淺論人工智能推動高校理工科教育改革

張曉利

西安郵電大學 陜西 西安 710121

一、人工智能在高校理工科教學中的作用

(一)可以大幅提升教學效率。目前理工科專業(yè)教育,多是以傳統(tǒng)的單向授課模式,不管是教學還是實驗學生大多以被動的姿態(tài)介入;采用人工智能技術(shù)手段后,可以利用計算機、機器視覺、自然語言處理技術(shù)來進一步強化學習者的感性認識和理性認識,并且,通過人工智能計算機教學軟件或者教學交互手段能夠節(jié)省教師的作業(yè)批改時間等。

(二)可以提升學生的思維思維能力。傳統(tǒng)的理工科專業(yè)教育,學生只是像海綿一樣不斷地“吸收”著書本的、間接的知識與經(jīng)驗,學生獲得的知識表面上看是增加了,但缺乏對知識的反思,隨著年齡的增加,人們對新的理念和知識較難接受,所以提倡理工科教育更多地要借鑒人工智能領(lǐng)域的“深度學習”、“強化學習”的訓練特征,即:提倡教學過程更多地是要促使學生學會認知的方式、思考的方式,構(gòu)建教學過程以自勵、他勵、提問及反向提問式的講學場景,讓教師和學生就問題發(fā)散思考;讓教學過程和學習過程更加優(yōu)化,人工智能技術(shù)及及其內(nèi)部機理能夠在提升學生的思維能力方面提供很強的幫助。

二、人工智能對高校理工科教學模式的改革思考

(一)加強人工智能基礎(chǔ)理論和技術(shù)工具的通識教育,是理工科學生基礎(chǔ)技術(shù)和工程素養(yǎng)培養(yǎng)的基礎(chǔ)一環(huán)。在理工科教學過程中,要加大人工智能領(lǐng)域基礎(chǔ)技術(shù)哲學、基礎(chǔ)數(shù)學、基礎(chǔ)計算智能相關(guān)課程的開設(shè),要把“智能”(Intelligence)的前因和后果用一系列生動、豐富的工業(yè)場景、產(chǎn)品場景闡述、講解。

(二)加大理工科學生對人腦機理的探究及模仿性研究與實踐,從而推動智能感知與智能思考在工業(yè)領(lǐng)域的落地。理工科專業(yè)的使命是培養(yǎng)自然科學領(lǐng)域各科學、技術(shù)領(lǐng)域的理論和工程人才,而人工智能是基于人類智慧對人腦智能機理的認識來模仿人類意識并試圖再造非有機體生命意義下的智能(Intelligence)。

(三)加大人工智能課程體系在理工科專業(yè)中應(yīng)用。目前,工業(yè)界、科技學術(shù)界不少人認為,人工智能是計算機科學學科的事情,就如同1990年代計算機技術(shù)是計算機學科人的事一樣,而現(xiàn)在,計算機技術(shù)是所有理工專業(yè)必須掌握的技能。同樣,將來的智能化、智慧化發(fā)展程度一定會遠超人類現(xiàn)在的預(yù)期。因此,確有必要在理工科專業(yè)加大人工智能領(lǐng)域基礎(chǔ)的教學課程設(shè)置、教學手段的布局,尤其是要把機器智能的類人化推理、學習、甚至思考這幾個方面的技術(shù)機理、技術(shù)應(yīng)用方向、技術(shù)實現(xiàn)手段貫穿于理工科各專業(yè)的技術(shù)培養(yǎng)意識和培養(yǎng)方案中。同時,對于計算機科學學科,除了加強傳統(tǒng)的計算機(馮.諾依曼架構(gòu)和更多衍生架構(gòu))、量子計算機技術(shù)體系課程教學之外,更多的是要從模仿人類智能、人類意識機理的創(chuàng)新方向來布局一系列有開創(chuàng)格局的課程體系。

下圖表示了人工智能領(lǐng)域課程在理工各專業(yè)的開設(shè)建議,藍色部分為可泛化到非計算機專業(yè)的選修課或者專業(yè)必修課。

三、AI技術(shù)將推動教育體系發(fā)生重大變革

(一)技術(shù)變革:從信息化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化社會轉(zhuǎn)變;采用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、VR/AR技術(shù),運用人工智能學習環(huán)境、教學方式和教育管理轉(zhuǎn)型升級。

(二)個體變化:從“學以致用”到“用以致學”,從“教育工廠”到“學習村落”,因此,個人職業(yè)發(fā)展需要與要素的變化推動了個體學習模式的變化,從而催生了我們理工科高等教育機構(gòu)的教育、教學模式的變化。

(三)教育挑戰(zhàn):精準、個性、靈活的教育服務(wù)體系,更多的、更靈活的學位課程的出現(xiàn)(比如完全基于遠程學習的MOOC學位、GIT及UIUC等高校授予的計算機碩士學位)

四、人工智能推動高校理工科研與學生創(chuàng)業(yè)方面的思考

(一)我國目前高校理工專業(yè)科研整體實力相較2000年代有大幅提升,但總體實力、對工業(yè)界實業(yè)的推動力總體上與發(fā)達國家有一定差距;許多專利從技術(shù)等級上及服務(wù)的轉(zhuǎn)化上都有大幅提升的余地;因此,理工科科研不僅要在量上繼續(xù)保持穩(wěn)步增長的態(tài)勢,更要從質(zhì)量上、從科技基礎(chǔ)科研成果的深化應(yīng)用上要有重大的突破。

(二)要提升理工科學生創(chuàng)業(yè)的質(zhì)量。十三五期間,我們曾經(jīng)全民創(chuàng)業(yè)全民創(chuàng)新,但回過頭來看,我們的創(chuàng)業(yè)很多是極低層次的一種就業(yè),同時那種創(chuàng)業(yè)對資源的消耗、對環(huán)境的污染在一定層面上是有目共睹的。人工智能技術(shù)的核心理念是智慧感知、優(yōu)化路徑、綠色低碳,在于能以最小的代價獲取最高的成長性,因此,理工科專業(yè)教育要充分發(fā)揮當前人工智能領(lǐng)域的研究模式、思維模式,充分采用最合適的技術(shù)路徑來沉淀產(chǎn)品,要讓創(chuàng)業(yè)更貼合工業(yè)化、信息化、生活場景化,更適合綠色發(fā)展理念,使創(chuàng)業(yè)著眼于長遠的經(jīng)濟發(fā)展和技術(shù)綠色融合應(yīng)用。