人工智能背景下電子信息類新工科人才培養(yǎng)模式的研究

吳紫恒,王 兵，李 聰，周 芳，劉 磊

(安徽工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

近年來，人工智能被提升到國家發(fā)展戰(zhàn)略高度。2018年4月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，要求高等學(xué)校探索“人工智能+X”的復(fù)合專業(yè)人才培養(yǎng)模式，提出高等學(xué)校需要主動結(jié)合社會需求，根據(jù)人工智能理論和技術(shù)所具有的普適性、滲透性和遷移性的特點(diǎn)，重視人工智能與相關(guān)學(xué)科專業(yè)的交叉融合，積極開展新工科建設(shè)。新工科是在傳統(tǒng)工科學(xué)校工程教育培養(yǎng)模式和辦學(xué)理念基礎(chǔ)上提出的新方向，新工科建設(shè)要以未來新興產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)為背景，立足于“工科”和“新”兩個方面，以培養(yǎng)具備國際競爭力、創(chuàng)新與實踐力強(qiáng)的高素質(zhì)復(fù)合型人才為目標(biāo)，將人工智能、機(jī)器人、智能制造、大數(shù)據(jù)、云計算等新興技術(shù)用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，實現(xiàn)傳統(tǒng)工科專業(yè)的改革[1]。

電子信息產(chǎn)業(yè)是一項高科技朝陽產(chǎn)業(yè)，電子信息工程專業(yè)以培養(yǎng)具備電子技術(shù)、信息傳輸與處理技術(shù)及計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)知識，能從事電子信息產(chǎn)品軟硬件及計算機(jī)信息系統(tǒng)設(shè)計，研發(fā)的復(fù)合專業(yè)人才為目標(biāo)，隨著信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，電子信息工程的應(yīng)用愈加廣泛，具備熟練軟硬件相關(guān)知識的電子信息工程專業(yè)人才供不應(yīng)求，因此電子信息工程專業(yè)成為新工科建設(shè)的重點(diǎn)發(fā)展對象。人工智能與電子信息學(xué)科存在很多相似之處，人工智能的本質(zhì)是智能信息處理的方法，作為應(yīng)用型本科院校，如何將人工智能與電子信息工程專業(yè)建設(shè)相融合，進(jìn)行復(fù)合型、應(yīng)用型的新工科社會緊缺人才培養(yǎng)，是一個需要重視的問題。本文通過分析電子信息工程專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合多年的電子信息工程專業(yè)授課經(jīng)驗，來研究如何實現(xiàn)人工智能相關(guān)實踐、理論課程與傳統(tǒng)的電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案有機(jī)結(jié)合從而形成一種新的人才培養(yǎng)模式，對于電子信息類新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高有十分重要的意義。

1 人工智能背景下當(dāng)前電子信息類新工科人才培養(yǎng)模式存在的主要問題

1)電子信息類人才評價機(jī)制需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化，教學(xué)理念需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。目前，依然存在部分師生將會解答習(xí)題，能通過考試作為學(xué)生學(xué)會一門課的標(biāo)準(zhǔn)，對實踐教學(xué)不夠重視的教學(xué)理念依然存在[2]。教學(xué)理念與電子信息類人才評價機(jī)制緊密聯(lián)系，傳統(tǒng)的工程教育對學(xué)生的基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)能力、知識的系統(tǒng)性等較為注重，然而新工科背景下，不僅注重學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和基礎(chǔ)理論知識，而且對學(xué)生的綜合素質(zhì)、動手實踐能力、創(chuàng)新能力等更為強(qiáng)調(diào)，如果以傳統(tǒng)人才評價機(jī)制來衡量一個學(xué)生是否學(xué)會此類課程，很難達(dá)到鍛煉學(xué)生動手實踐能力的目的。因此，當(dāng)前電子信息類人才評價機(jī)制需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化，教學(xué)理念需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。

2) 專業(yè)課程體系需要更新與調(diào)整，師資力量需要進(jìn)一步加強(qiáng)。當(dāng)前，電子信息工程專業(yè)的主干課程是以兩電兩信號(信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、 數(shù)字電子技術(shù)、 模擬電子技術(shù))為核心，課程講授的內(nèi)容對智能制造、智能檢測技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+等新興領(lǐng)域所需要的電子信息基礎(chǔ)知識引入甚少，課程體系的交叉性和前沿性不夠，導(dǎo)致當(dāng)前電子信息類專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生的思維依然停留在傳統(tǒng)電子信息領(lǐng)域，走進(jìn)職場后需要較長的時間去適應(yīng)新技術(shù)和新裝備[3]。人工智能是一門綜合了信息論、控制論、計算機(jī)科學(xué)、語言學(xué)等多門學(xué)科的綜合性學(xué)科[4]， 人工智能的本質(zhì)是智能信息處理方法，和電子信息技術(shù)學(xué)科存在著許多重合點(diǎn)。隨著人工智能的廣泛應(yīng)用，電子信息技術(shù)不再僅限于電路、電場等傳統(tǒng)領(lǐng)域，而是朝著云計算、智能信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)等新興方向發(fā)展，如何將人工智能與電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案有機(jī)結(jié)合，需要在學(xué)習(xí)如信號與系統(tǒng)、C/C++程序設(shè)計、數(shù)字信號處理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等傳統(tǒng)課程的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)在機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、自然語音處理等人工智能基礎(chǔ)課程的建設(shè)，使學(xué)生了解智能信息處理的前沿技術(shù)，扎實學(xué)生的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)，這對教師的教學(xué)水平和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力提出了更高要求。

3) 實踐教學(xué)與人工智能發(fā)展脫節(jié)，實驗室硬件設(shè)備建設(shè)相對滯后，人工智能校內(nèi)外實踐基地缺乏。人工智能新應(yīng)用、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，電子信息技術(shù)發(fā)展非常迅速，但是由于受到多種因素的影響和制約，目前對實踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新的速度較慢，實踐教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展和實際應(yīng)用仍存在較大差距。目前實驗儀器設(shè)備缺乏，實驗設(shè)施的更新?lián)Q代滯后，部分機(jī)房的計算機(jī)配置較低、故障率較高，對運(yùn)算量較大的以人工智能為導(dǎo)向的課程實驗無法開展。多數(shù)高校校內(nèi)外實踐基地中，與人工智能相關(guān)領(lǐng)域的實習(xí)單位不多，尚不能滿足以新工科和人工智能為導(dǎo)向的應(yīng)用型電子信息工程特色專業(yè)建設(shè)生產(chǎn)實習(xí)的需要。如何把電子信息工程專業(yè)中的電子技術(shù)、信號傳輸與處理等技術(shù)與人工智能相關(guān)技術(shù)進(jìn)行融合并在智能家居、人臉識別等熱門領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，提高學(xué)生的動手能力并培養(yǎng)學(xué)生的不同興趣愛好，是一個亟需解決的問題。

2 人工智能背景下電子信息類新工科人才培養(yǎng)實踐教學(xué)體系改革研究

為了更好地提高電子信息工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，將人工智能新概念融入到電子信息工程專業(yè)建設(shè)中，進(jìn)行復(fù)合型、應(yīng)用型的社會緊缺人才培養(yǎng)，鑒于電子信息工程專業(yè)教學(xué)的現(xiàn)狀，結(jié)合多年電子信息工程授課經(jīng)驗，對人工智能背景下電子信息類新工科人才培養(yǎng)實踐教學(xué)體系改革提幾點(diǎn)建議，具體如下：

1) 深化課程體系改革。以培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力和實踐能力強(qiáng)的電子信息人才為目標(biāo)，針對電子信息工程專業(yè)的特點(diǎn)，需要對傳統(tǒng)的重理論講解的教學(xué)方式進(jìn)行改變，本著學(xué)以致用的原則，適當(dāng)壓縮理論課時，增加實踐課程課時，制定更加科學(xué)的專業(yè)實踐教學(xué)體系；在講解理論知識的基礎(chǔ)上，著重講解電子信息工程與現(xiàn)實相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用。人工智能技術(shù)的應(yīng)用往往會基于電子信息技術(shù)所采集和解析得到的數(shù)據(jù)和信息，增加包含信息的獲取、傳輸、存儲、處理及展示這一全過程的綜合性課程，將人工智能和電子信息技術(shù)加以融合，對信息處理過程中需要準(zhǔn)確分類、聚類、預(yù)測的信息進(jìn)行處理，并且更深刻地剖析其所蘊(yùn)含的價值，進(jìn)一步提高信息的采集、解析以及處理等方面的效率，努力培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際問題能力和操作動手能力，提升學(xué)生綜合解決實際問題的能力。在現(xiàn)有電子信息工程專業(yè)的專業(yè)方向和課程體系的基礎(chǔ)上，逐步建設(shè)以人工智能為導(dǎo)向的應(yīng)用型電子信息工程特色專業(yè)，開展機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、模式識別、自然語音處理等人工智能基礎(chǔ)課程，為學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。在未來的專業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，逐漸形成電子信息工程與人工智能相結(jié)合的不同專業(yè)方向，例如：人臉識別，語音交互，物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、機(jī)器人，智能駕駛，無人機(jī)等。

2) 著力提高教師的教學(xué)和科研水平。教師隊伍工程技術(shù)經(jīng)驗普遍有所不足，不僅應(yīng)注重提高電子信息工程專業(yè)教師的教學(xué)及科研水平，而且應(yīng)該注重提高教師團(tuán)隊的實踐能力，豐富教師團(tuán)隊的實踐經(jīng)驗。鼓勵教師積極與企業(yè)、科研院所展開全方位合作，例如：與企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，進(jìn)入企業(yè)博士后科研工作站進(jìn)行博士后研究等，提高教師實踐能力。鼓勵教師積極參與電子信息、人工智能行業(yè)培訓(xùn)和進(jìn)修，豐富自身實踐經(jīng)驗，使其能在教學(xué)中，更好地把人工智能新技術(shù)和電子信息工程專業(yè)相融合，并對學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的各種競賽指導(dǎo)。通過海內(nèi)外教師招聘和內(nèi)部強(qiáng)化培養(yǎng)(教師“雙師化”、“國際化”、“博士化”)等措施，進(jìn)一步加強(qiáng)師資團(tuán)隊的建設(shè)。

3) 增加以人工智能為導(dǎo)向的實踐教學(xué)內(nèi)容。以大力培養(yǎng)學(xué)生實踐能力為目的，加強(qiáng)基礎(chǔ)性實驗，優(yōu)化實踐教學(xué)內(nèi)容，拓展綜合性實驗，并考慮企業(yè)的實際用人需求，有針對性地開展實踐教學(xué)。新建一些與人工智能技術(shù)相關(guān)實驗室，如人體特征識別實驗室、機(jī)器人實驗室、智能傳感器實驗室等，增加人臉識別、語音交互、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、機(jī)器人，智能駕駛、無人機(jī)等人工智能相關(guān)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，最終使學(xué)生學(xué)有所用，達(dá)到以人工智能為導(dǎo)向的應(yīng)用型電子信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。高校定期邀請來自于知名企業(yè)具有豐富經(jīng)驗的人工智能領(lǐng)域?qū)＜襾韺W(xué)校進(jìn)行講壇，使學(xué)生能了解人工智能與電子信息技術(shù)相結(jié)合的實際應(yīng)用場景并及時了解智能信息處理的前沿技術(shù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生知識學(xué)習(xí)的積極性。

4) 鼓勵學(xué)生參加各種人工智能競賽和活動。鼓勵學(xué)生積極報名參加各種與人工智能和電子信息技術(shù)相關(guān)的競賽，通過競賽實現(xiàn)自身實踐能力和競爭力的不斷提高并實現(xiàn)自我的學(xué)習(xí)成長。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，大多數(shù)本科高校均高度重視學(xué)生參加競賽類的實踐活動，從大二開始，電子信息工程專業(yè)的學(xué)生會積極報名參加如全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生機(jī)器人競賽、全國大學(xué)生智能車比賽等各種競賽，并已取得較好的成績。鼓勵學(xué)生參加各種人工智能競賽，比如中國高校計算機(jī)大賽-人工智能創(chuàng)意賽、AIChallenger-全球AI挑戰(zhàn)賽、Kaggle 數(shù)據(jù)科學(xué)競賽等，通過參加人工智能相關(guān)競賽使參賽學(xué)生進(jìn)行人工智能相關(guān)的理論、實踐技術(shù)學(xué)習(xí)，并實現(xiàn)自身實踐能力的提升。學(xué)校設(shè)立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)保障經(jīng)費(fèi)，定期組織舉辦“新工科+人工智能”方面的活動，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力[5]。

5) 加強(qiáng)與企業(yè)的合作，加大校外實習(xí)基地建設(shè)。電子信息工程專業(yè)在進(jìn)行校內(nèi)實驗室建設(shè)的同時，應(yīng)積極與電子信息、人工智能相關(guān)企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，加強(qiáng)實習(xí)基地建設(shè)，不斷提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，實施產(chǎn)學(xué)融合工程教育[6]，實行學(xué)校與企業(yè)“雙導(dǎo)師制”，對學(xué)生實習(xí)進(jìn)行指導(dǎo)，提高學(xué)生實踐動手能力，提高生產(chǎn)實習(xí)效果。進(jìn)一步加強(qiáng)與企業(yè)的合作，對企業(yè)的人才需求進(jìn)行及時了解，然后據(jù)此有針對性地進(jìn)行電子信息類人才培養(yǎng)。

3 結(jié)語

人工智能時代背景下，社會對電子信息工程專業(yè)人才的學(xué)習(xí)能力和實踐能力的要求越來越高，對電子信息人才的需求呈現(xiàn)出多元化趨勢，為了滿足人工智能時代背景下社會對應(yīng)用型、復(fù)合型電子信息人才的需求，本文探索了如何實現(xiàn)人工智能相關(guān)實踐、理論課程與傳統(tǒng)的電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案有機(jī)結(jié)合從而形成一種新的人才培養(yǎng)模式，對于電子信息類新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高有十分重要的意義。