新工科背景下人工智能人才培養模式探索與實踐

蔡紅娟

（武昌首義學院 信息科學與工程學院，湖北 武漢 430064）

一、新工科背景下人工智能（AI）人才需求分析

自2017 年國務院將人工智能技術與產業上升為國家重大發展戰略以來，人工智能（AI）已成為引領新一輪科技革命和產業變革的戰略性技術。人工智能的技術鏈分為基礎層、技術層和應用層，而技術應用層涉及計算機視覺、智能語音技術、自然語言處理、機器人技術等關鍵技術及不同場景應用，其產業鏈分析如圖1 所示。廣泛滲透到安防、交通、醫療健康、金融、營銷等行業領域，形成了人工智能產業生態鏈。2018 年以來，各高校陸續開設人工智能本科專業，但集中分布在研究型的“雙一流”高校，側重于AI新理論新技術的研究與開發。AI應用型才培養還存在大量缺口［1］。人工智能是一門新的技術科學，涉及大量交叉學科。近年來，隨著深度學習開發框架、體積更小的深度模型、性能更優的算法模型、端—邊—云全面發展的算力助力人工智能與產業應用的融合，降低了AI工程實現和AI產品開發及應用人才的開發門檻，從而使AI應用型人才的培養在民辦高校獲得可能。

二、服務地方產業，凝練德能融合的AI應用型人才培養目標

湖北省在“一芯驅動”戰略的驅動下，引進小米科技、科大訊飛等國內AI企業領頭羊落地，推動人工智能與制造業融合，積極布局智慧城市、智能制造等AI領域。

基于此，我校立足于民辦高校學情，結合新工科背景和新時代精神，圍繞“為誰培養人、培養什么樣的人”，依托首批學科群建設和產教融合優勢，以電子信息工程專業為抓手，通過“存量調整”的方式構建了AI應用型人才在計算機視覺細分領域的培養體系，其基本思路如圖 2所示。

圖2 德能融合的AI應用型人才的培養體系

以四個階段的課程育人體系為載體，通過兩條主線（價值引領、能力培養）的融合滲透，四個層次（行業認知、基礎應用、專業綜合、創新創業）的畢業要求凝練，協同兩個校企合作實踐育人平臺（人工智能綜合實訓平臺、智云互聯綜合實踐平臺），使學生具備利用大數據+深度學習開發框架靈活解決計算機視覺領域的方案設計及場景部署的能力，成為具有社會責任感的新時代人工智能應用開發領域的社會主義建設者和接班人［3］。針對計算機視覺細分領域的AI應用型人才培養提煉了四個層次能力要求，以學習成果為導向，細化課程目標。第一階段，專業通識課（“專業導論”“職業素養”），引導學生初步體驗AI領域的樂趣和探索方法，激發學習興趣，實現提出問題、習慣思考的養成教育。第二階段，學科基礎課（“電子技術”“編程基礎”“微處理器工作原理”），使學生通過軟硬件基礎訓練具備工科的科學基礎、思辨方法基礎。第三階段，專業核心課（“數字圖像處理”“機器學習”“深度學習”），使學生能夠運用專業思維進行問題分析和研究的能力，以及運用專業知識進行系統設計和綜合的能力，具備AI工程實現方向和AI產品開發及應用方向的職業技能。第四階段，專業方向課（“人工智能理論與實踐”“機器視覺與實踐”），使學生能夠利用大數據+深度學習開發框架靈活解決計算機視覺領域的方案設計及場景部署，并具備持續學習、自我發展、貢獻社會的能力。

三、構建專業能力、職業認證、價值塑造有機融合的AI應用型人才課程體系

對接崗位需求，根據AI應用型人才的培養總目標，立足于“怎樣培養人”，對課程體系進行頂層設計，形成職業認證體系與專業知識體系、價值塑造與專業能力的雙融合。

1.職業認證和專業能力有機融合。職業認證既是培養符合社會需求的行業高素質技術人才的過程，也是對高校社會服務能力與質量的評價總結，是對人才培養質量的監控。因此，優化課程教學內容時充分考慮了社會需求和崗位要求，將職業認證體系內容融入專業課程體系內容中，以提升學生的就業適應性。華為HCIA-AI中級職業認證體系從三個方面（平臺搭建、數據管理、應用開發）六大模塊（軟件安裝、數據采集、數據處理、人工智能應用軟件開發測試、人工智能算法優化、機器學習算法應用建模）對人才培養提出了要求。針對AI應用型人才四層次能力培養的第三階段和第四階段，從數據采集（大數據、數據挖掘）、數據清洗（清理、標準化和降維）、特征工程（特征提取與選擇）、模型的訓練與評估、模型的部署與整合等方面，將HCIA-AI職業認證體系內容和專業課程體系進行深度融合，如圖3所示，促進了專業鏈與創新鏈、課程內容與職業標準、教學過程與實踐環節有效融合。

圖3 HCIA-AI職業認證體系與人才培養體系的融合

2.價值塑造和專業能力有機融合。結合新工科特色、新時代人才培養使命、AI應用型人才素養能力要求，深入挖掘各門課程的育人功能，并將思政元素融入教學資源和教學評價，將思想政治教育功能固化到教學方法中，使思想政治教育與專業能力培養同向同行，逐步形成全面的具有AI應用型人才特色的課程思政體系。在教學內容中，要體現社會主義核心價值觀、愛國主義情懷、改革創新的時代精神、科學思維、辯證唯物主義思維，將思政元素有機融入專業知識體系，并作為必要章節直接體現在各類教學資源中。在教學方法中，立足于科學思維、職業素養的養成教育，在專業課面授知識、實踐指導的過程中，結合專業知識所蘊含的思政元素，通過創新教學方法，嘗試多維課程組織形式，實現知識傳授與價值塑造的融合。在教學評價中，要體現學生用馬克思主義基本原理分析具體社會問題，以及用馬克思主義哲學分析自然科學問題的能力，將思想道德修養的提升融入過程性評價標準，并將學生的價值認同、內化、踐行的目標達成度與專業能力目標達成度有機融合。

四、升級全方位的人工智能實踐創新教育基地

人工智能領域人才培養要求高校充分利用AI企業的行業技術優勢、應用案例、職業技能培訓、人員管理等優質資源，深入校企合作［3］，探索如何將企業資源有效融合本科人才培養的全過程，聚焦實踐能力的提升。

我校通過深化產教融合成果，建設了滿足四階段能力培養的人工智能實踐創新教育基地：以現有的校企聯合實驗室（泰克智能教學聯合實驗室、Altera FPGA&openCL教學聯合實驗室、軟帝高性能嵌入式實驗室）為基礎，搭建人工智能綜合實訓平臺，支撐AI能力培養的第二階段（鍛煉基礎實踐能力）的實驗教學和第三階段（以項目案例為導向訓練工程實踐能力）的實訓教學；依托現有的校企共建基地（深圳訊方、中軟國際、武漢厚溥），搭建智云互聯綜合實踐平臺，支撐AI能力培養的第一階段（行業認知和基礎課實踐）的專業導入教學和第四階段（HCIA-AI職業技能實踐訓練與實踐創新創業訓練）的企業實戰訓練。

人工智能實踐創新教育基地的建設，參考華為ModelArts全周期AI工作流的功能，其中，實驗室的實驗環境包括公有云、各種邊緣計算及消費類終端等端、邊、云的部署。在創新平臺的開發終端電腦上，從AI編程語言、Python IDE到機器學習第三方算法庫和深度學習框架，解決了數據采集清洗、模型參數優化與評估、模型部署與整合等課程實踐教學，以滿足機器視覺應用開發的實驗教學、綜合實訓、認證培訓等功能。

五、畫好三環同心圓，拓寬全員育人途徑

新工科背景下，要求培養具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任行業發展需求的社會主義建設者和接班人，這就要求我們從專人思政向全員育人轉變，必須把思想政治育人貫穿教學全過程。我校在人才培養過程中引入了有經驗的企業工程師、輔導員和專業教師組成聯合AI人才培養團隊。以學生為圓心，畫好專業教師、企業工程師、輔導員的三環同心圓，不斷提升育人實效。

1.專業教師以課堂教學為半徑畫好同心圓。一方面，專業教師團隊引進具有AI科研背景的師資，將科研成果、學科前沿、企業創新成果融入教學體系，以人工智能數據、算力、算例和場景四要素訓練項目為載體，實現專業課課堂教學與思想政治教育目標的精準對接，加強科學方法論和辯證唯物主義的引導，以及科學思維和工程思維的培養；另一方面，依托學院創新創業基地和人工智能實踐創新教育基地，以項目為牽引，將專業知識體系與實踐項目課題對接，培養學生解決實際工程問題的能力，引導學生精益求精的大國工匠精神；通過華為認證培訓、AI新技術培訓、AI產品技術講座等多種形式，讓學生了解我國科技的生命力，厚植愛國主義情懷，增強學生投身專業研究、致力人工智能產業發展的使命感和自信心。

2.企業工程師以實景化教學為半徑畫好同心圓。以實踐課程為紐帶，以培養學術職業精神和創新能力為目標，依托我院校企合作企業的優秀師資，校企共同開發AI課程體系，制定人才質量評價標準，促進專業鏈與創新鏈、課程內容與職業標準、教學過程與實踐環節有效融合。聘請行業企業資深工程師擔任實踐環節的課程導師，負責專業項目、行業綜合案例資源的建設，以及AI產品開發的指導，并在企業實戰案例實景化教學中，讓學生深入了解企業實際工作流程和新技術應用趨勢，真正體驗工程倫理、行業標準、崗位職責及職業道德。由高學歷高職稱教師（專任教師）、行業企業工程師（兼職教師）和企業區域教育負責人組成教師團隊，負責將HCIA-AI課程本地化，以更好地服務本科生的工程素養的培養。

3.輔導員以思想政治教育為半徑畫好同心圓。吸收具有電子信息工程專業背景的輔導員加入AI教學團隊，在學科競賽、雙創項目、創新創業實踐課程、大學生學習生涯規劃、職業素養等教學環節中，輔導員與專業教師、企業工程師形成雙導師制，共同備課、共同制訂課程目標、共同管理學生學習過程，負責學生思想政治教育目標達成度的評價。

結語

本文對新工科背景下民辦高校的AI應用型人才培養模式進行了探索與研究，完成了德能融合的頂層設計，構建了全過程的課程育人體系；介紹了將HCIA-AI人工智能工程師職業認證知識體系與AI專業課程群教學體系有機融合的路徑，為應用型本科AI人才培養提供了一種新范式；專業教師、企業工程師、輔導員三方聯動育人，拓寬了課程育人的途徑，形成了學業思想政治的育人閉環。經過近幾年的實踐，人才培養質量顯著提高，專業對口就業率得到了大幅提升。