人工智能領域研究生多學科交叉培養研究與實踐

韓士元，陳月輝，吳 鵬，郝曉艷，周 勁

（1.濟南大學信息科學與工程學院；2.濟南大學 人工智能研究院；3.濟南大學 研究生院，山東 濟南 250022）

0 引言

2020 年1 月，科技部致函山東省人民政府，支持濟南市建設國家新一代人工智能創新發展試驗區。2020 年6 月，濟南市政府印發《濟南市國家新一代人工智能創新發展試驗區建設若干政策》（以下簡稱《若干政策》），其中將“培養聚集人工智能創新創業人才”“激發多元主體創新活力”作為重要任務提出。2020 年12 月，濟南大學入選山東省屬高校“高水平大學”建設名單。如何聚集高校人工智能學科相關優勢資源，主動服務國家戰略布局及地方經濟發展，是濟南大學未來發展面臨的巨大挑戰，也是地方高校建設過程中需要討論的重要課題。

2020 年3 月，教育部、國家發展改革委、財政部聯合印發《關于“雙一流”建設高校促進學科融合 加快人工智能領域研究生培養的若干意見》，提出瞄準“理論、算法、平臺、芯片和應用”等急、斷、缺的短板領域，構建基礎理論人才與“人工智能+X”復合型人才并重的培養體系，適度擴大研究生培養規模。人工智能領域是具有強烈多學科交叉特色的研究領域，高層次的人工智能基礎理論人才培養，可為提升國家人工智能領域核心競爭力提供智力支撐［1-2］，而“人工智能+X”復合型人才培養，可為人工智能及其輻射產業開展技術革新提供科技創新原動力［3-4］。2019年9 月，濟南大學與北京中科華數信息科技研究院合作共同建設、成立濟南大學人工智能研究院，致力于人工智能理論、方法和系統等關鍵技術突破與創新應用，引領人工智能學科發展，推動“智能+產業”的深度融合，打造一批人工智能深度應用場景。2020 年12 月，濟南大學“計算機科學與技術”學科入選山東省“高水平學科”建設項目，經過多年積累，在人工智能重點領域基礎前沿研究與關鍵核心技術研發、信息學科高層次人才培養等方面形成了自己的特色和優勢。如何發揮濟南大學信息學科的優勢，構建多學科交叉背景下的人工智能領域研究生人才培養模式，為區域經濟發展提供高素質、復合型人才，促進地方經濟建設及智能產業發展，是本學科人才培養過程中亟待解決的問題。

1 相關研究

人工智能作為第四輪產業革命的驅動力，相關技術研發與人才培養已上升為國家戰略，美國、英國、加拿大、日本等國家先后啟動了人工智能國家計劃。20 世紀50 年代，美國開始布局人工智能人才培養戰略，從初期人工智能芯片研發、算法研究，到中期關于機器學習和深度學習算法攻關，近期又積極推動人工智能與醫學、工程制造、運輸等領域的融合應用；英國始終注重人工智能應用技能人才培養，積極將產業資源引入人工智能研究院及相關專業建設中，并首創性地開設了人工智能碩士專業學位課程［5］；2017年，加拿大在《泛加拿大人工智能戰略》中明確指出，重點支持中部的多倫多、東部的蒙特利爾及西部的埃德蒙頓地區打造超級人工智能中心，并通過建造人工智能實驗室、加大資金投入等方式構建人才培養體系；2019 年，日本發布《人工智能戰略2019》，明確構建由素養教育、應用基礎教育、專家型人才培育構成的多層級人才培育體系［5］。2017 年，我國頒布《新一代人工智能發展規劃》，標志著人工智能被正式納入國家重大戰略，其中明確提出構建基礎理論人才與“人工智能+X”復合型人才并重的人才培養體系，適度擴大研究生培養規模。在此大背景下，如何明確頂層設計、定位具體培養方向，開展人工智能領域研究生多學科交叉培養至關重要。

人工智能屬于典型的多學科交叉產物，導師團隊和課程體系建設是實施人工智能領域多學科交叉培養的基石與保障。2018 年，卡內基梅隆大學依托計算機科學學院語言技術研究所開始培養“人工智能與創新理學”碩士，其以人工智能學科專業教師為基礎，同時邀請來自生物、哲學、公共政策等相關領域教師作為授課教師及導師團隊，課程體系由預備課程、核心課程、知識領域課程、選修課程4 個模塊組成，以促進跨學科知識的傳授［6］；麻省理工學院依托電子工程與計算機科學系開展人工智能專業教學，充分發揮計算機科學與人工智能實驗室、信息與決策系統實驗室、微系統技術實驗室、電子研究實驗室等科研力量開展人工智能跨學科人才培養［7］；斯坦福大學依托工程學院計算機科學系開展人工智能人才培養，并在生物學、語言學、機械制造等多領域進行跨學科交叉培養［8］；哈佛大學在人工智能人才培養過程中重視算法分析與軟件設計創新能力培養，同時開設醫學、生物、自動駕駛等跨學科課程，并通過慕課等擴充優質課程資源［9］。在國內，哈爾濱工業大學王立國等［10］建立以機理分析→系統設計→算法開發→仿真模擬→實驗驗證為主線的人工智能課程體系；張穎慧等［11］探討“新工科”背景下人工智能專業建設與教學改革相關問題，提出結合自身區域特色，推動人工智能專業與現代農牧學、生態學等多學科交叉融合。如何充分利用學科平臺優勢，建設多元學科背景下的人工智能跨學科導師團隊和課程體系，從而在課程設置時避免“拼盤化”，是人工智能領域人才培養亟需解決的重要課題之一。

創新能力培養是研究生教育的核心之一，因此研究生培養質量保障體系建設至關重要。科教融合與產教融合是創新型人才培養的必由之路，面向研究生培養全過程的質量監控機制是創新能力培養的抓手。科教融合最早起源于洪堡提出的“教學與科研相統一”理論，并在吉爾曼創建的研究型大學開始進行實踐，博耶提出的“教學學術理論體系”進一步豐富了科教融合的含義，我國龔克教授認為“科教融合”應是大學文化的重要特色之一［12］。2020 年，教育部印發的《專業學位研究生教育發展方案（2020-2025）》中強調必須探索以實踐能力培養為重點、以產教融合為途徑的中國特色專業學位培養模式。吳雁等［13］以“產教融合、同心致遠”為指導思想探索智能制造學科研究生創新人才培養模式，從而為長三角企業智能制造轉型提供人才支撐；楊宗凱等［14］探索如何以國家重大科技戰略需求、重點行業企業需求為導向，開展科教融合與產教融合。面向研究生培養全過程的質量監控機制是高校保障研究生培養質量的有效手段，歐陽光華等［15］針對研究生培養過程，從內部監控與外部監督兩個層面分析過程預警體系構建過程中存在的問題并提出相關思路；張聰等［16］探討研究生學位論文過程管理體系構建及質量控制相關策略；熊伶俐等［17］面向學位論文答辯過程管理提出提升研究生培養質量的方法。如何構建研究生培養質量保障體系，落實科教融合、產教融合，是人工智能領域研究生培養質量和創新能力提升的關鍵。

為對接濟南建設國家新一代人工智能創新發展試驗區的重大任務，主動服務以濟南為中心的地方區域經濟發展，結合濟南大學“計算機科學與技術”學科特點與優勢，以濟南大學科研應用團隊為基礎，圍繞1 個基礎理論核心方向（智能計算基礎理論研究及應用）和4 個交叉方向（智慧物流與供應鏈管理、復雜系統智能控制、智能制造與智慧農機、生物大數據與智能醫療），聚焦培養方案頂層設計、課程體系建設及優化、激勵與約束機制建設，注重實踐實習引領，強化導師第一責任制，并實施研究生網格化管理體系，針對人工智能領域工程專業學位的研究生培養，開展多學科交叉背景下研究生培養模式探索與改革。

2 頂層設計，面向區域經濟發展需求確定培養目標

面向濟南市國家新一代人工智能創新發展試驗區建設重大工程，結合學科自身特色與優勢確定工程專業學位研究生培養方案，在人工智能領域研究生培養中起到至關重要的作用，決定了培養創新型、復合型高層次人才的成敗。《濟南市國家新一代人工智能創新發展試驗區建設若干政策》中明確提出：“在類腦智能、智能傳感器、人工智能芯片等基礎前沿和智能圖像識別與理解、自然人機交互、邊緣計算等關鍵核心技術領域開展科研攻關”，為人工智能領域研究生培養頂層設計指明了方向。所依托的工程碩士專業學位授權領域及研究方向如圖1 所示。

Fig.1 Discipline authorization points and research fields圖1 工程碩士專業學位授權領域及研究方向

人工智能前沿基礎理論是人工智能技術突破、行業革新、產業化推進的基石，人工智能技術賦能交叉學科是傳統產業進行產業升級、攻克技術難題的關鍵。針對工程專業學位研究生培養，本學科在電子信息專業學位授權點的人工智能方向上發揮濟南大學人工智能研究院的優勢，聚焦人工智能理論與應用、智慧物流與供應鏈管理、復雜系統智能控制、智能制造與智慧農機、生物大數據與智能醫療5 個交叉研究方向，重點培養人工智能領域高層次、實用型、復合型及國際化的工程技術與工程管理人才，所培養的研究生需要掌握解決人工智能及其在自動化、機械、生物、經濟等交叉領域工程問題的先進技術方法和手段，并具備問題分析、系統研發、驗證及優化能力。

3 精密耦合，分模塊建設多學科融合課程體系

CDIO（Conceive，Design，Implement and Operate）模式教育理念與工程專業學位研究生培養目標和訴求具有高度的契合性。同時，多學科前沿技術與多樣性知識體系架構“精密耦合”是人工智能領域課程體系設置的重點和難點。本學科基于CDIO 教育理念以及以工程創新能力產出為導向的核心理念，面向知識、能力和素質三大核心要素，以人工智能領域基礎課程模塊、交叉學科方向課程模塊、實踐與素養培養課程模塊設計為抓手，面向人工智能領域工程專業學位研究生設置課程體系，使人工智能基礎理論創新與學科融合產業技術研發并重，實現人工智能相關多學科前沿技術交叉及多樣性知識架構的融合。課程體系架構如圖2 所示。

3.1 人工智能領域基礎課程模塊

通過開設該模塊課程，旨在使研究生具備開展多學科交叉背景下人工智能領域相關課題研究的知識架構，夯實理論基礎。

數學知識是開展人工智能基礎理論研究及交叉學科融合的基礎，該模塊包括大量數學課程，如工程矩陣論、數值分析、數理統計與應用等，不同交叉方向的研究生可根據專業特點和需求分別選修相應課程。基于學科特色和優勢，面向人工智能技術前沿，該模塊還開設了基礎理論與技術前沿相結合的專業課程，如山東省省級精品課程“人工智能與機器學習”，以及校級精品課程“計算智能理論與應用”“深度學習”等。

Fig.2 Course architecture圖2 課程體系架構

3.2 交叉學科方向課程模塊

通過開設該模塊課程，旨在使研究生具備解決5 個交叉方向上特定復雜工程問題的知識結構和能力，開展人工智能領域及交叉領域工程研發，其中均涉及到交叉學科研究方向基礎知識及其前沿。

人工智能理論與應用方向主要面向大數據、計算機圖形與圖像等基礎知識及前沿技術，依托信息科學與工程學院開設課程；智慧物流與供應鏈管理方向主要面向物流學、供應鏈管理、系統建模和仿真等基礎知識及前沿技術，依托商學院開設課程；復雜系統智能控制方向主要面向現代控制工程、智能制造等基礎知識及前沿技術，依托自動化與電氣工程學院開設課程；智能制造與智慧農機方向主要面向機器人技術、電機檢測與控制等基礎知識及前沿技術，依托機械工程學院開設課程；生物大數據與智能醫療方向主要面向基因編碼、蛋白質結構序列預測、生物信息學等基礎知識及前沿技術，依托生物科學與技術學院開設課程。

3.3 實踐與素養培養課程模塊

通過開設該模塊課程，旨在培養研究生的工程思維、科學思維和系統思維，提升其開展工程技術研發時的綜合素養。

立德樹人、三全育人，通過開設“中國特色社會主義理論與實踐研究”“自然辯證法”等公共必修課程，培養學生高尚的愛國情操；結合人工智能及交叉方向特點，圍繞學術素養、職業素養、領導團隊、創業教育、學科前沿5 個模塊開設“研究與專業素養”課程，由校內外著名教授、專家、學者和職業精英以講座的形式進行授課，重點培養學生的專業認知和科研素養；圍繞不同方向研究內容，由導師以案例庫形式開設“人工智能工程綜合訓練”等課程，重點提升學生的實踐能力，并激發創新意識、拓寬創新思維。

4 過程化考核，多方位構建激勵與約束機制

堅持立德樹人，以“高質量成果產出”為目標導向，創新激勵與約束機制，構建系統化、規范化、程序化及制度化的研究生培養質量督導與質量保障體系，為改進人工智能領域工程專業學位研究生教育管理水平、提高研究生培養質量與創新能力提供了制度和機制保障。研究生培養過程考核質量監控體系如圖3 所示。

Fig.3 Quality control system of postgraduate training process assessment圖3 研究生培養過程考核質量監控體系

4.1 強化師德師風考核，建設高質量導師隊伍

在導師遴選過程中，以師德師風為考核基本條件，重點評價教師的社會服務能力，將所主持項目是否有工程應用背景、所取得成果在技術研發方面是否受到同行專家廣泛認可、是否有顯著的成果轉化等納入導師遴選條件中，多維度遴選符合人工智能領域研究生培養要求的導師，提升研究生導師隊伍建設水平，從而提高研究生培養質量。

導師遴選環節結束后，在師德師風、機遇意識、團隊意識、責任意識、參與意識等維度，面向所有研究生指導教師開展系列培訓活動，包括優秀導師指導經驗座談會、導師團隊建設經驗交流會、專家講座等，旨在明確導師責任和義務，加強導師管理，落實立德樹人任務；面向研究生開通多渠道的問題反饋通道，包括院長信箱、校長信箱、院長工作日等，以便于掌握研究生培養環節中的問題并及時處理。

在研究生指標分配過程中，按照“基礎性指標+獎勵性指標+申請立項指標”原則分配研究生招生名額。設立基礎性指標，按照職稱為導師分配定額研究生招生指標，滿足導師開展科研工作的基礎所需；依據導師在研究生培養、省部級及以上重點重大項目立項、獲得省部級及以上科研獎勵等情況，同時考慮在研究生培養、學科人才隊伍建設中作出突出貢獻的研究生導師及團隊，設置獎勵性指標，激勵標志性成果產出；根據高水平論文發表、重點重大項目立項、科技成果轉化、科技獎勵獲獎等情況設置申請條件，以學科團隊為單位提交未來1～2 年內所要完成的申請立項指標任務，結合過去1～2 年申請立項指標任務完成情況分配研究生招生名額，以此激勵團隊開展實質性合作，爭取大項目和大成果。

4.2 以高水平成果產出為導向，激勵與約束機制并重

（1）約束機制。面向研究生培養過程中的開題、中期篩選、中期以及答辯等重要環節，實施末位淘汰機制。開題環節中被末位淘汰的學生將參加學院組織的二次開題，仍未通過者需要延期半年后再進行開題；在七月初的中期篩選環節中，對于未能通過該環節的學生，將在中期環節前組織二次答辯，決定其是否正常參加中期環節；中期環節被末位淘汰的學生，需要參加學院組織的學位論文預盲審和預答辯環節，通過后方可申請學位；對于盲審過程中論文評價為C 級（中）的學生，需要參加學院組織的論文答辯環節。通過以上約束機制，可提高學生培養質量。

（2）激勵機制。根據人工智能與信息學科特點，出臺學院高水平成果分類認定文件，其中重點參考CCF 推薦期刊和會議目錄，將論文成果分為A、B、C 三類，將中國計算機學會、中國人工智能學會等科學技術成果獎與國家級科研成果獎、省部級科研成果獎同時納入科研成果獎認定體系，同時將轉化專利納入高水平成果；依據研究生所取得的成果水平，在資助出國交流方面給予不同程度的支持與激勵，以拓寬研究生視野；重新梳理研究生科技創新體系，劃撥專項經費支持研究生參與相關賽事，以培養學生的創新意識、科研能力和團隊精神。

5 產教融合，構建研究生創新實踐基地平臺

積極開展產教融合與校企合作，從研究生創新實踐平臺及導師隊伍建設兩方面入手，將企業元素融入人工智能領域專業學位研究生培養環節，為人工智能領域的產業技術創新升級提供智力支撐。

聯合浪潮集團、中創集團等新舊動能轉換相關高新企業，充分發揮其在“智能終端”“大數據”“人工智能”等方向的企業資源和技術優勢，以階梯式產教融合機制為引導，以企業級案例庫建設為把手，以“濟南大學—浪潮集團山東省研究生聯合培養基地”“濟南大學—中創軟件山東省研究生聯合培養基地”等研究生實習實訓基地為載體，采用研究生教育改革產教融合模式構建研究生創新實踐平臺，為面向產業、行業需求培養研究生創新能力提供助力。

組建以“校內學術導師+基地實踐導師”為主體架構的導師隊伍，輔以“構建和諧導學關系、優化研究生培養生態”為核心目的的激勵機制，挖掘CCF 濟南大學學生分會在提高全體研究生科研氛圍中的核心作用，將企業級課題納入案例庫教學中，激發研究生的創新意識，構建有利于研究生創新意識培養的內外部環境。

6 多基層組織建設，實施研究生網格化管理

以研究生活動區域（宿舍、實驗室）管理為抓手，針對人工智能交叉學科培養研究生行政班級構建橫向體系，針對年級輔導員、研究生助理、研究生會、CCF 濟南大學學生分會等服務實施者構建縱向體系，實施研究生網格化管理體系，明確管理職責、壓實管理責任，確保宿舍與實驗室安全。

以輔導員、研究生教學管理辦公室工作人員等為實施主體，針對研究生學業進展、心理健康等問題定期開展問卷調查、談話等活動，及時掌握學生動態，必要時聯合導師對學生開展心理輔導等活動，對研究生實施全方位的心理健康監控及教育管理，從而為研究生的高質量培養保駕護航。

7 實施效果

依托濟南大學“計算機科學與技術”一級碩士學位授權點的“智能計算理論及應用”方向，以及電子信息專業學位授權點的“人工智能”方向，實施本文所構建的人工智能領域研究生多學科交叉培養模式，2018 年至今在課程建設與教學改革、研究生創新能力、產教融合等方面取得了一系列成果，具體如表1-表3 所示。

Table 1 Achievements of curriculum construction and teaching reform表1 課程建設及教學改革相關成果

Table 2 Innovation achievements of graduate students表2 研究生創新成果

Table 3 Achievements related to integration of industry and education表3 產教融合相關成果

通過多年實踐與探索，本文提出的培養模式可有效實現人工智能領域研究生的多學科交叉培養，并提升研究生培養質量及其創新能力。

8 結語

多學科交叉是人工智能領域進行科技創新、技術改革的核心突破點，研究生是國家創新能力提升的生力軍。為響應國家在人工智能方面的布局、滿足區域經濟發展過程中對高層次人才的需求，多學科交叉背景下人工智能領域工程專業學位研究生培養顯得尤為重要。中國高校應勇于探索多學科交叉融合下的研究生創新能力培養模式，抓住人工智能及相關領域蓬勃發展的歷史機遇，在頂層設計、課程體系、質量監控、產教融合等多方面發力，為我國人工智能領域培養具有創新與開拓精神的高層次復合型人才。