新工科多方协调的人工智能人才培养模式探析_李贺.pdf

第 22卷 第 2期2023年 2月Vol.22 No.2Feb.2023软 件 导 刊Software Guide新工科多方协调的人工智能人才培养模式探析李贺1，2，齐庆磊1，2，刘泉1，刘金江1，杨杨2，苑启文3（1.南阳师范学院 计算机科学技术学院，河南 南阳 473061；2.北京邮电大学 网络与交换技术国家重点实验室，北京 100876；3.中国石油大学（华东）计算机科学与技术学院，山东 青岛 266580）摘要：智能科学与技术作为计算机科学的一个重要分支，是一个多学科交叉专业。智能科学与技术专业沿用传统计算机学科的人才培养模式已经不合时宜。新工科提出要对传统工科专业改造升级，快速为专业发展提供机遇。以南阳师范学院为研究对象，针对智能科学与技术专业师资、课程体系、人才培养目标和人才培养模式不协调的问题，根据智能科学与技术对新工科人才的要求，提出地方政府、学校和企业多方协调的智能科学与技术专业人才培养模式，从教学资源、教学模式、课程体系和实践教学等多方面进行初探。从探索成效来看，新工科多方协调的创新人才培养模式具有一定的理论和现实意义，可为地方高校智能科学与技术专业创新人才培养提供参考。关键词：新工科；多方协调；智能科学与技术；地方高校；人才培养DOI：10.11907/rjdk.221149开 放 科 学（资 源 服 务）标 识 码（OSID）：中图分类号：G434 文献标识码：A文章编号：1672-7800（2023）002-0148-06Analysis of the Training Mode of Artificial Intelligence Talents Coordinated by New Engineering DisciplinesLI He1，2，QI Qing-lei1，2，LIU Quan1，LIU Jin-jiang1，YANG Yang2，YUAN Qi-wen3（1.School of Computer Science and Technology，Nanyang Normal University，Nanyang 473061，China；2.State Key Laboratory of Networking and Switching Technology，Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing 100876，China；3.School of Computer Science and Technology，China University of Petroleum（East China），Qingdao 266580，China）Abstract：As an important branch of computer science，intelligent science and technology is an interdisciplinary subject.It is no longer appropriate for intelligent science and technology majors to adopt the traditional training mode of computer science.The new engineering major proposes to transform and upgrade the traditional engineering major to provide opportunities for its rapid development.Taking Nanyang Normal University as the research object，this paper summarizes the incompatibility of teachers，curriculum system，personnel training objectives and personnel training modes of intelligent science and technology specialty.According to the requirements of intelligent science and technology for new engineering talents，a multi-coordinated training mode of intelligent science and technology for local governments，schools and enterprises is proposed.This model is explored from teaching resources，teaching mode，curriculum system and practice teaching.From the perspective of exploration results，the multi-coordinated innovative talent training mode of new engineering department has certain theoretical and practical significance.It can provide reference for local universities to train innovative talents in intelligent science and technology majors.Key Words：new engineering；multi-coordination；intelligent science and technology；local university；talent training收稿日期：2022-02-21基金项目：国家自然科学基金项目（62002180）；教育部产学合作协同育人项目（202102634007，202102106005）；南阳师范学院高等教育教研一般项目（2021-JXYJGJ-020）；南阳师范学院实验室开放项目（SYKF2021029）作者简介：李贺（1987-），男，博士，CCF会员，南阳师范学院计算机科学与技术学院、北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室讲师、硕士生导师，研究方向为移动物联网及机器学习；齐庆磊（1984-），男，博士，南阳师范学院计算机科学与技术学院、北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室讲师、硕士生导师，研究方向为软件定义网络；刘泉（1984-），男，博士，南阳师范学院计算机科学与技术学院讲师、硕士生导师，研究方向为智能信息处理；刘金江（1974-），男，硕士，南阳师范学院计算机科学与技术学院教授、硕士生导师，研究方向为智能网络；杨杨（1981-），女，博士，北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室副教授、博士生导师，研究方向为智能网络管理与机器学习；苑启文（2001-），男，中国石油大学（华东）计算机科学与技术学院学生，研究方向为计算机系统结构。本文通讯作者：李贺。第 2 期李贺，齐庆磊，刘泉，等：新工科多方协调的人工智能人才培养模式探析0 引言为适应“中国制造2025”国家战略需要及产业经济创新发展，应对中国产业变革及新一轮的科技革命，同时将国际工程教育思想本土化，新工科应运而生1。新工科采用多方协同的人才培养模式，改革现有模式，整合各类优质教育资源，培养出实践及创新能力强的工科人才。因此，教育部在 2017年提出新工科建设行动路线推动传统工科专业改造升级的倡议2。根据新工科理念要求，各高校要融入区域产业链和创新链，对接产业发展，发挥出经济发展和产业转型升级的支撑作用。因此，地方高校要深化产学研合作，协同育人，从而培养出适应产业经济创新发展的应用型人才。随着大数据、机器学习及神经网络等智能技术的发展，智能社会正扑面而来。当前阶段创新是经济发展的重要驱动力量，而人工智能是经济发展的重要引擎。因此，人工智能教育也将成为人才红利中的最大红利。国家的重大需求和多学科交叉渗透催生出了智能科学与技术专业3。在人类进入智能社会后，该专业会渐渐向其他学科和专业渗透。因此，人工智能将是推动新工科建设的核心驱动力。在人工智能背景下，赵智兴等4基于人才培养理念与目标、培养主体及培养内容探究了人工智能时代高等教育人才培养模式变革的困境及改进路径。针对高职技能人才培养，易雅琴等5提出“人工智能+X”的多学科交叉育人机制；郭瑾等6提出人工智能与中职教育深度融合的人才培养模式。针对人工智能人才培养，李川等7提出构建新工科下“智能+”创新人才培养模式，该模式的核心是依据学校专业特长构建“人工智能+X”符合特色专业；孙红等8在人工智能背景下从学校、企业、政府角度提出了新工科人才培养模式建议。这些方案都提出了人工智能背景下的人才培养模式，但未根据人工智能专业提出具体案例用以参考借鉴。本文根据人工智能对新工科人才的要求，针对地方高校探索了多方协调的人工智能人才培养模式，以南阳师范学院智能科学与技术专业为例，从教学资源、教学模式、课程体系和实践教学等多个方面进行探究，为地方高校人工智能专业新工科创新人才培养提供参考。1 新工科背景下人才培养模式的问题与不足目前，许多高校已经认识到新工科人才培养除了让学生学到丰富的专业知识外，还应让学生紧跟前沿科学技术9。目前，在新工科的计算机类人才培养方面，地方高校主要存在以下问题：（1）人才培养目标不清晰。目前部分地方高校对计算机类（尤其是人工智能及大数据等新兴专业）未来人才需求了解不够透彻，对自身所处教育环境、地位认知不够清楚，不能很好地确定人才培养方向及培养目标。（2）学科壁垒森严。现有的计算机类专业人才培养模式具有学科壁垒高、专业人才知识面窄的特点，与新工科人才培养模式不同。新工科人才培养具有多学科交叉、实践综合性强及创新性高的特点。（3）工程人才短缺。对于计算机类专业来说，工程能力强的人才大多集中于企业中，高校计算机师资队伍大多理论能力强，实践能力相对较弱10。这在地方高校尤为普遍，而企业中丰富实践经验的人才也难以到高校任职。师资队伍实践能力的缺失一定程度上影响了新工科人才培养。（4）教学模式传统。计算机类专业课程内容具有跨学科、抽象性、理论性等特点。地方高校大都采用传统的“填鸭式”教学方法，导致理论讲授过多，实践内容较少，培养的学生不能够与企业接轨。（5）校企协同办学机制缺失。由于缺乏创新意识，许多地方高校在与企业的合作中未构建协同平台和机制，校企合作停留于表面，无法使得双方共赢，也不能够达到协同育人和创新的预期效果11。（6）与企业需求不相适应。地方高校计算机类专业实习存在管理松散的问题，对于专业实习要求不够，实习时间短，实习学生对互联网企业的业务和工作流程不熟悉，尤其是对大数据、人工智能等新兴应用，很难满足企业实际需求12。2 人工智能对新工科人才的新要求2.1具备多学科交叉知识人工智能是计算机科学的一个重要分支。随着物联网、云计算、大数据等信息技术的进步，人工智能领域不断发展13。智能科学与技术是多个学科交叉而成的专业，主要包括计算机科学、神经网络、智能控制、心理学、哲学、语言学及系统论等14。因此，人工智能专业工程人才应拥有多学科知识。2.2具备多领域应用能力目前，人工智能已经渗透到各个行业，在制造业、金融服务业、物流、安防、医疗及交通等领域得到了广泛应用15。学生在掌握计算机及人工智能技术的同时还需了解掌握行业的相关知识，才能很好地服务各类产业。2.3具备创新创业精神及人文素养目前，人工智能跻身我国现阶段经济发展的新引擎16。人工智能技术是创新创业过程中的一个大趋势。因此，在大众创业、万众创新的号角下，培养具有创新创业精神的智能科学与技术专业人才对我国经济发展具有重要的现实意义。人文素养作为人的内在品质，主要包括人文科学的知 1492023 年软 件 导 刊识水平与研究能力，以及体现出来的以人为研究对象和中心的精神17。技术进步带来的是灾难还是便利主要取决于使用者的人文素养与道德水平。因此，培养具有人文精神的智能科学与技术专业工程人才具有重要意义。3 地方高校人工智能人才培养机遇与挑战3.1机遇随着人工智能的发展，高等教育的价值将进一步提高。因此，各高校应尽快建立与新工科相一致的人工智能专业，尤其是地方高校应深入研究我国人工智能方面的人才培养体系、课程设置、实验平台及成果转化等方法，改革传统计算机学科的教育教学方法，形成有地方特色的人工智能专业工程教育方法。同时，为适应国家发展和新工科的需要，理工类的本科生通识教育应加入人工智能的核心课程。3.2挑战目前，很多高校已经将人工智能相关课程作为必修课程，其已经成为计算机学科相关专业的重要基础课程。现在国内外高等学校甚至中小学都认识到人工智能课程的重要作用，相继开展了该领域的教学及研究。但与“双一流”高校相比，地方高校由于师资力量、实验平台、科研平台及学科建设有限，人工智能专业课程体系建设相对滞后，部分地方高校盲目跟风，在没有相关二级学科建设支撑，师资与科研力量不足的情况下，直接采用“双一流”高校的人工智能课程体系，快速开设人工智能课程，造成教学内容无法和社会接轨，教学质量与效果不佳的问题。4 多方协调的地方高校人工智能人才培养模式探索与实践4.1多方协调的地方高校人工智能人才培养针对地方高校在人工智能人才培养方面存在的问题，以南阳师范学院多方协调开展人工智能新工科人才培养模式的探索与实践为例进行分析。南阳师范学院在人工智能新工科人才培养的实践探索过程中，提出了“多方协调”的地方高校人工智能新工科人才培养新模式，并运用于学科教学实践，取得了良好的效果。培养模式如图所示。4.1.1高校内部协调，深化校企合作首先，南阳师范学院根据专业特点及区域经济发展的特点，确定了人工智能专业应用型的人才培养目标。学校内部各院系之间学科交叉融合，计算机科学与技术学院、软件学院、生命科学与技术学院及机电工程学院等打破原有的学科壁垒，共同负责学生的人工智能专业课程，建立了校内多方协调的人才培养机制。另外，学校积极鼓励教师进企业进修，提高教师的工程能力。其次，学院允许企业中有丰富实践经验的人才到高校任教，改革教学策略及教学方法，建立具有地方区域特色的人工智能师资队伍，避免高校人工智能工程教育与企业实际脱节。4.1.2企校联合培养，探索共建共管首先，企业应积极参与高校人才培养方案的制定。南阳师范学院积极邀请企业参与智能科学与技术专业人才培养方案制定，建立健全具有地方区域特色的新工科人工智能课程体系，提高学生的竞争力，避免高校人工智能人才培养与企业需求脱节。其次，企业和学校之间磋商联合组建行业联盟和研究院的可行性（目前已与中兴等企业建立联合实验室），建立协同办学机制，探索“双主体”共建共管、多方协同参与的创新服务、人才培养以及运营管理等平台。4.1.3政府积极协调，引导校企合作校企合作的运行离不开政府的指导与推动，即政府必须运用行政、政策、法律、经济的手段，促进产学紧密协调合作。首先，地方政府应根据区域发展特点明确地方政府在新工科人才培养中的职能，在法律和政策上明确规定地方政府在新工科人才培养过程中担负的职责和义务。其次，制定出具有可操作性的企业参与人才培养规则，如将人才培养情况列入企业评优或晋级的考核指标中，从而调动企业参与人才培养的积极性。最后，以政府为主导，建立适合自身的地方政府、学校、企业及人工智能行业协会之间领导层面的协调合作人才培养指导组织，建立健全以组织章程和合作条例为形式的管理制度。4.2多方协调的地方高校人工智能专业建设4.2.1课程体系优化：优势学科为基础，多学科交叉融合为适应人工智能产业化与区域经济发展的要求，以优势学科为基础，多学科交叉融合建立具有特色的课程体系。以计算机学科作为人工智能专业课程体系的基础，结合软件学院、生命科学与技术学院及机电工程学院的优势课程构建如图2所示的人才培养体系。企业地方高政府校学科课程体系实践教学体系师资队伍建设探索协同办学机制构建协调合作人才培养指导组织政府制定企业参与人才培养规则参与人才培养方案制定鼓励教师到企业进修允许企业人才到高校任职内部院系协调Fig.1Multi-coordinated training mode of AI talents in local universities图1多方协调的地方高校人工智能人才培养模式 150第 2 期李贺，齐庆磊，刘泉，等：新工科多方协调的人工智能人才培养模式探析智能科学与技术专业的课程体系由学科基础课程、专业核心课程及个性化课程组成。其中，学科基础课程主要由计算机学科基础和公共基础课程组成。计算机学科基础主要包括计算机导论、程序设计基础、计算机应用与编程及面向对象程序设计；公共基础课程主要包括大学物理、数字电路与逻辑、高等数学、线性代数、离散数学及概率论与数理统计。专业核心课程主要以计算机的核心课程（数据结构、操作系统、组成原理、计算机网络及Python等）为基础，加强智能科学课程（机器人学、机器学习、智能控制理论、神经网络、人工智能导论等）的学习。为满足学生对人工智能专业的不同方向需求以及在各领域的应用需求，个性化课程可供学生选择，主要有服务机器人、数字图像处理、大数据技术、数据可视化、人工智能与创新创业、R语言数据分析、人机交互、算法分析与设计、自然语言处理。4.2.2教学模式改革：理论实践结合，突出创新思维人工智能相关专业课程理论性、抽象性强，对数学要求较高，理论教学过程中学生理解难度较大。为提高学生兴趣，需要加强实验课程。在新工科建设背景下，南阳师范学院广泛应用多种人工智能实验教学平台（主要包括百度飞桨（PaddlePaddle）深度学习平台、希冀人工智能实践教学平台、机器人教学实验平台和大数据综合实验平台等），改革教学方法，以案例导入进行教学，提高学生兴趣。分别在学科基础课、专业核心课和个性化课程中加大实验模块，增加课程设计，建立以理论为基础、应用为导向的人工智能教学实践模式（见图3）。在专业基础方面，除了基础的理论学习，在大学物理实验和数字电路实验的基础上增加面向对象程序实验，并加强课程设计，巩固学生的专业基础。在专业强化阶段，在计算机的核心课程的基础上加强人工智能相关课程的学习，除了计算机核心课程实验，还增加了机器学习及神经网络等实验。并以企业和项目实践为引导，进一步提高学生实践能力。在专业应用阶段，以主流的人工智能技术作为课程教学方向，课程采用理论与实验相结合的方式，主要包括服务机器人、数字图像处理、大数据技术、自然语言处理及其相关实验。在第七学期，要求学生以实践应用课题开展毕业设计和毕业论文，进一步提升学生解决实际问题的能力。4.2.3实践教学改革：校企合作，教师团队指导地方高校存在教学资源短缺的问题，在自身师资有限（尤其是人工智能工程方面）的情况下如何提升教学效果，建立起适合自身发展特色的智能科学技术专业人才培养模式是一个关键问题，而校企深度合作是解决这一问题的重要思路。学校应积极开展与企业的合作关系，建立具有地方区域特色的师资队伍及校企协调的新工科教学模式；积极协调企业中实践经验丰富的工程人才参与培养方案的制定；积极邀请相关专业人才参与教学或任职，参与工程人才培养的教学改革。同时，企业也应提供教师和学生到企业进修和实习的机会，使教师和学生了解企业需求，避免高校工程教育与企业实际脱节，提高教师和学生解决实际问题的工程能力。另外，学校和企业应联合建立教师指导团队，实行企业与学校的“双导师”制，将企业项目实图像处理实验机器人实验大数据实验自然语言处理实验面向对象程序实验大学物理实验数字电路实验个性化课程专业核心课程学科基础课程理论学习课程实验实践实习毕业论文毕业设计设设课程设计计计企业实践项目实践机器学习实验神经网络实验计算机网络实验数据结构实验专业应用专业强化专业基础Fig.3Teaching practice mode of intelligent science and technology specialty图3智能科学与技术专业教学实践模式个性化课程专业核心课程学科基础课程高等数学线性代数概率论与数理统计离散数学大学物理数字电路与逻辑计算机导论程序设计基础计算机应用与编程面向对象程序设计数据结构操作系统Python程序设计计算机网络数据库概论计算机组成原理机器人学智能控制理论人工智能导论数据挖掘与机器学习神经网络服务机器人人工智能与创新创业数据可视化大数据技术数字图像处理自然语言处理人机交互算法分析与设计R语言数据分析Fig.2Talent training curriculum system of intelligent science and technology specialty图2智能科学与技术专业人才培养课程体系 1512023 年软 件 导 刊践作为第二课堂学分，以实际项目和学科竞赛为牵引，建立人工智能学术科技作品竞赛的奖励机制，鼓励学生参加各项人工智能和计算机学科相关竞赛，进一步提升学生的实践创新能力。4.2.4以研促教：科研成果进课堂，以项目促创新地方高校存在科研人才短缺的问题，在科研力量有限的情况下如何进行以研促教，建立科研与教学良性互动的专业人才培养模式是一个重要问题。目前，南阳师范学院计算机科学与技术学院采用科研成果进课堂的形式积极探索以研促教。学院定期邀请校外人工智能研究的专家与师生进行学术交流；挑选本校与人工智能研究较密切的国家自然科学基金、河南省科技攻关等项目，每两周做一次科研报告，激发学生的科研兴趣，吸引感兴趣的学生积极参与到项目中；设定实验室开放项目，提供科研资金，鼓励学生积极参与，提高学生的科研创新能力。5 初探成效与启示5.1初探成效南阳师范学院建立了以高校为主、政府引导及企业合作的多主体协调人工智能人才培养。2017年南阳师范学院整合校内创新创业资源，依托南阳市科技局搭建的政府平台，打造了功能完备的高水平国家级众创空间。吸引力了一批从事机器人、无人机、大数据及人工智能的电子信息企业参与，依托校企合作平台，打造了38个协同创新实践育人平台，发挥了政府、企业、学校的多方资源优势，在一定程度上实践了多方协调的育人模式。2018年以来，每年暑假期间计算机与信息技术学院累计派遣教师58人次前往百度、中兴、科大讯飞、神舟数码及江苏传智播客等公司进修培训，定期邀请相关企业讲师到学校进行人工智能方面的项目教学。多方协调的人工智能专业创新人才培养模式自探索以来，学生创新创业能力不断提高，近3年来获得中国“互联网+”创新创业大赛、全国软件信息技术大赛、中国大学生计算机设计大赛、ACM亚洲区域赛及省“挑战杯”作品竞赛等国家级奖励14人次，省部级奖项26人次，近年就业率稳定在98%。5.2初探启示人工智能专业人才的培养必须树立新工科理念，理念是新工科人才培养导向，在教育资源有限的情况下积极协调多方力量进行人才培养模式的革新，才有可能实现地方人工智能专业人才的有效培养。地方高校应根据自身特色建立适合区域发展的智能科学与技术人才培养方案，以工程应用为导向，对人工智能的工程人才培养进行精准定位。探索校内学科融合交叉的新工科人工智能专业人才培养模式。专业和学科建设应与当地的区域产业经济发展相关，挖掘自身特色。地方政府是指导和推动校企合作的重要力量，在高校新工科人工智能人才培养中不能缺位。地方政府应明确高校、企业以及自身在新工科人工智能专业人才培养过程中的责任和义务。地方政府应多措并举（行政、政策、法律及经济措施），综合制定、执行校企合作激励机制，促进产学研紧密协调运行。教师作为智能科学与技术专业人才培养的主要力量，制定合理的教育教学激励机制是调动教师积极性的关键。人工智能技术日新月异，教师应加强自身学习，建立终身学习的信念。另外，学校也应为教师培训和进修提供便利和机会，积极邀请有丰富实践经验的企业高级工程人员参与教学，丰富师资力量。学生是人才培养中的主体，养成自主学习的习惯，是成为新工科智能科学与技术专业人才的核心。而建立具有特色的课程体系、有效的教学改革及便利的实践实习平台是学生自主学习的基础。综上，下一步将研究新工科背景下地方高校新工科智能科学与技术专业人才培养的改革，加强校企合作交流，不断完善课程体系及工程实践平台。以新工科理念在地方高校探索与尝试智能科学与技术专业人才培养模式。6 结语目前，人工智能新技术不断涌现，随着人工智能技术的进一步发展，智能科学与技术专业已成为高校学生学习的热门专业。在新工科背景下，为适应人工智能技术的不断发展，智能科学与技术专业人才培养应注重提高学生工程应用能力。本文针对地方高校智能科学与技术专业人才培养和专业建设进行了初探，提出了地方政府、学校和企业多方协调的智能科学与技术专业人才培养模式，可为地方高校智能科学与技术专业工程人才培养改革提供参考。参考文献：1 ZHONG Q B，LI Q H，BAO J L.Opening up a new path of integration of industry and education with“government，industry，education，research and funding”with new engineering educationa case study of robotics college of Ningbo University of Technology J.Vocational and Technical Education，2021，42（14）：11-16.钟秋波，李青合，鲍吉龙.以新工科教育开辟“政产学研资用”产教融合新路径以宁波工程学院机器人学院为例 J.职业技术教育，2021，42（14）：11-16.2 XU X F，DING X H.Exploration on the reform of new engineering talent training mode for sustainable competitiveness J.China University Teaching，2017（6）：6-10.徐晓飞，丁效华.面向可持续竞争力的新工科人才培养模式改革探索J.中国大学教学，2017（6）：6-10.3 LI D Y，MA N.Emerging engineering education in the age of intelligenceartificial intelligence propelled education reform J.Research in Higher Education of Engineering，2017（5）：8-12.李德毅，马楠.智能时代新工科人工智能推动教育改革的实践 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