硬件兼顧。

由此可見，各高校人工智能專業(yè)在招生方面總體規(guī)模不大，在課程體系上多偏重于數(shù)學(xué)，但尚未形成一套最基礎(chǔ)的統(tǒng)一的培養(yǎng)體系，教材上也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。由于人工智能專業(yè)具有顯著的學(xué)科交叉性，各高校在建設(shè)課程體系時會根據(jù)校內(nèi)優(yōu)勢專業(yè)進行規(guī)劃。為正確合理地建設(shè)人工智能專業(yè)，高校需要考慮走帶有自身特色的道路，根據(jù)學(xué)校情況衡量培養(yǎng)研究型人才和應(yīng)用型人才的比重，結(jié)合學(xué)校特色、優(yōu)勢合理建設(shè)專業(yè)選修課程，結(jié)合學(xué)科特點、要求和專業(yè)設(shè)置的目的深入研究該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、人才培養(yǎng)規(guī)格等問題［6］。

三、河南科技學(xué)院人工智能專業(yè)的建設(shè)路徑

如何建設(shè)人工智能專業(yè)，是獲批該專業(yè)的大學(xué)面臨的一個重要問題。鑒于該專業(yè)是新設(shè)立的專業(yè)，本研究從人工智能專業(yè)的重要性和實際問題出發(fā)，側(cè)重于培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案、課程設(shè)置的探索實踐。

（一）科學(xué)設(shè)定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

本專業(yè)立足河南、面向全國，培養(yǎng)具有運用人工智能基本模型、原理與方法進行技術(shù)解決方案設(shè)計、優(yōu)化、實施的能力，能在各領(lǐng)域從事人工智能技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)、系統(tǒng)集成、工程實施與管理等工作，具有創(chuàng)新意識、理論基礎(chǔ)扎實且擁有較強實踐能力的高級人才。

本專業(yè)學(xué)生畢業(yè)五年左右，經(jīng)過自身學(xué)習(xí)和行業(yè)鍛煉，達到下列具體目標(biāo)：

目標(biāo)1：堅守職業(yè)道德、肩負社會責(zé)任，能夠全面考慮法律、環(huán)境等各方因素的影響，把公眾利益放在工程實踐的第一位。

目標(biāo)2：能夠適應(yīng)現(xiàn)代人工智能技術(shù)的發(fā)展，整合數(shù)學(xué)工程和人工智能的基礎(chǔ)知識，理解與人工智能專業(yè)方向相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)章制度，獲得更好的工程實踐培訓(xùn)，為復(fù)雜工程項目提供系統(tǒng)解決方案。

目標(biāo)3：能夠在工程實踐中將人工智能與計算機技術(shù)和信息處理技術(shù)有機結(jié)合，運用現(xiàn)代工具設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)人工智能產(chǎn)品，具有科學(xué)研究能力、科技開發(fā)能力、組織決策和管理能力，兼?zhèn)鋭?chuàng)新意識和能力。

目標(biāo)4：具有全球化意識和國際視野，擁有更新知識的能力，適應(yīng)全球環(huán)境和形勢的波動，提高個人能力。

（二）合理設(shè)置學(xué)生畢業(yè)要求

河南科技學(xué)院人工智能專業(yè)畢業(yè)要求按照工程教育專業(yè)認證的12 條通用標(biāo)準(zhǔn)制定，強調(diào)學(xué)生應(yīng)樹立和踐行社會主義核心價值觀，落實學(xué)生全面發(fā)展的培養(yǎng)目標(biāo)，將學(xué)生體質(zhì)健康達標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在畢業(yè)要求中。

（三）科學(xué)構(gòu)建課程體系

作為專業(yè)性明顯的專業(yè)，如何讓學(xué)生既充分了解專業(yè)基礎(chǔ)知識，又擁有滿足時代需求的應(yīng)用技術(shù)，是人工智能專業(yè)需要解決的問題。課程設(shè)置不能太寬泛，太寬泛容易類似于專門的計算機科學(xué)課程，又不宜太專，太專則不易與學(xué)位課程做出區(qū)分。課程設(shè)置也應(yīng)與其他的計算機科學(xué)專業(yè)有所區(qū)別。

人工智能專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)包括通識教育課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)教育課程和實踐教學(xué)課程四大模塊。各部分的學(xué)時及學(xué)分比例見表1。

表1 課程體系結(jié)構(gòu)及學(xué)時學(xué)分和比例

通識教育課程分為必修和選修課程，主要分為自然科學(xué)類、思想政治類、傳統(tǒng)文化類、國防教育類、藝術(shù)審美類、身心健康類、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與就業(yè)指導(dǎo)類、人文社科類、語言與工具類等模塊，主要包括思想道德與法治等思政課程、大學(xué)英語、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)、大學(xué)體育和心理健康教育等課程。

學(xué)科基礎(chǔ)類課程中公共基礎(chǔ)課程包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率與統(tǒng)計應(yīng)用、大學(xué)物理、離散數(shù)學(xué)等學(xué)科類課程，為學(xué)生建立數(shù)學(xué)與專業(yè)間的橋梁。專業(yè)基礎(chǔ)課程包含電子技術(shù)基礎(chǔ)、人工智能導(dǎo)論、C++程序設(shè)計、python 程序設(shè)計、算法設(shè)計與分析和文獻檢索與科技寫作等課程，使學(xué)生對人工智能專業(yè)有初步的認識，掌握必要的編程語言及文獻檢索能力，為其以后學(xué)習(xí)專業(yè)核心課程打下基礎(chǔ)。

專業(yè)教育課程中，一方面設(shè)置專業(yè)核心課程，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)挖掘、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、機器視覺、模式識別等；另一方面在專業(yè)選修課程設(shè)置各種學(xué)科交叉課程，如計算機仿真、云計算技術(shù)與大數(shù)據(jù)項目開發(fā)、智慧農(nóng)業(yè)等課程，使整體課程具有橫向拓展的渠道。

實踐教學(xué)課程包括獨立的專業(yè)實踐課程和課外創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)實踐（第二課堂）。專業(yè)實踐課程包括軍事訓(xùn)練、認知實習(xí)、程序設(shè)計綜合實習(xí)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)綜合課程設(shè)計、項目綜合實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和第二課堂等。課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐包括社會實踐、學(xué)科競賽、文體活動、科技創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)實踐及職業(yè)技能考試等活動，學(xué)生取得一定成績并經(jīng)學(xué)校組織認定后可獲得相應(yīng)學(xué)分，目的是增強學(xué)生的實踐和動手能力。

（四）河南科技學(xué)院的實踐探索

人工智能學(xué)院探索“理論學(xué)習(xí)+學(xué)術(shù)交流+項目研究”的教學(xué)模式，將理論與實際緊密聯(lián)系起來，通過組織各種實習(xí)課程、第二課堂活動，引入本科生導(dǎo)師制，成立課外興趣小組等方式，讓每個學(xué)生都能參與到具體的項目之中，以促成學(xué)生對理論知識的吸收和轉(zhuǎn)化。這些措施有助于學(xué)生提前融入角色，為將來步入社會走向工作崗位奠定基礎(chǔ)。模式的實行得到了學(xué)生的強烈支持和熱烈反饋，在教學(xué)工作中已初見成效。具體而言，一是要堅持學(xué)習(xí)人工智能的基本理論和相關(guān)學(xué)科知識，二是要求學(xué)生了解人工智能領(lǐng)域的最新進展和學(xué)術(shù)動態(tài)，鼓勵他們積極參加學(xué)院組織的各種學(xué)術(shù)交流活動，以此激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，三是要求學(xué)生參加班級或者自發(fā)組織的項目開發(fā)小組、學(xué)習(xí)興趣小組等。在具體措施上，又包括以下幾個方面：

1.設(shè)立實習(xí)基地

人工智能學(xué)院開設(shè)多門必修實習(xí)課程，通過形式多樣的課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐，將理論知識和工程應(yīng)用聯(lián)系起來。學(xué)院依托與慧科集團、中電科22 所、華為（新鄉(xiāng)）云計算中心、商湯科技、科大訊飛、深圳元創(chuàng)興、北京博創(chuàng)尚和、河南云和數(shù)據(jù)、北京達內(nèi)等公司建立的10 余個校外教學(xué)實習(xí)實訓(xùn)基地，為開展實踐教學(xué)提供了保障，通過校企合作，實現(xiàn)產(chǎn)教融合，將課堂教學(xué)落實到提高學(xué)生的事件創(chuàng)新能力上來。

2.開設(shè)第二課堂

第二課堂包括大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、教師科研項目、學(xué)科競賽及社會實踐等活動。學(xué)院擁有鄭洛新國家自主創(chuàng)新示范區(qū)特種機器人重點實驗室、國家863計劃機器人主題產(chǎn)業(yè)化基地河南分中心、智能農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)河南省工程研究中心、農(nóng)業(yè)機器人應(yīng)用新鄉(xiāng)市重點實驗室等科研和實訓(xùn)平臺，為開設(shè)第二課堂，進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐提供了條件。

3.本科生導(dǎo)師制

該校以新工科人才培養(yǎng)為目標(biāo)，本著師生雙方自覺自愿的原則，實行本科生導(dǎo)師制，逐步探索學(xué)院卓越本科人才的個性化培養(yǎng)模式，通過導(dǎo)師制的實施，培養(yǎng)一批具有較強專業(yè)能力、較好發(fā)展?jié)摿Α⑼怀鰟?chuàng)新能力和良好綜合素質(zhì)的創(chuàng)新型人才，為學(xué)生成長為行業(yè)骨干、學(xué)術(shù)精英奠定良好基礎(chǔ)。

4.課外興趣小組

學(xué)院鼓勵學(xué)生成立興趣小組進行人工智能方面的課外學(xué)習(xí)，通過遴選、自愿組合等方式組成項目團隊。學(xué)院為興趣小組提供場地、電腦、網(wǎng)絡(luò)等學(xué)習(xí)上的便利，導(dǎo)師為學(xué)生提供項目上的指導(dǎo)。小組討論制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)方案，經(jīng)導(dǎo)師審核同意后，定期開展小組內(nèi)學(xué)習(xí)并向?qū)焻R報進度。

以河南科技學(xué)院2020 級60 名學(xué)生為例，興趣小組和第二課堂分組情況如表2所示。

表2 河南科技學(xué)院興趣小組和第二課堂分組情況

四、結(jié)語

人工智能專業(yè)與計算機類專業(yè)密切相連，但又不同于一般計算機類專業(yè)，人工智能是計算機專業(yè)的延伸，它擴展了計算機的應(yīng)用系統(tǒng)和技術(shù)科學(xué)，而計算機相對較程序化。人工智能又是一個非常典型的交叉學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、計算機、控制學(xué)、哲學(xué)、語言學(xué)、神經(jīng)學(xué)等一系列學(xué)科，以往并沒有形成系統(tǒng)的專業(yè)建設(shè)方案。作為一門新興學(xué)科，該學(xué)科專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)模式仍處于探索階段。

本研究首先從國家需求和人才培養(yǎng)目標(biāo)的角度進行解析，說明了人工智能專業(yè)建設(shè)的必要性和重要性；其次，對目前我國高校的人工智能專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀進行分析，提出了需要考慮學(xué)校具體情況，結(jié)合學(xué)校特色優(yōu)勢，合理建設(shè)專業(yè)選修課程，結(jié)合學(xué)科特點、要求和專業(yè)設(shè)置，深入研究專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、人才培養(yǎng)規(guī)格和課程設(shè)置等問題；重點從設(shè)定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、設(shè)置人才培養(yǎng)方案、構(gòu)建課程體系、實踐探索等方面介紹了河南科技學(xué)院人工智能專業(yè)的建設(shè)路徑。