面向大数据应用能力培养的计算机科学与技术专业人工智能课程体系改革探索*

李红婵 朱颢东

郑州轻工业大学计算机与通信工程学院 郑州 450066

0 引言

根据教育部规定的工程教育认证毕业要求，培养学生计算机科学与技术专业工程能力，需要该专业学生能够基于计算机学科相关原理并采用科学方法对计算机领域的复杂工程问题进行研究[1]，包括设计实验、分析与解释数据，并通过综合各种信息得到合理、有效的结论。目前已进入大数据时代，世界各国都已从国家级层面出台了众多大数据政策，大力引导和鼓励大数据产业发展及应用[2]。在此新形势下，对学生大数据应用能力方面的培养已成为目前及将来计算机科学与技术专业学生复杂工程能力培养重要且势在必行的目标[3]。目前，对该专业的学生来讲，在大数据应用能力方面的培养主要是通过数据库原理、计算机体系结构、计算机图形学、算法与数据结构等课程来完成[4]，但是这些课程基本上都是以理论为主导，缺乏必要的大数据应用能力培养方面的具体导向，不能让学生很好地把学到的知识应用于大数据，从而导致他们对大数据应用的兴趣不高，不能充分发挥计算机科学与技术专业在培养学生大数据应用能力方面的优势。

人工智能作为计算机科学的一个重要分支，其主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。大数据时代，人工智能已成为大数据应用的一个典范，各行各业在大数据下都出现了各种人工智能产品，比如餐饮服务机器人、儿童教育机器人、银行业务服务机器人等[5]。在此形势下，利用人工智能在大数据下的各种应用，能够较好地培养学生的大数据应用能力[6]。因此，为了适应计算机科学与技术专业在新形势下培养学生解决复杂工程问题能力的新要求，人工智能成为计算机科学与技术专业的必修课之一。但是，该课程一般都是仅针对人工智能基本知识进行介绍，并没有采用合适的大数据应用方面的实践案例将知识与实际应用联系起来，以至于让学生认识不到大数据应用的重要性，体会不到人工智能的魅力。

目前，大数据呈蓬勃发展之势，应用面更加广泛，借助人工智能产生的各种大数据实际应用层出不穷。在此情形下，借助人工智能课程培养学生大数据应用能力更为迫切。本文通过人工智能在大数据下的实际应用，研究面向大数据应用能力培养的计算机科学与技术专业人工智能课程体系，旨在培养大学生的大数据应用能力，使大学生对大数据应用有系统、清晰的认识，从而培养学生科学研究、社会服务综合能力，促进学生创新创业的发展，构建应用型人工智能人才创新创业能力培养体系，进行人工智能类应用人才创新创业能力培养的研究和实践。

1 课程改革内容和实施路径

采用人工智能技术锻炼学生大数据应用能力。人工智能课程主要以人工智能基本知识串讲和项目实例讲解相结合，从而让学生将所学知识用于大数据应用实践之中。主要以完整的基于人工智能技术的新浪微博大数据情感分析系统这个大数据应用实例贯穿整个人工智能课程教学过程，以该实例构建过程为线索安排教学，把抽象的人工智能理论知识同大数据实际应用有机结合，使学生由被动式学习者变为主动参与者。在人工智能课程教学中采用这种主动性、开放性和创造性的教学思想和模式，有利于克服以往教学模式的弊端，促进学生大数据应用能力的提高。具体改革内容和实施路径如下。

1.1 基于人工智能技术的新浪微博大数据情感分析系统整体设计

分别设计新浪微博大数据采集与存储模块、新浪微博大数据语义分析模块、新浪微博大数据情感分析模块以及新浪微博大数据情感分析结果可视化模块，使学生掌握大数据应用的基本流程。

1.2 新浪微博大数据采集与存储模块设计

该模块采用Web 挖掘技术来实现，该技术是一种基于人工智能的智能信息分析处理技术，主要将数据挖掘和互联网连接起来，对新浪微博大数据进行采集与存储，为后面的处理提供数据基础和来源。该设计可使学生掌握大数据的基本收集方法。

1.3 新浪微博大数据语义分析模块设计

该模块主要采用人工智能中知识表示的语义识别技术来实现。语义识别技术一般分为三部分：语法预处理、语义内容提取识别和语义的生成。通过这几个过程，将人类的自然语言转化为语义片段，实现复杂信息的简化，以便对新浪微博主题词进行聚类分析。该设计可使学生掌握大数据的语义分析方法。

1.4 新浪微博大数据情感分析模块设计

主要采用机器学习中的TFDF 技术来实现。TFDF技术在用户提供相似度比较极值限制、关键词文本和待分类文本的前提下，可以对待分类文本进行分词并计算该文本的TF 和DF，在此基础上，对其进行信息的聚类。该技术为后续新浪微博大数据情感信息的最终处理提供了聚类数据。该设计可使学生掌握大数据的分类和聚类方法。

1.5 新浪微博大数据情感分析结果可视化模块设计

该模块采用词云图来实现，使学生掌握大数据的可视化基本工具。

1.6 基于人工智能技术的新浪微博大数据情感分析系统实现

让学生搭建单机版Hadoop 伪分布式云计算平台，采用Java 和Python 来实现，使学生掌握大数据处理的基本平台——Hadoop 云计算平台。

2 课程改革特色和亮点

通过人工智能课程来培养学生的大数据应用能力，可使他们对大数据时代有清醒的认识，有能力应对新形势下就业新需求。人工智能课程培养学生大数据应用能力的特色和亮点如下。

2.1 专业契合度高

采用人工智能知识培养学生的大数据应用能力，同计算机科学与技术专业在大数据时代新形势下培养学生解决复杂工程问题能力的新要求高度一致。

2.2 技术实用性强

大数据时代使人工智能摆脱了以往因数据不足而不能很好地应用于实际的尴尬，使得人工智能用武之地更广，实用性更强。

2.3 紧跟时代潮流

利用人工智能在大数据下的各种应用培养学生大数据应用能力，顺应大数据时代国家新形势、新要求，也顺应了时代新发展和就业新需求。

3 课程改革实施效果

以人工智能课程为载体，以培养学生大数据应用能力为导向，精心设计和合理规划可使学生掌握人工智能基本知识，提升学生大数据应用能力。设计合适的实践案例有以下效果：

1）综合提升学生专业理论知识的系统性；

2）全面增强学生对人工智能知识的认知；

3）使学生清晰地了解大数据在现实生活中的应用；

4）使学生详细理解人工智能技术在大数据应用中的作用；

5）整体提高学生大数据应用能力。

4 结束语

探索面向大数据应用能力培养的计算机科学与技术专业人工智能课程体系改革，完善计算机科学与技术专业人工智能课程体系，增强培养计算机科学与技术专业学生的大数据应用能力，使学生对人工智能技术在大数据分析中的实际应用有了更详细、具体、深刻的理解，从而使计算机科学与技术专业的人才培养更加契合新时代新要求。