探讨面向机械专业的人工智能导论课程建设

摘 要：随着复合型交叉人才培养培养需求，以机械大类的多学科交叉复合改造为目标，则必然对面向人工智能导论课程提出新的要求。本文将从面向机械专业的人工智能导论课程建设总体方案和通过本课程建设对机械专业交叉复合改造两方面展开探讨。实现针对机械专业提高人工智能导论课程教学效果的目标。

关键词：机械工程;人工智能;课程建设

1引言

通常人工智能导论课程是人工智能领域的一门介绍性课程，是全校性通识教育课程，属于信息与智能技术模块的必修课。近年来，因为机械专业在本科教学过程中有主动寻求从传统专业设置到交叉融合大类的转变趋势，而在这一过程当中，人工智能导论课程将作为这种转变的一种启发式教学，在传统机械教学的基础上拓展知识体系，深入浅出的融合算法思想，多学科交叉的扩大应用范围，并对机械学科更加地面向国家科技强国战略需求。

2 面向机械专业的课程总体方案

面向机械专业的人工智能导论课程目标包括1）了解人工智能的发展历史、基本概念和人工智能与机械结构协同发展关系2）熟悉人工智能领域中智能算法、人工智能模型、大数据技术、智能计算工具、人工智能伦理等相关知识在机械专业中的应用场景与解决方案;3）熟悉人工智能产业与机械产业的的发展现状、研究成果与市场交叉岗位需求。为机械专业同学将来继续深入学习或进行科学研究打下坚实的基础。

该课程在教学内容主要包括知识表示、知识获取、知识应用三部分。第一部分，知识表示主要介绍概念表示、知识表示、知识图谱，并加入机械结构知识图谱建立等将机械及其新兴衍生子学科进行信息化与数字化，让学生明白知识图谱是让机器理解世界的基础，并对部分简单机械构建数字孪生体。第二部分，知识获取主要介绍搜索技术、群智能算法、机器学习、人工神经网络与深度学习等，以人工智能为脑对机械操作和控制，突破了人体操作速度和精度的限制，并可以进行大规模最优决策。第三部分，知识应用涉及计算机视觉、自然语言处理、语音处理、专家系统、多智能体系统与智能机器人等部分，并与机械专业进行交叉融合，以机器人为底，组合上述功能，构建面向个人的服务机器人设计或面向企业的工业机器人设计，进行教学资源的融合导向。

相应的教学方式也会发生改变，由传统课堂改变为，增加专业核心课程的微课集群资源、教师边讲解学生边演练的局域网教学平台、在线检验和问题抢答等手机应用软件等增加信息化手段的教学方式的现代化课堂。在改变教学方式的同时，需要对專业教师进行相应的培训，并提供专业化统一学习资源，保证最终教学效果。

3对机械专业交叉复合升级

人工智能导论课程不是简单的给机械专业增加了一门通识课，更是帮助该专业的学生升级交叉复合的知识体系、算法思想和应用范围。现有的机械专业课程相对而言比较固定，但是在新工科背景下，对机械专业有了交叉复合升级的需求，以通过培养具有复合背景的专业人才的方式，提升我国成为世界一流科技强国的发展速度和质量。

3.1 知识体系升级

过去传统教育中把一个专业分为一个个学科，再细分为一门门课程，相当于关注一个个相互割裂的知识点，而难以获取完整的知识体系框架。现在的主流机械大类招生的前期知识框架构建带来的挑战则是引入人工智能导论课程的重要原因之一。而对于机械专业交叉复合升级中，人工智能则起到至关重要的作用。因为人工智能本身就是多学科交叉融合产生的，涉及了计算机科学、数学、心理学、哲学和语言学等众多自然科学和社会科学，所以人工智能导论不仅仅是将一门而是将多门学科的知识体系融入到学生现有的知识框架下，完善了学生对于人类整体知识的思考，促进学生对于机械学科有更深刻的认识。

3.2 算法思想升级

机械专业未来就业方向更加具有复合型，而不是单一理解机械结构部分，更要全面考虑高度融合各个学科来解决最终的产业问题，并且在现代机械学科中，某些问题的解决方案并非来自传统机械计算方法。比如机械设计当中有安全系数法来确定强度，过去有人工智能当中的专家系统进行比较，现在又增加了深度学习等预测方法来针对机械系统当中的特定问题寻求最优解决方案。比如机械剩余寿命预测过去更多使用的是建立相关随机过程的方法，而现在增加了深度学习相关泛化预测方法。比如机械优化设计当中增加了群智能搜索方法。把机械学科比喻作手的话，那么人工智能就是大脑，所以机械结构需要人工智能来控制和决策，但同时算法又不能脱离现实结构和实践独立运行，二者是相辅相成的。通过这种结合，跨学科主动将各个学科联系在一起，而不仅仅是跟随现有的潮流，而是对理论研究有一定深度。

3.3 产业化应用升级

人工智能应用场景广泛，极大的扩展了机械专业学生的开拓面，比如从图像、声音、触感等多方面增加了人与机器的互动性，比如从多智能体算法中了解机器与机器之间的协作性等。将不再把机械专业限定在机械结构中，而是拓展到机械系统，甚至机器人的范畴，增加了学生的就业面与未来的研究可选方向，并易于与国家战略需求相结合，培养具有理解人工智能场景能力的机械专业化复合人才。而且以企业需求和时代大环境为基础，以机械大类的多学科交叉复合改造为目标，在人工智能导论课程中增加具有互动性和协作性的机器人等方式让学生将人工智能算法应用于实际机械结构中，理论能力转换为实际创新成果的能力。

3.4 面向国家需求升级

不仅仅要在课程设计中面向企业中的岗位，更要面向国家的需求，推动我国科技快速领先发展。以我国机床行业为例，在过去只注重通用机床发展，而现在通过与人工智能算法相结合，比如与数字孪生技术结合快速构建专用化机床，比如与深度学习算法相结合提高工业母机的控制误差等。面向机械专业的人工智能导论课程建设中，要紧紧抓住人工智能这次机遇与挑战，让我国的部分相对落后的机械发展方向实现弯道超车，进入到世界一流水平中去。

4总结

本文提出要构建面向机械专业的人工智能导论课程建设，从知识表示、知识获取、知识应用三部分对人工智能课程体系进行机械相关内容的交叉融合，形成完整课程总体方案，从而达到对机械专业的知识体系、算法思想、产业应用等方面进行升级，最终达到可以面向国家需求，以培养具有人工智能背景的机械专业化交叉复合型人才。

作者简介：王海琨， 男 ，1988-02 ，汉， 河北石家庄人， 博士， 讲师， 重庆理工大学， 研究方向： 人工智能。