人工智能背景下信息工程“新工科”專業(yè)建設(shè)探索

陳瑞 袁璟 童瑩

摘? 要： 為了更好地培養(yǎng)人工智能背景下“新工科”的專業(yè)人才，以信息工程專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)為研究對(duì)象，將人工智能和大數(shù)據(jù)融入新工科人才培養(yǎng)方案中，構(gòu)建“人工智能+大數(shù)據(jù)”的課程體系，提出人工智能+創(chuàng)客教育實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，培養(yǎng)跨學(xué)科、多元化的應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞： 新工科; 信息工程; 創(chuàng)客教育; 應(yīng)用型人才

中圖分類號(hào)：G40-057? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-8228（2020）12-94-03

Abstract： In order to better cultivate "New Engineering" professionals in context of artificial intelligence， this paper takes the cultivation of innovative ability of information engineering professionals as the research object， integrates artificial intelligence and big data into the "New Engineering" talent training scheme to construct the curriculum system of "artificial intelligence plus big data"， and proposes to construct a practice teaching platform for artificial intelligence and Maker educations， so as to cultivate the application-oriented talents of interdisciplinary and diversified.

Key words： "New Engineering"; information engineering; Maker education， application-oriented talent

0 引言

21世紀(jì)大數(shù)據(jù)時(shí)代，人工智能（Artificial Intelligence，AI）正在加速挑戰(zhàn)我們的生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域，也促進(jìn)了創(chuàng)新和學(xué)習(xí)的觀念和形式上的革命[1]。2017年7月，教育部啟動(dòng)了“新工科”（New Engineering）建設(shè)的研究工作，“新工科”建設(shè)得以很快推進(jìn)。人工智能的迅速發(fā)展，已經(jīng)快速、深刻地改變了人們的學(xué)習(xí)方式、教學(xué)方式、思維方式，包括我們解決問(wèn)題的方式。可見(jiàn)，人工智能已經(jīng)從多個(gè)層面上對(duì)教育課程體系提出了深層次挑戰(zhàn)。2018年，教育部發(fā)布的《關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》中指出，要重視人工智能與其他學(xué)科專業(yè)教育的交叉融合[2]。其后，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[3]，明確提出高校要完善人工智能教育體系，建設(shè)人工智能學(xué)科。教育部在《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》中強(qiáng)調(diào)[3]，要加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域?qū)I(yè)建設(shè)，推進(jìn)“新工科”建設(shè)，形成“人工智能+X”復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式。通過(guò)改革教學(xué)方法，創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐，讓教育教學(xué)跟AI深度融合并智能化高效化發(fā)展，將有助于升級(jí)傳統(tǒng)的教學(xué)模式。信息類專業(yè)建設(shè)在“人工智能+”框架下，構(gòu)建跨學(xué)科的專業(yè)課程體系，在交叉融合和工程實(shí)踐學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)新工科下的創(chuàng)新人才，具有重要意義[4]。

在這個(gè)新的歷史環(huán)境下，我院針對(duì)人工智能和新工科背景下的新興課程體系和交叉學(xué)科課程建設(shè)進(jìn)行了研究規(guī)劃，力圖做好“人工智能+”背景下的新工科跨專業(yè)課程體系和AI工程實(shí)踐平臺(tái)的頂層設(shè)計(jì)，圍繞“通識(shí)課+專業(yè)前沿課程+頂層實(shí)踐平臺(tái)”三個(gè)層面構(gòu)建“人工智能+新工科”培養(yǎng)模式，并研究“人工智能+”背景下的教學(xué)新模式、新方法，研究“人工智能+大數(shù)據(jù)”的課程體系，探索“人工智能+創(chuàng)客教育”的實(shí)踐教學(xué)方法，最終構(gòu)建“人工智能+”背景下的信息工程專業(yè)“新工科”培養(yǎng)模式。

1 “人工智能+”信息工程專業(yè)的新工科培養(yǎng)模式

信息工程是一門應(yīng)用型較強(qiáng)的學(xué)科，在人工智能和信息產(chǎn)業(yè)中有很重要的地位。我院的信息工程專業(yè)旨在培養(yǎng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展需要的高級(jí)應(yīng)用型信息技術(shù)人才。學(xué)生具有扎實(shí)的信息獲取、信息傳輸、信息處理和應(yīng)用的基礎(chǔ)理論知識(shí)，掌握信號(hào)處理與通信，大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，能對(duì)通信、互聯(lián)網(wǎng)、IT、人工智能等行業(yè)的工程技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析、研究、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案，并在工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個(gè)人與團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理、終身學(xué)習(xí)等方面具備相應(yīng)的意識(shí)和能力。

傳統(tǒng)的信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式側(cè)重理論知識(shí)學(xué)習(xí)和對(duì)課程成績(jī)的考核，近年來(lái)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的增加，在一定程度上提升了學(xué)生的動(dòng)手能力。但隨著通信、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)信息工程類學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備、實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提出了新的要求。因此，新工科背景下的人才培養(yǎng)模式成為各高校積極推動(dòng)的改革方向，我院在課程體系、教學(xué)模式和質(zhì)量評(píng)價(jià)體系等方面方面進(jìn)行改進(jìn)。

⑴ 構(gòu)建“人工智能+大數(shù)據(jù)”的課程體系。已傳統(tǒng)的課程體系為基礎(chǔ)，根據(jù)國(guó)家教育基本方針和長(zhǎng)江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，利用區(qū)域優(yōu)勢(shì)，注重學(xué)生身心健康、思想素養(yǎng)、知識(shí)結(jié)構(gòu)、實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新創(chuàng)客能力及職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感多方位發(fā)展。

⑵ 構(gòu)建人才新需求的教學(xué)模式。教學(xué)模式的改革對(duì)教師隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)資源分配和教學(xué)環(huán)境改善都提出了要求。教師隊(duì)伍具備跟蹤和整合本專業(yè)前沿技術(shù)和成果的能力，教學(xué)內(nèi)容展示的多元化，以及為學(xué)生提供開放的教學(xué)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、構(gòu)建課外知識(shí)體系、積極探索新技術(shù)等。

⑶ 構(gòu)建人才培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。新工科背景下，人才培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系要具有預(yù)見(jiàn)性，適應(yīng)人才市場(chǎng)新需求，制定出符合我院自身發(fā)展特點(diǎn)和長(zhǎng)三角區(qū)域特色的多維質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

2 “人工智能+大數(shù)據(jù)”的課程體系

設(shè)計(jì)“人工智能+大數(shù)據(jù)”新工科前沿課程體系。人工智能包括計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、數(shù)學(xué)、機(jī)械、哲學(xué)、心理學(xué)等。按照信息工程專業(yè)知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系和專業(yè)教育教學(xué)的規(guī)律，分公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課三級(jí)結(jié)構(gòu)搭建課程體系。在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課層次開設(shè)人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和虛擬現(xiàn)實(shí)等課程，在專業(yè)任選課中，開設(shè)結(jié)合產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的前沿信息課程，如圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、文本處理、深度學(xué)習(xí)、量子計(jì)算、自動(dòng)駕駛等[5]。

以人工智能基礎(chǔ)知識(shí)為基礎(chǔ)，可以靈活搭建多個(gè)“人工智能+X”課程模塊，如“人工智能+圖像/語(yǔ)音”模塊可以研究“人工智能+智慧醫(yī)療”、“人工智能+智能制造”等;“人工智能+深度學(xué)習(xí)”模塊可以研究“人工智能+自動(dòng)控制”、“人工智能+智能交通”等[6]。構(gòu)建這種模塊化的新工科跨專業(yè)前沿課程體系，可以由淺入深從三個(gè)層面開展“人工智能+新工科”課程體系建設(shè)。

⑴ 開設(shè)“人工智能+”前沿通識(shí)課，普及智能學(xué)科知識(shí);

⑵ 構(gòu)建人工智能+跨學(xué)科工程實(shí)踐平臺(tái)，為不同專業(yè)提供大數(shù)據(jù)和人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支撐;

⑶ 靈活搭建課程模塊，構(gòu)建“人工智能+X”下新工科跨學(xué)科專業(yè)前沿課程體系，為推進(jìn)跨學(xué)科交叉、融合的新工科課程體系建設(shè)打下基礎(chǔ)。

3 “人工智能+創(chuàng)客教育”的實(shí)踐教學(xué)方法

創(chuàng)客教育是目前教育界極具熱度的一種混合式學(xué)習(xí)方式，其“合作、分享、快樂(lè)、極致”的理念非常契合人工智能背景下的信息工程“新工科”教學(xué)理念，以“實(shí)訓(xùn)室+微信訂閱號(hào)+雨課堂”架設(shè)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)客空間，實(shí)施基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的創(chuàng)客教學(xué)法，構(gòu)建支持網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)客的混合式學(xué)習(xí)模型。

人工智能時(shí)代，傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式亟需向以學(xué)生為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。智能化的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)環(huán)境，必須要能適應(yīng)和支持學(xué)生走向工作崗位后的終生學(xué)習(xí)。以我院目前開設(shè)的“數(shù)字圖像處理綜合實(shí)驗(yàn)”、“嵌入式系統(tǒng)編程”和“安卓系統(tǒng)軟件開發(fā)”課程的實(shí)驗(yàn)為例，目前這類實(shí)踐課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境多采用傳統(tǒng)的單機(jī)式，單技術(shù)棧模式，而國(guó)內(nèi)三大互聯(lián)網(wǎng)公司Baidu、Alibaba、Tencent（簡(jiǎn)稱BAT）等大型企業(yè)的實(shí)際研發(fā)環(huán)境都是云化的多技術(shù)棧環(huán)境，如百度的智能云、阿里巴巴的阿里云和騰訊的騰訊云等，涵括了分布式、集群、云服務(wù)、容器等。應(yīng)屆畢業(yè)生進(jìn)入大型企業(yè)工作后，需要花費(fèi)一段時(shí)間進(jìn)行開發(fā)環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的培訓(xùn)。如果在學(xué)校學(xué)習(xí)階段接觸這些新技術(shù)，在綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)集中對(duì)學(xué)生進(jìn)行主題式和模塊式學(xué)習(xí)，或在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)個(gè)別引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式，都能取得很好的效果。

借助“人工智能+X”模式的跨學(xué)科交叉新工科課程學(xué)習(xí)，從教師將知識(shí)傳授給學(xué)生向“讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造知識(shí)”提升，在大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能化專業(yè)領(lǐng)域中，將多學(xué)科交叉與產(chǎn)業(yè)需求項(xiàng)目研究結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在工程實(shí)踐過(guò)程中主動(dòng)學(xué)習(xí)和建構(gòu)多學(xué)科交叉知識(shí)，培養(yǎng)自身的人工智能思維、實(shí)踐和知識(shí)靈活運(yùn)用的能力。在為時(shí)較長(zhǎng)的綜合實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，開展項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的主題式、模塊式學(xué)習(xí)的智能實(shí)踐活動(dòng);在為時(shí)較短的課程設(shè)計(jì)和課程實(shí)驗(yàn)中，將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、迭代優(yōu)化等人工智能思維融合到相關(guān)課程的教學(xué)中，思維和教學(xué)相互滲透、整合和優(yōu)化，提高實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新創(chuàng)客效果展示。

最后，營(yíng)造濃厚的校園科技創(chuàng)新氛圍，定期舉辦多層次的講座和學(xué)術(shù)報(bào)告活動(dòng)，以及定期舉辦電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和研討會(huì)等，更能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。近期我院和南京愛(ài)思電子有限公司聯(lián)合主辦了“2019度5G環(huán)境下新工科信息技術(shù)研討會(huì)”，吸引了包括中國(guó)移動(dòng)、浙大旭日科技有限公司、武漢凌特電子技術(shù)有限公司、東南大學(xué)、南京師范大學(xué)、江蘇科技大學(xué)在內(nèi)的五十多個(gè)知名企業(yè)和高校參會(huì)，大大激發(fā)了我院師生的創(chuàng)作熱情。

4 結(jié)束語(yǔ)

人工智能背景下，信息工程“新工科”專業(yè)人才的培養(yǎng)是一個(gè)復(fù)雜而艱辛的過(guò)程，也是一個(gè)系統(tǒng)化工程，其中涉及到人才培養(yǎng)方案、專業(yè)建設(shè)方向、課程設(shè)置等多種因素。目前，我院在人才培養(yǎng)體系上進(jìn)行了積極而有意義的探索，并持續(xù)不斷地完善培養(yǎng)方案，創(chuàng)新專業(yè)建設(shè)方向，取得了初步成果，在中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、藍(lán)橋杯、省大學(xué)生創(chuàng)新等競(jìng)賽中取得了好成績(jī)。這些探索為人工智能背景下信息工程新工科人才培養(yǎng)提供了較好的經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)還應(yīng)及時(shí)調(diào)整和完善人才培養(yǎng)體系，以適應(yīng)新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的人才需求。

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