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《人工智能本科专业知识体系与课程设置》新书
发布日期:2019-09-17 访问量:

  9月21日上午,由国家自然科学基金委员会信息科学部、中国认知科学学会和中国自动化学会联合主办,西安交通大学等单位承办的第二届中国认知计算机与混合智能学术大会举行。在大会中,中国工程院院士、西安交通大学教授郑南宁新书《人工智能本科专业知识体系与课程设置》发布。

  郑南宁表示,这本书是对我国长期以来人工智能领域的科学研究和人才培养的总结,希望大家通过此书能共同完善人工智能本科教育的知识体系。他谈到,教育不是注满一桶水,而是要以学生为本,以创造为源,为学生内心点燃一把火,打开一扇门,引导他们主动探索人工智能奥秘。

  清华大学出版社常务副总编卢先和表示,人工智◆▼能发展一日千里,已深入改变和影响了人们的日常生活。作为为高校教育科研服务的出版社,非常荣幸出版郑南宁院士关于人工智能培养体系的书籍,这本书对我国人工智能领域教育有着十分重要的推动作用。

  郑南宁:人类的现代科学技术是以指数级增长的。40亿年以来,地球上生命遵循着最基本的自然进化法则缓慢地演化。然而,随着人工智能等科学技术的发展,人类历史上将会出现按照有机化学规则演变的生命和无机的智慧生命并存的形态,或者说人类有可能利用计算机和人工智能去设计生命。在我们生存的地球上将会出现按照有机化学规则演变的生命和无机的智慧生命并存的形态。目前,尽管我们无法具体描述未来几十年人工智能技术会形成什么样的形态,但是可以确定的是,人工智能技术的发展一定会给人类带来革命性的变化,“变”是确定的。未来三十年人工智能技术的发展对人类的生活和工作所带来的改变,一定会远超人类过去数百年来所发生的变化。

  进入新世纪,大家都体会到了人工智能给我们生活、工作带来的变化,这种变化不是说是新的人工智能概念的产生。尽管人工智能的许多应用领域已经成熟,但人工智能研究的基本原则和目标仍与1956年达特茅思会议所定义的人工智能保持着惊人的相似,即创造一种机器,它能够类似于人类去思考和行动。现在我们的科学家和工程师们都在为实现这一目标而努力。无论是现在的语音识别、人脸识别、还是无人驾驶,都是实现人工智能这一基本目标的卓越成果。

  我本人带领团队在人★◇▽▼•工智能领域探索30余年,感受最深的是团队建设的文化与科研环境要使我们每一个成员都能定下心、稳住神,持之以恒地开展▲★-●科研工作,特别是在探索科学前沿问题时,要支持“好奇心驱动的研究”,支持“相信且追寻自身直觉的学者”,这是一个成功创新生态系统的必备要素。科学研究是一种追求理性结果的过程,但在这一追求的过程中往往需要一种“疯狂”,即需要一种“着谜”的锲而不舍的科学精神。

  郑南宁:人工智能是引领新一轮科技革命和产业变革的战略性技术,正在对经济发展、社会进步、国际政治经济格局等方面产生重大深远的影响。经多年持续发展,我国在人工智能部分领域的科学研究和技术应用已经取得显著进展,但在基础理论、原创算法、高端芯片和生态系统等方面与发达国家相比仍有较大差距。究其□◁原因,一方面是中国的信息产业基础还存在一些短板,研发投入与市场构成的创新生态要素也不完备;另一方面中国高校在这些学科领域人才培养导向性不强、学科缺乏深度融合、缺乏科教结合育人的机制。人才已成为制约中国人工智能发展的关键瓶颈。

  “计算与人工智能”已无所不在。为应对计算的普及和人工智能崛起带来的全球机遇和挑战,中国的高校需要在人才培养和学科建设进行重要的结构性变革,将计算和人工智能的力量带到高校的所有学科研究领域,并融合其他学科的见解和观点共同塑造计算和人工智能的未来。

  人工智能人才培养应对接国家重大需求,采取更加积极有效的措施,例如:建设示范性人工智能学院或中心,让不同类型和不同层次的学校面向国家的重大需求,都能找到各自人才培养的定位和目标;在相关学科或专业设人工智能方向交叉学科;在所有学科或专业引入“计算与人工智能方法”相关课程等。

  郑南宁:早在1986年,西安交通大学就在全国率先成立了在人工智能领域第一个专职科研机构——“人工智能与机器人研究所”(简称人机所),开始人工智能方向研究生的培养,从今天的人工智能发展来看,当时的学术判断和坚持是具有前瞻性的。在我们研究所成立至今的33年历程中,世界范围内人工智能的发展曾经历过寒冬,但我们始终坚持人工智能、特别是计算机视觉的应用基础理论研究,并与国家重大需求相结合,没有放弃当初建所时的学术目标和追求,在33年的发展中,培养了以旷视首席科学家孙剑为代表的一批学术界和产业界的领军人才,成为高水平创新人才培养的重要基地。

  2018年,西安交通大学设立了“人工智能拔尖人才培养试验班”,探索培养人工智能方向本科生,并于2018年招收第一批本科生。2018年11月在人机所的基础上成立了人工智能学院,2019年3月获教育部首批“人工智能”本科新专业建设资格。人工智能试验班人才培养的“人工智能拔尖人才培养试验班”的基本宗旨是,注重“脑” (Mind)与“手”(Hand)相结合,即“知识的学习”与“动手的实践”相融相长,为学生今后能成为人工智能领域的“大科学家”、成为具有“科学家素养”的工程师和相关领域的创新、创业的高层次人才奠定知识和能力的基础。

  人工智能多学科交叉、高度复杂、强渗透性的学科特点决定了人工智能的人才培养具有高度挑战性。我们认为,在探索“人工智能+X”◇…=▲复合专业培养新模式的同时,应首先立足于根本,把人工智能专业本身建好。人工智能专业培养定位应强调“厚基础”“重交叉”与“宽口径”:学生应掌握扎实的数理基础,熟悉人工智能的基本方法及脑认知等交叉学科知识,具备科学家素养、实践动手能力与创新能力,并且拥有较为开阔的产业应用视角与国际前瞻视野。我们相信,按照这样的方式培养的学生面对未来将具有更强的可塑性和更广阔的发展空间。

  记者:《☆△◆▲■人工智能本科专业知识体系与课程设置》即将发布,它的特色和亮点是什么?这些设置背后有着怎样的思考?

  郑南宁:教育的基本问题是培养什么样的人,怎样培养人,而专业知识体系构建与课程设置是为人才培养提供保障的重要载体之一。专业知识体系构建与课程设置是一个不断完善的过程,只有坚持实践、与时俱进,使其知识体系的建设和教育质量的提高成为一种创造的追求,才能使我们通过教育的实践培养出优秀的人才。潜心教育与课程建设不仅是对教师科学生命的一种延续,也是不断焕发教师科学青春的一剂良方。这是我们组织编著《人工智能本科专业知识体系与课程设置》的基本思考。

  人工智能是一门新兴的技术科学,具有多学科综合、高度复杂的特征以及渗透力和支撑性强等特点,它涉及到信息科学、认知科学、脑科学、神经科学、数学、心理学、人文社科与哲学等多学科的深度交叉融合。人工智能专业的建设目标是培养扎实掌握人工智能基础理论、基本方法、应用工程与技术,熟悉人工智能相关交叉学科知识,具备科学素养、实践能力、创新能力、系统思维能力、产业视角与国际视野,未来能在我国人工智能学科与产业技术发展中发挥重要作用,并有潜力成长为一流的人工智能领域人才。一流高校的人工智能的人才培养应重视思考未来的人工智能需要从哪些学科获得灵感。

  从2017年开始,经历两年多的深入研讨和推敲,借鉴国际一流大学人工智能教育最新知识体系和培养理念,最终形成了人工智能本科专业知识体系中的人工智能核心、数学与统计、科学与工程、计算机科学与技术、认知与神经科学、先进机器人技术、人工智能与社会、人工智能工具与平台等八大课程群计37门课程,其中必修25门、选修12门(完成所需学分须选修其中7门)。在实践方面,还专门设置了“专业综合性实验”课程群,培养学生综合运用所学知识动手解决实际问题的能力,使学生培养达到“脑”与“手”相结合的目标。

  在八大课程群的具体课程设置中,我们围绕人工智能核心的课程,强调了科学、技术与工程学科交叉、相辅相成,内容设置立足当前、面向未来。其中,“数学与统计”课程群将现代科学技术的基础和工具“数学”以及人工智能目前发展阶段的基本工具“统计学”囊括在内;“科学与工程”课程群包罗了基于实验的基础科学“物理学”以及信息学科的工程技术基础——电子电路、数字与控制系统等;而“计算机科学与技术”课程群提炼了计算机学科核心的程序设计、算法与理论、体系结构等内容。以上三个课程群作为“专业基础课程群”,将为人工智能的专业学习打下坚实的基础。

  “人工智能核心”课程群由人工智能的现代方法、自然语言处理、计算机视觉与模式识别、人工智能的科学理解等课程组成,阐释了人工智能的核心技术,通过不同层次的课程内容启发学生探索人工智能的未来与奥秘。机器人是人工智能在物理现实中应用的载体,具有重要的地位。“先进机器人技术”课程群着重介绍基础及拓展性的机器人相关技术,为今后的应用发展夯实功底。“人工智能工具与平台”课程群强化了工具与平台在人工智能发展中的重要性,涉及相当广泛的架构、系统、应用等,旨在提升学生的系统性思维与动手能力。上述三个课程群构成“▼▼▽●▽●专业主干课程群”,为本科生奠定稳固的专业核心技术根基。

  “认知与神经科学”课程群设置了认知、神经相关的科学与工程类基础课程,我们认为要让人工智•☆■▲能发挥更大的作用,唯一的途径是从脑认知和神经科学获得灵感,希望未来能借鉴认知心理学、神经生物学等的研究成果,为发展新一代人工智能提供新的启示。“人工智能与社会”课程群包含◇=△▲了人工智能的哲学基础与伦理、社会风险与法律等内容,旨在培养学生成为负责任的科学家和工程师。这两个课程群属于“专业交叉课程群”,其目的是为学生奠定基本的认知科学、神经科学、人文社会科学等学科交叉知识。

  通过这些理论、方法、工具和系统等课程设置以及高水平的跨学科师资团队,培养人工智能专业学●生具有创新、创业、跨学科交叉、全球化和伦理道德等思维能力,有助于学生在毕业以后在各行各业承担起创新研究、创业发展的重要角色,成为人工智能领域的高层次人才。

  当前,人工智能正在以惊人的速度向纵深和更高级的方向发展,人类社会的几乎所有领域对人工智能技术都有着越来越迫切的需求。因此,掌握了人工智能的基本理论和方法,就能使我们以熟悉的方法与工具进入到生疏的研究与应用领域,发现新的知识和自然规律。

  《人工智能本科专业知识体系与课程设置》是我们三十余年来在人工智能领域的研究探索和人才培养实践的产物,它也融入了国内外知名学者的集体智慧。但它还需要在人才培养的实践中进一步检验和完善。随着人工智能的发展,其知识体系与课程内容、人才培养方式与模式也应与时俱进。这里需要强调的是,人工智能对人才的需求是多样化的,中国不仅需要培养出高层次、乃至世界顶尖的人工智能人才,也需要培养出推动中国人工智能发展的“能工巧匠”,本书是作为人工智能人才培养极为关键的本科阶段课程体系构建的“抛砖引玉”,每一所高校可以有不同的培养模式和途径。因此,本书介绍的人工智能本科专业知识架构与课程设置不能照搬到所有高校的人工智能本科专业,一所大学的人工智能专业要办出特色,培养出优秀人才,一定要根据自身专业的特点、基础、教师团队和教学资源的情况,制定出科学、合理的知识体系与课程设置,即“因材施教、办出特色”。

  郑南宁:人类面临的四大基本科学问题:宇宙的起源、物质的本质、生命的本质和智力的产生,其中后两个问题都跟人工智能相关,而人工智能的研究就与这两个问题密切相关。人工智能专业研究,考虑更多的不是眼前,而是思考未来人工智能发展需要从哪些学科获得灵感,特别是借鉴神经生物学、认知心理学乃至社会学的一些研究成果,可以为发展新一代人工智能提供新的启示。

  记者:霍金生前曾三番五次表态“人工智能可能会毁灭人类”,李开复认为“50%的工作岗位都将被机器替代”。人工智能在带给人类巨大利益的同时,您怎么看待其中隐藏的危机?

  郑南宁:人工智能的发展能不断帮助人类,但它同时也是一把“双刃剑”。我们要警惕人工智能给人类带来的负面影响,关注人工智能的发展将带来的深刻伦理道德问题。我们需要的是帮助人类而不是代替人类的人工智能。发展人工智能的目的不是把机器变成人,也不是把人变成机器,而是要扩展人类的智能,解决人类社会发展面临的重大问题。这是科学界、各国政府和人类社会在人工智能发展上应认真对待的问题。需要确立伦理道德的约束监督机制,使人类免受人工智能不当发展带来的负面影响。

  记者:有人说,人工智能时代,中国或是唯一能够和美国竞争的国家。您认为中国距离成为真正的人工智能强国到底还有多远?

  郑南宁:人工智能新技术将会给人们的生产、生活方式带来革命性变化,新兴产业及技术创新也将为世界经济的复苏和发展注入“强心剂”。未来世界科技强国也一定是人工智能强国,中国要成为世界科技创新强国,发展人工智能已成为这一伟大事业的重要基础。

  近年来,中国在人工智能领域也已取得长足进步,特别是,在计算机视觉、语音识别和自然语言处理方面已有世界领先的公司,全球人工智能相关学术会议也有越来越多的中国科学家担任主席或者获得最佳论文奖。此外,北京、上海、深圳、杭州和西安等地已经或正在形成国内充满活力△▪▲□△的人工智能研发高地之一。

  但是,在人工智能的基础理论和算法创新的整体水平与美国相比还有较大差距,另外,世界上大多数领先的人工智能半导体◇•■★▼芯片都是由美国公司如英伟达、英特尔、IBM、谷歌、苹果和AMD制造的,中国在设计能够支持先进人工智能系统的计算芯片方面还相对落后,也缺乏高层次的专业人才。中国要成为人工智能的强国还需要10年左右时间。

  发展人工智能一方面要踏踏实实积极推进基础理论•●研究,另一方面要重视人工智能在重大学科领域和工程中的实践应用。想与国际一流水平并驾齐驱,需要相关科研★△◁◁▽▼机构、企业在基础研究层面,持之以恒地探索人工智能的新方法。当前,我们要充分利用和发挥互联网大国的优势,把我国数据和用户的优势资源转换为人工智能技术发展的优势,深化人工智能技术的推广应用,加强核心技术开发,做大做强人工智能产业。

  “前事不忘,后事之师”,人工智能成为一门独立学科已走过六十三年的历程,也经历了两次高潮和低谷,上世纪人工智能领域在实现其“宏伟目标”上的完全失败,曾导致人工智能研究进入“冬天”。

  在当前人工智能发展新一轮的热潮中,我们要保持清醒的认识,进一步加强信息科学、认知科学、脑科学、神经科学、数学、心理学、人文社科与哲学等学科的深度交叉融合,踏踏实实地开展人工智能的基础研究,避免不切实际的预言和承诺,不要把学术追求的目标当成眼前的产业现实,给社会公众带来误导;另一方面,我们必须重视人工智能面向重大应用工程的研究和市场的创新开拓,但同时要避免在产品研发和市场推广中的“低水平、同质化”现象。

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