“新、宽、匠”目标定位的应...人工智能新工科人才培养模式_贾鹤鸣.pdf

：贾鹤鸣，吴迪“新、宽、匠”目标定位的应用型高校人工智能新工科人才培养模式绍兴文理学院学报（教育科学），（）：“新、宽、匠”目标定位的应用型高校人工智能新工科人才培养模式贾鹤鸣 吴 迪（三明学院 信息工程学院，福建 三明；三明学院 教育与音乐学院，福建 三明）摘 要：人工智能专业伴随新工科发展应运而生，目的是培养符合新经济、新产业发展需要的专业人才，其专业发展定位受新工科决定，体现出人才培养“新、宽、匠”的特点。地方应用型本科高校在人工智能专业设置上有服务地方发展的需求，同研究型和职业技能型院校相比，又呈现出区域服务之“新、宽”和精神之“匠”的特殊之处。提出“新、宽、匠”目标定位的人才培养模式，该模式以“新、宽、匠”为核心理念，构建了“二维交叉”的课程体系，并设计了基于教科研平台的“四层次阶梯式”人才培养路线。关键词：人工智能专业；人才培养模式；新工科；应用型本科高校中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：基金项目：福建省本科高校教育教学改革研究项目“新工科背景下以人工智能及编程能力为核心的计算机专业教学改革与实践”（）；福建省教育科学“十四五”规划课题“新、宽、匠目标定位的应用型高校人工智能新工科人才培养模式研究”（）；三明学院高教研究课题“新工科背景下应用型高校计算机专业建设与实践路径研究”（）。作者简介：贾鹤鸣（），男，黑龙江哈尔滨人，博士，三明学院信息工程学院教授，研究方向：新工科、高等工程教育。：通信作者：吴 迪（），女，黑龙江哈尔滨人，博士，三明学院教育与音乐学院副教授，研究方向：教育哲学、智能教育。：人工智能技术飞速发展，正引发可产生链式反应的科学突破，催生一批颠覆性技术，作为经济发展的新引擎改变着世界的面貌和格局。人工智能已成为国际竞争的新焦点，是推进经济社会发展的新引擎和加速器。中国人工智能产业在 年和 年分别达到 亿美元和 亿美元的产业规模，预计 年将达到 亿美元的产业规模。目前，我国人工第 卷 第 期 年 月 绍 兴 文 理 学 院 学 报 .智能在基础研究、产业发展，以及核心技术研发等方面仍需快速提升，人工智能专业人才尤为紧缺，国家和社会、企业迫切需要大量高素质应用型人工智能专业人才。年 月，教育部制定高等学校引领人工智能创新行动计划，研究设立人工智能专业，进一步完善中国高校人工智能学科体系。年 月 日，西安交通大学人工智能拔尖人才培养试验班宣告成立，同年面向全国招生。年 月，教育部印发了关于公布 年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知，全国共有 所高校获首批人工智能新专业建设资格；年有 所高校都新增了“人工智能”专业；年全国又新增了 所。虽然高校陆续建成人工智能专业，但专业新、经验少，总体上缺乏人工智能基础教学能力。具体表现为：专业人才培养与产业需求匹配度不高；结构优良的“双师型”教师队伍尚未形成；专业实践能力培养体系和资源条件不完善等。在人才培养模式上，高校普遍处于摸索阶段。目前人工智能专业可供借鉴的人才培养模式主要有两种：一是“人工智能”培养模式；二是“校企合作协同育人”培养模式。前者侧重学科交叉，培养复合型人才，有利于学生知识的广度和深度，适合研究型院校；后者侧重学校与企业深入合作共建，有利于学生实践能力的提高，适合职业技能型院校。应用型院校服务区域经济发展，着力培养的是理论和实践完美结合的高素质应用型人才，既有扎实的基础知识，又熟悉行业工艺与技能，能结合实际需求和非结构化问题提出有效解决方案及对策。因而，应该积极探索适应地方应用型院校人工智能专业的人才培养模式，最大限度满足地方新经济发展对人工智能专业人才的需求。一、新工科引领人工智能专业人才培养目标定位人工智能专业是在新工科背景下诞生的，目的是使人才培养符合新经济、新产业的发展需要。人工智能作为典型的新工科专业，新工科的内涵和理念对其具有直接的指导价值，能够帮助其明确专业定位。在新工科背景下看人工智能专业人才培养，就是要使人才规格符合人工智能新产业的需求。人工智能新产业对人才的要求可以概括为“新、宽、匠”。“新”即掌握最新科技手段和把握工程前沿问题发展动态。同其它学科专业对前沿技术的需求相比，人工智能专业更加迫切，因为其指向的是产业发展的未来。国务院在 年 月发布新一代人工智能发展规划中指出“人工智能是引领未来的战略性技术”，只有始终站在科技前沿才能把握人类未来发展的先机，此“新”是一种未来之“新”。“宽”即在专业技能上有较宽的学科基础，能解决复杂的生活实际问题。南京大学人工智能学院院长周志华指出“人工智能技术在解决实际问题时，往往需要很多知识融会贯通，不是只学一两门课就真的能解决实际应用问题了”。北京工业大学副校长乔俊飞提出，人工智能是一个领域，而不是一个简单的本科专业，人工智能人才的培养可能需要多个本科专业去支撑。人工智能是以计算机科学为基础由信息科学、数学、心理学、哲学等多学科交叉融合的交叉学科，是要延伸、模拟和扩展人的智能，模拟人意识和思维的信息过程，因而此“宽”是一种拟人之“宽”。“匠”即学生需要具有较强的动手能力，解决人工智能工程实际问题，目前主要工程问题集中于计算机视觉、自然语言处理和自动化应用。这种需要是“必需”而不是“应该”，否则就不能实现人才培养目标。年国家五部委印发了国家新一代人工智能标准体系建设指南，人工智能技术嵌入到人类生活的方方面面成为时代发展的必然趋势，未来生活需求中一定会产生数不胜数的人工智能工程实际问题，需要大量可以熟练运用人工智能理论和技术解决问题的应用型人才，此“匠”是一种时代之“匠”。绍兴文理学院学报（教育科学）第 卷二、地方应用型本科高校人工智能专业的特色（一）区域服务之“新、宽”和精神之“匠”年在教育部关于“十三五”时期高等学校设置工作的意见中，我国高等教育采用新的分类方法，分为研究型、应用型和职业技能型三类。其中，应用型院校的人工智能专业不追求学科体系的完整和深度，而从服务地方经济产业发展需求出发，目标是建设服务型专业。因而其对“新、宽、匠”的贯彻结合了自身服务地方的需求，转化为区域服务之“新、宽”和精神之“匠”。同研究型院校相比，应用型院校的人工智能专业不追求人工智能技术的最新，和尽量多学科的融合，而是按照区域经济发展实际需要有选择、有标准、有限度地使用新技术和融合各学科，体现一种区域服务之“新、宽”。盐城工学院院长叶美兰在接受光明日报记者采访时说“培育工匠精神是应用型院校的使命”，更进一步说，同职业技能型院校相比，应用型院校不单单培养传统意义上的手艺之“匠”，而是保留工匠精神中对精益求精的追求，将其运用在理论和实践两个层面，做兼有一定理论和设计开发能力的实践者，是将工匠精神融贯在理论和实践中的精神之“匠”。具体来说，区域服务之“新、宽”和精神之“匠”应具有如下能力要求，如表 所示。（二）“新、宽、匠”引领人工智能专业人才培养模式定位如上所述，新背景下的能力指标内在要求人才培养模式的更新。为实现“新”，建立课程和教材的更新机制，使教学内容具有新颖性和时代性。加强教师队伍建设，完善教师专业发展机制，鼓励教师成为教学“新”内容、方法等的第一负责人。为实现“宽”，注重多学科交叉融合的建设机制。因为工程学科的使命是要解决人类的需求，而人类的需求是复杂的，培养机制就需要注重学科交叉融合。表 具有“新、宽、匠”特点的学生能力要求指标维度对学生的能力要求能力指标“新”人工智能前沿技术掌握机器学习、神经网络与深度学习等人工智能主流技术，了解和熟悉数字孪生、元宇宙等前沿技术。“宽”多学科交叉融合以数学、信息科学和人工智能专业知识为核心，综合运用自然科学与社会科学知识，识别、表达并分析复杂人工智能工程问题，以获得有效结论。“匠”人工智能工具使用能够针对复杂人工智能工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具、软硬件开发工具进行预测与模拟，能够理解不同开发技术与工具的应用场合及其局限性。设计和开发解决方案结合实际工程需求，综合考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素，能够设计复杂人工智能问题的技术解决方案，并在设计环节中体现创新意识。为实现“匠”，建立产学研紧密结合的运行机制。建立与完善校内实训中心和校外实训基地，充分发挥其作用，使之成为学生理论联系实际，边学边练，获取实践经验，形成应用能力的基地。专业应该依据区域经济特色，凝练几个技术应用领域供学生必选或自选，例如“人工智能教育”领域可以开展智慧课堂、学习机器人方向，“人工智能农业”领域可以开展智慧农业管理系统、智慧农业设备方向，既有利于学生技术的精深，也有利于专业凝练特色，还有利于区域服务的针对性。三、新工科背景下地方应用型高校人工智能专业人才培养模式（一）整体设计思路提出“新、宽、匠”目标定位的人工智能专业人才培养新理念。该理念培养出的人才具有人工智能前沿“新”技术，具有多学科交叉融合的“宽”能力，是能够熟练使用人工智能工具，并有设计和开发解决方案能力之“匠”。并且，立足第 期 贾鹤鸣，等：“新、宽、匠”目标定位的应用型高校人工智能新工科人才培养模式 本地高新技术开发区，服务区域经济发展，具有区别于研究型和职业技能型院校，深度服务地方区域经济发展的独特能力。具体来说：.以服务区域发展的人工智能工程知识为基础来实现“新”，从基础理论知识、模块化子系统设计、系统半物理设计与仿真、平台具体领域应用场景实践，从书本上的文字、公式逐步深入到人工智能的特定领域场景应用之中。.以直接对接地方产业的多学科交叉融合育人平台为抓手来实现“宽”，充分依托学校多学科交叉融合的教学科研平台。.以人工智能工具使用和设计开发能力为落脚点实现“匠”，以项目驱动为导向、平台实践为载体，通过前后承接的综合性实践环节锻炼学生的实践能力。总之，把“新、宽、匠”思想融入人才培养全过程，有机融入人才培养目标的制定中，融入课程体系的整体设计，融入教学实施和评价中，提出一种“新、宽、匠”目标定位的人工智能新工科人才培养模式。该模式以“新、宽、匠”思想为核心理念，在育人目标上结合区域发展特点，培养区域服务之“新、宽”和精神之“匠”；构建“二维交叉”的课程体系；借助项目式教学策略，基于多学科交叉融合的实践平台，搭建贯穿教学全过程的综合育人平台；基于维果斯基“最近发展区”理念设计了“四层次阶梯式”人才培养路线。（二）“二维交叉”的课程体系新工科对人才培养有要求，需要对课程体系进行全面梳理，对课程内容进行系统规划。以发展专业技能所需的知识和素质为基础并以应用为目标设计课程体系，同时充分优化多学科资源，将学科深度融合，开展技能拓展培训，提高学生解决实际问题的能力。构建“二维交叉”的课程体系。一维是指“新、宽、匠”的核心理念，依据该理念筛选构建符合要求的课程组成课程矩阵，如表 所示，目的是落实新工科对人工智能专业课程建设的要求。另一维是内在修理论、外在修实践的模块设计，将第一维选定的课程重新组织成四大模块。表 “新、宽、匠”目标定位的课程矩阵目标定位课程名称对应学生核心能力“新”人工智能导论（含数字孪生、元宇宙等知识）人工智能前沿技术“宽”数学：高等数学、线性代数、概率论与数理统计自然科学：大学物理、自动控制原理、电子设计基础信息科学：数字信号处理、数字图像处理、语言程序设计、计算机网络、数据库技术、算法与数据结构哲学：技术哲学导论多学科交叉融合“匠”机器学习、模式识别、神经网络理论、智能机器人设计、计算机视觉 应 用 与 开 发、自 然 语 言处理人工智能工具使用工程伦理、职业规划、经济管理、企业生产实践实习、产品全生命周期管理设计和开发解决方案 在专业课程体系的建构时严格遵循模块化与系统化原则进行设计，以机器学习实践模块、神经网络与深度学习模块、计算机视觉与应用模块、自然语言处理模块为核心，组织协调各课程群的设置与实施，形成系统的、可操作的内在修理论、外在修实践的课程体系架构。如此课程体系能够有效避免理论知识与实操技能的脱节与割裂，现将课程体系的关键设计点说明如下：.将高等数学、大学物理、电子设计基础、自动控制原理、智能机器人设计等课程组合为“智能系统设计”模块，形成从简单的电路图绘制到复杂控制系统逻辑关系分析、及单板的点对点控制到复杂机器人的操作控制技术的能力培养模块。.将线性代数、概率论与数理统计、数字图像处理、计算机视觉应用与开发、神经网络理论等课程组合为“计算机视觉”课程群，形成从图像背景知识到开发设计软件、简单的二值图像到复杂的视频图像信息处理的复杂操作与实践能力训练模块。绍兴文理学院学报（教育科学）第 卷.将 语言程序设计、计算机网络、算法与数据结构、数据库技术、数字信号处理、模式识别、机器学习和自然语言处理等课程组合为“智能信息处理”模块，形成系统信息的智能采集、分析与处理的完整知识链和能力培养模块。.将人工智能导论、技术哲学导论、工程伦理、职业规划、经济管理、企业生产实践实习与产品全生命周期管理等课程组合为“工程职业素养”模块，帮助学生形成工程师职业素养的完整知识架构和相关的能力培养体系。专业课程体系以多学科交叉融合的实践教学科研平台为基础进行设计，结合系统建模与仿真、信息分析与处理、智能优化与工程设计、职业素养养成等多个课程群，形成面向人工智能产业应用案例的设计与实施的全流程教学新模态。（三）基于教科研平台的“四层次阶梯式”人才培养路线为培养“理论和实践完美结合”的应用型人工智能专业人才，学生既会使用人工智能工具，又能够设计和开发复杂的人工智能工程问题的解决方案，采用项目式教学法，充分依托学校教科研平台，让学生在真实的工程问题中实践理论知识，提高解决问题的能力。学校的各类教科研平台一般都集中体现了本校、本地区区域发展的需求，因而依托教科研平台开展项目教学，可以大大提升专业人才与区域人才需求的匹配度。依据维果斯基“最近发展区”理论，教学内容的选择不能过于简单，也不能一味追求高难度，而应着眼于学生的“最近发展区”，即学生“跳一跳”能摸到的区域，这最容易调动学生的学习积极性并充分发挥学生的潜能。因而，以学生入学的认知水平为底线，以毕业要求需要达到的标准为顶线，遵循循序渐进的教学原则，建立多层次的综合实践环节，提出“四层次阶梯式”人才培养路线，具体如下：第一层次：以高等数学、大学物理等为基础，通过机器学习的学习，结合学到的、等多种编程逻辑语言，实现小项目的建模与仿真，让学生初步形成“分析问题、问题的模型构建、算法的初步仿真实验、实验结果的定量和定性分析”的思维模式，让学生将学到的理论知识首次结合程序代码转化为某个生产实践环节中的问题，养成一定的学习思考意识和学习习惯，培养自主串联基础知识和独立思考提出问题的能力。第二层次：通过对智能优化、神经网络与深度学习等核心知识的学习，了解业界的最新动态和现在主流的信息处理分析技术，并尝试去掌握和运用上述方法，能够针对具体的某个综合问题，如生产过程链条中的产品图像监测到后续的智能分拣，能够让学生利用学到的神经网络知识去搭建满足生产指标要求的图像识别与分析系统，了解具体人工智能技术算法的开发过程和使用方法，结合第一层次的能力，尝试考虑实际生产实践时可能出现的稳定性、生产效率、生产安全与生产数据信息管理等综合设计，并尝试能让学生提出多种方案的比较，形成一种更为系统的思考能力和团队协作分析解决问题的能力。第三层次：通过最新的虚拟仿真的 和 技术，将上述生产过程任务转化成模拟真实场景的集成设计任务，结合上述两个层次对专业知识的综合，充分考虑工程伦理、经济决策等实际问题，转化为综合的实践任务要求，将任务采用团队模式进行分组研讨，在这个综合阶段逐步培养学生的沟通和团队协作能力，尝试让学生在设计后结合案例对设计、环境等因素进行评估和研判，培养学生成为工程师的社会责任和职业责任感，让学生在技术设计的同时了解管理和运营的重要性，充分结合生产现实考虑技术因素，提升学生的技术风险把控能力和实际经济管理能力。第四层次：在前三个层次的基础之上，让学生选择不同的平台进入实践操作阶段，以复杂的工程生产问题仿真与设计为核心，融入人工智能和多学科的交叉知识，模拟实际工程问题的全流程开发与设计，理解和认识现代产业中的多样性与多学科交叉共融的特性，提升系统的整合能力第 期 贾鹤鸣，等：“新、宽、匠”目标定位的应用型高校人工智能新工科人才培养模式 和综合管理能力。例如，学生可选择进入福建省农业物联网应用重点实验室科技创新平台进行实践，包含农业真实大棚的多因素智能控制与调节、作物信息的实时采集与调控、安全信息的数据分析与生长模型建立，学生可自选模块从头至尾完成整套平台的设计与开发；如选择进入工业大数据分析及应用福建省高校重点实验室进行实践学习，包含结合本地三钢企业的工业炼钢全生产链条数据，多传感器采集的多维度钢材特性数据，运用神经网络与深度学习技术对钢材的制钢、轧钢等过程进行全过程监控和分析，完善自动生产过程的智能化管理任务。四、实践效果三明学院人工智能专业获批于 年，目前有 名学生，专任教师 人，其中具有高级职称 人，博士学位 人。将“新、宽、匠”新理念融入专业建设全过程，带动了专业的建设活力，提升了学生的学习兴趣。由于学科素养较“宽”，专业学生常常联合机电、艺术、教育等专业的学生作为项目负责人一起申报大学生创新创业训练计划项目、“互联网”项目，例如“幼宜贝贝”智能两用婴儿床为婴儿哄睡床和学步车的两者合一，其设计理念来自于教育学中的依恋理论，由学前教育系学生完成，其机械结构和装配任务由机电专业学生完成，而其体现智能部分，如智能播放音乐、看护预警、手机端监测等多功能开发均由人工智能专业学生完成，上述项目即为跨学科合作研究的典型成果之一。学院着力打造基于教科研平台的“四层次阶梯式”人才培养路线。项目教学法在三明学院已蔚然成风，并已具有其独特性。作为适合应用型大学特性的教学组织形式 项目驱动创新班，其研究成果已获福建省高教教育教学成果特等奖，相关成果已结集出版。在科研平台方面，于 年获批设立“物联网应用福建省高等学校工程研究中心”，年获批设立“电子商务技术福建省高校工程研究中心”，年入选“教育部中兴通讯 产教融合创新基地”项目首批合作院校，并获批“福建省农业物联网应用重点实验室科技创新平台”，年获批福建省发改委数字福建工业能源大数据研究所，获批福建省教育厅物联网实验教学示范中心、工业大数据分析及应用福建省高校重点实验室，产业学院首批入选福建省示范性产业学院。上述多个省级平台融合了计算机、物联网、人工智能、通信工程等多个学科的共同载体，其多年的良好运行充分保障了学生区域服务之“新、宽”和精神之“匠”能力的实现。参考文献：方兵我国高校“人工智能热”：缘起、影响与应对现代教育技术，（）：中国电子学会，中国数字经济百人会，旷视新一代人工智能产业白皮书：主要应用场景研判北京：中国电子学会，艾瑞咨询集团年中国人工智能产业发展研究报告北京：艾瑞咨询，中华人民共和国教育部民革中央：打造人工智能多层次教育体系架构（）：中华人民共和国教育部教育部关于公布年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知（）：方兵，胡仁东我国高校人工智能学院：现状、问题及发展方向现代远距离教育，（）：中华人民共和国教育部顶尖人才仍然稀缺高校如何发力人工智能人才培养（）：黄河燕新工科背景下人工智能专业人才培养的认识与思考中国大学教学，（）：吴迪，贾鹤鸣人工智能时代教师专业发展规划的迭 绍兴文理学院学报（教育科学）第 卷代更新绍兴文理学院学报（教育科学研究），（）：潘懋元，车如山略论应用型本科院校的定位高等教育研究，（）：潘懋元我看应用型本科院校定位问题教育发展研究，（）：“，”（，；，）：，“，”，“”“”“，”，“”，“”：；（责任编辑 鲁越青）第 期 贾鹤鸣，等：“新、宽、匠”目标定位的应用型高校人工智能新工科人才培养模式