“人工智能＋X”电子信息类人才培养新模式探索

季薇 李飞 沈建华

[摘 要]人工智能（AI）技术的飞速发展与广泛应用，使得身处时代变革大潮中的学生们在学习观念、习惯、方法、行为方式等方面均发生了重大变革，同时也对高等教育理念、教学方法、教学模式、评价体系、管理体制等产生了巨大冲击。在紧抓人工智能时代信息素养内涵基础上，针对现有人才培养体系中存在的问题，着重从专业课程体系重构、师资队伍建设、教学模式改革、工程素养培养等四个方面出发，对“人工智能+X”时代电子信息类复合型人才培养模式进行了探索与研究。

[关键词]人工智能+X;电子信息;人才培养

[基金项目]2018年度南京邮电大学教学改革研究项目“以课堂教学改革为突破口引入AI要素的一流本科教育探索—以电子信息工程专业为例”（JG00218JX74）;2017年度江苏省高等教育教改研究立项课题“‘双一流建设背景下电子信息类专业人才培养体系的重构与实践”（2017JSJG138）;2016年度南京邮电大学教学改革研究项目“面向国际化的电子信息工程专业课程体系优化研究与实践”（JG00216JX04）

[作者简介]季 薇（1979—），女，江苏淮安人，工学博士，南京邮电大学通信与信息工程学院副教授，主要从事电子信息类课程教学、信号处理与人工智能相结合的交叉领域研究。

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）27-0191-03[收稿日期] 2019-11-08

一、引言

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是信息科学领域最前沿的学科之一，历经60余年的发展，人工智能对医疗、交通、商业、航天、农业等领域产生了重大影响。近年来，人工智能更成为教育界的热词。在教育部日前公布的首批“新工科”研究与实践项目名单中，人工智能类列入“新工科”专业改革类涵盖的19个项目群。

2018年4月10日，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》（简称《计划》）[1]，要求推进“新工科”建设，重视人工智能与计算机、控制、数学、统计学、物理学、生物学、心理学、社会学、法学等学科专业教育的交叉融合，形成“人工智能+X”复合专业培养新模式，到2020年建设100个“人工智能+X”复合特色专业、建立50家人工智能学院、研究院或交叉研究中心。

《计划》[1]指出，人工智能正引发可产生链式反应的科学突破、催生一批颠覆性技术，引领新一轮科技革命和产业变革。《计划》提出，到2020年，基本完成适应新一代人工智能发展的高校科技创新体系和学科体系的优化布局，高校在新一代人工智能基础理论和关键技术研究等方面取得新突破;到2030年，高校成为建设世界主要人工智能创新中心的核心力量和引领新一代人工智能发展的人才高地，为我国跻身创新型国家前列提供科技支撑和人才保障。

同时，《计划》从“优化高校人工智能科技创新体系”“完善人工智能领域人才培养体系”和“推动高校人工智能领域科技成果转化与示范应用”三个方面提出18条重点任务和3個细化专栏[2-4]，高校人工智能发展的路线图日渐清晰。“创新、人才、应用”成为高校人工智能发展的关键词。培养能够发现问题，综合运用多学科知识解决问题的创新人才是教育界面临的重大挑战，也是构建创新性国家的必备条件[5-6]。

本文以电子信息类专业为例，紧抓人工智能时代信息素养内涵建设，从专业课程体系重构、师资队伍建设、教学模式改革、工程素养培养等四个角度出发，着重探讨“人工智能+X”时代下电子信息类复合型人才培养模式的构建和实践探索。

二、“人工智能+X”电子信息类复合型人才的信息素养内涵转型

信息产业协会主席保罗·泽考斯1974年在美国首次提出“信息素养（Information Literacy）”这一概念，其本质是全球信息化需要人们具备的一种基本能力，包括：文化素养、信息意识和信息技能三个层面[7]。《信息素养全美论坛的终结报告》[7]中，再次对信息素养的概念进行了详尽表述：“一个有信息素养的人，他能够认识到精确和完整的信息是做出合理决策的基础;能够确定信息需求，形成基于信息需求的问题，确定潜在的信息源，制定成功的检索方案，以包括基于计算机的和其他的信息源获取信息、评价信息、组织信息用于实际的应用，将新信息与原有的知识体系进行融合以及在批判思考和问题解决的过程中使用信息。”

信息素养包括关于信息和信息技术的基本知识和基本技能，运用信息技术进行学习、合作、交流和解决问题的能力，以及信息的意识和社会伦理道德问题。信息素养的四个要素共同构成一个不可分割的统一整体，其中信息意识是先导、信息知识是基础、信息能力是核心、信息道德是保证[7-8]。

信息素养需要得到信息技术的支撑。信息技术强调对技术的理解、认识和使用，信息素养的重点是内容的传播、分析，涉及更宽的方面。它是一种了解、搜集、评估和利用信息的知识结构，既需要通过熟练的信息技术，也需要通过完善的调查方法、通过鉴别和推理来完成。

传统的电子信息类人才培养方案往往注重传授信息技术，对于信息素养的培养不足。“人工智能+X”新时代的到来，赋予信息素养更加丰富的内涵。在电子信息类复合型人才的培养中，不仅要探索信息技术类课程整合优化的思路与方法，还必须将信息素养嵌入人才培养的全过程：

1.更加注重大信息特色优势下多学科交叉（Multidiscipline）培养。

2.更加注重学生视野（Eye-shot）的提升。

3.更加注重学生个性化（Diversity）的培养。

4.更加注重学生的创新能力（Innovation）的培养。

5.更加注重学生适应能力（Adaptivity）的培养。

三、传统电子信息类人才培养体系存在的问题

人工智能技术的飞速发展与广泛应用，使得身处时代变革大潮中的学生们在学习观念、习惯、方法、行为方式等方面均发生了重大变革。在学生发展个性化、社会发展智能化的今天，推进学生学习人工智能技术、形成人工智能学科的话语体系和思维方式非常紧迫。相应地，高等教育理念、教学方法、教学模式、评价体系、管理体制等都需要顺应人工智能时代而变迁。然而，传统的电子信息类人才培养体系存在以下四个方面的问题：

1.传统的培养方案和课程体系侧重传授电子信息系统专业理论知识，强调单一的学科专业对口教育，造成学生综合素质不高、知识能力结构不完善、专业知识储备的厚度和广度存在明显不足，学生工程实践能力和跨文化交流能力不足，缺乏国际竞争力。在传统的课程体系中，理论教学体系和实践教学体系联系不够紧密，从而造成学生工程实践能力欠缺、学生的创新意识和创新能力不足。传统的课程教学体系中还欠缺对学生国际化视野的培养，学生的英语实用能力和跨文化交流能力欠缺，造成学生的国际竞争力不强。

2.传统本—硕—博课程体系设置过于独立而不贯通，本科课程结构单一且知识面比较窄，导致学生后续发展能力不足;而本—硕—博课程选课平台互相独立，无交叉融合，导致本科阶段学习只重基础而轻深度，不利于科研型创新拔尖人才培养。

3.传统的教学是以教师为中心，以教材为内容，突出的是教师的作用，学生主体作用不明确。因此，在教学方法的运用上，大多采用教师讲授为主，辅之以练习、复习的方法，学生学习积极性低下，学习的主动性和创造性得不到发挥，严重影响了教学效果。随着社会的发展，学生主体意识的觉醒，这些重教法轻学法的现象就显得不能适应新时代的要求，要培养学生学习的主动性首先要建立以学生为主体的全新课堂教学格局。

4.传统的以知识传授为特点的教学关系，培养出的学生缺乏动手能力和创新意识，难以适应“互联网+”时代的国际竞争。

四、人工智能时代电子信息类复合型人才培养新模式的构建与探索

在江苏省高等教育教改立项研究课题、江苏高校品牌专业建设工程、南京邮电大学教学改革研究项目的资助下，我们对“双一流”建设背景下面向“人工智能+X”的电子信息类复合型人才培养模式进行了探索与实践。

1.课程体系的先进性直接影响人才培养的质量，探索国际化人才培养模式、构建与国际接轨的课程体系是推进国际化电子信息类人才培养的有效手段。我们深入研究《高等学校人工智能创新行动计划》的要求和国际工程教育专业认证标准，整合课程结构，理顺课程关系、优化教学内容，形成融合“人工智能”特点的“大信息”泛专业课程体系。依托南京邮电大学“双一流”学科建设，以OBE工程教育的标准要求为纲，将学校“大信息”的理念融入电子信息工程专业课程体系的建设，具体措施包括：在课程设置中强调专业知识的关联性，结合“大信息”宽泛专业的教学理念，对专业基础课进行了重组，打破了专业基础课之间的课程壁垒整合课程结构，理顺课程关系、优化教学内容，形成“大信息”的泛专业课程教学，突出“课程群”的培养方案;同时，全力打造具有“人工智能”特色的专业课程体系，一方面将电子信息类专业传统专业课（如《数字图像处理与图像通信》《语音信号与数字音频》《通信信号处理》《安全通论》等）与人工智能进行交叉和延展，课程内容和案例分析中突出人工智能技术在相关领域的应用与实现;另一方面增设“人工智能”方向专业课，如：《模式识别基础》《智能计算》《机器学习与大数据处理》《web数据挖掘》《云计算工程》《Python语言编程与工程实践》等，在教学过程中加强与知名IT企业合作，积极引入优质的人工智能领域资源，使用云平台进行教学，学以致用，收到很好的效果。在学科交叉融合的基础上，使培养的专业人才知识储备更深厚、知识构成更全面。

将专业课程分为植入课程、保留课程和伴生课程三类，其中植入课程实现双语/全英文教学和国际接轨，保留课程体现分层次模块化，伴生课程打通科研转化课程教学;打造具有“人工智能”特色的专业课程体系，一方面将电子信息类专业传统专业课（如数字图像处理与图像通信、语音信号与数字音频、通信信号处理等）与人工智能进行交叉和延展，另一方面增设“人工智能”方向专业课，如：智能计算、机器学习与大数据处理、web数据挖掘、云计算工程、Python语言编程与工程实践等。

2.研究信息全球化和教育国际化对教師教学的新需求，通过调整师资结构、提升教师综合能力，打造兼具信息素养、工程素养和国际交流能力的师资队伍。针对原有师资结构不合理、双语教学能力薄弱的问题，结合当今信息全球化的新需求，我们从两个角度进行师资队伍的建设：一方面“调结构”，即优化学历结构、改善学缘结构、提升海外学历教师;另一方面“提能力”，即培养良好的信息素养、增强教师队伍的工程素养、提高跨文化素养。“引”“育”并举，综合优化师资队伍。

3.“翻转课堂+慕课”相结合，全面打造多元化创新型教学模式，解决传统课堂“以教为中心”的教学模式下学生学习主动性不足的问题。传统的教学是以教师为中心，突出的是教师的作用，学生主体作用不明确。为打破传统课堂“以教为中心”的教学模式，我们将国内外优质教学资源进行本地化加工后，融入在线课程和翻转课堂教学全过程，打造了包括数字信号处理、信号与系统、信息论基础、语音信号与数字音频等在内的一系列在线开放课程，为翻转课堂提供高效的网络学习平台、学习工具与优质学习资源。通过这种多元化创新型的教学模式的实施，实现校内校外结合、线上线下结合，有效地将传统的“以教为中心”的教学模式，转变为“以学为中心”的教学模式，全面地培养学生的自主学习能力和思辨能力。

4.面对高等教育国际化需求，突出传统行业和专业特色优势，构建学校社会协同育人，行业企业深度参与的工程素养培养和训练大平台。传统的以知识传授为特点的教学关系，培养出的学生缺乏动手能力和创新意识，难以适应人工智能时代的国际竞争。南京邮电大学电子信息工程专业以“国家级—省级—校级”实验教学平台为核心，深入整合和优化校内外各类资源，强化与国际500强IT企业深度合作，以实体实验平台和工程训练环境为基础，以依托现代信息通信技术构建的虚拟仿真工程训练环境为补充，虚实结合，构建完善的校内外一体工程训练环境和创新创业培育苗圃，为培养学生实践创新能力提供有力支撑。

五、结束语

本文紧抓人工智能时代信息素养内涵，从专业课程体系重构、师资队伍建设、教学模式改革、工程素养培养等四个方面出发，对“人工智能+X”电子信息类复合型人才培养模式体系进行了探索与研究。新模式注重多学科的交叉、学生视野的提升、学生个性化、创新能力、适应能力的培养，体现了高校人工智能发展“创新、人才、应用”的内涵。后续研究还需紧抓时代发展契机，以本为本，进一步促进人工智能与人才培养的深度融合。

参考文献

[1]教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》确定人工智能发展任务[J].中国大学生就业，2018（9）：4-6.

[2]李欢冬，樊磊.“可能”与“不可能”：当前人工智能技术教育价值的再探讨—《高等学校人工智能创新行动计划》解读之一[J].远程教育杂志，2018，36（5）：38-44.

[3]关汉男，万昆，吴旻瑜.校企深度融合：中国高校发展人工智能的“关键一招”—《高等学校人工智能创新行动计划》解读之二[J].远程教育杂志，2018，36（5）：45-51.

[4]王婷婷，任友群.人工智能时代的人才战略—《高等学校人工智能创新行动计划》解读之三[J].远程教育杂志， 2018，36（5）：52-59.

[5]刘德建，杜静，姜男，黄荣怀.人工智能融入学校教育的发展趋势[J].开放教育研究，2018，24（4）：33-42.

[6]班岚，杨灿.创新创业教育视角下的“人工智能+新工科”发展模式和路径研究[J].创新创业理论研究与实践，2018，1（4）： 83-84.

[7]刘跃华.大学生信息素养培养的影响因素及对策研究[D].南宁：广西大学，2014.

[8]陈凯泉，何瑶，仲国强.人工智能视域下的信息素养内涵转型及AI教育目标定位—兼论基础教育阶段AI课程与教学实施路径[J].远程教育杂志，2018，36（1）：61-71.