人工智能背景下的计算机专业创新型人才培养模式研究

王春艳,张 天

(长春师范大学计算机科学与技术学院,吉林 长春 130032)

在世界各国大力发展人工智能的背景下,我国对教育提出新要求,并在政策领域给予引导。2018年教育部印发的《高等学校人工智能创新行动计划》指出,到2030年高校要成为引领新一代人工智能发展的人才高地,为建设人工智能创新中心提供科技支撑和人才保障[1]。人工智能越来越成为教育界的热门话题,并深刻影响着计算机专业教育领域的改革。

1 当前计算机专业人才培养现状

近年来,计算机教育逐步成熟,为我国信息技术产业培养了大批人才,但不同层次的学校并没有形成了自己的教学特色,影响了人才培养质量,教学及社会认可度远未达到理想状态。而当前存在的最重要问题之一则是原有的人才培养模式难以适应当前人工智能迅速发展的形势。主要表现在以下几个方面:

1.1 人才培养定位不够明确,办学重点不突出,与社会需脱节

计算机和网络信息技术的发展,促使教育展现出大规模、多元化的特征。人工智能技术的迅猛发展,必将推动教育改革。大学应该主动适应社会变革,正确定位人才培养的方向。目前我国开设计算机及相关专业的学校强调计算机技能和编程能力的培养,对新技术培养存在缺失。而企业已经广泛地运用各种新型技术,如大数据、人工智能等,这就造成人才培养和社会需求脱节的问题。

1.2 课程设置不合理,课程内容陈旧,落后于实际应用

基于人才培养和社会需求脱节的问题,计算机专业课程设置显然需要调整,以适应人工智能时代的到来。人工智能领域众多研究方向均包含一个重要方面,就是研究用计算机模拟人的智能,目标是设计出智能化的计算机应用系统。计算机专业学生未来可以做与人工智能相关的编程工作。这就要求高校的计算机专业课中有目的地设置与人工智能相关的课程,使学生更好地适应社会需求。

1.3 高校网络资源库建设不够完善,教学方式仍然依赖传统的课堂教学

目前我国高校采用班级授课制,人数较多,多数以课堂讲授为主要教学方式,与信息技术时代下的教育存在一定的不适性。计算机专业相关的网络资源虽然越来越丰富,但缺少有效管理,没有成为课堂教学的有力补充。随着人工智能关键技术的广泛应用,教育的个性化、精细化将得以发展。

1.4 设备和实验环境受限,难以提供良好的硬件和软件实验环境

人工智能方面的机器学习、数据挖掘等对计算机硬件配置要求特别高,有些算法训练复杂,甚至需要专门的服务器,因此缺少与之相关的人工智能方面的学习和实验设备是目前学校所面临的主要困难之一。再者,如果数据集的训练时间较长,如何进行教学和实验有待于探索和解决。

1.5 教师队伍建设有待加强

计算机专业教师队伍结构存在不合理的问题,主要表现在部分教师需要丰富人工智能专业知识和基于人工智能的教学经验。

2 人工智能对计算机专业人才培养的促进作用

智能化是计算机科学技术发展的方向之一,人工智能自诞生之时起就与计算机软件密不可分。通过计算机设计开发智能化软件,实现各种人工智能应用系统在各行各业的运用。在人工智能蓬勃发展的浪潮下,我国已经有上百所院校成立了人工智能学院或开设了人工智能专业,但人工智能专业是新兴专业,在人才培养模式、课程设置等方面尚未形成体系。而作为与人工智能有直接关系的计算机专业势必迎来发展新契机。

2.1 当前人工智能领域的研究成为计算机学科发展的重要驱动力

人工智能主要研究如何利用软件系统和硬件系统使计算机能够模拟人类的智能行为,从而完成原来只有人类才能做的智能工作。人工智能是一门综合性的交叉学科,除计算机领域的软件、硬件及通信等内容以外,还涉及心理学、哲学和语言学等学科。

计算机是研究人工智能、建设人工智能系统平台的物质基础之一。计算机编程语言是人工智能应用系统的实现工具,同时也由于人工智能的发展而不断优化。人工智能的研究领域中与计算机密切相关的方向包括自然语言处理、机器学习、模式识别、逻辑程序设计、神经网络等。正是这种旨在通过技术的升级使计算机实现智能化,从而替代人力进行重复性工作的需求成为计算机学科发展的强大动力。

2.2 计算机专业为人工智能发展提供人才保障

人工智能的研究和发展是当前时代的大趋势,也是我国重点发展的领域。要使计算机具有智能化的能力,首先要理解计算机如何工作,才能训练其思考,因此进行人工智能研究需要具备计算机专业知识,特别是编程能力,才能用计算机语言与其进行沟通。但是,由于我国人工智能起步较晚,还处于初期阶段,理论研究、技术实施还未健全。

从历史发展角度来看,产业发展到一定阶段总会遇到人才瓶颈。当前,各国急需大量人才从事与人工智能相关的工作。这种形势下,培养适应人工智能时代的计算机创新型人才和复合型人才应该成为专业建设的目标之一。虽然我国有些大学已建立人工智能学院或人工智能专业,但毕业生还很少,所以供需不平衡,这对行业发展非常不利。这种情况下,与人工智能最为接近的计算机专业就应该利用自身优势,以社会需求定位人才培养目标,在课程体系中增加人工智能相关内容,侧重学生创新思维培养,为学生进入人工智能领域工作打好基础。

3 人工智能背景下的计算机专业人才培养模式改革策略

人工智能时代,计算机专业传统的人才培养模式受到了一定程度的冲击和影响,抓住机遇进行改革,既能培养社会急需的人才,也有利于促进高校专业建设,提升毕业生质量,促进学生就业。因此在当前的人工智能时代,高校有必要采取一系列有效策略进行人才培养模式改革。

3.1 更新人才培养观念,明确培养目标

目前计算机专业人才培养目标存在共性化和同质化的问题,即普遍强调项目开发与程序设计能力的培养,这直接造成了人才培养的单一性,与当今社会大量需要复合型人才的需求不符[2]。学校是社会人才储备库,应该关注社会需求,调整培养目标,在已有的人才培养方案中增加新内容,人工智能理应纳入其中。师范院校的计算机科学与技术专业还有一个重要培养方向,即为国家基础教育培养信息技术教师,而目前的中小学也相继引进了人工智能方面的课程与项目。在专门的人工智能教师上岗之前,开发课程和教学的任务责无旁贷地成为信息技术教师的工作任务之一,因此师范院校的计算机专业也有必要拓展人工智能方向的培养目标。

此外,“工业4.0”[3]与“中国制造2025”[4]都致力于实现信息技术与先进制造业结合,以信息化和工业化深度融合为发展动力,带动新一轮制造业发展。这种情形下的智能制造业需要精通信息技术的专业人才,这也为计算机专业毕业生提供了新的就业方向。因此,在修订已有的计算机科学与技术专业人才培养方案的基础上,还要扩展思路,以社会需求推动教育观念更新,推进相关学科共建创新平台,发挥多学科优势,深入探索协同育人。

长春师范大学计算机专业将培养目标定位于培养应用型和创新型人才。除师范方向外,毕业生的就业方向多样,可以进入企事业单位等,从事与计算机相关的实践性工作,如计算机设备、计算机网络管理、信息管理系统维护工作,网页设计与制作、广告设计、网络建设与管理工作,智能制造企业的实践操作性工作等。长春师范大学虽然没有成立人工智能学院,但在数学、生物、心理学等专业方面都具有较高教学水平。计算机专业可以利用这一优势,提高计算机专业学生的综合能力,提高教学质量,增强大学生的就业竞争力。

3.2 加强课程建设,构建复合型教学体系

要有意识地增设或调整课程设置,开展课程建设,以适应智能化对人才需求的新变化。在学科专业必修课程中增加“人工智能基础”,开设在第六学期,前序课程是程序设计、计算机组成原理、网络基础等。在专业方向课程中,增加人工智能方向选修课,以需求引领教学。人工智能方向课程包括“Python程序设计”“机器学习”“智慧校园与教育信息”等。此外,在实践环节“计算机新技术讲座”中增添人工智能内容。

有些学校为适应人工智能的发展,正在改用Python作为新生的入门编程语言,主要是考虑Python语法简单,且目前市场上大部分人工智能产品都采用Python编写。计算机专业本科生需要理解程序设计实质,Python强大的支持库却不利于培养学生的编程思维。因此在大一应采用C语言教学,使学生理解算法的原理,能够运用算法解决实际问题。基于人工智能的专业方向课程体系具体如图1所示。

图1 基于人工智能的专业方向课程体系

3.3 建立导师制小组培养体系,加强学生专业基础课程学习

依据计算机专业的学习特点,结合学生的不同情况,新生入学一个月后公布全学院每名专任教师的学术方向,开展师生互选,每个导师带2至3名学生,在课堂教学外实施专业基础实践活动。大一期间每周师生一起开展一次时间为1～2小时的小组辅导,教师和学生之间建立起“导学”关系。学生与导师或学生与学生之间就相关问题进行深度分析和讨论,进行深度思想交流。学生提前就讨论内容自行搜集资料,准备自己要表达的观点及论据;讨论过程中学生要接受同学建设性的意见并倾听导师的指导。

导师制贯通本科生四年的学习过程,在大三增加人工智能领域相关知识及技术方面的讨论(表1)。

导师制实施的目的是提高和发展学生的专业兴趣、合作能力、实践能力、创新能力,以适应当前计算机专业发展变化快的特点。在导师引导下,师生之间的思维碰撞极大地促进了学生的学习,弥补了班级授课方式的不足,培养了学生的沟通能力。可见,导师制在高质量人才培养模式中发挥了重要作用。

3.4 校企合作,以行业发展现状和就业市场需求为导向, 构建学生专业实践活动平台

党的二十大报告明确指出:“加强企业主导的产学研深度融合,强化目标导向,提高科技成果转化和产业化水平。”[5]采取校企合作方式的目标是为企业培养人才[6]。加强学生学习与实践的能力,保障人才培养的实用性与针对性,有利于教育质量的提升。校企合作能够确保学生所学内容不与社会脱节,使学生的理论学习与实践应用相结合。校企合作实现企业与高校信息共享,促进科技创新成果转化,有利于发掘人才。因此,校企合作是一种“双赢”模式。

通过与企业合作,高校应挖掘具体的专业实践方向或特色研究项目,培养专业高素质人才,在广大学生中形成努力学习和做研究、搞开发的良好风气。要鼓励学生参加突出专业发展和专业理论强化的大学生科技竞赛,强化学生的项目开发、项目制作和项目维护能力,增强学生的就业竞争力。

3.5 改进教学方法,优化教学资源

好的教学方法是提高教学质量的有效手段。随着互联网、大数据和人工智能技术的成熟,出现了很多新型教学模式。在教学中引导学生利用信息技术进行积极探索,有助于增强学生的自主学习能力。将人工智能技术运用于教学的目的就是把“以教师为中心”的传统课堂教学模式转变为“教师主导、学生主体”的教学模式,使学生由被动接受知识转变为主动探究。

目前,智慧校园还有待普及,而基于智能技术与教育信息化的线上教学平台已发展起来。云班课采用人工智能技术,能够实时获取教学活动数据。教师通过分析教学活动情况,有针对性地优化教学策略。伴随人工智能技术的不断发展,智能化教学平台将越来越完善,更能有效地促进教学活动的开展。

3.6 引导学生参加科研活动和各类科技比赛

人工智能因在图像识别、数据挖掘、神经网络等方面的优势,成为高校计算机及相关专业科学研究的热点领域。学生参与教师的科研课题和各类科技比赛,有利于提升自身的创新能力、探索精神和逻辑思维能力。

4 结语

为满足人工智能背景下社会对应用型和创新型计算机人才的需求,本文提出一系列改革措施:加强课程建设,构建复合型教学体系;建立导师制小组培养体系,加强学生专业基础课程学习;实行校企合作,以行业发展和就业市场需求为导向,构建学生专业实践活动平台;改进教学方法,优化教学资源,基于人工智能技术促进计算机人才培养;引导学生参加科研活动和各类科技比赛。实践证明,以上策略有利于强化学生的专业知识和技能学习,有利于培养学生的创新能力,促使他们成为本行业所需要的高素质创新型人才。