人工智能背景下应用本科高校计算机类人才培养

2020-09-15黎文娟邢婷婷林菡

计算机时代 2020年8期

黎文娟　邢婷婷　林菡

摘要：深入分析了人工智能背景下计算机类人才培养方案向人工智能方向调整的重要性以及人工智能人才培养存在的困难。提出通过整合应用本科高校资源，微调课程设置、新增实践设置，加强人工智能竞赛的参与等来进行教学改革，培养人工智能方向就业的计算机人才。

关键词：人工智能;人才培养;计算机类专业;应用本科高校

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2020）08-115-03

0 引言

十九大报告提出“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，建设网络强国、数字中国、智慧社会”的发展目标[1]。2017年7月，国务院发布《新一代人工智能发展规划》[2]，把人工智能提到国家战略的层次。2019年中央网络安全和信息委员会成立，强化了党中央对网信事业的集中统一领导，加强了移动互联网（包括5G）、物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的创新和部署。《高等学校人工智能创新行动计划》要求2020年基本完成新一代人工智能发展的高校优化布局;高校要在较长一段时间内为国家乃至世界人工智能储备人才[3]。

数据表明，2017年人工智能人才的市场需求量已经达到2016年的近2倍，2015年的5.3倍，市场需求量非常大，但能符合要求的人工智能人才严重缺乏[4]。2019年5月，《中国新一代人工智能发展报告2019》在上海发布，数据表明中国的人工智能产业正在飞速发展[5]。

在这样的背景下，不论是出于响应国家号召还是出于为学生毕业的就业前景考虑，各个专业都在探讨如何利用人工智能赋能[6]。计算机科学与技术专业作为人工智能关系相对密切的专业，更应制定培养计划，为国家储备人工智能的人才。

1 计算机类专业人工智能方向人才培养探索的关键问题分析

1.1 人工智能涉及的专业范畴广

人工智能是研究是用计算机来模拟人的行为的学科，最终目的是达到替代人的某些应用。其研究领域核心涉及到计算机科学与技术、信息技术、通信工程、数学、传感器与仪器等众多专业的核心科学技术。

2018年4月教育部制定《高等学校引领人工智能创新行动计划》[7]，2019年3月，教育部在《教育部关于公布2018年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》公布了人工智能专业的课程群分为以下几类：计算机科学核心课程群、数学与统计课程群、认知与神经科学课程群、人工智能伦理课程群、科学和工程课程群、先进机器人学课程群、人工智能平台与工具课程群、人工智能核心课程群[8]……

其中计算机科学核心课程群是重要的人工智能专业课程群，因此计算机类专业开展人工智能方向课程是可行的，但人工智能的课程群非常多，学科交叉且互相融合、内容相对抽象、算法相对复杂、理论性过强且枯燥，导致学生对人工智能理论积极性不高，造成理论教学效果差[9]。

1.2 人工智能对数学和计算机基础要求高

人工智能是一门理论比较强的科学，涉及到的数学知识也非常丰富，包括：高等数学、线性代数、概率论、数理统计等。几乎囊括了大学本科甚至研究生阶段所有计算机类专业涉及到的数学必修课和数学选修课，人工神经网络算法、遗传算法、深度学习算法等人工智能领域的重要算法都需要这些数学知识作为支撑[10]。大学数学已经成为人工智能算法工程师必须精通掌握的主要工具。

另一个方面，在现阶段，人工智能需要以计算机作为载体，以程序作为表达方式运行。因此计算机的软硬件知识成为人工智能人才需要熟练掌握的必备技能[11]。其中包括程序设计基础、计算机网络、Python语言、C语言、计算机组成原理、数字图像处理等。对计算机类专业也几乎囊括了大部分的专业选修课和专业必修课。

1.3 人工智能对于学校的硬件设施要求高

人工智能对于计算机GPU要求非常高，特别是深度学习算法在训练的时候，需占用大量的GPU资源[12]，还需要消耗大量的时间，大部分人工智能的公司都是专门买服务器支持深度学习的训练。对于学校而言，买大量的服务器用于学生训练模型显然不现实，另外数据集的训练通常都需要运算很长时间，不利于老师组织课堂教学和实验教学以及实验室管理。

2 教學改革设计方案

应用型本科的目标还是培养面向就业的大学生，所以面向人工智能的教学改革设计方案是使得部分学生可以应用人工智能的算法，并能够找到相关的工作。重中之重就是在简化人工智能课程内容的同时保证学生能够应用人工智能处理问题。

教学改革方案设计分三个部分：课程设置为学生打好相关的理论基础，实践设计以项目为驱动给学生应用人工智能理论的机会，竞赛培养为对人工智能有浓厚兴趣的同学提供学习和发挥的空间。

2.1 课程设置

人工智能作为计算机类专业选修方向之一，需要一定的先修基础知识，可以考虑高年级增设人工智能概论，增加计算机类专业对人工智能理论的了解。

表1为人工智能课程设置[14]，这是结合自身应用类本科院校的特点，写下的人工智能概论课程设置。共32学时。其中，AI伦理和AI展望在人工智能理论课中加入思想政治内容。AI展望让同学们认识到中国的人工智能发展浪潮的同时，了解学习人工智能不仅仅是就业，更是紧跟国家的步伐，为建设社会主义事业做贡献。

Python语言以其语法简洁、可扩展性强以及强大的第三方库，而成为最受欢迎的计算机语言。目前，市场上大部分人工智能产品的开发用的是Python语言编程[15]，Python中有大量人工智能相关的框架和库，其中TensorFlow和Keras当下比较流行。目前，一般计算机类专业的课程安排里有“Python语言程序设计”，在人工智能的背景下，仅需要对Python课程设置做相应修改。增加一些人工智能的框架和库的学习。

2.2 实践设置

在选修了2.1的两门课程的基础上，为了加强学生的动手能力，以项目为驱动，让学生实现一些模式识别算法，熟练掌握数字图像处理的基本处理流程，进而实现比较复杂的模式识别算法。

目前的人工智能以深度学习为主，开设基于Python的深度学习的一种框架开设的人工智能实践课，以项目驱动的方式加深学生对人工智能框架使用能力。

由于深度学习算法的计算过于庞大，一般的计算机的GPU无法承受这样庞大的计算量，在企业当中，通常是购置服务器完成深度学习的搭建的。但学校由于管理能力有限，以及服务器资源有限，无法承受庞大的开销，为了平衡人工智能平台搭建和通用计算机计算能力不足的问题，挑选GPU开销不大，优化相对成熟的框架进行运行和学习。

2.3 竞赛培养

除此之外，为了让学习掌握较好的学生有更高的发挥空间，应参加更多的深度学习相关的竞赛。

人工智能的竞赛繁多，其中线上比赛由于更加方便参加，方便组织，还可以提供运行的资源，得到更多青睐，表2摘选3个深度学习重要竞赛。

3 结束语

本文中，面对人工智能蓬勃发展的大背景下计算机类专业进行人才培养设计。通过微调课程设置，增加人工智能实践部分，以及鼓励参加人工智能竞赛的方式培养人工智能方向人才。初步实践表明，通过教学改革，我校计算机相关专业学生对人工智能的认识有一定的加深，部分学生专业倾向于人工智能方向。未来课程難度仍然较高，有很大的改进空间。

参考文献（References）：

[1]杨裕民.新中国70年信息化发展的历程回顾与经验总结[J].齐齐哈尔大学学报（哲学社会科学版），2019-09-15.

[2]国务院.国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL].（2017-07-20），2019.

[3]教育部.教育部关于印发《高等学校人工智能创新行动计划》的通知[S].国发[2018]3号，2018.

[4]中国产业信息网.2018年全球AI人才发展概况及市场需求预测【EB/OL].（2018-03-22），2019.

[5]中创产业研究院.解读《中国新一代人工智能发展报告2019》[EB/OL].（2018-06-12），2019

[6]蒋晓坤，朱鸿，李志义.新工科人才培养新模式[J]高教发展与评估.2018.2：17 - 24

[7]刘德建.人工智能赋能高校人才培养变革的研究综述[J]电化教育研究，2019.11.

[8]教育部.教育部关于公布2018年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知[EB/OL].（2019-03-25），2019-07-03.

[9]秦记峰，任东海.人工智能课程实践教学改革探讨和研究[J].计算机教育，2019.10：12-15

[10]史维娟.人工智能在大学数学教学中的应用模式探讨[J].智库时代，2019.38.

[11]张睿，杨吉斌，李志刚.陆军人工智能专业人才培养[J].国防科技，2019.40（4）.