“人工智能”技术融入应用型电子信息工程专业人才培养探索

翟卫青，宁超魁

(平顶山学院 信息工程学院，河南 平顶山467036)

人工智能(Artificial Intelligence，可简写为AI)，是研究开发用来模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术、应用系统的新兴技术交叉科学[1]。美国斯坦福大学尼尔逊教授对人工智能定义如下：“人工智能是关于知识的学科——怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”美国麻省理工学院温斯顿教授认为：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”以上说法揭示了人工智能学科的基本内容，即人工智能是研究人类智能活动的规律、如何让计算机去完成以往需要人类智能才能胜任的任务，具体来讲就是研究如何用计算机去模拟人类智能行为的基本理论、方法途径和实现技术[2]。

进入新世纪以来，全球范围内人工智能的研究和应用进入了一个崭新的阶段——理论体系日渐成熟，关键技术开始与相关产业不断融合发展的层面，对各类产业的发展与进步带来深刻影响，甚至被誉为“全球第四次工业革命”的关键动力之一[3]。2017年我国“两会”召开，“人工智能”首次被提升到国家发展战略高度，相关技术的重大突破将引发我国新一轮科技革命和产业变革，其发展也被确定为我国经济转型的重要驱动力。2018年12月，中央经济工作会议特别明确了5G、人工智能、物联网等新兴产业“新型基础设施建设”的定位后，以“5G 、人工智能、工业互联网等新型基础设施建设 ”的“新基建”被全国信息产业界、教育界人士所熟知[4]。

一、“新工科”建设背景下电子信息工程专业融入人工智能技术的必要性

十几年来，应用型本科高校在全国范围内占据的比例越来越大，逐渐成为我国高等教育普及的主力军，对我国高等教育体系的健康完善发挥着重要的作用。笔者所在的院校作为河南省转型发展试点高校、河南省示范性应用技术类本科院校，也正在紧跟现代信息科技、智能制造技术的发展步伐，积极地探索“新工科”背景下工科专业建设新模式[5]。

基于以下原因，应用型电子信息工程专业的智能化升级改造提上了实施日程：

(一)国家在高科技领域的发展战略实施需要

电子信息技术的迅猛发展，为人工智能技术多维度、深层次地参与各行业各领域提供了良机，信息技术类科技成果也得以快速融入跨界合作的大潮中。在医疗卫生领域，人工智能已深度服务于医疗诊断、配合甚至取代部分医生实施外科手术、传染病防控，催生了“智慧医疗”等系列应用[6]；在智能驾驶(也称无人驾驶)领域，不需要人操纵的汽车、飞机、舰船均有产品不断投入试验或定型使用[7]；在军事领域，近些年来美国在全球各地的反恐作战中，人工智能作战部队和相关指挥决策系统已经取得了重大战果，其作战效能与性价比远超人类士兵[8]；此外，人工智能技术在智能家居、智慧农业、智慧工厂、智慧社区等领域都有不同程度的应用。由此可见，在电子信息技术蓬勃发展的当下，人工智能在应用层面逐渐迸发出强大的生命力和成长潜能，其在各行各业的应用也成为我国经济结构调整、产业结构优化、核心技术创新获得成功的关键因素之一。

(二)传统电子信息行业的产业升级需要

随着全球信息科技的不断进步，智能手机等信息终端、人工智能、云计算、大数据等产品和技术应用也越来越广泛，为人类进行信息的获取、存储和管理提供了新的规则、途径和方法。中国、东南亚等新兴经济体依托其生产能力和工艺水平的不断提升，在世界电子信息产业中的地位不断上移并逐步向产业链的高端升级，因此各种技术密集型产业催生了大量的电子信息类专业人才需求。2015年5月，国务院发布《中国制造2025》白皮书，这是我国实施“制造强国”战略第一个十年行动纲领[4]。该规划将“加快新一代信息通信技术与制造业的深度融合”作为主题，提出自主研发和开放合作双管齐下，加快建立现代电子信息产业体系，为推动信息化与工业化深度融合、实现制造业由大变强、建设网络强国提供强大有力的基础支撑[9]。电子信息工程专业作为一个深度涉软、越来越强调智能化设计的工科专业，需要紧跟国家信息化建设规划和升级节奏，这对应用型电子信息工程专业的人才培养既是良好的机遇同时也是严峻的挑战。

(三)现代信息技术类产业快速发展对高校毕业生职业能力的现实需要

随着华为、腾讯、百度、科大讯飞等高新科技企业在人工智能应用层面的研发不断推进，吸引刺激了更多的市场资本和电子信息类人才涌入人工智能商业应用领域。目前，在人工智能背景下，软硬件技术均过硬的电子信息类专业人才已经成为高精尖技术领域急缺的人才类型之一，且近年来薪酬水平也在不断提高[10]。

同时，智能化产品的技术和创意附加值越来越高、市场推广越来越成熟、产品开发对电子信息类专业人才的要求也越来越高，本科生仅靠传统的电子线路设计与制作、单片机初步设计等“三板斧”已较难找到理想工作，只有“软硬兼备”、适应未来发展、具有人工智能技术背景的电子信息类大学毕业生才更容易在相关企业立足并拥有较多的成长机会。

二、引进“人工智能”升级改造电子信息工程专业需要解决的问题

作为应用型本科高校，如何将“人工智能”新技术融入电子信息工程专业的建设和办学实践中，更好地贴近当前我国信息产业升级的需要，培养出应用型、创新型的社会紧缺人才，是目前急需解决的关键问题。

(一)人才培养目标和课程体系的确定面临新挑战

目前，人工智能技术真正的应用才刚刚开始。在“新工科”建设总目标的统领下，人工智能技术介入产业发展的现状将推动高等学校相关专业形成新的人才培养目标。如何准确把握未来人工智能的发展趋势和应用场景、有针对性地完善传统电子信息工程专业培养目标、在其课程体系中规划人工智能相关课程教学内容，将传统电子信息基础与新锐技术有机结合，面临一系列新的挑战[11]。

(二)急需有针对性地加强师资培训

人工智能是一门融合了控制科学、信息科学、计算机科学、心理学等多门学科的新兴交叉学科[1]。若计划将“人工智能”技术融入电子信息工程专业建设中，不仅需要学生扎实掌握如电子技术基础、信号与信息处理、嵌入式技术、C程序设计等传统课程，还需要加强在数字图像处理、数据挖掘、神经网络等以工程数学为基础的课程方面的教学，总体上来看科目多、交叉大、存在一定的难度。这对教师的人工智能素养、人工智能技术储备、智能开发领域的科研教学能力要求也更为苛刻[12]。因此，如何有针对性地加强师资培训，是需要解决的关键问题之一。

(三)缺乏合适的智能技术实践训练平台

应用型工科专业人才的培养，不仅需要优秀的师资力量，还需要有相关的硬件实验和科研平台作为可靠支撑。如何根据“人工智能”技术开发需要，针对性地投资新建一些诸如数字图像处理、机器人技术、智能穿戴等特色实验室，把电子信息工程专业中的电子技术、信号处理技术等应用于智能驾驶、机器人、智慧医疗等高新技术领域，根据学生的兴趣选择因材施教，锻炼提高学生的实践能力，也是需要解决的一个关键问题。

(四)校企融合需要进一步精准强化

作为内陆省份、电子信息产业欠发达地区的应用型高校，在当前越来越强调毕业生就业率的前提下，电子信息工程专业的建设需要大力强化校企融合，充实完善“人工智能”背景下的电子信息工程专业实践训练体系。构建校内外融合、定位合理的实践教学体系，是培养学生创新创业能力、强化工程意识的重要保障。目前，许多学校虽也强调以学科竞赛、科技创新、企业实践为多重依托,但不足的是尚未将“人工智能”新技术应用纳入电子信息工程专业学生的实践训练体系中。

三、人工智能技术融入电子信息工程专业人才培养的路径

笔者认为，以现有电子信息工程专业的培养目标和课程体系为基础，形成以 “人工智能”为特色的应用型电子信息工程特色专业建设路径，可以采取以下几种做法。

(一)紧跟人工智能技术潮流，培育人工智能文化

截至2022年初，全国半数以上本科高校都开设有电子信息工程专业，许多高校在开设中存在专业特色不明显、培养方案趋同、口径宽、理论难度高、实践能力培养系统性差、学生创新能力偏弱等一系列问题，随着电子信息产业完成其数字化、智能化、网络化、自动化的技术布局，对高校电子信息工程专业的毕业生的基本素质和实践能力提出了更高的要求，需要任课教师、在校学生对此充分认识并引起重视[13]。既往的以电子线路基础、信息处理基础、嵌入式技术类课程为主干的课程培养体系已满足不了现代电子产业智能化对高校毕业生的综合素质需求，急需高校相关专业师生更新观念，积极跟随人工智能等新技术潮流，培育人工智能文化，依托智能驾驶、机器人技术、智慧医疗等新技术的研发和应用，寻求新的技术热点组织教学内容。

对学生培养来讲，可通过开展入学专业教育、设置专业导论课、组织专家讲学、选听在线科技前沿讲座、组织企业技术见习、参加智能产品体验与开发等方式，持续不断地增强学生对人工智能技术的认知和学习掌握兴趣，引导学生积极参加各类智能技术竞赛、创新创业项目，为以后顺利踏入智能信息产业作知识储备和技术积累。

(二)重新定位人才培养目标，定期修订完善培养方案

1.重新定位人才培养目标。人工智能技术介入产业发展的现状与新工科建设共同发力，推动形成高等学校部分专业新的人才培养目标。但目前，部分办学经验不足的应用型本科高校，传统的电子信息工程专业培养目标大体趋同、特色不明显、校企融合不足，这是以前各高校申办新专业时大多缺乏“产出导向”意识，经常“借鉴学习”其他学校培养方案的后遗症，而融入“人工智能”新概念、体现智能新技术进展、充分吸收“新工科”建设理念的专业则相对较少，需要重新审视传统长线专业与新技术的融合，需要为电子信息工程专业毕业生寻找新的职业出口[14]。落实到高校电子信息工程专业人才培养方案的修订中，增加对毕业生“人工智能”素养和应用实践的培养目标就是一个可选的方案之一。

2.定期修订专业培养方案。通过梳理总结在“人工智能”背景下实施专业教学和人才培养实践的经验，构建具备鲜明“人工智能”特色的电子信息工程专业课程体系，是培养方案修订的重中之重。第一，可通过优先选用应用型本科层次教材，在保证知识体系完整前提下实施模块化教学，减少教学内容重叠，缩减验证性基础实验学时，适当压缩传统理论及实践学时；第二，可通过增设《人工智能基础》《Python程序设计及应用》《数字图像处理》《智能网联汽车》等课程及相关实践训练环节，适度引入人工智能技术体系及案例；第三，优化原有《C语言程序设计》《MATLAB软件设计》《数据结构与算法》《嵌入式系统原理及程序设计》等程序设计类课程的教学内容，增加来自工程实践的人工智能案例，与当下电子信息领域的新技术新应用紧密结合，力戒流于形式的理论验证。

(三)多管齐下，提高教师科研和教学水平

人工智能的多学科交叉性质，对教师的科研和教学水平提出了更高的要求。只有尽快提高专业教师的教学及科研水平，才能游刃有余地将“人工智能”技术融入电子信息工程专业的教学。一是校院层面以“外引内培”为主要途径，招才引智与内部培养齐头并进，大力提升整体师资队伍水平；二是任课教师可通过参与学科建设、社会服务和各类科研活动获得学术科研能力训练和提升；三是任课教师通过指导学生参加“电子技术竞赛”“人工智能大赛”“机器人竞赛”等相关学科竞赛，提高实践能力及专业技术水平；四是鼓励教师积极参加慕课、微课、混合式教学课程改革，参加各级各类教学技能大赛以及国内外师资培训，有效提升教学教研水平；五是鼓励教师主动争取横向科研项目参与社会服务、参加企业技术实践，提高社会服务、就业指导水平和能力。

(四)加强智能型实验室建设和科研平台教学利用，丰富实践教学的形式和层次

1.重视智能应用类实验室建设和科研平台的教学利用。除了常规的电子信息技术实验室建设外，还需要高度重视“图像处理及应用”“机器人技术”“智慧医疗”“智能网联汽车”等新技术加持的特色实验室软硬件平台建设。同时，院系层面还要高度重视学科建设的办学引领作用，努力加强学科与本科专业的一体化建设，充分挖掘“信号与信息处理”“信息与通信工程”“计算机科学与技术”等相关学科和科研平台的本科教学利用价值，提高其建设和使用效益。教师科研团队依托以上平台取得的研究成果，经过适当加工就可以成为其指导培养学生的案例。

2.持续完善“多层衔接+虚实结合”实践训练体系。在“多层衔接+虚实结合”的实践教学模式基础上,依据“学生兴趣爱好”引导学生实践训练，将最新的“人工智能”技术及应用贯穿于电子信息工程专业实践教学体系中，通过丰富的应用型实验项目拓宽学生的技术视野，训练提高学生的主动探索能力、动手实践能力、应用创新能力，将课内实验、综合课程设计和企业见习实习三者相互结合，同时鼓励支持学生参加诸如大学生电子设计竞赛、人工智能大赛等相关学科竞赛，以确保培养出高素质的应用型、创新型专业人才[15]。

3.强化“本科生导师制”对学生综合实践能力的指导培养作用。从学生大一第二学期开始，院系即可根据教师的科研方向为兴趣相关的学生配备学业成长导师，促使学生早日融入教师的科研工作同时获得学科竞赛指导，形成“本科生导师制”。具备“人工智能”技术储备的导师全程指导学生开展“人工智能”相关的应用科研和相关学科竞赛训练，培养提升学生的智能科技创新实践能力。学生毕业时，指导教师以学生毕业设计、学科竞赛成绩和综合表现、科技论文发表、专利申请等多方位的综合考核情况核定毕业设计总成绩。

(五)重视校企合作，为学生拓展智能技术产业密集区的专业实习和就业机会

1.主动汇聚业界领先的信息技术产业资源服务于教学。比如可依托与华为(或中兴)共建的ICT学院，引进华为(或中兴)等企业成熟的技术认证体系，积极建构“1+X证书制”课程体系，促进专业培养与产业结构深度融合；引进标准的技术体系，开展浸润式实景教学，促进专业标准与职业标准深度融合；引进在用的生产设备，搭建实践教学平台，构建ICT产业生产线，促进教学资源与产业资源深度融合。

2.重视校企合作双向交互作用的发挥。在“新工科”建设背景下，应用型本科高校的学生培养显然不能“闭门造车”，也不宜疏于管理让教师凭感觉实施教学，而应积极借鉴“OBE”和工程认证理念，主动吸纳企业工程师参与人才培养方案修订和部分实践教学工作，同时鼓励和支持教师深入企业参加技术攻关和产品开发。

3.在学生实习基地、就业企业和就业地域的选择上提前考虑学生就业的方便性。除了与本地“中国移动”等三大运营商建立稳定的校企合作关系外，可以重点考察“珠三角”“长三角”等电子信息产业发达、生产要素集中、产业链完整的地区，为学生提供更多的实习岗位和就业机会，也有利于毕业生将来的职场发展和职业规划。

四、结语

培养具备人工智能知识背景和相关技能的电子信息技术人才，是信息科技进步和产业升级的必然要求，也是应用型高校电子信息工程专业建设创新的一个方向。笔者结合任教的电子信息工程专业“新工科”建设实际，深入探讨了“人工智能”背景下应用型高校电子信息工程专业人才培养的一种思路，对传统的电子信息工程专业人才培养做了部分实践创新探索，从电子信息工程专业建设水平提高、课程与实践体系完善、学生实践创新能力训练、教师教学水平提升、产教融合深化、科研平台和教学实验室建设利用等方面提出了一系列建议，以期为提高该专业的特色建设水平、毕业生就业质量做出有益的努力，同时也为应用型本科高校电子信息工程专业在《中国制造2025》的指引下提升办学质量提供参考。

当然，本探索在实践中也存在一定难度：应用型本科院校学生的工程数学基础是否足够扎实；课程体系改革中传统电子类基础课程学分缩减比例、人工智能类课程或选修内容新增学分比例如何确定；人工智能应用相关的实验室建设成本较高。以上不利因素，需要在该专业课程建设微观层面进一步研究解决。