談信息技術(shù)類專業(yè)人工智能課程設(shè)計

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摘要：在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的背景下，本文對高職院校信息技術(shù)類專業(yè)進行人工智能技術(shù)方向課程設(shè)計進行了研究，分析了高職院校人工智能課程設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)，從市場發(fā)展、競賽趨勢、專業(yè)建設(shè)3個方面進行了需求調(diào)研和分析，并結(jié)合高職院校的人才培養(yǎng)特點，設(shè)計了嵌入式的人工智能技術(shù)課程方案，希望能夠為相關(guān)研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：人工智能；課程設(shè)計；高職院校

引言

《中國新一代人工智能科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》指出，我國已成為繼美國后擁有人工智能企業(yè)數(shù)量最多的國家，從技術(shù)發(fā)展、數(shù)據(jù)平臺到市場，我國的人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸豐富和完善[1]。當前人工智能技術(shù)被認為是第四次工業(yè)革命的“引擎”[2]，在政府工作報告中指出要加快建設(shè)制造強國，加快發(fā)展先進制造業(yè)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合，到2030年在人工智能領(lǐng)域達到世界領(lǐng)先水平[3]。教育是實現(xiàn)這一目標的根本途徑，必須大力培養(yǎng)人工智能領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用人才。

1高職人工智能人才培養(yǎng)的背景

隨著人工智能應(yīng)用的落地，人工智能市場人才需求逐步明朗，高職階段的人工智能人才培養(yǎng)也逐漸展開，當前諸多職業(yè)院校正在積極探索人工智能專業(yè)建設(shè)。在人工智能時代，眾多院校都在謀劃與人工智能技術(shù)的結(jié)合[4]。而與人工智能技術(shù)關(guān)系最為緊密的信息技術(shù)類專業(yè)，尤其需要進行課程升級，培養(yǎng)更多人工智能技術(shù)應(yīng)用方向的人才，以滿足當前市場對人才的需求。高職信息技術(shù)類專業(yè)人才該如何在人工智能浪潮中進行定位，如何優(yōu)化高職信息技術(shù)類專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系設(shè)計，使得人才培養(yǎng)能夠滿足人工智能時代市場對人才的需求，拓寬學生的就業(yè)方向，提升學生的未來職業(yè)發(fā)展水平，是專業(yè)發(fā)展必須面臨和解決的一個問題。

2人工智能課程設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

2.1產(chǎn)業(yè)人才需求與高職教育的對接

目前，國內(nèi)眾多院校都成立了人工智能學院，從其技術(shù)課程體系來看，多集中于數(shù)學、算法研究、機器學習等基礎(chǔ)研發(fā)類課程[5]，這類課程從課程難度和目標定位上不適應(yīng)于高職階段的教學。高職教育人工智能教學課程體系尚未統(tǒng)一，市面教材普遍偏重理論，內(nèi)容深奧較為枯燥，與實踐聯(lián)系不足，課程體系、知識體系仍處于探索階段。另外，相比本科院校，高職院校在人工智能領(lǐng)域的師資嚴重不足。從就業(yè)需求來看，當前人工智能從業(yè)者多集中于各種算法、開發(fā)框架等研發(fā)方面，對從業(yè)者的素質(zhì)要求很高，較多招聘崗位都以研究生學歷起步，在算法和技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域并不適合高職學生，高職學生在人工智能產(chǎn)業(yè)鏈的定位還需要再明確。

2.2技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域選擇

高職教育側(cè)重培養(yǎng)學生的工程實踐和技術(shù)應(yīng)用能力，因此在課程設(shè)計中必須將理論教學融入項目實踐，以項目帶動理論知識學習。當前我國擁有數(shù)量龐大的網(wǎng)民，產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)資源，豐富的產(chǎn)業(yè)環(huán)境為人工智能提供了各種應(yīng)用場景，不同應(yīng)用場景下所使用的算法、技術(shù)、工具各有側(cè)重。目前，人工智能技術(shù)領(lǐng)域有計算機視覺、機器學習、自然語言處理、認知科學和機器人學，如何確立一個應(yīng)用領(lǐng)域，并基于該領(lǐng)域進行工具、技術(shù)、算法、語言等的選擇，是設(shè)計人工智能課程時需要解決的問題。

2.3人工智能技術(shù)框架選擇

人工智能的相關(guān)技術(shù)眾多，開源人工智能深度學習框架也有很多，如谷歌的TensorFlow、百度的PaddlePaddle、臉書的Caff、微軟的CognitiveToolkit等，開發(fā)語言有Python、Lisp、Prolog、Java等。這些人工智能深度學習平臺為開發(fā)者提供了工具和模型，使開發(fā)者不用重新構(gòu)建基礎(chǔ)模型，極大減少工作量，是人工智能技術(shù)研發(fā)人員必備的利器。高職人工智能技術(shù)課程以項目案例為導向，課程設(shè)計必然會涉及深度學習平臺的使用，那么采用哪種開發(fā)語言、基于哪種開源框架，就需要確立和統(tǒng)一。

3需求調(diào)研

3.1市場調(diào)研

第四屆世界智能大會報告指出，人工智能技術(shù)與實體經(jīng)濟企業(yè)的融合正在逐漸深入，兩者融合共同構(gòu)建產(chǎn)業(yè)智能化創(chuàng)新生態(tài)，為企業(yè)創(chuàng)造新的活力和發(fā)展。最為典型的應(yīng)用有智能安防產(chǎn)業(yè)，圍繞視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、終端和邊緣計算，形成了富有活力的創(chuàng)新模式。騰訊2020人工智能白皮書中指出，在人工智能技術(shù)應(yīng)用場景中，計算機視覺、語言技術(shù)、自然語言處理3個市場的規(guī)模占比較大，其中計算機視覺方向、人臉識別、工業(yè)識別方向深度融合場景需求和應(yīng)用占比最大，因此在課程中可以偏重計算視覺方面進行項目案例設(shè)計。

3.2競賽調(diào)研

在網(wǎng)絡(luò)公布的2019年全國職業(yè)院校技能大賽的賽項申報方案中，賽題以人工智能計算機視覺技術(shù)在安保場景中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，重點考查選手在使用人工智能技術(shù)處理業(yè)務(wù)時所需要的技術(shù)技能，主要包括系統(tǒng)運維、數(shù)據(jù)分析、算法應(yīng)用和軟件編程4方面的能力。競賽內(nèi)容將人工智能技術(shù)與相關(guān)行業(yè)需求結(jié)合起來，力圖解決行業(yè)面臨的實際問題，使參賽選手能夠了解、掌握并充分訓練在人工智能計算機視覺方向中的多種技術(shù)技能，包括人工智能平臺搭建、視頻數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)標注、圖像數(shù)據(jù)集構(gòu)建、訓練數(shù)據(jù)預(yù)處理和人工智能模型訓練等。2019年，河北、山東、遼寧、四川、廣東等省份舉辦了高職組的人工智能技術(shù)賽事，綜合各省賽項規(guī)程，高職組的人工智能技術(shù)大賽面向職業(yè)崗位技能，以實際工程項目為依托，圍繞人工智能環(huán)境搭建與運維、人工智能建模、人工智能應(yīng)用案例開發(fā)等不同目標崗位能力，涵蓋了豐富的專業(yè)知識與專業(yè)技能點，有利于增強參賽學生的團隊意識。

3.3專業(yè)調(diào)研

教育部在2019年新增了高職人工智能技術(shù)服務(wù)專業(yè)，并在2020年執(zhí)行，人工智能技術(shù)服務(wù)專業(yè)以培養(yǎng)具備人工智能技術(shù)應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)管理與維護等能力，從事人工智能相關(guān)的應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)集成與運維、產(chǎn)品銷售與咨詢、售前售后技術(shù)支持等工作的高素質(zhì)技能人才為目標。人才培養(yǎng)課程體系圍繞培養(yǎng)目標展開，專業(yè)設(shè)置包含人工智能數(shù)學基礎(chǔ)課、編程語言課、算法課、大數(shù)據(jù)處理課、云計算基礎(chǔ)課程、人工智能技術(shù)框架課，以及包含諸如圖像處理技術(shù)的綜合實訓課等一整套涵蓋人工智能技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)、運維、技術(shù)支持等崗位的課程體系。不同于人工智能應(yīng)用技術(shù)專業(yè)完全重建課程體系，傳統(tǒng)的信息類專業(yè)各自有專業(yè)核心課程和技術(shù)方向，因此需要合理嵌入人工智能技術(shù)課程，刪減較為陳舊的課程，并優(yōu)化課程體系。

4嵌入式人工智能課程設(shè)計

4.1課程定位

基于上述人工智能技術(shù)市場和教育背景分析，將人工智能課程的培養(yǎng)目標定位為：了解人工智能技術(shù)背景，了解若干算法和工具，能使用一套主流框架技術(shù)，能搭建一個完整的人工智能技術(shù)應(yīng)用項目，具備人工智能行業(yè)從業(yè)基礎(chǔ)知識素養(yǎng)。

4.2課程內(nèi)容設(shè)計

課程選取TensorFlow作為主要的人工智能技術(shù)平臺，以圖像處理為案例應(yīng)用方向，將人工智能課程分為基礎(chǔ)和高級兩個階段，分兩個學期開展，并嵌入當前的課程體系中?；A(chǔ)課程有64學時，主要講授人工智能機器學習的基礎(chǔ)概念、Python基礎(chǔ)語法、Python數(shù)據(jù)處理庫、典型人工智能深度學習算法及其應(yīng)用，并使用TensorFlow機器學習框架完成3個預(yù)測案例。高級課程的40學時面向圖像識別，以O(shè)penCV為工具講解視頻處理、圖像處理、數(shù)據(jù)標注，基于基礎(chǔ)課程知識技能，使用深度學習算法進行模型訓練，完成一個人體行為識別模型應(yīng)用案例。整體課程側(cè)重案例和技術(shù)應(yīng)用，在理論方面，尤其在數(shù)學和算法方面，以需求為引導、以夠用為原則，降低人工智能技術(shù)課程在理論和算法方面的難度，激發(fā)高職階段學生對人工智能技術(shù)的興趣。

4.3翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

課程開展形式參考Udacity人工智能技術(shù)導論課程，融合翻轉(zhuǎn)課堂要素，在學習環(huán)境中增加與學生的多元互動，將知識點模塊化，降低難度。在講解理論知識點后，及時通過課堂測驗、小組作業(yè)、頭腦風暴等互動方式激發(fā)學生的學習興趣。此外，借鑒國家精品課程資源庫等網(wǎng)絡(luò)資源，融入教學過程，提前部署預(yù)習任務(wù)，通過預(yù)習讓學生提前了解課堂知識脈絡(luò)，在課堂上重點講解知識難點和重點，結(jié)合案例操作和應(yīng)用實踐強化學生的學習效果。

5結(jié)語

在軟件技術(shù)、計算機應(yīng)用專業(yè)進行了課程實踐，增加了人工智能應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)和高級兩門課程，分別開設(shè)在第四學期和第五學期。課程充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，融入翻轉(zhuǎn)課堂要素，將課程理論與實踐結(jié)合起來，獲得了較好的教學效果。學生在課程學習的基礎(chǔ)上參加了多項與大數(shù)據(jù)、人工智能相關(guān)的比賽，并獲得市級獎項，鍛煉和提升了專業(yè)技能水平。專業(yè)教師結(jié)合課程改革申請了課題項目，后續(xù)將根據(jù)技術(shù)和市場發(fā)展趨勢不斷調(diào)整課程內(nèi)容和教學方式，對課程教學模式和效果進行不斷總結(jié)、修正和完善，打造更加適應(yīng)高職信息技術(shù)類專業(yè)的特色人工智能應(yīng)用技術(shù)課程。

參考文獻

[1]南開大學新聞網(wǎng).《中國新一代人工智能科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》[EB/OL].(2020-06-24)[2020-09-15].

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[5]王少青.人工智能應(yīng)用型人才培養(yǎng)課程體系構(gòu)建[J].計算機時代,2020(7):93-95.

作者：杜海穎 單位：天津職業(yè)大學