耿慶田，張 天，李 民，姚艷秋，趙 楊

(長(zhǎng)春師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130032)

隨著以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等為代表的新一代人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能(Artificial Intelligence，AI)[1]越來(lái)越被各國(guó)科學(xué)家重視，并成為當(dāng)前重點(diǎn)研究的前沿顛覆性技術(shù)。

人工智能是一門研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬和延伸人腦功能的典型綜合性交叉學(xué)科，是實(shí)現(xiàn)科研創(chuàng)新的基礎(chǔ)，其主要研究范圍包括電氣、計(jì)算機(jī)、傳感、通訊、控制等學(xué)科領(lǐng)域。

有專家預(yù)測(cè)，世界各國(guó)在有限未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)就是人工智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)質(zhì)是人才培養(yǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，因此以人工智能為重點(diǎn)的新技術(shù)革命亦被稱之為第四次工業(yè)革命。當(dāng)前國(guó)內(nèi)人工智能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模急速增長(zhǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球人工智能人才需求約超500萬(wàn)。若按照我國(guó)2019年之前的培養(yǎng)計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2025年，我國(guó)人工智能相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)的人才數(shù)量，將只占全球人工智能人才需求的5%左右。因此，我國(guó)從戰(zhàn)略層面對(duì)人工智能提出了規(guī)劃和要求。

2017年7月20日，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，從戰(zhàn)略態(tài)勢(shì)、總體要求、重點(diǎn)任務(wù)、資源配置、組織實(shí)施等幾個(gè)方面制定了國(guó)家人工智能發(fā)展戰(zhàn)略，提出了新一代人工智能發(fā)展的指導(dǎo)思想、戰(zhàn)略目標(biāo)和保障措施[2]。該規(guī)劃提出：“高校在人工智能領(lǐng)域加強(qiáng)專業(yè)建設(shè)，構(gòu)建新一代人工智能基礎(chǔ)理論課程體系”。

2018年4月2日，教育部印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》通知文件[3]，文件重點(diǎn)指出高校作為科技生產(chǎn)力及創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合的實(shí)體單位，在學(xué)科發(fā)展等方面具有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，應(yīng)加強(qiáng)新一代人工智能技術(shù)人才的培養(yǎng)力度，設(shè)置人工智能專業(yè)，創(chuàng)新課程體系，培養(yǎng)符合社會(huì)需要的各種層次的人工智能領(lǐng)域的人才。在此背景下，我校申請(qǐng)并獲批人工智能專業(yè)建設(shè)單位。

1 師范類高校人工智能課程體系的研究意義

在師范高校設(shè)立人工智能本科專業(yè)，主要是面向基礎(chǔ)教育培養(yǎng)人工智能師資，因此具有時(shí)代緊迫性。長(zhǎng)春師范大學(xué)人工智能專業(yè)是國(guó)家首批獲人工智能新專業(yè)建設(shè)資格的35所高校之一。與國(guó)內(nèi)外工科類或綜合類高校相比，作為一所省屬師范類高校的人工智能專業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，目前還處在起步階段，與實(shí)際的工程需求還有很大差距。因此，為了培養(yǎng)出符合社會(huì)需要的多層次高質(zhì)量人才，則需要構(gòu)建與之相適應(yīng)的課程體系。

由于傳統(tǒng)的師范高校工科基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，對(duì)于具有高度綜合性和交叉性的人工智能特色學(xué)科，如何在有限的教學(xué)課時(shí)中提高人工智能專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和效果，首先依賴于課程體系的建設(shè)。而大部分省屬師范高校受限于自身實(shí)力，在人工智能學(xué)科教學(xué)和科研規(guī)劃方面比較薄弱，并且在實(shí)際的專業(yè)建設(shè)中，沒(méi)有成熟的人工智能課程體系，因此，建設(shè)適合師范高校自身發(fā)展定位的人工智能專業(yè)課程體系具有重要的意義。

2 師范類高校人工智能課程體系研究

2.1 師范類高校人工智能專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

無(wú)論何種專業(yè)，其課程體系都要為培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)。也就是說(shuō)，培養(yǎng)目標(biāo)需要有課程體系中具體課程的支撐。為了達(dá)到理想的支撐效果，就要對(duì)課程體系的內(nèi)容設(shè)置和課程順序做合理的編排，體現(xiàn)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和科學(xué)性。為此，項(xiàng)目組調(diào)研了國(guó)內(nèi)多所省屬師范類高校人工智能專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，比較典型的培養(yǎng)目標(biāo)如下所述。

(1)天津師范大學(xué)人工智能專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)具有堅(jiān)定的理想信念、過(guò)硬的思想政治素養(yǎng)、正確的價(jià)值觀、良好的人文和科學(xué)精神，熱愛(ài)教育事業(yè)，具有健全人格，具備現(xiàn)代教育理論和技術(shù)，具有人工智能所必需的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，具備中學(xué)信息技術(shù)課程及人工智能相關(guān)課程的教學(xué)能力和教改研究能力，具備參與教育信息化建設(shè)的技術(shù)實(shí)踐能力，勇于教學(xué)創(chuàng)新、善于綜合育人、具有國(guó)際視野和終身學(xué)習(xí)發(fā)展能力的新時(shí)代人工智能領(lǐng)域的卓越教師，能夠在中學(xué)、中等職業(yè)學(xué)校、基礎(chǔ)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和其他專門機(jī)構(gòu)從事信息技術(shù)及人工智能技術(shù)教學(xué)、教研及管理等相關(guān)工作的高素質(zhì)創(chuàng)新型師資人才。

(2)首都師范大學(xué)人工智能專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)的研究應(yīng)用型人才和基礎(chǔ)教育師資人才。致力于自然語(yǔ)言處理、智能機(jī)器人、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等前沿方向的發(fā)展，培養(yǎng)具有國(guó)際視野、創(chuàng)新能力，運(yùn)用人工智能核心技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題并進(jìn)行科學(xué)研究的復(fù)合型人才。畢業(yè)生具有人工智能及教育教學(xué)雙重背景，就業(yè)前景廣闊，既可以在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、人工智能、教師教育等方向繼續(xù)深造；又可以從事中小學(xué)基礎(chǔ)教育教學(xué)相關(guān)工作；也可以從事工程應(yīng)用和科學(xué)研究工作，在人工智能領(lǐng)域大展拳腳。

(3)長(zhǎng)春師范大學(xué)人工智能專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)：本專業(yè)立足于響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略及吉林省地方發(fā)展需求，以高等教育定位和特點(diǎn)為參考框架，培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展，掌握扎實(shí)的數(shù)理、計(jì)算機(jī)、人工智能等基本知識(shí)和基本技能，具有堅(jiān)定正確的政治方向、良好的職業(yè)素養(yǎng)、科學(xué)與人文素養(yǎng)、較強(qiáng)的人工智能思維能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，具備一定的國(guó)際視野和終生學(xué)習(xí)的能力與習(xí)慣，能夠在企業(yè)事業(yè)單位從事智能教育、數(shù)據(jù)智能處理等方面的應(yīng)用型人才。

通過(guò)對(duì)三所省屬師范高校人工智能專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)其共同點(diǎn)：人工智能專業(yè)一定要和所在學(xué)校的優(yōu)勢(shì)學(xué)科相結(jié)合，將人工智能應(yīng)用到某一具體領(lǐng)域。這就體現(xiàn)在該專業(yè)的學(xué)生既要掌握人工智能專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，又要精于人工智能的某一方向。只有做到“有所為，有所不為”，才能達(dá)到“為所欲為”，才能夠形成鮮明的專業(yè)特色。

2.2 師范類高校人工智能專業(yè)課程體系特色

我校作為基礎(chǔ)教育師資及應(yīng)用型高級(jí)專門人才培養(yǎng)基地，學(xué)校的辦學(xué)定位為應(yīng)用研究型大學(xué)。這就決定了我校人工智能專業(yè)培養(yǎng)的人才，除了要掌握人工智能專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，還要精通一門或幾門編程語(yǔ)言工具，掌握人工智能某一領(lǐng)域應(yīng)用項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)技能，并具有一定的教育教學(xué)能力。相應(yīng)的人才培養(yǎng)體系構(gòu)成如圖1所示。

圖1 人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)體系構(gòu)成

通過(guò)對(duì)我校人工智能專業(yè)定位和教學(xué)知識(shí)體系進(jìn)行梳理研究，我校人工智能專業(yè)課程體系特色在于夯實(shí)理論基礎(chǔ)、覆蓋學(xué)科前沿、強(qiáng)化學(xué)科交叉融合、加強(qiáng)課程思政建設(shè)，提升綜合素養(yǎng)。

第一，我校作為中學(xué)信息技術(shù)教師的培養(yǎng)基地，本科人工智能專業(yè)課程內(nèi)容設(shè)置要考慮高中信息技術(shù)課程中涉及人工智能方面的內(nèi)容，這樣便于該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后就較容易在中學(xué)或社會(huì)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中找到與之相適應(yīng)的工作。

第二，我校人工智能專業(yè)開(kāi)設(shè)的核心課程，主要集中在某一領(lǐng)域方向的具體應(yīng)用，目標(biāo)明確，而且課程注重實(shí)操性，便于提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

第三，在人工智能專業(yè)的培養(yǎng)方案中開(kāi)設(shè)“師范教育”模塊，培養(yǎng)學(xué)生的教育教學(xué)能力。

第四，將核心課程與前沿技術(shù)對(duì)接，針對(duì)國(guó)家的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)揮我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)一流專業(yè)資源優(yōu)勢(shì)，將工程教育新理念融入教學(xué)，深化與科大訊飛等企業(yè)的校企合作，搭建教育培養(yǎng)新平臺(tái)，優(yōu)化跨學(xué)科專業(yè)交叉融合人才培養(yǎng)體系。

第五，通過(guò)課程體系強(qiáng)化專業(yè)課程思政建設(shè)，加強(qiáng)人文素質(zhì)教育，堅(jiān)定理想信念，踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀，培育科學(xué)道德、批判精神和創(chuàng)新精神。

2.3 師范類高校人工智能專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)

目前，國(guó)內(nèi)高校的人工智能專業(yè)課程體系有兩種方式：一種是以計(jì)算機(jī)學(xué)科核心課程為主，再加一些人工智能方面的課程；另一種是借助于自身學(xué)科優(yōu)勢(shì)，設(shè)置獨(dú)立的人工智能課程體系，使人工智能課程與某一領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合[4]。所以，各高校都在探索適合自己學(xué)校定位的人工智能課程體系[5]。

針對(duì)長(zhǎng)春師范大學(xué)人工智能專業(yè)課程體系，根據(jù)所在學(xué)院的特點(diǎn)，結(jié)合計(jì)算機(jī)一流專業(yè)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，借助省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“智能感知與科學(xué)計(jì)算”平臺(tái)，按照底層共享、中層分離、高層互選的方式構(gòu)建了三個(gè)層次的課程體系。

在三個(gè)層次中包含著基礎(chǔ)能力、核心能力、綜合能力、拓展能力訓(xùn)練和培養(yǎng)。第一層次為通識(shí)類基礎(chǔ)課，主要包括政治、數(shù)學(xué)、體育、外語(yǔ)、物理、數(shù)字邏輯等，同時(shí)開(kāi)設(shè)人工智能導(dǎo)論、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論等學(xué)科導(dǎo)論課程，啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第二層次為核心專業(yè)課程，主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字圖像處理、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、算法分析與設(shè)計(jì)等課程，通過(guò)課程深度融合，來(lái)解決人工智能復(fù)雜任務(wù)。第三層次為拓展課程，諸如計(jì)算機(jī)視覺(jué)框架應(yīng)用與實(shí)踐、Web前端技術(shù)、智能軟件開(kāi)發(fā)綜合實(shí)訓(xùn)、自然語(yǔ)言處理應(yīng)用與實(shí)踐。

在上述構(gòu)建的課程體系中，課程體系的各層遵循不斷迭代、應(yīng)用聚焦、適度拓展的原則，課程之間在整體上存在關(guān)聯(lián)，最終形成了相互作用、相互依存的完整課程體系，使課程體系具有綜合性。并且所有的課程都是采用理實(shí)一體化形式，盡量采用項(xiàng)目式教學(xué)或案例教學(xué)的方式。在三個(gè)核心課程模塊完成后，分別設(shè)置一個(gè)來(lái)源于實(shí)際生產(chǎn)的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，對(duì)相關(guān)課程內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐鞏固。

從教育的方面來(lái)看，我校人工智能專業(yè)課程體系主要涵蓋了通識(shí)基礎(chǔ)教育、計(jì)算機(jī)核心知識(shí)教育和具體某一領(lǐng)域的人工智能專業(yè)知識(shí)教育。三個(gè)方面的教育是層層遞進(jìn)的關(guān)系，因而能夠由淺入深地培養(yǎng)出人工智能應(yīng)用型人才。

3 師范類高校人工智能課程體系的構(gòu)建

高等院校開(kāi)設(shè)人工智能專業(yè)是適應(yīng)現(xiàn)代人工智能時(shí)代的需要，重點(diǎn)高校依靠自身力量成立人工智能學(xué)院，培養(yǎng)研究型、創(chuàng)新型人才[5]。省屬師范高校的人工智能專業(yè)由于自身實(shí)力限制，應(yīng)多借助于企業(yè)科研力量，與國(guó)內(nèi)知名IT企業(yè)合作，培養(yǎng)實(shí)踐和技能應(yīng)用型人才。由此可見(jiàn)，高校的人工智能專業(yè)課程體系構(gòu)建依據(jù)是該專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)理念，但無(wú)論什么層次高校，其重視理論基礎(chǔ)、學(xué)科交叉、理論與實(shí)踐相結(jié)合三個(gè)共同點(diǎn)是一致的。

長(zhǎng)春師范大學(xué)選擇國(guó)內(nèi)知名人工智能科技企業(yè)科大訊飛公司作為校企合作的伙伴。借助于科大訊飛的科研平臺(tái)及智能感知與科學(xué)計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的智能相關(guān)科研項(xiàng)目，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的授課理念構(gòu)建了人工智能專業(yè)的三層結(jié)構(gòu)課程體系。在教學(xué)的實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，將人工智能專業(yè)的學(xué)習(xí)劃分為三個(gè)階段。

第一階段，以相對(duì)簡(jiǎn)單的“人工智能導(dǎo)論”與“人工智能導(dǎo)引”等專業(yè)導(dǎo)引基礎(chǔ)課程，輔之約一周的科大訊飛研發(fā)基地參觀見(jiàn)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能學(xué)習(xí)興趣，起到職業(yè)喚醒的作用。

第二階段，隨著學(xué)習(xí)的深入，進(jìn)入下一階段，主要學(xué)習(xí)Python與科學(xué)計(jì)算庫(kù)、數(shù)字圖像處理、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)等核心技能課程，達(dá)到職業(yè)養(yǎng)成的效果。

第三階段，學(xué)生將綜合前兩階段所學(xué)技能，通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺(jué)框架應(yīng)用與實(shí)踐、Web前端技術(shù)、智能軟件開(kāi)發(fā)綜合實(shí)訓(xùn)、自然語(yǔ)言處理應(yīng)用與實(shí)踐等課程，掌握人工智能工程中解決問(wèn)題的整體流程，熟悉工程過(guò)程，以此起到職業(yè)助行的功效。

因此，我校人工智能課程體系是結(jié)合專業(yè)定位、培養(yǎng)目標(biāo)、師資水平、學(xué)生基礎(chǔ)等多方面因素構(gòu)建而成，專業(yè)建設(shè)尚處在初級(jí)階段。人工智能課程體系將繼續(xù)在實(shí)踐中探索，在探索中完善。

4 結(jié)語(yǔ)

在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的今天，人工智能專業(yè)在師范高校剛剛開(kāi)始建設(shè)，其課程體系的建設(shè)與完善還在探討研究中[6]。盡管我校在教學(xué)中基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教育理念構(gòu)建了人工智能專業(yè)課程體系與人才培養(yǎng)方案，但在實(shí)施過(guò)程中，還需要根據(jù)實(shí)施效果按照工程認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)改進(jìn)，繼續(xù)優(yōu)化完善人工智能課程體系，使其能夠充分體現(xiàn)學(xué)科前沿性和實(shí)踐創(chuàng)新性，使人工智能專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后能夠更好地滿足社會(huì)需求。