人工智能专业建设与人才培养模式研究

马玉琨 石放 赵明富

摘  要：近年来，为了适应经济社会高质量发展的需求，我国大批高校相继增设了人工智能专业，包括现有“双一流”高校和各地方院校。不同层次学校的人工智能专业建设在生源、办学条件、培养模式、师资和学科支撑等方面存在差异，如何根据自身情况建设好人工智能专业，是高校迫切需要探索和解决的问题。本文首先介绍了人工智能专业建设的重要性，简要分析了人工智能专业建设的现状，并从人才培养目标、培养方案、课程体系和实践探索等方面阐述了河南科技学院人工智能专业的建设路径和培养模式。

关键词：人工智能;交叉学科;课程体系;培养模式

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章編号：1673-7164（2022）13-0113-04

一、人工智能专业建设的重要性

（一）国家需求的紧迫性

人工智能是基于计算机科学的跨学科的新技术科学，是计算机、心理学、哲学和其他学科的交叉融合。这门学科试图通过了解智能的本质，制造能够以类似人类智能的方式做出反应的新的智能机器。人工智能的研究方向包括图像识别、语言识别、自然语言处理、机器人学和专家系统等[1]。

我国人工智能领域受到了政府的高度重视，正在迅速发展。在2017年宣布的全球新兴人工智能项目中，我国项目占51%，超过了美国。2020年，我国人工智能产业规模达到3031亿元，年增长15%，引发了人工智能领域的人才短缺。

世界上有360多所大学设有人工智能方面的研究机构。美国有近170个，而我国只有30多个[2]。可见，高校缺乏培养实践能力强的应用型人才的能力。

进入新时代后，人工智能渗透各行业并与之形成合力将是未来的发展趋势，任何行业中都需要能够动手实现并用好人工智能的人才，各个领域也都需要具有深厚素养的人工智能专业人才，于是便产生了人工智能专业教育的特殊需求。

（二）人才培养的必要性

本科人才培养目标具有一定的指导价值、标识价值和激励价值，各大高校应按照国家指导意见，细化本科专业的人才培养目标[3]。比如软件工程本科专业主要培养软件开发类人才;物联网工程本科专业主要培养能够在信息部门、相关应用领域和企业单位从事物联网系统的规划、分析、设计、实施、管理和维护的人才;人工智能专业人才的培养须满足信息技术和经济社会的发展需要，毕业生应具备人工智能的基本知识、理论以及专业技能，能在各行各业发挥重要作用。

二、人工智能专业建设现状分析

2017年5月，中国科学院大学成立人工智能学院。同年11月，西安电子科技大学人工智能学院正式成立。2018年6月，河南科技学院在河南省建立了第一所人工智能学院。

2019年，35所大学设立了第一批人工智能专业，2020年和2021年分别有180所和130所大学增加了人工智能专业[4]。目前，已有345所大学开始培养人工智能专业人才，其中“双一流”大学83所，地方大学262所。

北京航空航天大学人工智能专业的中心课程有两大特点。第一，数学比率很高。相关课程包括概率、线性代数、数学分析、优化方法和智能计算中的数学;第二，知识面广。在必修课程的基础上，规划了几个参考课程模块，如高数据智能和智能交互。

南京大学人工智能学院的课程设置与普通计算机专业有很大差异。除了为学生组织强大的基础数学课程以奠定坚实的基础外，还收集了人工智能专业涉及的所有知识方面，并建立了相对全面的教育课程体系[5]。

西安交通大学的人工智能课程是根据课程组创建的，包括通识教育、数学与统计、科学与工程、人工智能等十一组课程。2018年，西安交通大学开始选拔首批学生，正式成立“人工智能高级人才培养实验班”。实验班的重点是综合培养人工智能的综合基础知识，软硬件兼顾。

由此可见，各高校人工智能专业在招生方面总体规模不大，在课程体系上多偏重于数学，但尚未形成一套最基础的统一的培养体系，教材上也没有统一标准。由于人工智能专业具有显著的学科交叉性，各高校在建设课程体系时会根据校内优势专业进行规划。为正确合理地建设人工智能专业，高校需要考虑走带有自身特色的道路，根据学校情况衡量培养研究型人才和应用型人才的比重，结合学校特色、优势合理建设专业选修课程，结合学科特点、要求和专业设置的目的深入研究该专业的培养目标、课程设置、人才培养规格等问题[6]。

三、河南科技学院人工智能专业的建设路径

如何建设人工智能专业，是获批该专业的大学面临的一个重要问题。鉴于该专业是新设立的专业，本研究从人工智能专业的重要性和实际问题出发，侧重于培养目标、培养方案、课程设置的探索实践。

（一）科学设定专业培养目标

本专业立足河南、面向全国，培养具有运用人工智能基本模型、原理与方法进行技术解决方案设计、优化、实施的能力，能在各领域从事人工智能技术研究、产品开发、系统集成、工程实施与管理等工作，具有创新意识、理论基础扎实且拥有较强实践能力的高级人才。

本专业学生毕业五年左右，经过自身学习和行业锻炼，达到下列具体目标：

目标1：坚守职业道德、肩负社会责任，能够全面考虑法律、环境等各方因素的影响，把公众利益放在工程实践的第一位。

目标2：能够适应现代人工智能技术的发展，整合数学工程和人工智能的基础知识，理解与人工智能专业方向相关的标准、规范、规章制度，获得更好的工程实践培训，为复杂工程项目提供系统解决方案。

目标3：能够在工程实践中将人工智能与计算机技术和信息处理技术有机结合，运用现代工具设计、开发和生产人工智能产品，具有科学研究能力、科技开发能力、组织决策和管理能力，兼备创新意识和能力。

目标4：具有全球化意识和国际视野，拥有更新知识的能力，适应全球环境和形势的波动，提高个人能力。B97283E5-BDC1-476E-94FC-122B046FFA45

（二）合理设置学生毕业要求

河南科技学院人工智能专业毕业要求按照工程教育专业认证的12条通用标准制定，强调学生应树立和践行社会主义核心价值观，落实学生全面发展的培养目标，将学生体质健康达标的标准体现在毕业要求中。

（三）科学构建课程体系

作为专业性明显的专业，如何让学生既充分了解专业基础知识，又拥有满足时代需求的应用技术，是人工智能专业需要解决的问题。课程设置不能太宽泛，太宽泛容易类似于专门的计算机科学课程，又不宜太专，太专则不易与学位课程做出区分。课程设置也应与其他的计算机科学专业有所区别。

人工智能专业课程体系结构包括通识教育课程、学科基础课程、专业教育课程和实践教学课程四大模块。各部分的学时及学分比例见表1。

通识教育课程分为必修和选修课程，主要分为自然科學类、思想政治类、传统文化类、国防教育类、艺术审美类、身心健康类、创新创业与就业指导类、人文社科类、语言与工具类等模块，主要包括思想道德与法治等思政课程、大学英语、创新创业基础、大学体育和心理健康教育等课程。

学科基础类课程中公共基础课程包括高等数学、线性代数、概率与统计应用、大学物理、离散数学等学科类课程，为学生建立数学与专业间的桥梁。专业基础课程包含电子技术基础、人工智能导论、C++程序设计、python程序设计、算法设计与分析和文献检索与科技写作等课程，使学生对人工智能专业有初步的认识，掌握必要的编程语言及文献检索能力，为其以后学习专业核心课程打下基础。

专业教育课程中，一方面设置专业核心课程，如数据结构、数据挖掘、机器学习、深度学习、机器视觉、模式识别等;另一方面在专业选修课程设置各种学科交叉课程，如计算机仿真、云计算技术与大数据项目开发、智慧农业等课程，使整体课程具有横向拓展的渠道。

实践教学课程包括独立的专业实践课程和课外创新与创业实践（第二课堂）。专业实践课程包括军事训练、认知实习、程序设计综合实习、数据结构综合课程设计、项目综合实习、生产实习、毕业设计和第二课堂等。课外创新创业实践包括社会实践、学科竞赛、文体活动、科技创新、创业实践及职业技能考试等活动，学生取得一定成绩并经学校组织认定后可获得相应学分，目的是增强学生的实践和动手能力。

（四）河南科技学院的实践探索

人工智能学院探索“理论学习+学术交流+项目研究”的教学模式，将理论与实际紧密联系起来，通过组织各种实习课程、第二课堂活动，引入本科生导师制，成立课外兴趣小组等方式，让每个学生都能参与到具体的项目之中，以促成学生对理论知识的吸收和转化。这些措施有助于学生提前融入角色，为将来步入社会走向工作岗位奠定基础。模式的实行得到了学生的强烈支持和热烈反馈，在教学工作中已初见成效。具体而言，一是要坚持学习人工智能的基本理论和相关学科知识，二是要求学生了解人工智能领域的最新进展和学术动态，鼓励他们积极参加学院组织的各种学术交流活动，以此激发他们的学习兴趣，三是要求学生参加班级或者自发组织的项目开发小组、学习兴趣小组等。在具体措施上，又包括以下几个方面：

1. 设立实习基地

人工智能学院开设多门必修实习课程，通过形式多样的课外创新创业实践，将理论知识和工程应用联系起来。学院依托与慧科集团、中电科22所、华为（新乡）云计算中心、商汤科技、科大讯飞、深圳元创兴、北京博创尚和、河南云和数据、北京达内等公司建立的10余个校外教学实习实训基地，为开展实践教学提供了保障，通过校企合作，实现产教融合，将课堂教学落实到提高学生的事件创新能力上来。

2. 开设第二课堂

第二课堂包括大学生创新创业项目、教师科研项目、学科竞赛及社会实践等活动。学院拥有郑洛新国家自主创新示范区特种机器人重点实验室、国家863计划机器人主题产业化基地河南分中心、智能农业机器人技术河南省工程研究中心、农业机器人应用新乡市重点实验室等科研和实训平台，为开设第二课堂，进行创新创业实践提供了条件。

3. 本科生导师制

该校以新工科人才培养为目标，本着师生双方自觉自愿的原则，实行本科生导师制，逐步探索学院卓越本科人才的个性化培养模式，通过导师制的实施，培养一批具有较强专业能力、较好发展潜力、突出创新能力和良好综合素质的创新型人才，为学生成长为行业骨干、学术精英奠定良好基础。

4. 课外兴趣小组

学院鼓励学生成立兴趣小组进行人工智能方面的课外学习，通过遴选、自愿组合等方式组成项目团队。学院为兴趣小组提供场地、电脑、网络等学习上的便利，导师为学生提供项目上的指导。小组讨论制定相应的学习方案，经导师审核同意后，定期开展小组内学习并向导师汇报进度。

以河南科技学院2020级60名学生为例，兴趣小组和第二课堂分组情况如表2所示。

四、结语

人工智能专业与计算机类专业密切相连，但又不同于一般计算机类专业，人工智能是计算机专业的延伸，它扩展了计算机的应用系统和技术科学，而计算机相对较程序化。人工智能又是一个非常典型的交叉学科，涉及数学、计算机、控制学、哲学、语言学、神经学等一系列学科，以往并没有形成系统的专业建设方案。作为一门新兴学科，该学科专业建设和人才培养模式仍处于探索阶段。

本研究首先从国家需求和人才培养目标的角度进行解析，说明了人工智能专业建设的必要性和重要性;其次，对目前我国高校的人工智能专业建设现状进行分析，提出了需要考虑学校具体情况，结合学校特色优势，合理建设专业选修课程，结合学科特点、要求和专业设置，深入研究专业的培养目标、人才培养规格和课程设置等问题;重点从设定专业培养目标、设置人才培养方案、构建课程体系、实践探索等方面介绍了河南科技学院人工智能专业的建设路径。

参考文献：

[1] 马丽，曾三友，侯强，等. 面向本科生科研能力培养的人工智能方向课程体系建设[J]. 教育教学论坛，2019（51）：64-65.

[2] 李祥霞，贺敏伟. 大数据背景下人工智能专业课程教学改革研究[J]. 中国管理信息化，2020，23（23）：212-215.

[3] 罗纯源，董丽丽. “人工智能+生物医学”人才培养模式——以英国爱丁堡大学UKRI生物医学人工智能博士培养中心为例[J]. 世界教育信息，2021，34（01）：51-56+62.

[4] 徐玲，钱小龙. 爱丁堡大学人工智能本科人才培养[J]. 高教发展与评估，2021，37（01）：92-101+117-118.

[5] 杨钧淏，韩振东. 高校人工智能课程体系建设探讨[J]. 今日财富，2020（08）：205-206.

[6] 初文华，陈新军. 人工智能背景下的通识教育课程改革与建设[J]. 科教文汇（中旬刊），2021（01）：62-63.

（责任编辑：罗欣）B97283E5-BDC1-476E-94FC-122B046FFA45