应用型本科院校人工智能专业建设探索与思考——以西安航空学院为例

毕 杨

(西安航空学院 电子工程学院,西安 710077)

0 引言

人工智能作为21世纪科技领域最为前沿的技术之一,具有显著的产业溢出效应,能够推动多领域的变革和跨越式发展,可对传统行业产生颠覆性影响,人工智能的迅速发展将深刻改变世界。人工智能产业为中国经济发展提供战略新动能,也是引领中国经济发展的重要战略抓手。

为把握人工智能发展的重大战略机遇,国务院下发了《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》(国发〔2017〕35号)[1]。为不断提高人工智能领域科技创新、人才培养和国际合作交流等能力,教育部下发《教育部关于印发〈高等学校人工智能创新行动计划〉》(教技〔2018〕3号)[2]对人工智能领域学科建设、专业建设、人才培养、构建人工智能多层次教育体系进行全方位部署,高校可在计算机科学与技术学科设置人工智能学科方向,支持高校自主设置相关二级学科或交叉学科,鼓励高校对照国家和区域产业需求布点人工智能相关专业。据此,国内一些高校先后设置了人工智能专业,成立了人工智能研究院,对人工智能的学科建设[3-4]和专业建设[5-6]进行了广泛的探索、研究和实践。也有人员对地方普通高校的人工智能专业或相关建设进行研究[7-9]。

随着人工智能产业和技术的发展,人工智能人才的需求将显著增加。在此背景下,我国高校承担着人工智能创新、人才培养和国际交流的重任,各高校应结合自身实际情况,进行人工智能学科和专业建设的相关工作,培养人工智能人才。

西安航空学院(以下简称学校)是一所省属培养高素质应用型人才,主要服务于地方经济的普通高校。近年来,学校属地的人工智能行业迅速发展,以西安市为主要聚集地,人工智能公司企业已有150多家,年产值约120亿元[10]。为适应社会经济的发展更好地服务地方经济,满足地方经济对人工智能应用型专业人才的需求,学校结合自身情况,以电子工程学院(以下简称学院)为依托进行人工智能专业建设,本文从人工智能专业建设依托单位的优势分析入手,结合陕西省产业特点,制定人工智能专业培养方案,构建课程体系和教学内容,分析人工智能专业对师资队伍的要求以及实现途径,以期为地方普通高校的人工智能专业建设相关工作提供借鉴。

1 专业建设依托单位的有利条件

学院前身为工电专科和仪表专科,成立于1955年,后经不断发展,于2015年更为现名,在人工智能专业建设前有测控技术与仪器、电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程5个本科专业。结合发展历程和自身现状,学院建设人工智能专业的主要有利条件如下。

(1)原有专业与人工智能专业联系紧密。学院原设专业中,电子信息工程业与人工智能专业联系紧密,可采用“电子信息+人工智能”的策略进行人工智能专业建设。此外,自动化专业和通信工程专业都与人工智能相互交叉、相互融合,利于人工智能专业建设,也利于专业相互促进、相互发展。

(2)师资力量。学院共有教职工103人,专任教师90人,专任教师中的职称结构如图1所示,由图1可见,专任教师职称结构比较理想,教师梯队建设较为合理。此外,部分专任教师具有公司企业的工作背景,具有良好的工程实践基础。

图1 学院专任教师职称结构

(3)学院专业建设经验丰富。学院从最初的工电专科和仪表专科,后经历了高等专科的专业建设到本科专业建设,积累了丰富的专业建设经验,这为人工智能专业的建设奠定了坚实的基础。

(4)学院与外界交流较为广泛。学院在前期专业建设工作中非常注重对外交流。一方面,学院与中国飞机强度研究所、中国人民解放军第5720工厂联合培养学生,并与合作单位共建实习基地,与大唐移动、上海金泰集团签订战略合作协议。另一方面,学院也注重与美国明尼苏达州立大学(曼卡托)和英国格林多大学等国际同行同业之间的交流。

尽管如此,学院在人工智能专业建设方面也面临挑战。众所周知,人工智能专业具有综合性较强的特点,我国各类公司企业对人工智能专业人才需求越来越多,对人才的综合性要求较高,需兼具人工智能技术、思维及产品的集成能力,需求更偏向于高层次的工程人才[11],这就要求学院准确把握好人工智能应用型人才培养的定位问题。

2 人工智能专业定位

人工智能专业定位应根据学校办学定位,人才培养目标需紧密围绕学校的建设发展规划,更好地为地方经济服务。陕西省地域产业分布特点为:陕北以化工能源发展为主;陕南为绿色产品基地;而关中以先进制造业为主,重点发展高技术产业。根据陕西省先进制造业为主的产业布局,且关中是我国重要的航空制造业基地,同时,学校具有航空背景,为此,学院将人工智能专业人才培养定位为掌握人工智能理论与工程技术的与地域经济需求相吻合的应用型人才。

3 专业的建设思路与实践

如前所述,人工智能专业与电子信息工程专业联系紧密,学院的电子信息专业是省级一流专业,专业建设基础较好,为此,学院将人工智能专业建设整体确定为“电子信息工程+人工智能”模式,即依托电子信息工程工程专业建设人工智能专业。依托电子信息专业建立人工智能专业,既符合产业的普遍发展趋势,也符合教育部对设立人工智能专业的指导原则。同时,也能充分利用电子信息工程专业现有的各项资源和平台。新建的人工智能专业,将依据学校应用型的办学定位,针对国家新兴产业和陕西省主导产业的发展需求,加大对优势和特色专业的建设力度,加快建成体现学校特色,符合经济社会发展的新工科专业,以满足学校所属地域对复合型应用型人才的迫切需求,为属地的战略产业和经济增长方式转变提供人才支持。

3.1 人才培养目标

人工智能专业立足航空电子工业,以人工智能与应用为特色,培养德、智、体、美、劳全面发展,具有政治立场坚定和社会责任感强,具有精益求精的大国工匠精神,具有报效国家的家国情怀和使命担当,系统掌握人工智能基础理论知识,熟悉人工智能的基本方法与主要工具,具有良好的科学工程素质及理论联系实际的能力,具有较强的人工智能专业工程实践能力和创新意识,能够在政府部门或企事业单位从事智能系统集成、智能软件研发、智能芯片应用开发、智能应用系统的管理与运维工作,满足电子信息产业未来的发展需求,服务于以智能信息工程技术为主要特征的新一代电子信息产业和区域经济社会发展的高素质应用型工程技术人才。

3.2 知识体系构建与专业能力要求

学院人工智能专业以培养应用型人工智能人才为目标,主要服务于人工智能产业两大典型应用领域——语音信号处理和图像信号处理,培养系统集成、软件开发、芯片应用开发以及应用系统的管理与运维的应用型人才。因此,本专业学生主要学习人工智能方面的基本理论和知识,学习信息处理、机器学习、神经网络、图像处理、语音处理等基本理论,掌握人工智能基本理论、实践方法及其落地应用技术的相关知识,受到机器学习、神经网络与深度学习、人工智能专业综合设计等方面的工程训练,塑造正确的世界观、人生观、价值观,并具备良好的科学工程素质及理论联系实际的能力,具有较强的人工智能专业工程实践能力和创新意识。其知识体系与专业能力支撑关系如图2所示。

3.3 课程体系构建

基于学校应用型人才培养的办学定位,学院人工智能专业建设以培养应用型人才为目标。人工智能源于多个学科之间的相互交叉相互渗透,概念较抽象,且其知识体系融入数学、信息科学、计算机科学等多学科的内容[12]。根据学院人工智能专业建设整体思路,人工智能专业的课程体系包括如下4个模块。

(1)数学基础。人工智能算法基于模型,模型的建立过程和求解过程需具备扎实的数学知识。同时,课程体系中的数学基础模块可为人工智能后续学习奠定坚实的基础。

(2)人工智能基础。建立人工智能的孕育、诞生、发展过程的逻辑脉络,较为全面了解人工智能内涵。搭建人工智能专业知识和技术学习的基本知识框架。

(3)程序设计。程序设计是将理论知识和实际应用联系起来的纽带。应用型人才主要面对工程实际问题,在实践工作中,学生对理论知识的掌握体现在可以利用特定编程语言实现核心算法。人工智能的学习需要学生在掌握基本算法基础上,根据实际问题对其进行改进和创新,进而满足工程需求。

(4)人工智能。该模块主要培养人工智能专业知识和专业技能。掌握以地方经济社会发展为基础,整合教学资源,建立具有地方优势的专业方向和专业目标。人工智能专业可以充分结合陕西省产业布局和学校学科特色,设立具有特色方向的人工智能课程。陕西作为重要装备制造和航空产业基地,尤其是在航空、航天领域具有独特的优势。学院在人工智能专业的建设中将人工智能与学校和地域的航空特色相结合,更好地促进专业建设和服务地方产业发展。课程体系建设模块如图3所示。

图3 人工智能专业课程模块图

3.4 师资队伍建设

人工智能的发展,会深层次促进教育教学改革与创新发展,从而给师资队伍的建设带来挑战,也给教师自身发展带来机遇。师资队伍建设是人工智能专业建设的核心问题之一。如前所述,人工智能产业对人才的知识、技术和能力均提出了新的要求,对教师专业素质和水平要求也相应提高,尤其是对教师实践经验的要求[13]。

为促进专业相互融合、相互交叉、相互促进,学院人工智能专业设置在信息技术教研室,目前该教研室有三个专业,三个专业都属于电子信息类专业,分别为电子信息工程、通信工程、以及人工智能。共有专任教师25人,其学缘结构合理,科研方向均属于电子信息大的范畴。根据人工智能专业应用型的定位,结合学院现有师资队伍现状,师资队伍建设主要从以下两个方面展开:一方面,进一步强化教师的工程实践能力,打造双师双能型教师,满足人工智能应用型的目标需求。基于应用型的人才需求,倒逼本专业教师必须具有较强的工程实践能力,才能将语音信号处理、图像信号处理的各类算法得以应用及实现,使学生从理论方面加以巩固,从应用方面得以实现;另一方面,高度重视教师的科研能力提升,满足人工智能产业技术新、发展快的科研需求。人工智能产业发展势头猛,技术革新快,为了保证学生能跟上技术发展趋势,学到最新的知识,需要老师能有科研项目的支持及科研活动的锻炼,才能保证教师自身的知识体系不断的更新和完善,从而反哺教学,使学生受益。

3.5 实践条件建设

学院人工智能专业的实践条件以电子信息工程专业为基础,已建设的通用实践条件有机器人及图像技术实践装置、光电检测实验台、数据采集卡及数采系统、嵌入式三合一教学实验台、智能传感器综合实验台、脑电生理仪等。与人工智能专业直接相关实践条件有嵌入式AI模块、视觉与音频感知模块、机器视觉检测、语音识别处理模块、语音识别交互模块,借助计算机视觉、机器学习、模式识别、深度学习等人工智能技术,形成了智能图像信号处理技术综合应用开发平台和智能语音信号处理技术综合应用开发平台。人工智能实践条件的建设既充分利用了现有支撑电子信息工程专业建设的实践资源,又引入了人工智能算法实现的专用模块。

3.6 专业建设实践

通过社会需求调研,学院将人工智能人才培养定位为满足学校所属地域社会经济发展需求的应用型人才,据此,制订人才培养目标、人才培养方案,并基于人才培养方案进行课程体系建设、师资队伍建设和相关实践条件的建设。2022年,学院人工智能专业开始招生,共两个班级,进展比较顺利。

4 存在的主要问题及对策

学院在人工智能专业建设的前期准备、实施到初步建成并招生的过程中逐渐意识到专业建设的主要问题是:尽管人工智能是近年来兴起的技术科学领域,但与传统专业相比较而言,人工智能专业更新速度快,人工智能专业建设较难跟上社会人工智能的发展节奏,存在一定程度的滞后性。为有效解决该问题,学院进行了深入思考,积极探索新的人才培养模式。在人工智能专业建设可以探索:

(1)充分利用属地社会资源。学院人工智能人才培养主要服务于学校属地地域经济发展,可充分利用地域社会资源。一方面,学院进行人工智能专业建设时要引入属地公司企业人员参与,这样才能满足人才培养的时效性、适用性和针对性;另一方面,基于不同专业建立人工智能实验室差异比较大,没有现成的经验可以直接借鉴,且建设人工智能实验室费用较高,可通过校企合作或校政企合作的方式建立专业实践平台,培养地域所需的人工智能人才。

(2)跨学院协作联合建设。如前所述,人工智能专业学科建设适合依托于计算机学科,而人工智能专业建设可以依托不同专业采用“人工智能+”的模式。人工智能知识更新迭代周期短,且该专业人才培养需要扎实的数学基础,并通过程序设计将算法模型和工程实际应用联系起来。据此,人工智能专业建设可与理学院(数学知识)、计算机学院(程序设计)跨学院协作联合进行专业建设。这样既有利于学科专业的交叉融合,也有利于提高师资队伍的建设,提升师资水平。

(3)理论与实践紧密联系,提高人才培养质量。充分利用学院和社会的人工智能平台,将课程教学的实践内容与社会工程实践充分对接,尽量做到培养的学生边学习边实践,既能掌握人工智能专业必备的基本理论知识,又能初步了解该专业的工作实际情况和人才需求状况。

5 结语

学院在对原专业建设充分分析的基础上,采用“电子信息+人工智能”的策略,在现有电子信息工程专业基础上建设人工智能专业。依托电子信息专业建立人工智能专业,既符合产业的普遍发展趋势,也与教育部对设立人工智能专业的指导原则相符。新建的人工智能专业,将依据学校应用型的办学定位,针对国家新兴产业和陕西省主导产业的发展需求,加大对优势和特色专业的建设力度,加快建设成既体现学校特色,又满足经济社会发展要求的新工科专业,尤其是满足学校属地经济社会对复合型应用型人才的迫切需求,为陕西的战略产业和经济增长方式转变提供人才支持。