高师院校人工智能师范类本科专业人才培养分析

2019-10-23刘丽珍王万森施智平师怡爽

计算机教育 2019年10期

刘丽珍，宋巍，王万森，施智平，师怡爽

（首都师范大学信息工程学院，北京 100048）

0 引言

人工智能领域的人才培养是国家发展战略的关键与基础。《新一代人工智能发展规划》提出：广泛开展人工智能科普活动，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。结合教育部卓越教师培养计划项目，高师院校人工智能师范类本科专业肩负着培养教育情怀深厚、专业基础扎实、勇于创新教学、善于综合育人和具有终身学习发展能力的高素质、专业化、创新型中小学人工智能师资的重任。然而，在人工智能市场规模不断扩大和应用程度不断深入的大背景下，人工智能教育正面临着师资严重不足的难题，尤其是中小学、幼儿园、职业教育和特殊教育人工智能师资的缺乏，对我国未来人工智能的发展有着重大的影响，加快人工智能专业师资人才培养日益迫切，通过高师院校人工智能师范专业教育来培养人工智能师资人才就成为当前重要途径。

1 我国人工智能专业人才培养现状和形势分析

习近平总书记指出人工智能是引领这一轮科技革命和产业变革的战略核心技术，加快发展新一代人工智能是赢得全球科技竞争主动权的重要战略抓手，是推动我国科技跨越发展、产业优化升级、生产力整体跃升的重要战略资源。世界各国都在这一轮人工智能科技革命的战略机遇中构筑先发优势，占据发展制高点。目前我国正处于坚持科教引领，部署新一代人工智能人才培养和学科发展的重要攻坚阶段，教育部于2018 年发布了《高等学校人工智能创新行动计划》，针对人才培养这项系统工程和核心要素，强调要完善人工智能领域人才培养体系。之后，在教育部中外人文交流中心、创新工场人工智能工程院和北京大学联合主办的中国高校人工智能人才国际培养计划启动仪式上，进一步提出了5 年内培养一大批人工智能专业的师资和学生，我国人工智能人才培养随着国家相关政策推进而逐渐进入了快车道。

但目前我国人工智能教育普及规模和专业人才供给的形势却是严峻的。根据腾讯研究院发布的《2017 全球人工智能人才白皮书》显示，截止到2017 年10 月，中国人工智能人才的需求缺口已经达到了百万级。根据《北京人工智能产业发展白皮书(2018)》，截至2018 年5 月8 日，全国人工智能企业4 040 家，北京市人工智能企业1 070 家，北京人工智能企业占全国的26%。根据《2018 中国人工智能人才发展报告》：中国人工智能人才需求同比增长了3.6 倍，北京人工智能岗位占比高达40.3%。与此同时，人工智能的学习也逐渐走进了中小学课堂，《高等学校人工智能创新行动计划》强调了在中小学阶段引入人工智能普及教育。以北京为例，根据北京市教委统计，2018 年北京市小学有970 所、涉及教学班级有27 280 个，北京市中学644 所、设计教学班级14 619 个，但人工智能专业教育师资却严重缺乏，那么其他省市的师资情况也不可能太乐观。面临人工智能教育师资严重不足的难题，作为师资培养重要基地的高师院校责无旁贷地需要担负起立德树人、提高人工智能人才培养质量、优化培养结构等重任，促进和实现我国2030 年高校成为建设世界主要人工智能创新中心核心力量和引领新一代人工智能发展的人才高地。

自2003 年我国第一个智能科学与技术本科专业在北京大学设立以来，至今教育部正式批准设立智能科学与技术本科专业高校达96 个，2018 年获批人工智能本科专业高校达35 个。但高师院校人工智能师范类专业的建设还很稀缺。因此，《高等学校人工智能创新行动计划》部署在中小学阶段引入人工智能普及教育的最大瓶颈就是中小学人工智能师资在专业水平和数量上都不乐观。有资料表明，在中小学担任人工智能相关课程的教师中只有35%左右的教师因为有计算机专业背景，可以胜任一部分人工智能相关课程。这种情况突显了人工智能师范专业的建设和人才培养明显滞后于经济社会发展和中小学教育这个规模庞大的师资市场需求，尽快在高校建设人工智能师范本科专业势在必行。

2 构建人工智能师范专业多层次人才培养体系，提升人才培养的系统性和适用性

人工智能师范专业建设应坚定贯彻党和国家的教育方针，围绕人工智能教育的发展方向，结合教育部卓越教师培养计划项目，落实立德树人的根本任务，坚持以师范生为本，依据经济社会发展和中小学教育需求，深化教学改革，强化师范专业内涵建设，建立基于产出导向的师范生培养文化，侧重培养师范生综合能力。

（1）第一个层次侧重培养师范生全面扎实的人文社会自然科学、数理、人工智能基础理论和编程教育技术，以及设计、开发和应用寓教于乐的编程教学软件和游戏的能力。使师范生具备结合人工智能应用场景和基本概念培养中小学生学习兴趣和基础知识的基本教学能力，以及面向全社会青少年和社会公众的人工智能知识科普能力。

（2）第二层次侧重培养师范生深入了解和掌握教育基础学、教育心理学和人工智能领域的核心关键技术，以及信息技术、通用技术、创客教育和STEAM 教育的能力，使师范生具备培养中学生和职业教育学生较深入的开发和设计人工智能算法的专业教育教学能力。

（3）第三层次侧重培养师范生学习和实践现代教育技术、教学设计、教学研究和人工智能技术体系，以及具备将人工智能技术与交叉学科知识相融合的科技创新能力，使师范生具有培养新一代人工智能领域创新人才的高水平教育教学能力。

3 对标师范认证标准，结合卓越计划和中小学师资需求，制定人工智能师范专业培养计划

目前，我国高校可参考的人工智能师范本科专业培养计划和标准比较稀缺，需要我们依据《新一代人工智能发展规划》和《高等学校人工智能创新行动计划》，结合教育部卓越教师培养计划项目，将人工智能学科和专业随时代发展的特性考虑进去，加上新工科背景，根据师范院校自身特点来自主探索和制定相对应的人工智能人才培养所具备的素养、能力及教学体系框架，如表1 所示。

表1 人工智能师范本科专业人才培养基本框架

人工智能师范专业在制定人才培养教学计划时，需要依据《高等学校人工智能创新行动计划》，重点考虑以下几点内容。

（1）人工智能师范专业自身知识体系的完整性和系统性。

（2）学科基础理论课程，包括人工智能原理、人工智能程序设计、机器学习等。

（3）专业核心技术课程，包括自然语言处理、数据挖掘、优化理论与算法设计、多智能体系统、模式识别与图像理解等。

（4）交叉复合以及创新应用拓展课程，包括智能教学系统、机器人、计算语言学、认知科学、计算生物学、智能应用建模等。

（5）相关支撑课程，包括数字信号处理、数理逻辑、概率与数理统计、数学分析等。

（6）教育教学必修课程，包括教育学基础、教育心理学、现代教育技术、教学设计、教学研究等。

（7）教育教学选修课程，包括中小学人工智能教育、通用技术、创客教育和STEAM 教育、学习资源设计与开发。目前，许多中小学生已经将人工智能科普教育课程纳入了常规教学，师范生要具备通过新颖有趣的教学形式激发学生学习人工智能的兴趣的能力，重视对学生编程和实践动手能力的培养。

（8）对标师范类专业教学质量卓越标准认证，教师教育实践课程包括教育见习6 周、教育实习10 周、教育研习2 周，共计18 周的教学实践。

4 高师院校人工智能师范专业与校内相关专业进行师资整合，与校外相关企业、中小学建立协同共赢长效机制，建设高素质人工智能教师队伍

目前我国人工智能领域的专业人才储备相对较低，许多人工智能专业的教师是从计算机、电子、信息通信、自动化等相关专业转过来的，基于人工智能专业的交叉性，这恰恰有利于人工智能师资队伍的建设；进一步通过高校与企业的灵活开放合作，与中小学建立协同共建机制，以及借助培养和引进机制，可以在短时间内壮大师资队伍，并开展分层梯队建设，重点建设高端人才队伍来担当人工智能专业的教育重任，特别是加快引进全球顶尖智能专业人才和青年创新人才，形成我国人工智能人才队伍的高地。

此外，通过人工智能领域相关的科学研究也是培养教师队伍的有效途径，尤其是《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》发布以来，人工智能的研究得到前所未有的重视。国家将人工智能与计算机、自动化等学科并列设置，推动了相关研究人才的集聚。例如，从事智慧医疗、智能服务机器人、智能金融、智慧法律、智能教育、语言智能、生物智能、环保智能等相关领域研究的教师都是人工智能教师队伍的重要来源。

除了建设有人工智能专业素养的教师队伍，还需要建设一批具有教育教学素养的教师队伍，以立德树人为己任，具有社会责任感和无私奉献的教育情怀，掌握教育政策法规以及教育学、教学心理学的基本理论和方法，熟悉现代教育技术的基本理论和知识，了解中小学生身心发展和养成教育规律，具有信息化资源设计与开发的基本能力，具有良好的教学设计能力、教学实施能力、教学评价能力和教学反思能力。

中国要实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，不仅需要数量庞大的师资队伍，还需要优化师资队伍建设，建设一支能够运用新技术、新理念、新手段提升人工智能课程内涵的朝气蓬勃、团结向上、业务能力强、教学效果好的专业教学团队，为培养造就大量优秀的师范生、卓越的教师梯队奠定坚实基础。