“人工智能+”背景下軌道交通信號與控制專業(yè)建設研究

劉建磊

[摘? ? ? ? ? ?要]? 人工智能技術的快速發(fā)展必將對傳統(tǒng)的專業(yè)建設理念產(chǎn)生重要影響。當前人工智能技術與軌道交通行業(yè)的融合已實現(xiàn)從量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)變。如何通過重構(gòu)人才培養(yǎng)模式以滿足“人工智能+”背景下軌道交通行業(yè)對人才的新要求是設有軌道交通類專業(yè)的高校急需解決的重要問題，特別是應用型本科院校。以軌道交通信號與控制專業(yè)為例，從“人工智能+”背景下的專業(yè)建設內(nèi)容、需要解決的關鍵問題和實施方案進行論述。

[關? ? 鍵? ?詞]? 人工智能;軌道交通信號與控制;專業(yè)建設

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）01-0020-02

一、前言

經(jīng)過60多年的演進，特別是在移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級計算機、傳感網(wǎng)、腦科學等新理論新技術以及經(jīng)濟社會發(fā)展強烈需求的共同驅(qū)動下，人工智能發(fā)展進入新階段，正引領新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，將為各個行業(yè)帶來機遇和挑戰(zhàn)[1-2]，并已對高等教育改革形成倒逼之勢[3-6]。為應對人工智能對高校人才培養(yǎng)帶來的機遇與挑戰(zhàn)，教育部特制定《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，明確指出支持高校加強專業(yè)建設，探索“人工智能+X”的人才培養(yǎng)模式。

“人工智能+專業(yè)”將成為人工智能時代傳統(tǒng)專業(yè)的有效建設模式[7-8]。然而，現(xiàn)有的融合模式主要為“人工智能課程+培養(yǎng)方案”。如金陵科技學院通過將人工智能相關理論及實驗課程與傳統(tǒng)電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案融合，構(gòu)建了一種復合型的人才培養(yǎng)模式[9]，哈爾濱師范大學以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為目標，探索出了一種人工智能理論課程融入地理信息專業(yè)的有效路徑[10]。為使人工智能課程有效融入傳統(tǒng)專業(yè)，國內(nèi)學者從教材建設[11]、教學模式選擇[12]、精品課程建設[13]和課程體系構(gòu)建[14]等方面開展人工智能課程建設研究，并提出了有借鑒意義的經(jīng)驗。如吉林大學的歐陽丹彤指出人工智能原理教材的編寫應具有先進性、實用性和針對性[11]，首都師范大學的彭巖指出人工智能課程涉及多個學科的知識，不同專業(yè)的授課對象應選擇差別化的教學模式[12]，中南大學的陳白帆基于人工智能課程自身的特點梳理了其精品課程的建設路徑[13]，國防科技大學的牛軼峰從培養(yǎng)目標、教材體系、課程重點、考核方法等方面給出了構(gòu)建人工智能課程體系的合理化建議[14]。

人工智能技術對傳統(tǒng)專業(yè)建設理念產(chǎn)生重要影響，從而促進傳統(tǒng)教學模式和學習方式的變革。文獻[16]指出大數(shù)據(jù)智能將使個性化教育獲得極大支持、跨媒體學習將取得突破。文獻[15]認為人工智能技術將有效促進深度學習模式、混合學習模式的普及。文獻[17]全面闡述了教育人工智能（EAI）的內(nèi)涵，分析了人工智能在教育領域的應用，并指出人工智能技術將有效促進“21世紀能力”的獲得。

2016年10月美國白宮科技政策辦公室（OSTP），發(fā)布了題為《為人工智能的未來做好準備》的重要報告，指出政府、高校應采取具體措施應對各行業(yè)對人工智能技術人員巨大需求問題。針對人工智能時代的人才能力要求問題，Ernst和Marc借助歐洲智能系統(tǒng)技術平臺，分析了智能系統(tǒng)的技術路線圖，并得出了人工智能時代的通用技能要求，Lars和Arno以德國和美國為例，探討了人工智能時代未來工廠技術人員的資格和技能要求[15]。在人才培養(yǎng)的具體實施方面，美國西北大學建設了名為“車庫”（The Garage）的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化空間，以培養(yǎng)滿足人工智能時代要求的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，麻省理工學院建立了一套完善的人工智能課程體系和學生評價標準[14]。

綜上，可得如下結(jié)論：

1.人工智能與傳統(tǒng)專業(yè)融合模式主要體現(xiàn)為在傳統(tǒng)專業(yè)的培養(yǎng)方案中融入人工智能課程，而沒有根據(jù)“人工智能+”背景下行業(yè)對應用型人才的要求實施培養(yǎng)模式的重構(gòu)。

2.針對“人工智能+軌道交通類專業(yè)”融合模式的研究，目前還未有涉及。

當前人工智能技術與軌道交通行業(yè)的融合已實現(xiàn)從量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)變。如基于大數(shù)據(jù)技術的車輛設備、電務設備智能運行維護系統(tǒng)已推向市場，基于云計算技術的智能調(diào)度系統(tǒng)已應用于城市軌道交通領域，融合多項人工智能技術的智能列控系統(tǒng)已趨向完善。人工智能技術促進了軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，但也對人才培養(yǎng)提出了挑戰(zhàn)。如何通過重構(gòu)人才培養(yǎng)模式以滿足“人工智能+”背景下軌道交通行業(yè)對人才的新要求是設有軌道交通類專業(yè)的高校急需解決的重要問題，特別是應用型本科院校。

軌道交通信號與控制專業(yè)（以下簡稱“信控專業(yè)”）涉及計算機科學與技術、控制科學與工程、信息與通信工程、物理學等多個學科，與支撐人工智能技術的核心學科完全一致，這為重構(gòu)“人工智能+”背景下的人才培養(yǎng)模式提供了機遇。

為應對人工智能對信控專業(yè)人才培養(yǎng)帶來的機遇和挑戰(zhàn)，本文針對人工智能與傳統(tǒng)專業(yè)融合模式存在的不足，基于信控專業(yè)自身特點，對信控專業(yè)的建設內(nèi)容、要達到的建設目標、面臨的關鍵問題以及實施方案進行了論述。本文對進一步豐富應用型本科院?！叭斯ぶ悄?專業(yè)”融合模式的理論體系、推動傳統(tǒng)專業(yè)建設方案優(yōu)化升級和應用型本科教育理念的發(fā)展，具有重要的理論意義。

二、“人工智能+信控專業(yè)”的建設內(nèi)容及需要解決的關鍵問題

（一）建設內(nèi)容

針對建設內(nèi)容，本文以滿足“人工智能+”背景下軌道交通行業(yè)對信控專業(yè)人才的要求為總目標，以“能力本位教育（CBE）”理論為基礎，以“成果導向教育（OBE）”理念為方向進行相關論述，具體內(nèi)容如下：

1.構(gòu)建“人工智能+軌道交通行業(yè)”背景下信控專業(yè)人才能力模型

以“能力本位教育（CBE）”理論為基礎，分析、對比人工智能時代下國內(nèi)外人才能力模型構(gòu)建方法特點及其適用性，構(gòu)建適合“人工智能+軌道交通行業(yè)”背景的應用型本科信控專業(yè)人才能力模型。

2.形成“人工智能+軌道交通行業(yè)”背景下信控專業(yè)建設方案

以滿足人工智能要求的“能力模型”為基礎，以“成果導向教育（OBE）”理念為方向，結(jié)合信控專業(yè)自身的學科特點，分別從人才培養(yǎng)目標、課程體系、實踐教學體系、教學模式、教學質(zhì)量評價監(jiān)控系統(tǒng)和教學保障體系等方面，形成以建立“人工智能+軌道交通行業(yè)”背景下的信控專業(yè)建設方案。

3.建立健全科研、教學深度融合機制

在深入分析軌道交通領域現(xiàn)代工程問題的基礎上，以信控專業(yè)人才核心能力培養(yǎng)為目標，建立健全面向跨學科合作的科研、教學深度融合機制。

4.構(gòu)建專業(yè)建設方案實踐方法

在現(xiàn)有專業(yè)建設方案實施方法的基礎上，以上述方案實施為目標，建立專業(yè)建設方案實踐方法。

（二）關鍵問題

基于研究內(nèi)容，“人工智能+”背景下軌道交通信號與控制專業(yè)建設需要解決如下問題：

1.信控專業(yè)人才能力模型構(gòu)建問題

如何基于能力模型構(gòu)建方法和軌道交通行業(yè)、社會、學生的需求分析結(jié)果，構(gòu)建“人工智能+軌道交通行業(yè)”背景下的信控專業(yè)人才核心能力模型，是需要解決的關鍵問題。

2.人才培養(yǎng)方案設計問題

如何基于人才核心能力模型和“成果導向教育（OBE）”理念，設計與人工智能深度融合的培養(yǎng)方案是需要解決的關鍵問題。

三、“人工智能+信控專業(yè)”的建設實施方案

“人工智能+”背景下軌道交通信號與控制專業(yè)建設的實施方案如下。

1.以“能力本位教育（CBE）”理論為基礎，深入分析、比較基于技術路線圖的能力需求預測方法、派生任務分析方法、“MuShCo”優(yōu)化方法，建立人才能力模型構(gòu)建的新方法?；诖朔椒ê汀澳芰蚪逃∣BE）”理念，結(jié)合“人工智能+軌道交通行業(yè)”背景下的人才需求信息，本質(zhì)性學習成果（Essential Learning Outcomes，ELO）、“21世紀能力”以及工程教育認證標準，構(gòu)建信控專業(yè)人才能力新模型。

2.基于信控專業(yè)人才能力模型，綜合運用層次分析、因素分析等方法對軌道交通行業(yè)需求調(diào)查數(shù)據(jù)進行分析，確定人才培養(yǎng)目標。

3.使用“能力矩陣”法對人才培養(yǎng)目標進行逐層分解與分析，根據(jù)分析結(jié)果構(gòu)建課程體系和實踐教學體系。

4.針對當代大學生的學習特點（依賴網(wǎng)絡、精通數(shù)字技術、喜歡游戲化學習），基于信息和通信技術（ICP），建立適應于人工智能需求的教育教學模式。

5.借鑒軌道交通行業(yè)標準和規(guī)范、ISO9000質(zhì)量體系思想和管理模式，以人才能力模型為導向，基于PDCA（P：計劃;D：執(zhí)行;C：檢查;A：處理）循環(huán)法，構(gòu)建教學質(zhì)量監(jiān)控評價體系。

6.針對人才培養(yǎng)目標和課程體系的內(nèi)容，從信息化手段、師資隊伍建設、教材建設、實踐教學條件四個方面，構(gòu)建教學保障體系。

7.以解決軌道交通領域現(xiàn)代工程問題為目標，以公共基礎課、學科基礎課和專業(yè)核心課為載體，探索面向跨學科合作的科研、教學深度融合機制。

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編輯 陳鮮艷