“人工智能+新工科”背景下研究生创新能力培养模式研究

朱琎 邓小乔 李效龙 张贞凯

摘  要：人工智能已进入到与新工科建设深度融合发展的新阶段。人工智能技术具有周期性的特点，要保持该技术领域的领先地位，必须重视拔尖人才的培养。研究生是中国未来学术研究和技术革新的核心力量，在“人工智能+新工科”背景下如何培养具有创新能力的交叉复合型人才，是当前亟需解决的问题。在当前中国高校新工科建设的新时期，只有以工程创新为核心，培育具有创新精神的复合型人才，才能抓住历史机遇，获取新工科建设更大的成功。

关键词：人工智能;新工科;创新能力

中图分类号：C961 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）21-0035-03

Abstract： Artificial intelligence has entered a new stage of deep integration and development with the construction of new disciplines. China has made key breakthroughs in the field of artificial intelligence technology. However， in order to maintain the leading position in the field of artificial intelligence technology， we must attach importance to the cultivation of top-notch talents. Graduate students are the core force of future academic research and technological innovation in China. Under the background of "artificial intelligence + new subjects"， how to cultivate cross-disciplinary talents with innovative ability is an urgent problem to be solved. In the new era of new subject construction in Chinese universities， engineering innovation is the core to cultivate compound talents with innovative spirit. Only by seizing the historical opportunity of the development of artificial intelligence can we achieve greater success in the construction of new subjects.

Keywords： Artificial Intelligence; new science; innovative ability

一、“新工科”背景下引入人工智能

（一）新工科建設的时代背景

自从人工智能诞生以来，理论和技术日趋成熟，应用领域不断扩大。人工智能产生的新产品将会成为人类智慧的“容器”。人工智能还将引发世界政治经济结构的深刻调整，并重塑国家在世界上的竞争地位[1]。在当前新一代人工智能阶段，我国高度重视并加快发展人工智能，逐渐从“追赶”到部分领域实现了“领跑”。根据人工智能发展规律，每隔十几年会出现引领人工智能发展的新因素，当下的人工智能技术可能很快就会触碰到发展瓶颈。实现“曲线超车”必须抓住发展机遇，加速前进。2017年，教育部发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》。在新兴产业和新经济模式下的市场需求下，对我国高校工科人才培养提出新的要求，并开展“新工科”的教学和研究活动[2]。在“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”等新工科建设“三部曲”的部署下，新工科建设的基本框架已逐步建立。目前尚需要深入的开展新工科研究和实践，在理论和政策上进一步完善。

（二）“人工智能+新工科”加快融入高等教育

“人工智能”正在加速融入高校新工科建设的进程中。目前，中国科学院大学、南京大学、南开大学、吉林大学等23所国内知名学府成立了人工智能学院，目标是通过发展人工智能和前沿交叉学科进一步推进双一流高校建设，预计到2020年全国至少有50家人工智能学院。2019年3月教育部公布了高校新本科专业批准名单。上海交通大学、南京大学、南京信息工程大学、江苏科技大学等35所高校获批准人工智能专业，另外100多所高校获批准智能科学与技术专业，200多所高校获得数据科学与大数据技术专业。可以看出，人工智能教育的建设已经掀起了一股热潮。与此同时，人工智能对工科学生能力的培养提出更高的要求，需要熟悉人工智能交叉学科知识，具备突出的科学素养、创新能力、系统思维能力和国际视野，未来可以在我国人工智能技术和产业中发挥作用。因此在智能时代的新工科建设中，学生获得知识及能力、素养的提升途径无疑是跨专业的、多元化的。各高校需要关注交叉学科专业如何建设、创新实践能力如何培养、学生师资力量如何汇聚、产学研如何有机结合等问题。

二、人工智能对新工科人才教育的影响

新工科的“新”内涵表现在两个方面：一个是新的工科专业，专业建设面向人工智能、新材料、新能源等关键领域，另一个是工科新的要求，例如，跨学科融合促进了现有工科与其他学科的整合，并孕育产生了新的专业[3]。“新工科”和人工智能在时间、使命和内容上具备了融合的必然性。新工科建设鼓励创新，实施高校创新和创业教育，而人工智能将促成新工科学科专业的深度融合，加快推进新工科、打破学科壁垒、越过专业障碍、消除校企隔阂。由此可知，“人工智能+新工科”的核心是前沿引领性、学科交融性和创新性。

人工智能涉及信息工程、传感器、计算机、纳米材料等多个方面，这将给“新工科”的建设和人才培养带来巨大的影响。在“人工智能”背景下，新工科的建设应当培养学生具备怎样的能力才能适应需求？教育部副部长杜占元在2017未来教育大会上提出，在机器能够思考的时代，教育应着重培养学生的5种能力，即自主创新思维的能力、自主学习能力、提出问题的能力、人际交往的能力及筹划未来的能力[4]。因此，依靠记忆学习的低阶认知技能将逐渐被机器所取代，而高阶认知能力会更加凸显。从图1的高阶能力模型可以看出，人工智能时代需要重点培养学生的创新能力、联结能力、元认知能力、意义建构能力和高阶认知能力等5种能力，并且培养学生的终身学习素养、计算思维素养、设计思维素养和交互思维素养。因此在教学上，对人才培养的知识广度、深度、综合素养提出了新的更高的要求。在肩负的使命上，高等教育的内涵均聚焦在培养具有创新能力的交叉复合型人才这个核心上，这是全面深化高校教育教学改革的重要方向。

三、新时代背景下研究生创新能力培养机制建设

（一）研究生培养存在的问题

我国历来重视拔尖创新人才的培养。2018年《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》指出：“针对国家重大战略和学科前沿发展方向，以服务需求为目标，以问题为导向，以科研联合攻关为牵引，以创新人才培养模式为重点，依托科技创新平台、研究中心等，整合多学科人才团队资源”[5]。在“人工智能+”、“双一流”、“新工科”的教育改革中，纷纷把跨学科人才培养作为拔尖创新人才培养的重要方式。研究生是中国未来学术研究和技术革新的核心力量，因此跨学科研究生培养是高校教育改革的核心。

研究生的培养应该注重提高创新能力、科研能力和实践能力，才能确保与智能时代需求保持一致。而目前，研究生的培养存在以下问题：

1. 研究生跨学科培养力度不够。以博士生为例，根据国务院学位办调研数据显示，70%的博士生没有参与过跨学科项目和论文，44%的人没有接触过跨学科项目，这意味着研究生教育的跨学科培养没有受到关注，有必要通过建立跨学科平台来改进跨学科培养机制[6]。

2. 研究生导师的知识结构需要优化和完善。随着研究生招生规模的扩大，研究生的招生质量也普遍下降，优质生源成为研究生导师的独占资源，并且目前研究生培养体系大多为单一导师制，因此导师的学术水平和知识量成为影响研究生培养质量的重要因素[7]。然而很多导师主攻传统研究方向，缺乏交叉跨学科研究生培养经验。

3. 人才培养“重理论、轻实践”。“新工科”应当构建以工程创新能力为核心的培养模式，然而目前人才培养理念较为传统，过分看重理论学习，而缺乏培养学生解决实际工程问题的能力，导致工科专业毕业的学生“就业难”，难以满足企业和市场需求。

高校创新型人才的培养是一项系统性的工程，不仅需要在师资力量和教学资源上进行优化和提高，更需要在现有办学条件下深化培养模式，从纯理论指导过渡到结合工程训练的实践环节中。

（二）团队协作式培养

与传统高校的单一导师制相比，组建导师团队联合培养不仅可以是学校内部的不同专业导师培养，还可以由不同学校的导师联合培养。不同学科的导师组成的团队可以汇聚不同学科的专业知识，学科之间可渗透的范围扩大。团队可以承接重大科研项目，并且在项目研究的不同阶段，为解决不断出现的新问题可以融入所需要领域的专家。不同学科背景的导师共享研究成果，对研究生资源也进行共享，营造出一种多学科多视角的师生联动模式。

对于研究生而言，多学科交叉思想的碰撞调动了研究生的学习兴趣和积极性，知识领域在不断扩大，弥补了自己的短板，同时整个学习过程也是思维模式和知识体系的解构与再造的过程。这个学习过程虽然比较艰难，但是知识融合的过程也在培养学生的独立思考能力和判断能力，在感受收获和成长中产生新的学术技能，培养了研究生的创新能力，也满足了“人工智能”时代高阶能力要求。体验不一样的跨学科学习，也能够了解最新的学术知识和技术需求。

由麻省理工学院建立的跨学科研究生教育项目实行的是导师和委员会联合培养模式，导师来自不同的院系，根据研究生的兴趣爱好制定培训计划和研究方向，引导研究生朝着自己的研究方向发展[8]。因此，借鉴国际顶尖高校的培养经验，导师团队还应该明确研究生的培养目标，尊重每位老师和研究生的共同点和独特性。要形成一套完整的跨学科研究生培养模式还要注重人才选拔机制，设置跨学科课程，需要良好的政策支持，并且形成相应的团队管理机制。

（三）以工程创新能力为核心

新工科人才培养应当注重理论知识与工程实践相结合，培养工科学生解决实际工程问题的能力。但是，目前高校人才培养普遍存在“重理论，轻实践”的问题，原因一方面是由于教师本身缺乏工程技术开发的经验，另一方面是由于学生的工程实践环节较少，最终导致研究生培养模式缺乏与新工科相适应的工程能力[9，10]。解决这一问题的有效途径是鼓励教师下企业，参与企业工程项目，培育产学研合作項目，有利于教师将科研成果转化为经济效益，服务于社会。此外，在整个研究生培养过程中开展实践项目，提高工程实践环节的教学质量，鼓励学生参与企业合作的项目，把在校学习理论知识与企业实际应用相结合。

四、结束语

人工智能正在快速向前发展，而人工智能的跨学科、多元化、周期性的特点对当前新工科建设提出了更高的要求。研究生是未来中国的主要学术力量，也是产业革新浪潮的主力军，对于研究生的能力培养是关乎中国在人工智能发展中是否抢占先机的关键因素。习总书记指出，“未来几十年，新一轮科技革命和产业变革将同人类社会发展形成历史性交汇，工程科技进步和创新将成为推动人类社会发展的重要引擎”[11]。在当前中国高校新工科建设的新时期，应当深入开展研究生的创新能力教育，以工程创新为核心，培育具有创新精神的复合型人才，抓住人工智能发展的历史机遇，获取新工科建设更大的成功。

参考文献：

[1]打赢攻坚战，建好新工科[N].中国教育报，2017-12-04（6）.

[2]夏建国，赵军.新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J].高等工程教育研究，2017（3）：21-25.

[3]林健.新工科建设，强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究，2017（3）：13-20.

[4]教育部.人工智能时代需培养学生怎样能力[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/moe_2082/zl_2018n/2018_zl36/201805/t201805

18_336435.html.

[5]教育部.教育部、财政部、国家发展改革委印发《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/moe_843/201808/t20180823_345987.html.

[6]马永红，等.中国博士研究生研究教育改革研究[M].北京：科学研究出版社，2019.

[7]刘后广.新工科下硕士研究生跨校跨学科协同创新培养模式探讨[J].中国教育技术装备，2018（20）：48-51.

[8]王兆君，任兴旺.国外跨学科研究生教育经验及其对我国跨学科研究生培养的启示[J].青岛科技大学学报（社会科学版），2018（2）：109-116.

[9]杨青山，戴庆伟，柴森森.专业学位研究生工程实践模式探索[J].中国冶金教育，2018（2）：65-66.

[10]张望，白英，梁丽芳.面向新工科的高校创新型人才培养路径探究[J].高教学刊，2019（7）：4-7.

[11]陈劲，吕文晶.人工智能与新工科人才培养：重大转向[J].高等工程教育研究，2017（6）：18-23.

*基金项目：本论文受到江苏科技大学研究生教改课题“面向新工科的工程專业学位研究生课程群的构建与探究”（编号：YJG2018Y_04），“应用型全日制专业学位硕士研究生工程实践能力培养研究”（编号：YJG2015Y_06）;江苏科技大学教学方法改革示范课（编号：2016001）资助

作者简介：朱琎（1987-），男，汉族，江苏扬州人，博士，讲师，研究方向：微纳传感器。