摘要：人工智能技術(shù)作為“新工科”計劃核心技術(shù)之一，為傳統(tǒng)的電子專業(yè)教育教學(xué)帶來了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。文章闡述了“新工科”背景下，對電子專業(yè)本科生進(jìn)行人工智能教育和教學(xué)的意義及必要性，提出了人工智能教學(xué)“強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，擴(kuò)展應(yīng)用”的教學(xué)設(shè)計原則，并結(jié)合蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院的實際情況，提出并實施了一系列實踐措施，取得了良好的效果。

　　關(guān)鍵詞：新工科;人工智能;電子專業(yè);教育實踐

　　人工智能評職知識：人工智能應(yīng)用論文投稿哪類期刊

　　《計算機(jī)與數(shù)字工程》(月刊)創(chuàng)刊于1973年，由中國船舶重工集團(tuán)公司第七○九研究所主辦。由國家新聞出版署指定參加全國優(yōu)秀期刊展覽。堅持理論聯(lián)系實際;堅持實事求是的學(xué)風(fēng);堅持以應(yīng)用為主，提高與普及并重;堅持創(chuàng)新，堅持以刊登國內(nèi)外計算機(jī)方面的新理論、新技術(shù)、新工藝、新成果研究為主;以學(xué)術(shù)性、技術(shù)性為辦刊特色，論文以中短專文為主;力求更快地為讀者提供更多的有益的信息。

　　一、新工科與人工智能技術(shù)

　　2017年以來，教育部一直在積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)。新工科以智能制造、云計算、人工智能、機(jī)器人等用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。而人工智能相關(guān)技術(shù)是“新工科”計劃中尤為重要的一環(huán)。近年來，隨著硬件的不斷進(jìn)步及工業(yè)4.0的日趨臨近，人工智能成為研究領(lǐng)域的熱點。

　　硬件的發(fā)展為人工智能算法優(yōu)化及進(jìn)化提供了強(qiáng)有力的支撐，各領(lǐng)域的人工智能理論研究及應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，其中以語音及視覺領(lǐng)域人工智能效果最為顯著，因此市場化程度也最高，從車站的人臉識別到語音助手等一系列應(yīng)用也進(jìn)一步推進(jìn)了人工智能的普及。在技術(shù)上，人工智能已慢慢滲透到了各個學(xué)科。如，醫(yī)學(xué)、教育、物理、天文等，成為這些學(xué)科的基本工具，并會逐漸成為技術(shù)人員的必備工具，而非專業(yè)研究人員的專屬。

　　例如，目前主流的NPU價格越來越便宜，未來會與嵌入式處理器一樣，成為嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。電子專業(yè)雖然是一個傳統(tǒng)專業(yè)，但同時也是一個軟硬結(jié)合、學(xué)科交叉的專業(yè)。在專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)體系中，既強(qiáng)調(diào)學(xué)生基本電路理論與設(shè)計能力的培養(yǎng)，又強(qiáng)調(diào)全方位編程能力的養(yǎng)成。因此，在專業(yè)課程設(shè)置方面，既有傳統(tǒng)的軟硬件課程，又有計算機(jī)、機(jī)械等專業(yè)的課程。在人工智能廣泛滲透以及“新工科”建設(shè)的大背景下，電子專業(yè)的學(xué)生也要適應(yīng)新時代的需求，在本科階段需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄芙逃�，以初步具備人工智能開發(fā)和研究的基礎(chǔ)和能力，更好地為以后的職業(yè)生涯服務(wù)。

　　二、電子專業(yè)本科階段人工智能教育教學(xué)設(shè)計

　　在對電子專業(yè)本科生進(jìn)行人工智能教育時，總體原則是“強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，擴(kuò)展應(yīng)用”。本科階段主要以基礎(chǔ)教育為主，這里包括了本專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)以及其他相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。人工智能正處于高速發(fā)展的階段，遠(yuǎn)未成熟，因此，很難形成一個完備的體系進(jìn)行教學(xué)。

　　所以，電子專業(yè)進(jìn)行人工智能教育教學(xué)時，必須強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。所謂的基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)包括人工智能相關(guān)的基礎(chǔ)理論、基本方法以及基礎(chǔ)應(yīng)用的學(xué)習(xí)，不強(qiáng)調(diào)某一應(yīng)用領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，而是盡量學(xué)習(xí)通用的方法及理論，這樣才能讓學(xué)生在后續(xù)研究生的學(xué)習(xí)中，具備堅實的基礎(chǔ)，不至于一葉障目。在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)的同時，也不能忽視在應(yīng)用中將所學(xué)知識進(jìn)行實踐和擴(kuò)展。電子專業(yè)是典型的應(yīng)用型工科專業(yè)，所學(xué)知識必須要應(yīng)用于工程實踐，人工智能同樣也是強(qiáng)調(diào)應(yīng)用的實踐和方向，因此，必須強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，以應(yīng)用激發(fā)學(xué)生興趣，鼓勵其自主學(xué)習(xí)、自主擴(kuò)展。

　　三、電子專業(yè)本科人工智能教學(xué)實踐

　　本科階段主要以基礎(chǔ)教育為主，因此類似于人工智能這種專業(yè)較強(qiáng)的課程不宜直接教授給學(xué)生，否則可能適得其反，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。以蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院電子測控系為例，在系內(nèi)幾位教師的摸索后，總結(jié)了以下實施措施：

　　(一)人工智能基礎(chǔ)教育

　　基礎(chǔ)教育主要包括基本理論的學(xué)習(xí)，如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、最優(yōu)化方法及概率論等，這些課程以人工智能為背景，以習(xí)題或課程設(shè)計的形式展開人工智能相關(guān)基礎(chǔ)教育。從學(xué)院實際的實施經(jīng)驗來看，此舉不光可以普及相關(guān)基礎(chǔ)理論，還可以有效地讓學(xué)生理解所學(xué)抽象理論的具體用途，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;在進(jìn)行基礎(chǔ)類課程教學(xué)時，任課教師會有意將深度學(xué)習(xí)等應(yīng)用作為課程設(shè)計或者實際案例進(jìn)行講解，從而讓學(xué)生在低年級學(xué)習(xí)基礎(chǔ)類課程時，不至于感到迷茫。

　　據(jù)筆者觀察，低年級本科生中有大部分厭學(xué)情緒的問題學(xué)生，而他們的厭學(xué)情緒有很大比例是在學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)類課程時產(chǎn)生的。傳統(tǒng)的教學(xué)方法過于強(qiáng)調(diào)對抽象概念的理解和講授而忽略了學(xué)生正常的認(rèn)知過程，最終適得其反。而通過將人工智能等熱門技術(shù)作為基礎(chǔ)類課程的背景或應(yīng)用，將兩者進(jìn)行結(jié)合，則可以很好地解決這一矛盾，為基礎(chǔ)類課程的講授注入了一股新鮮的血液。

　　(二)增加相關(guān)選修課程及高年級研討課程

　　對于電子類專業(yè)本科生來說，選修課設(shè)置更加靈活，方式也更多樣，可以增加更多緊貼時代特征的課程。以蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院為例，為了提高人工智能在本科生教育中的普及程度，在新生入學(xué)時即開展專業(yè)導(dǎo)論一課，專業(yè)導(dǎo)論主要是請知名教授講授專業(yè)相關(guān)前沿方向，而不涉及具體知識，以啟發(fā)學(xué)生思考。本學(xué)院專業(yè)導(dǎo)論一課由系內(nèi)主攻語音和圖像的教師以實物及講座的形式教學(xué)，讓學(xué)生一方面直觀地感受人工智能所帶來的改變，另一方面通過講座了解人工智能與本專業(yè)的關(guān)系及最新的發(fā)展方向。

　　高年級的學(xué)生已經(jīng)具備了數(shù)學(xué)、編程等基本知識，同時又面臨以后考研方向的選擇問題，因此，我們針對大三學(xué)生設(shè)置了“圖像處理與深度學(xué)習(xí)”“基于深度網(wǎng)絡(luò)的語音模式識別”等選修課程，由科研一線的教師教學(xué)，他們一般在自己的學(xué)術(shù)方向上有很深的造詣，對于國內(nèi)外發(fā)展方向非常了解，同時也有具體的項目在進(jìn)行。因此，通過選修此類課程，學(xué)生不光可以通過教學(xué)完成一些簡單模型，還可以通過課程設(shè)計，通過與教師交流，完成一些相對復(fù)雜、具有實際意義的作品。

　　此外，學(xué)院目前的思路是通過選修來一方面磨練教師隊伍，另一方面培育精品課程，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榫�品必修課。此外，學(xué)院還增設(shè)了高年級研討課程。所謂高年級研討課程即在本科高年級階段嵌入碩士階段學(xué)科基礎(chǔ)課程，借助于研究性、探究式、互動式等教學(xué)方式，進(jìn)一步深化學(xué)生對專業(yè)領(lǐng)域的認(rèn)識，提升其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力。

　　這也是在研究生入學(xué)率逐年上升的背景下進(jìn)行的。據(jù)統(tǒng)計，學(xué)院每年有一半以上的學(xué)生通過考試、保送等途徑進(jìn)入碩士研究生階段的學(xué)習(xí)，因此，很有必要增設(shè)高年級研討課。在增設(shè)的高年級研討課程過程中，充分考慮了各個前沿研究領(lǐng)域所需的基礎(chǔ)知識，用以開設(shè)相應(yīng)課程。具體到人工智能方向，開設(shè)了“模式識別”等相對基礎(chǔ)、但對于基礎(chǔ)技術(shù)和理論的掌握不可或缺的課程。

　　(三)通過實習(xí)提高學(xué)生動手能力

　　與大部分高校不同，蘇州大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院目前采用定點階段式實習(xí)方案，即從大一開始，每學(xué)年均有實習(xí)，而非集中到一個大塊時間去集體實習(xí)。學(xué)院實習(xí)基地分為校內(nèi)實習(xí)基地和校外實習(xí)基地兩個部分。校內(nèi)實驗基地主要包括本科生創(chuàng)新實驗室和光電工程創(chuàng)新與創(chuàng)客中心;校外基地主要是校外的多家公司。

　　光電學(xué)院創(chuàng)新實驗室等校內(nèi)實習(xí)基地共享學(xué)院硬件資源，具有相對完備的研究條件，同時可以直接使用學(xué)院內(nèi)各位教師和研究生的智力資源;長三角擁有發(fā)達(dá)的制造業(yè)，目前正處于往智能制造方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變的階段，校外實習(xí)基地優(yōu)先選擇這些智能制造以及配套的相關(guān)公司，讓學(xué)生不僅能夠通過實習(xí)學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)技術(shù)，更重要的是可以通過正規(guī)化運作的公司，直觀地觀摩人工智能相關(guān)技術(shù)由研發(fā)到落地的完整過程，而技術(shù)落地恰恰是目前人工智能相關(guān)技術(shù)必須面對的重要問題之一。

　　(四)以學(xué)科競賽促進(jìn)人工智能應(yīng)用

　　教育部門組織各類學(xué)科競賽的目的是推動教學(xué)課程體系和課程內(nèi)容改革，特點是與相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容緊密結(jié)合。學(xué)科競賽對于本科來說是難得的學(xué)習(xí)機(jī)會，通過學(xué)科競賽，學(xué)生才能將已經(jīng)學(xué)習(xí)的理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，這對于工科專業(yè)本科生尤其重要。目前，電子專業(yè)的學(xué)科競賽主要包括全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽、全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽等。

　　隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，目前學(xué)科競賽已經(jīng)開始出現(xiàn)人工智能應(yīng)用類題目，主要用于模糊判斷及大數(shù)據(jù)分析等方面。這也明確傳達(dá)了一個信號，即人工智能技術(shù)已經(jīng)成為技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)。同時，這也要求教師對于本科生應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行人工智能方面知識的講授，以解決傳統(tǒng)方法難以解決的問題。在人工智能已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略的背景下，可以預(yù)測，以后也會有針對本科生的人工智能應(yīng)用本身的學(xué)科競賽活動，這對于電子專業(yè)相關(guān)學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用人工智能相關(guān)技術(shù)有很大的激勵作用。

　　四、總結(jié)

　　實踐表明，針對電子專業(yè)本科教學(xué)現(xiàn)狀，有目的地、從基礎(chǔ)到應(yīng)用系統(tǒng)地展開人工智能教育是必要的，學(xué)生學(xué)習(xí)和進(jìn)一步深入研究人工智能相關(guān)技術(shù)的熱情空前高漲，開設(shè)的一些必修和選修課程也受到了學(xué)生的歡迎，更多的學(xué)生能夠參與到課程設(shè)計與學(xué)科競賽中，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和對知識的遷移能力得到了普遍提高。在進(jìn)行人工智能教育的探索過程中，還有許多問題，如模型解釋性問題等需要解決，但在當(dāng)前國際形式下，在“新工科”背景下，在電子專業(yè)開展人工智能教育是學(xué)科未來必然的發(fā)展趨勢。

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