人工智能背景下應(yīng)用本科高校計(jì)算機(jī)類人才培養(yǎng)

黎文娟　邢婷婷　林菡

摘要：深入分析了人工智能背景下計(jì)算機(jī)類人才培養(yǎng)方案向人工智能方向調(diào)整的重要性以及人工智能人才培養(yǎng)存在的困難。提出通過整合應(yīng)用本科高校資源，微調(diào)課程設(shè)置、新增實(shí)踐設(shè)置，加強(qiáng)人工智能競(jìng)賽的參與等來進(jìn)行教學(xué)改革，培養(yǎng)人工智能方向就業(yè)的計(jì)算機(jī)人才。

關(guān)鍵詞：人工智能;人才培養(yǎng);計(jì)算機(jī)類專業(yè);應(yīng)用本科高校

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2020）08-115-03

0 引言

十九大報(bào)告提出“推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)”的發(fā)展目標(biāo)[1]。2017年7月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[2]，把人工智能提到國(guó)家戰(zhàn)略的層次。2019年中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息委員會(huì)成立，強(qiáng)化了黨中央對(duì)網(wǎng)信事業(yè)的集中統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，加強(qiáng)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)（包括5G）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新和部署?！陡叩葘W(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》要求2020年基本完成新一代人工智能發(fā)展的高校優(yōu)化布局;高校要在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)為國(guó)家乃至世界人工智能儲(chǔ)備人才[3]。

數(shù)據(jù)表明，2017年人工智能人才的市場(chǎng)需求量已經(jīng)達(dá)到2016年的近2倍，2015年的5.3倍，市場(chǎng)需求量非常大，但能符合要求的人工智能人才嚴(yán)重缺乏[4]。2019年5月，《中國(guó)新一代人工智能發(fā)展報(bào)告2019》在上海發(fā)布，數(shù)據(jù)表明中國(guó)的人工智能產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展[5]。

在這樣的背景下，不論是出于響應(yīng)國(guó)家號(hào)召還是出于為學(xué)生畢業(yè)的就業(yè)前景考慮，各個(gè)專業(yè)都在探討如何利用人工智能賦能[6]。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)作為人工智能關(guān)系相對(duì)密切的專業(yè)，更應(yīng)制定培養(yǎng)計(jì)劃，為國(guó)家儲(chǔ)備人工智能的人才。

1 計(jì)算機(jī)類專業(yè)人工智能方向人才培養(yǎng)探索的關(guān)鍵問題分析

1.1 人工智能涉及的專業(yè)范疇廣

人工智能是研究是用計(jì)算機(jī)來模擬人的行為的學(xué)科，最終目的是達(dá)到替代人的某些應(yīng)用。其研究領(lǐng)域核心涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息技術(shù)、通信工程、數(shù)學(xué)、傳感器與儀器等眾多專業(yè)的核心科學(xué)技術(shù)。

2018年4月教育部制定《高等學(xué)校引領(lǐng)人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》[7]，2019年3月，教育部在《教育部關(guān)于公布2018年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》公布了人工智能專業(yè)的課程群分為以下幾類：計(jì)算機(jī)科學(xué)核心課程群、數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)課程群、認(rèn)知與神經(jīng)科學(xué)課程群、人工智能倫理課程群、科學(xué)和工程課程群、先進(jìn)機(jī)器人學(xué)課程群、人工智能平臺(tái)與工具課程群、人工智能核心課程群[8]……

其中計(jì)算機(jī)科學(xué)核心課程群是重要的人工智能專業(yè)課程群，因此計(jì)算機(jī)類專業(yè)開展人工智能方向課程是可行的，但人工智能的課程群非常多，學(xué)科交叉且互相融合、內(nèi)容相對(duì)抽象、算法相對(duì)復(fù)雜、理論性過強(qiáng)且枯燥，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)人工智能理論積極性不高，造成理論教學(xué)效果差[9]。

1.2 人工智能對(duì)數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)要求高

人工智能是一門理論比較強(qiáng)的科學(xué)，涉及到的數(shù)學(xué)知識(shí)也非常豐富，包括：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等。幾乎囊括了大學(xué)本科甚至研究生階段所有計(jì)算機(jī)類專業(yè)涉及到的數(shù)學(xué)必修課和數(shù)學(xué)選修課，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法、深度學(xué)習(xí)算法等人工智能領(lǐng)域的重要算法都需要這些數(shù)學(xué)知識(shí)作為支撐[10]。大學(xué)數(shù)學(xué)已經(jīng)成為人工智能算法工程師必須精通掌握的主要工具。

另一個(gè)方面，在現(xiàn)階段，人工智能需要以計(jì)算機(jī)作為載體，以程序作為表達(dá)方式運(yùn)行。因此計(jì)算機(jī)的軟硬件知識(shí)成為人工智能人才需要熟練掌握的必備技能[11]。其中包括程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Python語言、C語言、計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)字圖像處理等。對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)也幾乎囊括了大部分的專業(yè)選修課和專業(yè)必修課。

1.3 人工智能對(duì)于學(xué)校的硬件設(shè)施要求高

人工智能對(duì)于計(jì)算機(jī)GPU要求非常高，特別是深度學(xué)習(xí)算法在訓(xùn)練的時(shí)候，需占用大量的GPU資源[12]，還需要消耗大量的時(shí)間，大部分人工智能的公司都是專門買服務(wù)器支持深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練。對(duì)于學(xué)校而言，買大量的服務(wù)器用于學(xué)生訓(xùn)練模型顯然不現(xiàn)實(shí)，另外數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練通常都需要運(yùn)算很長(zhǎng)時(shí)間，不利于老師組織課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)室管理。

2 教學(xué)改革設(shè)計(jì)方案

應(yīng)用型本科的目標(biāo)還是培養(yǎng)面向就業(yè)的大學(xué)生，所以面向人工智能的教學(xué)改革設(shè)計(jì)方案是使得部分學(xué)生可以應(yīng)用人工智能的算法，并能夠找到相關(guān)的工作。重中之重就是在簡(jiǎn)化人工智能課程內(nèi)容的同時(shí)保證學(xué)生能夠應(yīng)用人工智能處理問題。

教學(xué)改革方案設(shè)計(jì)分三個(gè)部分：課程設(shè)置為學(xué)生打好相關(guān)的理論基礎(chǔ)，實(shí)踐設(shè)計(jì)以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)給學(xué)生應(yīng)用人工智能理論的機(jī)會(huì)，競(jìng)賽培養(yǎng)為對(duì)人工智能有濃厚興趣的同學(xué)提供學(xué)習(xí)和發(fā)揮的空間。

2.1 課程設(shè)置

人工智能作為計(jì)算機(jī)類專業(yè)選修方向之一，需要一定的先修基礎(chǔ)知識(shí)，可以考慮高年級(jí)增設(shè)人工智能概論，增加計(jì)算機(jī)類專業(yè)對(duì)人工智能理論的了解。

表1為人工智能課程設(shè)置[14]，這是結(jié)合自身應(yīng)用類本科院校的特點(diǎn)，寫下的人工智能概論課程設(shè)置。共32學(xué)時(shí)。其中，AI倫理和AI展望在人工智能理論課中加入思想政治內(nèi)容。AI展望讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到中國(guó)的人工智能發(fā)展浪潮的同時(shí)，了解學(xué)習(xí)人工智能不僅僅是就業(yè)，更是緊跟國(guó)家的步伐，為建設(shè)社會(huì)主義事業(yè)做貢獻(xiàn)。

Python語言以其語法簡(jiǎn)潔、可擴(kuò)展性強(qiáng)以及強(qiáng)大的第三方庫，而成為最受歡迎的計(jì)算機(jī)語言。目前，市場(chǎng)上大部分人工智能產(chǎn)品的開發(fā)用的是Python語言編程[15]，Python中有大量人工智能相關(guān)的框架和庫，其中TensorFlow和Keras當(dāng)下比較流行。目前，一般計(jì)算機(jī)類專業(yè)的課程安排里有“Python語言程序設(shè)計(jì)”，在人工智能的背景下，僅需要對(duì)Python課程設(shè)置做相應(yīng)修改。增加一些人工智能的框架和庫的學(xué)習(xí)。

2.2 實(shí)踐設(shè)置

在選修了2.1的兩門課程的基礎(chǔ)上，為了加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)一些模式識(shí)別算法，熟練掌握數(shù)字圖像處理的基本處理流程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的模式識(shí)別算法。

目前的人工智能以深度學(xué)習(xí)為主，開設(shè)基于Python的深度學(xué)習(xí)的一種框架開設(shè)的人工智能實(shí)踐課，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式加深學(xué)生對(duì)人工智能框架使用能力。

由于深度學(xué)習(xí)算法的計(jì)算過于龐大，一般的計(jì)算機(jī)的GPU無法承受這樣龐大的計(jì)算量，在企業(yè)當(dāng)中，通常是購(gòu)置服務(wù)器完成深度學(xué)習(xí)的搭建的。但學(xué)校由于管理能力有限，以及服務(wù)器資源有限，無法承受龐大的開銷，為了平衡人工智能平臺(tái)搭建和通用計(jì)算機(jī)計(jì)算能力不足的問題，挑選GPU開銷不大，優(yōu)化相對(duì)成熟的框架進(jìn)行運(yùn)行和學(xué)習(xí)。

2.3 競(jìng)賽培養(yǎng)

除此之外，為了讓學(xué)習(xí)掌握較好的學(xué)生有更高的發(fā)揮空間，應(yīng)參加更多的深度學(xué)習(xí)相關(guān)的競(jìng)賽。

人工智能的競(jìng)賽繁多，其中線上比賽由于更加方便參加，方便組織，還可以提供運(yùn)行的資源，得到更多青睞，表2摘選3個(gè)深度學(xué)習(xí)重要競(jìng)賽。

3 結(jié)束語

本文中，面對(duì)人工智能蓬勃發(fā)展的大背景下計(jì)算機(jī)類專業(yè)進(jìn)行人才培養(yǎng)設(shè)計(jì)。通過微調(diào)課程設(shè)置，增加人工智能實(shí)踐部分，以及鼓勵(lì)參加人工智能競(jìng)賽的方式培養(yǎng)人工智能方向人才。初步實(shí)踐表明，通過教學(xué)改革，我校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)有一定的加深，部分學(xué)生專業(yè)傾向于人工智能方向。未來課程難度仍然較高，有很大的改進(jìn)空間。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1]楊裕民.新中國(guó)70年信息化發(fā)展的歷程回顧與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2019-09-15.

[2]國(guó)務(wù)院.國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[EB/OL].（2017-07-20），2019.

[3]教育部.教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》的通知[S].國(guó)發(fā)[2018]3號(hào)，2018.

[4]中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng).2018年全球AI人才發(fā)展概況及市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)【EB/OL].（2018-03-22），2019.

[5]中創(chuàng)產(chǎn)業(yè)研究院.解讀《中國(guó)新一代人工智能發(fā)展報(bào)告2019》[EB/OL].（2018-06-12），2019

[6]蔣曉坤，朱鴻，李志義.新工科人才培養(yǎng)新模式[J]高教發(fā)展 與評(píng)估.2018.2：17 - 24

[7]劉德建.人工智能賦能高校人才培養(yǎng)變革的研究綜述[J]電化教育研究，2019.11.

[8]教育部.教育部關(guān)于公布2018年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知[EB/OL].（2019-03-25），2019-07-03.

[9]秦記峰，任東海.人工智能課程實(shí)踐教學(xué)改革探討和研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2019.10：12-15

[10]史維娟.人工智能在大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用模式探討[J].智庫時(shí)代，2019.38.

[11]張睿，楊吉斌，李志剛.陸軍人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)[J].國(guó)防科技，2019.40（4）.

[12] Stuart R， Peter N. Artificial intelligence：A modernapproach[M].New Jersey：Pearson Education Inc，2010.

[13]劉光潔，張崳，姚亦飛.地方本科院校人工智能專業(yè)建設(shè)研究與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2019.10.

[14]羅定生等.北京大學(xué)人工智能課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2019.10：1672-5913

[15]楊迎.人工智能背景下的Python教學(xué)探索[J].信息系統(tǒng)工 程，2019.304（4）：177

基金項(xiàng)目：福建農(nóng)林大學(xué)東方學(xué)院教改項(xiàng)目（DFJG2018005）

作者簡(jiǎn)介：黎文娟（1991-），女，福建龍巖人，碩士，助教，主要研究方向：圖像處理、人工智能。