張 皓

(廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院，廣州 511325)

0 引 言

教育有多種形式，而通識教育就是其中的一種[1]。這一類教育旨在培養(yǎng)多元社會中不同需求下的教育，為那些受教育的人群提供各個層面的知識和價(jià)值觀。這一教育模式在之前并沒有被熱衷討論，直到19世紀(jì)美國博德學(xué)院的帕卡德教授[2]首次將其與大學(xué)教育進(jìn)行一定的聯(lián)系才被研究，通過這次研究成果將其定義為通識教育。這一教育的最重要職能就是希望通過這一教育克服只針對專業(yè)方向的狹隘性教育，凝聚成社會共識，形成新的價(jià)值觀教育，便于表達(dá)交流，成為人們終身學(xué)習(xí)[3]，豐富人生的重要途徑，這些方面的需求是其他教育所不能或者較難實(shí)現(xiàn)的愿景。

中學(xué)教育與大學(xué)教育存在較大不同，與大學(xué)的通識教育進(jìn)行對比研究，前者更加側(cè)重于教育的廣度和深度，后者則是對于知識進(jìn)行定位解惑的過程性學(xué)習(xí)，對比中學(xué)教育是一種“三位一體”的全面培養(yǎng)體系[4]，即能力養(yǎng)成、核心知識學(xué)習(xí)、價(jià)值觀形成這一過程。

交叉性的學(xué)科展示是人工智能的特征，也在一定意義上促進(jìn)了多重學(xué)科的互動，進(jìn)而重塑了人才培養(yǎng)的通識課程。就人工智能的特性來說，這一技術(shù)具有交叉性、遷移性和普適性。教育部在2018年4月，曾就該方向的學(xué)科建設(shè)頒布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》[5]，對培養(yǎng)模式提出了探索性的想法——“人工智能+X”，這一技術(shù)對于未來具有極其重要的意義，可以將這一課程下放到計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育內(nèi)容中開設(shè)。在大學(xué)開設(shè)的各類通識課中，會面臨很多的課程實(shí)踐問題，如師資教學(xué)、培養(yǎng)能力與標(biāo)準(zhǔn)、課程實(shí)踐等，尤其民辦學(xué)院開設(shè)這類課程時(shí)，對于課程體系和教學(xué)的困擾會更加凸顯[6]。

1 人工智能通識人才培養(yǎng)的需求分析

復(fù)合型人才在當(dāng)今社會被多方所需要，應(yīng)認(rèn)真探索分析人工智能這一新型知識的技術(shù)體系，有針對性地建立人工智能人才培養(yǎng)目標(biāo)，為后期課程內(nèi)容建設(shè)提供指導(dǎo)。在《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》[7]中，教育部明確指出應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)具體培養(yǎng)計(jì)劃的創(chuàng)新模式，相關(guān)人才的引進(jìn)和培養(yǎng)，人工智能在教育領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，構(gòu)建個性化、有序化、智能化、終身化的教育體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)際教育工作中的方法創(chuàng)新和改革實(shí)施，滿足教育中治理能力的新要求。在實(shí)際授課中，還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會需求，融合各個交叉學(xué)科的知識互嵌，如物理學(xué)、生物學(xué)、社會學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、法學(xué)、心理學(xué)等專業(yè)性知識結(jié)構(gòu)，結(jié)合人工智能知識的普適性和技術(shù)的智能性[8]，創(chuàng)新制定“人工智能+X”的創(chuàng)新培養(yǎng)方案。

人工智能得到廣泛運(yùn)用將會成為整個社會的必然趨勢，這項(xiàng)技術(shù)被較好使用后，一些崗位的工作將會由機(jī)器人完成，進(jìn)而會創(chuàng)造出一些新的工作崗位來適應(yīng)新的社會需求[9]。我國高校以往的教育中將學(xué)生學(xué)習(xí)的知識限定在一個范圍內(nèi)，不利于創(chuàng)新學(xué)習(xí)，阻礙了學(xué)生接受新知識。應(yīng)加強(qiáng)通識教育在我國的推行，以更好地適應(yīng)社會的需求和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求[10]。通識教育首先是價(jià)值塑造，涉及公平正義、民主法制、自由平等等公民意識，養(yǎng)成誠實(shí)正直的品格，建立遠(yuǎn)大的目標(biāo)等。其次是能力培養(yǎng)。不論學(xué)生學(xué)習(xí)什么專業(yè)，將會從事什么工作，若要做好工作都離不開堅(jiān)韌、想象力、批判思維以及勤奮這些優(yōu)良的品質(zhì)，而這些也正是現(xiàn)代學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要培養(yǎng)形成的。當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)不僅僅是高校的一門專業(yè)課程，更多的是一種解決問題的技術(shù)工具，由此形成的計(jì)算機(jī)思維也是人們解決問題的重要方式之一。因此，人工智能對于現(xiàn)代社會而言具有極其重要的地位，必須將其置于通識教育中學(xué)習(xí)[11]。

2 人工智能通識課程建設(shè)探索

近年來，在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域中廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院已經(jīng)進(jìn)行了多年的研究，在這些領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)形成了一大批具有一定教學(xué)資質(zhì)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研能力的教師團(tuán)隊(duì)，并且在授課中也形成了一套完善的教學(xué)體系。在其他相近專業(yè)中也陸續(xù)開設(shè)了一系列相關(guān)課程，輔助相近專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握先進(jìn)知識。設(shè)立的“大數(shù)據(jù)與人工智能專業(yè)方向”，在2019年制定的培養(yǎng)方案中也得到了學(xué)生的認(rèn)可和支持，各項(xiàng)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目也在逐步推進(jìn)，如相關(guān)講座和論壇的開設(shè)。

人工智能技術(shù)算法較之前的技術(shù)更為復(fù)雜，模型結(jié)構(gòu)也更加多變，學(xué)科內(nèi)容覆蓋面也更廣，普及性強(qiáng)，應(yīng)用廣，對于課程內(nèi)容的廣度、深度，學(xué)生的實(shí)踐能力都要進(jìn)行反復(fù)多次的調(diào)查和研究。梅隆大學(xué)的教授卡內(nèi)基[12]曾經(jīng)在談及教育問題時(shí)，做出相關(guān)論述：“這類課程的開設(shè)，其核心意義不只是要培養(yǎng)一代又一代具有編程能力和技術(shù)開發(fā)技能的人才，而是希望通過這一教育使學(xué)生從青少年時(shí)期就具有智能化思考的思維習(xí)慣，將來不斷提出具有思辨性的建設(shè)方案”。這種教育過程是為將來社會培養(yǎng)復(fù)合型的思考人才[13]，這樣的人才不僅僅可以完成技術(shù)工作，還具有一定的創(chuàng)造力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，每一個人都是具有獨(dú)特性、創(chuàng)造性特質(zhì)的人才，學(xué)生對于人工智能的學(xué)習(xí)從被動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃印ＭㄗR教育的意義是從技術(shù)方面完成人才培養(yǎng)的目標(biāo)，建立復(fù)合型人才整合體系，從智能思維的鍛煉上、技術(shù)的應(yīng)用上完成獲得性的學(xué)習(xí)，平衡各學(xué)科的差異性，運(yùn)用例子啟發(fā)思維，掌握相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程。

3 課程概況

廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院本科階段設(shè)計(jì)的課程涵蓋理工哲經(jīng)管藝這幾個大類，具有一定的辦學(xué)特色，在此基礎(chǔ)上增加一門人工智能通識課。學(xué)生對于這門課程的掌握基于講座的形式，從其基本概念、理論體系、主要研究領(lǐng)域以及前沿技術(shù)等方面展開，便于學(xué)生掌握相關(guān)知識，學(xué)會建模，分析探究，搜集資料，推理研究進(jìn)而學(xué)會該領(lǐng)域內(nèi)的典型方法和應(yīng)用技術(shù)。具體的設(shè)立方向是以過程為導(dǎo)向，建立通識課體系[14]。橫向設(shè)置四個技術(shù)模塊——感知機(jī)制、深度學(xué)習(xí)、聚類算法、自然語言處理，根據(jù)知識的難易程度進(jìn)行學(xué)習(xí)，層層展開。縱向設(shè)置三個步驟——基礎(chǔ)知識詳解、原理闡述、模型展示，步步推進(jìn)。

第一，人工智能起源模塊。教學(xué)內(nèi)容主要從整個課程的發(fā)源歷程開始，對神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和信號傳遞過程做闡述，從而引入ANN(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))模型[15]。通過這一授課方向，基本講清工作原理，對于線性分類器的應(yīng)用、原理做深度講解將會更為容易，在進(jìn)入到最后一步“人臉識別”時(shí)，將會鞏固知識內(nèi)容，進(jìn)行知識串聯(lián)。

第二，機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)模塊。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與該模塊建立聯(lián)系后，成為其切入點(diǎn)，詳細(xì)詮釋卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)的理論知識，講解機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的歷經(jīng)過程，闡述圖像處理的現(xiàn)實(shí)狀況，卷積運(yùn)算中的意義概念，演示數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)和模型訓(xùn)練的過程，進(jìn)而對知識進(jìn)行復(fù)習(xí)。

第三，聚類算法模塊。回顧算法知識，對那些有監(jiān)督學(xué)習(xí)的算法進(jìn)行復(fù)習(xí)。以“貓狗分類”為例，對比分類整理，總結(jié)算法學(xué)習(xí)的原理概念。將K均值聚類算法引入其中，并進(jìn)行原理和用法的介紹，使學(xué)生更好地理解無監(jiān)督學(xué)習(xí)的特性，加深知識的掌握程度。

第四，計(jì)算機(jī)視覺模塊。該模塊的發(fā)展歷程可以通過闡述相關(guān)概念進(jìn)行呈現(xiàn)，在概念解析中掌握基本原理和流程，也可以運(yùn)用圖像的成像處理技能進(jìn)行運(yùn)動跟蹤和識別判定，處理好傳播中的數(shù)據(jù)化問題，“殘差網(wǎng)絡(luò)”和“遷移學(xué)習(xí)”等計(jì)算機(jī)視覺原理的意義可以通過相關(guān)技術(shù)進(jìn)行處理[16]。

4 結(jié)語

我校自2019年秋季學(xué)期開始逐步在教學(xué)中開設(shè)人工智能技術(shù)與應(yīng)用課程，通過兩輪的實(shí)踐教學(xué)后，摸索教學(xué)方法和經(jīng)驗(yàn)，與人工智能專家進(jìn)行專業(yè)方面的討論和經(jīng)驗(yàn)分享，將企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和案例引入教學(xué)中，使通識教育成為可以支撐文理工農(nóng)等多門學(xué)科交叉式發(fā)展的創(chuàng)新型教育。