畢 楊
(西安航空學(xué)院 電子工程學(xué)院,西安 710077)
人工智能作為21世紀(jì)科技領(lǐng)域最為前沿的技術(shù)之一,具有顯著的產(chǎn)業(yè)溢出效應(yīng),能夠推動(dòng)多領(lǐng)域的變革和跨越式發(fā)展,可對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)產(chǎn)生顛覆性影響,人工智能的迅速發(fā)展將深刻改變世界。人工智能產(chǎn)業(yè)為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供戰(zhàn)略新動(dòng)能,也是引領(lǐng)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略抓手。
為把握人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機(jī)遇,國務(wù)院下發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》(國發(fā)〔2017〕35號(hào))[1]。為不斷提高人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和國際合作交流等能力,教育部下發(fā)《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〉》(教技〔2018〕3號(hào))[2]對(duì)人工智能領(lǐng)域?qū)W科建設(shè)、專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)、構(gòu)建人工智能多層次教育體系進(jìn)行全方位部署,高??稍谟?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科設(shè)置人工智能學(xué)科方向,支持高校自主設(shè)置相關(guān)二級(jí)學(xué)科或交叉學(xué)科,鼓勵(lì)高校對(duì)照國家和區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求布點(diǎn)人工智能相關(guān)專業(yè)。據(jù)此,國內(nèi)一些高校先后設(shè)置了人工智能專業(yè),成立了人工智能研究院,對(duì)人工智能的學(xué)科建設(shè)[3-4]和專業(yè)建設(shè)[5-6]進(jìn)行了廣泛的探索、研究和實(shí)踐。也有人員對(duì)地方普通高校的人工智能專業(yè)或相關(guān)建設(shè)進(jìn)行研究[7-9]。
隨著人工智能產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展,人工智能人才的需求將顯著增加。在此背景下,我國高校承擔(dān)著人工智能創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和國際交流的重任,各高校應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際情況,進(jìn)行人工智能學(xué)科和專業(yè)建設(shè)的相關(guān)工作,培養(yǎng)人工智能人才。
西安航空學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱學(xué)校)是一所省屬培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才,主要服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)的普通高校。近年來,學(xué)校屬地的人工智能行業(yè)迅速發(fā)展,以西安市為主要聚集地,人工智能公司企業(yè)已有150多家,年產(chǎn)值約120億元[10]。為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì),滿足地方經(jīng)濟(jì)對(duì)人工智能應(yīng)用型專業(yè)人才的需求,學(xué)校結(jié)合自身情況,以電子工程學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱學(xué)院)為依托進(jìn)行人工智能專業(yè)建設(shè),本文從人工智能專業(yè)建設(shè)依托單位的優(yōu)勢(shì)分析入手,結(jié)合陜西省產(chǎn)業(yè)特點(diǎn),制定人工智能專業(yè)培養(yǎng)方案,構(gòu)建課程體系和教學(xué)內(nèi)容,分析人工智能專業(yè)對(duì)師資隊(duì)伍的要求以及實(shí)現(xiàn)途徑,以期為地方普通高校的人工智能專業(yè)建設(shè)相關(guān)工作提供借鑒。
學(xué)院前身為工電??坪蛢x表???成立于1955年,后經(jīng)不斷發(fā)展,于2015年更為現(xiàn)名,在人工智能專業(yè)建設(shè)前有測(cè)控技術(shù)與儀器、電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化、電子信息工程、通信工程5個(gè)本科專業(yè)。結(jié)合發(fā)展歷程和自身現(xiàn)狀,學(xué)院建設(shè)人工智能專業(yè)的主要有利條件如下。
(1)原有專業(yè)與人工智能專業(yè)聯(lián)系緊密。學(xué)院原設(shè)專業(yè)中,電子信息工程業(yè)與人工智能專業(yè)聯(lián)系緊密,可采用“電子信息+人工智能”的策略進(jìn)行人工智能專業(yè)建設(shè)。此外,自動(dòng)化專業(yè)和通信工程專業(yè)都與人工智能相互交叉、相互融合,利于人工智能專業(yè)建設(shè),也利于專業(yè)相互促進(jìn)、相互發(fā)展。
(2)師資力量。學(xué)院共有教職工103人,專任教師90人,專任教師中的職稱結(jié)構(gòu)如圖1所示,由圖1可見,專任教師職稱結(jié)構(gòu)比較理想,教師梯隊(duì)建設(shè)較為合理。此外,部分專任教師具有公司企業(yè)的工作背景,具有良好的工程實(shí)踐基礎(chǔ)。
圖1 學(xué)院專任教師職稱結(jié)構(gòu)
(3)學(xué)院專業(yè)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)豐富。學(xué)院從最初的工電專科和儀表???后經(jīng)歷了高等??频膶I(yè)建設(shè)到本科專業(yè)建設(shè),積累了豐富的專業(yè)建設(shè)經(jīng)驗(yàn),這為人工智能專業(yè)的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(4)學(xué)院與外界交流較為廣泛。學(xué)院在前期專業(yè)建設(shè)工作中非常注重對(duì)外交流。一方面,學(xué)院與中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所、中國人民解放軍第5720工廠聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生,并與合作單位共建實(shí)習(xí)基地,與大唐移動(dòng)、上海金泰集團(tuán)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議。另一方面,學(xué)院也注重與美國明尼蘇達(dá)州立大學(xué)(曼卡托)和英國格林多大學(xué)等國際同行同業(yè)之間的交流。
盡管如此,學(xué)院在人工智能專業(yè)建設(shè)方面也面臨挑戰(zhàn)。眾所周知,人工智能專業(yè)具有綜合性較強(qiáng)的特點(diǎn),我國各類公司企業(yè)對(duì)人工智能專業(yè)人才需求越來越多,對(duì)人才的綜合性要求較高,需兼具人工智能技術(shù)、思維及產(chǎn)品的集成能力,需求更偏向于高層次的工程人才[11],這就要求學(xué)院準(zhǔn)確把握好人工智能應(yīng)用型人才培養(yǎng)的定位問題。
人工智能專業(yè)定位應(yīng)根據(jù)學(xué)校辦學(xué)定位,人才培養(yǎng)目標(biāo)需緊密圍繞學(xué)校的建設(shè)發(fā)展規(guī)劃,更好地為地方經(jīng)濟(jì)服務(wù)。陜西省地域產(chǎn)業(yè)分布特點(diǎn)為:陜北以化工能源發(fā)展為主;陜南為綠色產(chǎn)品基地;而關(guān)中以先進(jìn)制造業(yè)為主,重點(diǎn)發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。根據(jù)陜西省先進(jìn)制造業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)布局,且關(guān)中是我國重要的航空制造業(yè)基地,同時(shí),學(xué)校具有航空背景,為此,學(xué)院將人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)定位為掌握人工智能理論與工程技術(shù)的與地域經(jīng)濟(jì)需求相吻合的應(yīng)用型人才。
如前所述,人工智能專業(yè)與電子信息工程專業(yè)聯(lián)系緊密,學(xué)院的電子信息專業(yè)是省級(jí)一流專業(yè),專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)較好,為此,學(xué)院將人工智能專業(yè)建設(shè)整體確定為“電子信息工程+人工智能”模式,即依托電子信息工程工程專業(yè)建設(shè)人工智能專業(yè)。依托電子信息專業(yè)建立人工智能專業(yè),既符合產(chǎn)業(yè)的普遍發(fā)展趨勢(shì),也符合教育部對(duì)設(shè)立人工智能專業(yè)的指導(dǎo)原則。同時(shí),也能充分利用電子信息工程專業(yè)現(xiàn)有的各項(xiàng)資源和平臺(tái)。新建的人工智能專業(yè),將依據(jù)學(xué)校應(yīng)用型的辦學(xué)定位,針對(duì)國家新興產(chǎn)業(yè)和陜西省主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求,加大對(duì)優(yōu)勢(shì)和特色專業(yè)的建設(shè)力度,加快建成體現(xiàn)學(xué)校特色,符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新工科專業(yè),以滿足學(xué)校所屬地域?qū)?fù)合型應(yīng)用型人才的迫切需求,為屬地的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變提供人才支持。
人工智能專業(yè)立足航空電子工業(yè),以人工智能與應(yīng)用為特色,培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展,具有政治立場(chǎng)堅(jiān)定和社會(huì)責(zé)任感強(qiáng),具有精益求精的大國工匠精神,具有報(bào)效國家的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng),系統(tǒng)掌握人工智能基礎(chǔ)理論知識(shí),熟悉人工智能的基本方法與主要工具,具有良好的科學(xué)工程素質(zhì)及理論聯(lián)系實(shí)際的能力,具有較強(qiáng)的人工智能專業(yè)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí),能夠在政府部門或企事業(yè)單位從事智能系統(tǒng)集成、智能軟件研發(fā)、智能芯片應(yīng)用開發(fā)、智能應(yīng)用系統(tǒng)的管理與運(yùn)維工作,滿足電子信息產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展需求,服務(wù)于以智能信息工程技術(shù)為主要特征的新一代電子信息產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。
學(xué)院人工智能專業(yè)以培養(yǎng)應(yīng)用型人工智能人才為目標(biāo),主要服務(wù)于人工智能產(chǎn)業(yè)兩大典型應(yīng)用領(lǐng)域——語音信號(hào)處理和圖像信號(hào)處理,培養(yǎng)系統(tǒng)集成、軟件開發(fā)、芯片應(yīng)用開發(fā)以及應(yīng)用系統(tǒng)的管理與運(yùn)維的應(yīng)用型人才。因此,本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)人工智能方面的基本理論和知識(shí),學(xué)習(xí)信息處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、語音處理等基本理論,掌握人工智能基本理論、實(shí)踐方法及其落地應(yīng)用技術(shù)的相關(guān)知識(shí),受到機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)、人工智能專業(yè)綜合設(shè)計(jì)等方面的工程訓(xùn)練,塑造正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀,并具備良好的科學(xué)工程素質(zhì)及理論聯(lián)系實(shí)際的能力,具有較強(qiáng)的人工智能專業(yè)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。其知識(shí)體系與專業(yè)能力支撐關(guān)系如圖2所示。
基于學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)定位,學(xué)院人工智能專業(yè)建設(shè)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)。人工智能源于多個(gè)學(xué)科之間的相互交叉相互滲透,概念較抽象,且其知識(shí)體系融入數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科的內(nèi)容[12]。根據(jù)學(xué)院人工智能專業(yè)建設(shè)整體思路,人工智能專業(yè)的課程體系包括如下4個(gè)模塊。
(1)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。人工智能算法基于模型,模型的建立過程和求解過程需具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識(shí)。同時(shí),課程體系中的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)模塊可為人工智能后續(xù)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(2)人工智能基礎(chǔ)。建立人工智能的孕育、誕生、發(fā)展過程的邏輯脈絡(luò),較為全面了解人工智能內(nèi)涵。搭建人工智能專業(yè)知識(shí)和技術(shù)學(xué)習(xí)的基本知識(shí)框架。
(3)程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)是將理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來的紐帶。應(yīng)用型人才主要面對(duì)工程實(shí)際問題,在實(shí)踐工作中,學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握體現(xiàn)在可以利用特定編程語言實(shí)現(xiàn)核心算法。人工智能的學(xué)習(xí)需要學(xué)生在掌握基本算法基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)際問題對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,進(jìn)而滿足工程需求。
(4)人工智能。該模塊主要培養(yǎng)人工智能專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能。掌握以地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展為基礎(chǔ),整合教學(xué)資源,建立具有地方優(yōu)勢(shì)的專業(yè)方向和專業(yè)目標(biāo)。人工智能專業(yè)可以充分結(jié)合陜西省產(chǎn)業(yè)布局和學(xué)校學(xué)科特色,設(shè)立具有特色方向的人工智能課程。陜西作為重要裝備制造和航空產(chǎn)業(yè)基地,尤其是在航空、航天領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。學(xué)院在人工智能專業(yè)的建設(shè)中將人工智能與學(xué)校和地域的航空特色相結(jié)合,更好地促進(jìn)專業(yè)建設(shè)和服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展。課程體系建設(shè)模塊如圖3所示。
圖3 人工智能專業(yè)課程模塊圖
人工智能的發(fā)展,會(huì)深層次促進(jìn)教育教學(xué)改革與創(chuàng)新發(fā)展,從而給師資隊(duì)伍的建設(shè)帶來挑戰(zhàn),也給教師自身發(fā)展帶來機(jī)遇。師資隊(duì)伍建設(shè)是人工智能專業(yè)建設(shè)的核心問題之一。如前所述,人工智能產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的知識(shí)、技術(shù)和能力均提出了新的要求,對(duì)教師專業(yè)素質(zhì)和水平要求也相應(yīng)提高,尤其是對(duì)教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的要求[13]。
為促進(jìn)專業(yè)相互融合、相互交叉、相互促進(jìn),學(xué)院人工智能專業(yè)設(shè)置在信息技術(shù)教研室,目前該教研室有三個(gè)專業(yè),三個(gè)專業(yè)都屬于電子信息類專業(yè),分別為電子信息工程、通信工程、以及人工智能。共有專任教師25人,其學(xué)緣結(jié)構(gòu)合理,科研方向均屬于電子信息大的范疇。根據(jù)人工智能專業(yè)應(yīng)用型的定位,結(jié)合學(xué)院現(xiàn)有師資隊(duì)伍現(xiàn)狀,師資隊(duì)伍建設(shè)主要從以下兩個(gè)方面展開:一方面,進(jìn)一步強(qiáng)化教師的工程實(shí)踐能力,打造雙師雙能型教師,滿足人工智能應(yīng)用型的目標(biāo)需求?;趹?yīng)用型的人才需求,倒逼本專業(yè)教師必須具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力,才能將語音信號(hào)處理、圖像信號(hào)處理的各類算法得以應(yīng)用及實(shí)現(xiàn),使學(xué)生從理論方面加以鞏固,從應(yīng)用方面得以實(shí)現(xiàn);另一方面,高度重視教師的科研能力提升,滿足人工智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)新、發(fā)展快的科研需求。人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭猛,技術(shù)革新快,為了保證學(xué)生能跟上技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),學(xué)到最新的知識(shí),需要老師能有科研項(xiàng)目的支持及科研活動(dòng)的鍛煉,才能保證教師自身的知識(shí)體系不斷的更新和完善,從而反哺教學(xué),使學(xué)生受益。
學(xué)院人工智能專業(yè)的實(shí)踐條件以電子信息工程專業(yè)為基礎(chǔ),已建設(shè)的通用實(shí)踐條件有機(jī)器人及圖像技術(shù)實(shí)踐裝置、光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)采系統(tǒng)、嵌入式三合一教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、智能傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、腦電生理儀等。與人工智能專業(yè)直接相關(guān)實(shí)踐條件有嵌入式AI模塊、視覺與音頻感知模塊、機(jī)器視覺檢測(cè)、語音識(shí)別處理模塊、語音識(shí)別交互模塊,借助計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù),形成了智能圖像信號(hào)處理技術(shù)綜合應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)和智能語音信號(hào)處理技術(shù)綜合應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)。人工智能實(shí)踐條件的建設(shè)既充分利用了現(xiàn)有支撐電子信息工程專業(yè)建設(shè)的實(shí)踐資源,又引入了人工智能算法實(shí)現(xiàn)的專用模塊。
通過社會(huì)需求調(diào)研,學(xué)院將人工智能人才培養(yǎng)定位為滿足學(xué)校所屬地域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的應(yīng)用型人才,據(jù)此,制訂人才培養(yǎng)目標(biāo)、人才培養(yǎng)方案,并基于人才培養(yǎng)方案進(jìn)行課程體系建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)和相關(guān)實(shí)踐條件的建設(shè)。2022年,學(xué)院人工智能專業(yè)開始招生,共兩個(gè)班級(jí),進(jìn)展比較順利。
學(xué)院在人工智能專業(yè)建設(shè)的前期準(zhǔn)備、實(shí)施到初步建成并招生的過程中逐漸意識(shí)到專業(yè)建設(shè)的主要問題是:盡管人工智能是近年來興起的技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域,但與傳統(tǒng)專業(yè)相比較而言,人工智能專業(yè)更新速度快,人工智能專業(yè)建設(shè)較難跟上社會(huì)人工智能的發(fā)展節(jié)奏,存在一定程度的滯后性。為有效解決該問題,學(xué)院進(jìn)行了深入思考,積極探索新的人才培養(yǎng)模式。在人工智能專業(yè)建設(shè)可以探索:
(1)充分利用屬地社會(huì)資源。學(xué)院人工智能人才培養(yǎng)主要服務(wù)于學(xué)校屬地地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展,可充分利用地域社會(huì)資源。一方面,學(xué)院進(jìn)行人工智能專業(yè)建設(shè)時(shí)要引入屬地公司企業(yè)人員參與,這樣才能滿足人才培養(yǎng)的時(shí)效性、適用性和針對(duì)性;另一方面,基于不同專業(yè)建立人工智能實(shí)驗(yàn)室差異比較大,沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以直接借鑒,且建設(shè)人工智能實(shí)驗(yàn)室費(fèi)用較高,可通過校企合作或校政企合作的方式建立專業(yè)實(shí)踐平臺(tái),培養(yǎng)地域所需的人工智能人才。
(2)跨學(xué)院協(xié)作聯(lián)合建設(shè)。如前所述,人工智能專業(yè)學(xué)科建設(shè)適合依托于計(jì)算機(jī)學(xué)科,而人工智能專業(yè)建設(shè)可以依托不同專業(yè)采用“人工智能+”的模式。人工智能知識(shí)更新迭代周期短,且該專業(yè)人才培養(yǎng)需要扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),并通過程序設(shè)計(jì)將算法模型和工程實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來。據(jù)此,人工智能專業(yè)建設(shè)可與理學(xué)院(數(shù)學(xué)知識(shí))、計(jì)算機(jī)學(xué)院(程序設(shè)計(jì))跨學(xué)院協(xié)作聯(lián)合進(jìn)行專業(yè)建設(shè)。這樣既有利于學(xué)科專業(yè)的交叉融合,也有利于提高師資隊(duì)伍的建設(shè),提升師資水平。
(3)理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系,提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。充分利用學(xué)院和社會(huì)的人工智能平臺(tái),將課程教學(xué)的實(shí)踐內(nèi)容與社會(huì)工程實(shí)踐充分對(duì)接,盡量做到培養(yǎng)的學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐,既能掌握人工智能專業(yè)必備的基本理論知識(shí),又能初步了解該專業(yè)的工作實(shí)際情況和人才需求狀況。
學(xué)院在對(duì)原專業(yè)建設(shè)充分分析的基礎(chǔ)上,采用“電子信息+人工智能”的策略,在現(xiàn)有電子信息工程專業(yè)基礎(chǔ)上建設(shè)人工智能專業(yè)。依托電子信息專業(yè)建立人工智能專業(yè),既符合產(chǎn)業(yè)的普遍發(fā)展趨勢(shì),也與教育部對(duì)設(shè)立人工智能專業(yè)的指導(dǎo)原則相符。新建的人工智能專業(yè),將依據(jù)學(xué)校應(yīng)用型的辦學(xué)定位,針對(duì)國家新興產(chǎn)業(yè)和陜西省主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求,加大對(duì)優(yōu)勢(shì)和特色專業(yè)的建設(shè)力度,加快建設(shè)成既體現(xiàn)學(xué)校特色,又滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求的新工科專業(yè),尤其是滿足學(xué)校屬地經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)復(fù)合型應(yīng)用型人才的迫切需求,為陜西的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變提供人才支持。