面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力培養(yǎng)的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人工智能課程體系改革探索*

李紅嬋 朱顥東

鄭州輕工業(yè)大學(xué)計算機與通信工程學(xué)院 鄭州 450066

0 引言

根據(jù)教育部規(guī)定的工程教育認證畢業(yè)要求，培養(yǎng)學(xué)生計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工程能力，需要該專業(yè)學(xué)生能夠基于計算機學(xué)科相關(guān)原理并采用科學(xué)方法對計算機領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進行研究[1]，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過綜合各種信息得到合理、有效的結(jié)論。目前已進入大數(shù)據(jù)時代，世界各國都已從國家級層面出臺了眾多大數(shù)據(jù)政策，大力引導(dǎo)和鼓勵大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及應(yīng)用[2]。在此新形勢下，對學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力方面的培養(yǎng)已成為目前及將來計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生復(fù)雜工程能力培養(yǎng)重要且勢在必行的目標(biāo)[3]。目前，對該專業(yè)的學(xué)生來講，在大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力方面的培養(yǎng)主要是通過數(shù)據(jù)庫原理、計算機體系結(jié)構(gòu)、計算機圖形學(xué)、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程來完成[4]，但是這些課程基本上都是以理論為主導(dǎo)，缺乏必要的大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力培養(yǎng)方面的具體導(dǎo)向，不能讓學(xué)生很好地把學(xué)到的知識應(yīng)用于大數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致他們對大數(shù)據(jù)應(yīng)用的興趣不高，不能充分發(fā)揮計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力方面的優(yōu)勢。

人工智能作為計算機科學(xué)的一個重要分支，其主要目標(biāo)是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。大數(shù)據(jù)時代，人工智能已成為大數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個典范，各行各業(yè)在大數(shù)據(jù)下都出現(xiàn)了各種人工智能產(chǎn)品，比如餐飲服務(wù)機器人、兒童教育機器人、銀行業(yè)務(wù)服務(wù)機器人等[5]。在此形勢下，利用人工智能在大數(shù)據(jù)下的各種應(yīng)用，能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力[6]。因此，為了適應(yīng)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在新形勢下培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的新要求，人工智能成為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的必修課之一。但是，該課程一般都是僅針對人工智能基本知識進行介紹，并沒有采用合適的大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面的實踐案例將知識與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，以至于讓學(xué)生認識不到大數(shù)據(jù)應(yīng)用的重要性，體會不到人工智能的魅力。

目前，大數(shù)據(jù)呈蓬勃發(fā)展之勢，應(yīng)用面更加廣泛，借助人工智能產(chǎn)生的各種大數(shù)據(jù)實際應(yīng)用層出不窮。在此情形下，借助人工智能課程培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力更為迫切。本文通過人工智能在大數(shù)據(jù)下的實際應(yīng)用，研究面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力培養(yǎng)的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人工智能課程體系，旨在培養(yǎng)大學(xué)生的大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力，使大學(xué)生對大數(shù)據(jù)應(yīng)用有系統(tǒng)、清晰的認識，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究、社會服務(wù)綜合能力，促進學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的發(fā)展，構(gòu)建應(yīng)用型人工智能人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)體系，進行人工智能類應(yīng)用人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的研究和實踐。

1 課程改革內(nèi)容和實施路徑

采用人工智能技術(shù)鍛煉學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力。人工智能課程主要以人工智能基本知識串講和項目實例講解相結(jié)合，從而讓學(xué)生將所學(xué)知識用于大數(shù)據(jù)應(yīng)用實踐之中。主要以完整的基于人工智能技術(shù)的新浪微博大數(shù)據(jù)情感分析系統(tǒng)這個大數(shù)據(jù)應(yīng)用實例貫穿整個人工智能課程教學(xué)過程，以該實例構(gòu)建過程為線索安排教學(xué)，把抽象的人工智能理論知識同大數(shù)據(jù)實際應(yīng)用有機結(jié)合，使學(xué)生由被動式學(xué)習(xí)者變?yōu)橹鲃訁⑴c者。在人工智能課程教學(xué)中采用這種主動性、開放性和創(chuàng)造性的教學(xué)思想和模式，有利于克服以往教學(xué)模式的弊端，促進學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的提高。具體改革內(nèi)容和實施路徑如下。

1.1 基于人工智能技術(shù)的新浪微博大數(shù)據(jù)情感分析系統(tǒng)整體設(shè)計

分別設(shè)計新浪微博大數(shù)據(jù)采集與存儲模塊、新浪微博大數(shù)據(jù)語義分析模塊、新浪微博大數(shù)據(jù)情感分析模塊以及新浪微博大數(shù)據(jù)情感分析結(jié)果可視化模塊，使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基本流程。

1.2 新浪微博大數(shù)據(jù)采集與存儲模塊設(shè)計

該模塊采用Web 挖掘技術(shù)來實現(xiàn)，該技術(shù)是一種基于人工智能的智能信息分析處理技術(shù)，主要將數(shù)據(jù)挖掘和互聯(lián)網(wǎng)連接起來，對新浪微博大數(shù)據(jù)進行采集與存儲，為后面的處理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和來源。該設(shè)計可使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)的基本收集方法。

1.3 新浪微博大數(shù)據(jù)語義分析模塊設(shè)計

該模塊主要采用人工智能中知識表示的語義識別技術(shù)來實現(xiàn)。語義識別技術(shù)一般分為三部分：語法預(yù)處理、語義內(nèi)容提取識別和語義的生成。通過這幾個過程，將人類的自然語言轉(zhuǎn)化為語義片段，實現(xiàn)復(fù)雜信息的簡化，以便對新浪微博主題詞進行聚類分析。該設(shè)計可使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)的語義分析方法。

1.4 新浪微博大數(shù)據(jù)情感分析模塊設(shè)計

主要采用機器學(xué)習(xí)中的TFDF 技術(shù)來實現(xiàn)。TFDF技術(shù)在用戶提供相似度比較極值限制、關(guān)鍵詞文本和待分類文本的前提下，可以對待分類文本進行分詞并計算該文本的TF 和DF，在此基礎(chǔ)上，對其進行信息的聚類。該技術(shù)為后續(xù)新浪微博大數(shù)據(jù)情感信息的最終處理提供了聚類數(shù)據(jù)。該設(shè)計可使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)的分類和聚類方法。

1.5 新浪微博大數(shù)據(jù)情感分析結(jié)果可視化模塊設(shè)計

該模塊采用詞云圖來實現(xiàn)，使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)的可視化基本工具。

1.6 基于人工智能技術(shù)的新浪微博大數(shù)據(jù)情感分析系統(tǒng)實現(xiàn)

讓學(xué)生搭建單機版Hadoop 偽分布式云計算平臺，采用Java 和Python 來實現(xiàn)，使學(xué)生掌握大數(shù)據(jù)處理的基本平臺——Hadoop 云計算平臺。

2 課程改革特色和亮點

通過人工智能課程來培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力，可使他們對大數(shù)據(jù)時代有清醒的認識，有能力應(yīng)對新形勢下就業(yè)新需求。人工智能課程培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力的特色和亮點如下。

2.1 專業(yè)契合度高

采用人工智能知識培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力，同計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在大數(shù)據(jù)時代新形勢下培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的新要求高度一致。

2.2 技術(shù)實用性強

大數(shù)據(jù)時代使人工智能擺脫了以往因數(shù)據(jù)不足而不能很好地應(yīng)用于實際的尷尬，使得人工智能用武之地更廣，實用性更強。

2.3 緊跟時代潮流

利用人工智能在大數(shù)據(jù)下的各種應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力，順應(yīng)大數(shù)據(jù)時代國家新形勢、新要求，也順應(yīng)了時代新發(fā)展和就業(yè)新需求。

3 課程改革實施效果

以人工智能課程為載體，以培養(yǎng)學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力為導(dǎo)向，精心設(shè)計和合理規(guī)劃可使學(xué)生掌握人工智能基本知識，提升學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力。設(shè)計合適的實踐案例有以下效果：

1）綜合提升學(xué)生專業(yè)理論知識的系統(tǒng)性；

2）全面增強學(xué)生對人工智能知識的認知；

3）使學(xué)生清晰地了解大數(shù)據(jù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用；

4）使學(xué)生詳細理解人工智能技術(shù)在大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的作用；

5）整體提高學(xué)生大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力。

4 結(jié)束語

探索面向大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力培養(yǎng)的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人工智能課程體系改革，完善計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人工智能課程體系，增強培養(yǎng)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力，使學(xué)生對人工智能技術(shù)在大數(shù)據(jù)分析中的實際應(yīng)用有了更詳細、具體、深刻的理解，從而使計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)更加契合新時代新要求。