應(yīng) 毅， 任 凱， 李曉明

（1 三江學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院， 南京 210012； 2 南京工業(yè)大學(xué) 浦江學(xué)院， 南京 211200）

0 引 言

21 世紀(jì)初期，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算／大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)為主導(dǎo)的第三次信息化浪潮在全球的興起，計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理等領(lǐng)域也相繼取得突破，并逐漸在真實(shí)的商業(yè)應(yīng)用中扮演起重要角色［1］。 研究可知，人工智能起源于1956 年8 月召開的達(dá)特茅斯會(huì)議。 人工智能是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力，給經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來了極其深遠(yuǎn)的影響，既為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)注入了新動(dòng)能，又為服務(wù)社會(huì)發(fā)展帶來了新機(jī)遇。

當(dāng)前，中國政府高度重視人工智能領(lǐng)域，并從國家戰(zhàn)略高度全面推進(jìn)人工智能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 作為推進(jìn)新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)的重要陣地，高校擔(dān)負(fù)著人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新和社會(huì)服務(wù)的職責(zé)。 2018 年4 月，教育部在《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》［2］中強(qiáng)調(diào)，要加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域?qū)I(yè)建設(shè)，推進(jìn)“新工科”建設(shè)，形成“人工智能+X”復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式。

1 人工智能人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

人工智能技術(shù)與各行各業(yè)的融合帶動(dòng)大批新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，國家政策的扶持使人工智能產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展具有很高的可期性，同時(shí)也給高校的人工智能專業(yè)教育方面提出時(shí)代性的挑戰(zhàn)。

2018 年之前，國內(nèi)的人工智能教育以高層次人才培養(yǎng)為主，沒有一所高校開設(shè)人工智能本科專業(yè)，經(jīng)過2019 年、2020 年這兩年的專業(yè)備案和審批，逐步形成了人工智能領(lǐng)域“本-碩-博”一體化人才培養(yǎng)梯隊(duì)。 盡管這種人才培養(yǎng)梯隊(duì)的形成，有助于人工智能源頭創(chuàng)新層面的研發(fā)和突破，但對(duì)于技術(shù)層和應(yīng)用層所需的各類人才以及普通大眾而言，仍然是不完善的。

以上問題已嚴(yán)重制約國內(nèi)人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也阻礙了高校人才培養(yǎng)面對(duì)市場需求的應(yīng)變能力及學(xué)生個(gè)人素質(zhì)的進(jìn)一步提高。 雖然不一定每所高校都適合設(shè)立人工智能專業(yè)或建立人工智能學(xué)院，但在新工科專業(yè)設(shè)立人工智能模塊課程還是很有必要的，對(duì)于打造復(fù)合交叉的“人工智能+X”人才培養(yǎng)體系也具有重要意義。

2 人工智能模塊課程的設(shè)計(jì)

根據(jù)“知識(shí)夠用、技術(shù)實(shí)用、面向應(yīng)用”的人才培養(yǎng)定位，設(shè)置具有承接關(guān)系的4 門人工智能模塊課程：Python 程序設(shè)計(jì)語言、人工智能概論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)綜合項(xiàng)目訓(xùn)練。 4 門課程的總體設(shè)計(jì)見表1。

表1 人工智能模塊課程的總體設(shè)計(jì)Tab.1 Overall design of Artificial Intelligence module curriculum

“Python 程序設(shè)計(jì)語言”是人工智能模塊的基礎(chǔ)課程，既是企業(yè)級(jí)AI 和數(shù)據(jù)分析的首選編程語言，也是新工科專業(yè)必須掌握的軟件工具。 “人工智能概論”介紹人工智能的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀；回顧傳統(tǒng)的線性數(shù)學(xué)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)；幫助學(xué)生形成對(duì)人工智能知識(shí)體系及其應(yīng)用領(lǐng)域的輪廓性認(rèn)識(shí)。 “神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)”是人工智能模塊的核心課程，主要介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)和成熟的深度學(xué)習(xí)模型， 教授人工智能通用計(jì)算框架TensorFlow 的搭建、使用和二次開發(fā)。 “深度學(xué)習(xí)綜合項(xiàng)目訓(xùn)練”是人工智能模塊的綜合性實(shí)驗(yàn)課程，鑒于就業(yè)崗位需求的考慮，對(duì)于應(yīng)用型本科高校的學(xué)生，在進(jìn)行人工智能開發(fā)時(shí)，并不要求學(xué)生設(shè)計(jì)模型，只要能根據(jù)項(xiàng)目特定的應(yīng)用場景，在目前主流的模型中選擇適合實(shí)際項(xiàng)目的模型即可。

2.1 課程“Python 程序設(shè)計(jì)語言”的設(shè)計(jì)

主要教學(xué)內(nèi)容：

（1）基本語法知識(shí)：變量、標(biāo)識(shí)符、注釋、基本運(yùn)算、語句與縮進(jìn)。

（2）常用序列結(jié)構(gòu)：列表、元組、字典、集合。

（3）流程控制：選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。

（4）字符串、正則表達(dá)式。

（5）函數(shù)、面向?qū)ο蠛皖悺惓！?/p>

（6）輸入輸出、文件讀寫、文件／目錄操作。

（7）第三方庫簡介與應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)軟件工具：Python 開發(fā)工具Anaconda；Python 數(shù)據(jù)處理及分析庫NumPy、Pandas、SciPy、Matplotlib。

2.2 課程“人工智能概論”的設(shè)計(jì)

主要教學(xué)內(nèi)容：

（1）人工智能發(fā)展簡史。

（2）人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的區(qū)別和聯(lián)系。

（3）線性模型、統(tǒng)計(jì)分析、回歸。

（4）機(jī)器學(xué)習(xí)方法：監(jiān)督學(xué)習(xí)（決策樹、回歸分析、分類、SVM、Bayes 方法）、無監(jiān)督學(xué)習(xí)（聚類）、半監(jiān)督學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

（5）演化計(jì)算（遺傳算法）、群體智能算法（粒子群優(yōu)化、蟻群優(yōu)化）、模擬退火算法。

（6）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介。

（7）當(dāng)前主流應(yīng)用：自然語言處理（機(jī)器翻譯）、計(jì)算機(jī)視覺（圖像識(shí)別、人臉識(shí)別）、語音處理。

實(shí)驗(yàn)軟件工具：Python 機(jī)器學(xué)習(xí)庫Scikit-Learn；TensorFlow。

2.3 課程“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)”的設(shè)計(jì)

主要教學(xué)內(nèi)容：

（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)：感知機(jī)、神經(jīng)元、激活函數(shù)、損失函數(shù)、學(xué)習(xí)率、過擬合。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、全連接網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、LSTM 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

（3）TensorFlow 編程基礎(chǔ)：符號(hào)式編程；張量、變量、常量；計(jì)算圖、Session、占位符、Variable 對(duì)象；操作運(yùn)算、累加、累積；基本數(shù)學(xué)函數(shù)、矩陣函數(shù)、張量函數(shù)。

（4）TensorFlow 編程模式：tf.data 模塊、tf.nn 模塊、tf.train 模塊、tf.layers 模塊、tf.estimarot 模塊。

（5）TensorFlow 模型搭建與訓(xùn)練。

（6）TensorFlow 模型持久化與加載。

（7）分布式模型訓(xùn)練、GPU 加速模型訓(xùn)練。

實(shí)驗(yàn)軟件工具：TensorFlow；Python 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫PyBrain。

2.4 課程“深度學(xué)習(xí)綜合項(xiàng)目訓(xùn)練”的設(shè)計(jì)

主要教學(xué)內(nèi)容：

（1）主流數(shù)據(jù)集簡介：MNIST 手寫體數(shù)字識(shí)別數(shù)據(jù)集、CIFAR-10 彩色圖像數(shù)據(jù)集、ImageNet 圖像分類數(shù)據(jù)集。

（2）編寫全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

（3）經(jīng)典卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：AlexNet、Inceptionv3、VGG Net-16、ResNet-50。

實(shí)驗(yàn)軟件工具：TensorFlow；Keras。

3 課程思政的設(shè)計(jì)思路

在新一輪科技革命的時(shí)代背景下，科學(xué)設(shè)定理工科專業(yè)的課程思政培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)于人才培養(yǎng)和行業(yè)發(fā)展建設(shè)具有重要意義。 在知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造的過程中，充分挖掘理工科專業(yè)的優(yōu)勢和特色，有效融入愛國主義情懷、專業(yè)倫理意識(shí)、職業(yè)道德教育、科學(xué)道德素養(yǎng)、人文素養(yǎng)元素等最為核心的思政元素［3］，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的高素質(zhì)人才，培育擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興重任的時(shí)代新人。 4 門人工智能模塊課程的主要課程思政內(nèi)容詳見表2。

表2 人工智能模塊課程的主要課程思政內(nèi)容Tab.2 Primary content of courses for ideological and political education

4 結(jié)束語

在新工科背景下，培養(yǎng)具有智能思維和應(yīng)用開發(fā)能力的“人工智能+”人才具有重要意義。 人工智能模塊課程的建設(shè)不以培養(yǎng)理論創(chuàng)新和算法發(fā)明的研究型人才為目標(biāo)，而是面向?qū)θ斯ぶ悄軕?yīng)用有需求的新工科專業(yè)，以典型場景應(yīng)用落地為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，秉承“知識(shí)夠用、技術(shù)實(shí)用、面向應(yīng)用”的宗旨來組織課程的教學(xué)內(nèi)容，以期為科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更加充分的人才支撐。