談信息技術(shù)類專業(yè)人工智能課程設(shè)計(jì)

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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(duì)高職院校信息技術(shù)類專業(yè)進(jìn)行人工智能技術(shù)方向課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，分析了高職院校人工智能課程設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)，從市場(chǎng)發(fā)展、競(jìng)賽趨勢(shì)、專業(yè)建設(shè)3個(gè)方面進(jìn)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(diǎn)，設(shè)計(jì)了嵌入式的人工智能技術(shù)課程方案，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：人工智能；課程設(shè)計(jì)；高職院校

引言

《中國(guó)新一代人工智能科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2020》指出，我國(guó)已成為繼美國(guó)后擁有人工智能企業(yè)數(shù)量最多的國(guó)家，從技術(shù)發(fā)展、數(shù)據(jù)平臺(tái)到市場(chǎng)，我國(guó)的人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐漸豐富和完善[1]。當(dāng)前人工智能技術(shù)被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命的“引擎”[2]，在政府工作報(bào)告中指出要加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)，加快發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，到2030年在人工智能領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平[3]。教育是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)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(chǎng)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(dāng)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(shí)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(jìn)行課程升級(jí)，培養(yǎng)更多人工智能技術(shù)應(yīng)用方向的人才，以滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)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(jìn)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(jì)，使得人才培養(yǎng)能夠滿足人工智能時(shí)代市場(chǎng)對(duì)人才的需求，拓寬學(xué)生的就業(yè)方向，提升學(xué)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(gè)問題。

2人工智能課程設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

2.1產(chǎn)業(yè)人才需求與高職教育的對(duì)接

目前，國(guó)內(nèi)眾多院校都成立了人工智能學(xué)院，從其技術(shù)課程體系來看，多集中于數(shù)學(xué)、算法研究、機(jī)器學(xué)習(xí)等基礎(chǔ)研發(fā)類課程[5]，這類課程從課程難度和目標(biāo)定位上不適應(yīng)于高職階段的教學(xué)。高職教育人工智能教學(xué)課程體系尚未統(tǒng)一，市面教材普遍偏重理論，內(nèi)容深?yuàn)W較為枯燥，與實(shí)踐聯(lián)系不足，課程體系、知識(shí)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(yán)重不足。從就業(yè)需求來看，當(dāng)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(duì)從業(yè)者的素質(zhì)要求很高，較多招聘崗位都以研究生學(xué)歷起步，在算法和技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域并不適合高職學(xué)生，高職學(xué)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(xué)生的工程實(shí)踐和技術(shù)應(yīng)用能力，因此在課程設(shè)計(jì)中必須將理論教學(xué)融入項(xiàng)目實(shí)踐，以項(xiàng)目帶動(dòng)理論知識(shí)學(xué)習(xí)。當(dāng)前我國(guó)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(chǎng)景，不同應(yīng)用場(chǎng)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(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、認(rèn)知科學(xué)和機(jī)器人學(xué)，如何確立一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，并基于該領(lǐng)域進(jìn)行工具、技術(shù)、算法、語言等的選擇，是設(shè)計(jì)人工智能課程時(shí)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)平臺(tái)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(xiàng)目案例為導(dǎo)向，課程設(shè)計(jì)必然會(huì)涉及深度學(xué)習(xí)平臺(tái)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(chǎng)調(diào)研

第四屆世界智能大會(huì)報(bào)告指出，人工智能技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)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(jì)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(chǎng)景中，計(jì)算機(jī)視覺、語言技術(shù)、自然語言處理3個(gè)市場(chǎng)的規(guī)模占比較大，其中計(jì)算機(jī)視覺方向、人臉識(shí)別、工業(yè)識(shí)別方向深度融合場(chǎng)景需求和應(yīng)用占比最大，因此在課程中可以偏重計(jì)算視覺方面進(jìn)行項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)。

3.2競(jìng)賽調(diào)研

在網(wǎng)絡(luò)公布的2019年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽的賽項(xiàng)申報(bào)方案中，賽題以人工智能計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在安保場(chǎng)景中的應(yīng)用為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考查選手在使用人工智能技術(shù)處理業(yè)務(wù)時(shí)所需要的技術(shù)技能，主要包括系統(tǒng)運(yùn)維、數(shù)據(jù)分析、算法應(yīng)用和軟件編程4方面的能力。競(jìng)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(shí)際問題，使參賽選手能夠了解、掌握并充分訓(xùn)練在人工智能計(jì)算機(jī)視覺方向中的多種技術(shù)技能，包括人工智能平臺(tái)搭建、視頻數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)標(biāo)注、圖像數(shù)據(jù)集構(gòu)建、訓(xùn)練數(shù)據(jù)預(yù)處理和人工智能模型訓(xùn)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(xiàng)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(shí)際工程項(xiàng)目為依托，圍繞人工智能環(huán)境搭建與運(yùn)維、人工智能建模、人工智能應(yīng)用案例開發(fā)等不同目標(biāo)崗位能力，涵蓋了豐富的專業(yè)知識(shí)與專業(yè)技能點(diǎn)，有利于增強(qiáng)參賽學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

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(hù)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(yùn)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(biāo)。人才培養(yǎng)課程體系圍繞培養(yǎng)目標(biāo)展開，專業(yè)設(shè)置包含人工智能數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課、編程語言課、算法課、大數(shù)據(jù)處理課、云計(jì)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(shí)訓(xùn)課等一整套涵蓋人工智能技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)、運(yùn)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(jì)

4.1課程定位

基于上述人工智能技術(shù)市場(chǎng)和教育背景分析，將人工智能課程的培養(yǎng)目標(biāo)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(gè)完整的人工智能技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目，具備人工智能行業(yè)從業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)素養(yǎng)。

4.2課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

課程選取TensorFlow作為主要的人工智能技術(shù)平臺(tái)，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(jí)兩個(gè)階段，分兩個(gè)學(xué)期開展，并嵌入當(dāng)前的課程體系中?；A(chǔ)課程有64學(xué)時(shí)，主要講授人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)概念、Python基礎(chǔ)語法、Python數(shù)據(jù)處理庫(kù)、典型人工智能深度學(xué)習(xí)算法及其應(yīng)用，并使用TensorFlow機(jī)器學(xué)習(xí)框架完成3個(gè)預(yù)測(cè)案例。高級(jí)課程的40學(xué)時(shí)面向圖像識(shí)別，以O(shè)penCV為工具講解視頻處理、圖像處理、數(shù)據(jù)標(biāo)注，基于基礎(chǔ)課程知識(shí)技能，使用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行模型訓(xùn)練，完成一個(gè)人體行為識(shí)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(xué)和算法方面，以需求為引導(dǎo)、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(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的興趣。

4.3翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)

課程開展形式參考Udacity人工智能技術(shù)導(dǎo)論課程，融合翻轉(zhuǎn)課堂要素，在學(xué)習(xí)環(huán)境中增加與學(xué)生的多元互動(dòng)，將知識(shí)點(diǎn)模塊化，降低難度。在講解理論知識(shí)點(diǎn)后，及時(shí)通過課堂測(cè)驗(yàn)、小組作業(yè)、頭腦風(fēng)暴等互動(dòng)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，借鑒國(guó)家精品課程資源庫(kù)等網(wǎng)絡(luò)資源，融入教學(xué)過程，提前部署預(yù)習(xí)任務(wù)，通過預(yù)習(xí)讓學(xué)生提前了解課堂知識(shí)脈絡(luò)，在課堂上重點(diǎn)講解知識(shí)難點(diǎn)和重點(diǎn)，結(jié)合案例操作和應(yīng)用實(shí)踐強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

5結(jié)語

在軟件技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)進(jìn)行了課程實(shí)踐，增加了人工智能應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)和高級(jí)兩門課程，分別開設(shè)在第四學(xué)期和第五學(xué)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(shí)踐結(jié)合起來，獲得了較好的教學(xué)效果。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上參加了多項(xiàng)與大數(shù)據(jù)、人工智能相關(guān)的比賽，并獲得市級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，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(qǐng)了課題項(xiàng)目，后續(xù)將根據(jù)技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)不斷調(diào)整課程內(nèi)容和教學(xué)方式，對(duì)課程教學(xué)模式和效果進(jìn)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。

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作者：杜海穎 單位：天津職業(yè)大學(xué)