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浅析人工智能体系建设

出处:论文网
时间:2020-06-03

浅析人工智能体系建设

  一、概述

  自2006年以来,人工智能(Artificial Intelligence,AI)的发展迎来了第三次浪潮。谷歌、IBM、百度、腾讯等商业巨头的参与,使得人工智能方向的科学研究从学术界的沙盘模拟演变为大规模团体实战[1]。2017年是中国人工智能战略驱动的最为关键的一年。3月,人工智能首次被写入政府工作报告。7月,国务院重点指出人工智能技术和产业的发展规划,即推动新一代人工智能技术的产业化与集成应用,发展高端智能产品,提升智能制造水平[2]。10月,十九大报告指出促进人工智能和实体经济深度融合的战略方针。12月,工信部印发促进新一代人工智能产业发展的三年行动计划,旨在加快制造强国和网络强国建设。这一系列政策与方针都将人工智能作为重要的国家科技战略规划,为人工智能的发展布局提供了明确的时间表和路线图。

  人工智能在国家战略层面地位已然举足轻重。人工智能方面的人才需要掌握系统而庞大的知识体系,涉及脑科学,数学计算机等多门学科,这已经超出当前狭义计算机专业的培养内容。为加快人工智能方向的人才储备,2018年4月,教育部要求高校在计算机科学与技术学科设置人工智能方向,形成“人工智能+X”的复合专业培养新模式[3]。2018年,教育部正式批准35所高校首批建设本科人工智能专业,2019年9月首批人工智能专业的本科新生入学。到2020年,基本完成高校科技创新体系建设和学科体系的优化布局以适应新一代人工智能技术发展,在计算机大类专业下以人工智能为视角探讨本学科所应具备的新的内涵与外延。

  目前,高校计算机专业采用的宽口径培养模式,在人工智能方面的人才培养具有相当的局限性,以至于高度浓缩到了仅仅给学生做高级科普的程度。学生难以全面深入地掌握人工智能知识技能,难以具备解决企业关键问题、适应产业发展趋势的能力。因此,在计算机大类专业下发展人工智能学科体系,独立建设人工智能专业,培养卓越的领域人才是当下人工智能战略发展的刚性需求。

  二、人工智能产业发展现状

  我国的人工智能发展仍处于探索阶段。图1显示了2017年全球高科技企业AI团队的规模统计数据。从图1可以看到,谷歌,微软等国外高科技企业,在AI团队上均有千人以上的规模,相较于国内行业领军者百度或腾讯等企业,领先幅度达到数倍之多。这一现象表明,我国在人工智能人才的储备上存在着巨大缺口,如何培养高质量、高水平、高素质的人工智能方向专业人才,是我国当前互联网、信息行业教育方向中一个亟待解决的重要命题。

2017年全球高科技企业AI团队规模

  图1 2017年全球高科技企业AI团队规模

全球AI领域高校数量分布

  图2 全球AI领域高校数量分布

  我国各重点大学早就展开了许多人工智能相关技术的研究,只是当时人工智能一般会放在研究生教育中,作为计算机科学、互联网信息技术等专业的一个研究方向进行具体探索。人工智能领域研究及学科建设方面都有着广泛而坚实的基础,教研成果丰富,师资力量雄厚。响应人工智能国家战略,我国各重点大学责无旁贷。

  围绕人工智能专业建设,本文分析了国内外人工智能相关专业招生和就业现状,提出在计算机大类专业下建设人工智能的专业内涵,明确了人才培养目标,构建出有层次的课程体系架构。期望开拓出一条适应我国人工智能领域发展现状的人才培养模式,为人工智能学科体系布局做出贡献,有望为中国高等教育人工智能人才培养探索一条新的路径。

  三、国内外人工智能相关专业招生及人才就业情况

  一个领域的竞争归根结底是人才的竞争。人工智能的蓬勃发展造成了人工智能软硬件设计、算法设计、工程管理等各方面人才的稀缺。早在2016年的相关数据显示,中国人工智能的技术人才储备与市场需求之间存在着500万人的缺口。全球AI研究及直接从业者约有30万人,主要分布在高校、AI新兴企业、科技巨头以及其他领域。图2给出了截止2017年末,全球在相关人工智能相关领域高校专业的分布情况。全球主要有293所具有人工智能研究方向的高校,其中美国高校较早地开展了人工智能研究,占据全球的57.3%,一枝独秀。加拿大、中国、印度、英国等国家位于第二梯队,有着较大的提升空间。

  国内外相关专业招生情况为人工智能专业的建设提供了一条认识与理解的渠道。斯坦福大学在人工智能领域居于世界领先地位,它在人工智能方面的本科教学涵盖的课程全面而前沿,包括计算生物学、语音识别、认知和机器学习等。学校授予计算机科学理学学士学位。加利福尼亚大学伯克利分校在研究生设置了计算机科学理学硕士学位,内置认知科学技术和人工智能相关的课程。卡内基梅隆大学拥有世界首屈一指的机器人技术,其计算机学院设有专门的机器学习系,包括机器学习辅修和统计机器学习专业。目前,国外高校还未直接将人工智能作为专业应用于本科学生培养。

  人工智能的就业前景在当前相当广阔,人才市场需求亟大,但是大多集中于计算机视觉和语音识别等热门应用领域,造成其他领域的人才相对匮乏。国内的信息产业升级,互联网行业的转型,服务业、工业的智能研发都需要大量的人工智能专业人才。自2017年5月中国科学院大学成立人工智能技术学院以来,国内很多高校紧跟步伐,在人工智能人才培养上争相布局。清华大学计算机系从大一下学期开始,引导学有余力的学生进入智能技术与系统国家重点实验室或相关科研机构,跟随导师从事科研工作。北京大学开设的智能科学与技术专业主要建设机器感知、智能机器人、智能信息处理和机器学习等交叉学科的研究和教学。北京航空航天大学、上海交通大学和北京交通大学新设的人工智能研究院均是针对研究生集中培养。南京大学在2018年正式成立人工智能学院,由周志华教授任院长,建设机器学习与数据挖掘和智能系统与应用两个本科专业。

  国内外大学本科教育阶段,都还未针对人工智能专业人才进行系统性、独立性地培养。我国每年人工智能方向的毕业生约2万人,远远不能满足市场对人才的需求。成都市人社局的报告明确指出,在成都市人工智能产业中,AI架构师、算法工程师、仿生机器人研发工程师等9类人才紧缺指数达到最高级别。本科教育阶段是学生掌握基础知识技能、形成科学思维、塑造人生价值观的黄金时期。因此,电子科技大学在本科计算机大类专业下开设人工智能专业进行优势提升和改进,直面国家战略需求,紧贴行业形势,为人工智能领域的发展增强年轻的生命力,为国家社会培养人工智能人才提供优质的平台和孵化园,为学生成材孕育强大的基础和肥沃的土壤。

  四、人工智能专业建设探索

  (一)把握专业建设内涵,明确人才培养目标

  国家战略需求、社会人才缺口等宏观背景,是设立人工智能专业的必然因素。长久发展与传承,把握专业建设内涵和人才培养目标是教育的灵魂所在。在筹备人工智能专业的过程中,首先需要明确在计算机大类下建设人工智能专业的意义。自1956年约翰·麦卡锡等科学家正式提出人工智能学科以来,人工智能已逐渐发展成为一门广泛交叉的前沿科学。以计算机学科门类中各专业为基础,吸收生物科学、数学哲学文学等学科关键知识,不断促进人工智能学科的前向延伸和拓展。人工智能虽然是多学科融合发展的领域,但是它强调推理、知识、规划、学习、交流、感知,具备影像辨识、语言分析、人机对抗等计算机领域典型应用场景,与其它专业区分明显。同样的,人工智能的学科交叉特性明显不同于目前计算机大类下分的如大数据、信息安全等其他专业,应当作为计算机下独立的学科分支进行探索与研究。

aaa人工智能专业人才培养的基本要求

  图3 人工智能专业人才培养的基本要求

  人工智能旨在模拟人的意识与思维过程,智能信息处理是它的主流研究和产业化应用方向。其主要的研究内容包括语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。近年来,人工智能在经济政治决策,控制系统,仿真系统等应用场景中得到了愈加广泛的重视。无论是从科学技术发展历史,还是从当今新时代新经济发展趋势来看,增设人工智能专业具有十分明显的合理性、迫切性。国内的许多高校将相关专业设置于自动化大类下,没有考虑到由于互联网、大数据等新技术领域带来的影响和冲击,难以强调并突出人工智能自身理论和技术应用,不能很好地满足工业界普遍趋势所提出的人才需求。

  面向国家“创新驱动发展战略”与“新一代人工智能发展规划”的重大需求,本文详细剖析了相适应的专业人才培养的基本要求。本文创新性地提出人工智能专业人才所需的各项基本要求,如图3所示。优秀的人工智能方向专业人才应当具备个人素养,创新实践,领导才能以及专业技能四个基本方面的能力。从这四个方面出发,全方位引导与培养学生具备良好的个人素养、扎实的人工智能专业技能、突出的创新实践能力和卓越的领导才能,有效地成长为国际一流工程师、科学家和企业家,在我国人工智能产业发展中贡献力量。

  (二)构建课程体系架构,明确毕业评价要求

  人工智能专业规划必须清晰、目标明确。在课程设置方面,以学生素质为核心完成课程体系架构设置,构建完备的专业人才培养方案。教学任务分配层次分明地落实在课程实施上,开发严整的教学培养体系。课程体系架构有四大类模块,详细分为公共基础课程、计算机学科基础课程、人工智能专业课程和实践进阶课程。四个模块相互依赖,公共基础课程、计算机学科基础课、人工智能专业课程层层深入,筑起坚实的知识体系高墙,教学过程步步为营,培养学生从基础到专业的能力思维。公共基础课程扎实培养学生基础的人文素养和数理知识,掌握数理相关的建模、仿真、测试与评价过程,完成高中到大学的自然衔接过渡。计算机学科基础课程以硬件类、软件类与计算工具类课程为类别划分,从三个方面循序渐进地培养学生掌握计算机领域的核心知识。学科基础课程侧重于对计算机底层知识、人工智能数学基础能力、计算机原理的教学,为大二专业课程打下坚实基础。

  人工智能专业课程下分为核心类、技术支撑类和平台类课程,核心类课程引领学生熟悉人工智能知识基础、行业技术和核心理论。在研究人工智能的众多分支领域中,学习技术支撑类课程力助学生把握成熟的技术和模型。平台类课程基于智能机器人研究创新开发平台,进行智能制造和设计。这些理论课程锻炼学生获取知识、应用知识和创新思维能力,使之为从事人工智能理论研究、技术开发与创新实践保驾护航。

  实践进阶课程可以检验学生对理论知识的掌握深度。实践课程与教学贯穿人工智能专业学习始终,以开发动手能力、发掘创新思维、塑造科研精神为目的,培养学生在理论实践、创新创业、合作领导多方面的才能。首先,人工智能专业实验全面覆盖所开设专业的课程。其次,综合素质实践、专业实习、基地实践、毕业设计等环节逐渐帮助学生将课堂知识转换为科研与工程能力。此外,鼓励大二以上的学生加入实验室参与科研,使科研与教学相互融合促进。为学生构建创新实践平台,校企合作的实践实训机制保障了学生真实地了解企业发展动态和社会需求。在人工智能理论与技术两方面都能提升学生的创新实践能力,尽早地明确未来发展方向,制定生涯规划。目前,许多高校学生为了快速迎合时代需求,对人工智能领域浅尝辄止,缺乏扎实的基本功与充分的研究成果,急于求成,在求职过程中屡屡碰壁。因此,学校应提供最大帮助与支持,让学生明确研究方向,鼓励学生在国内外继续深造,成为人工智能领域有真材实料的人才。

  国家社会的需求在动态发展,学生受到的教育和训练也应有明确的规划。现阶段的专业培养,对学生的要求应当不仅局限于四年知识的系统传授,更多地要求学生锻炼综合知识,专业技能,创新实践,自我修养等几个方面的能力,使学生成为在人工智能领域独当一面的栋梁之才。

  综合知识方面,培养学生具备坚实的人文社科基础知识;具有正确的道德观、社会责任感和工程职业道德;具备数学、自然科学以及人工智能相关基础学科的知识,具备在经济学管理学等可能应用领域的基本知识,培养学生全方面、多元化的科学素养。

  人工智能技能方面,培养学生具备扎实的人工智能专业基础知识,能够针对典型应用领域的复杂工程问题和需求,结合人工智能相关原理与技术,设计系统级或单元级的解决方案。了解人工智能技术前沿研究的状态及趋势,能够基于科学原理并采用科学方法对工程问题进行研究,包括建模、算法设计、程序实现及实验、进行实验收集数据、分析与解释数据以及通过信息综合得到合理有效的结论,加强学生对专业知识的深入理解,分析应用能力。

  创新实践方面,借助案例分析、项目设计、科学研究、创新实践竞赛等方式,让学生掌握基本的创新方法,具有创新意识和态度,能够提出创新性的技术路线与方案,并具备较强的方案实现与分析能力。从信息产业、医学、生物学、经济学等实际应用出发,锻炼学生结合面对多样化的应用场景的理论结合、模型设计、实验分析能力。

  自我修养方面,让学生对学习过程进行不断的探讨与思辨,组织学生参与知识技术的分享讨论,培养学生在知识综述、工程设计和沟通辩论的能力。通过综合性的实践项目,学生具备充分的组织管理能力、语言和文字表达能力、人际交往能力以及在团队协作能力。培养学生对学习的正确认识,不断适应发展的意识,具备国际视野、跨文化交流、竞争与合作能力,最终成长为人工智能产业的高级人才。

  人工智能专业的毕业生可选择继续在人工智能领域深造,进行更深入地研究,或是于信息产业高新技术企业、科研院所、政府部门等行业就业,从事人工智能的技术研究、系统研发以及工程管理和教育等工作。成为该领域的软硬件高端工程师、交叉学科的应用架构师、创新创业家、算法研究与理论创新科学家,为国家科技进步贡献重要力量。

  五、结束语

  人工智能领域的发展万众瞩目,高等教育的改革紧跟步伐,国内众多高校已经陆续设立人工智能相关专业。以人工智能领域新型人才培养为目标,探索多学科交叉融合的人工智能专业建设,规划课程体系和构建专业人才培养体系任重道远。探索一条推进中国人工智能领域前沿、开发核心创新研究、弥补高端人才需求缺口的道路将成为高等教育改革的重要前进方向。

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