周強　黃永慶

針對人工智能迅猛發(fā)展和我國社會尤其是輕工領域對于人工智能人才的需求，陜西科技大學在“控制科學與工程”和“輕工技術與工程”2個一級學科下自設具有鮮明“輕工特色”的二級交叉學科“人工智能技術”，并從學科的培養(yǎng)目標、課程體系、實踐環(huán)節(jié)、培養(yǎng)方式和指導方式等幾個方面開展了“人工智能+輕工領域”復合型研究生培養(yǎng)模式的探索。經過一系列研究工作，交叉學科培養(yǎng)模式的研究取得了初步成效。

“人工智能+輕工領域”復合型研究生

培養(yǎng)模式探索的必要性

（一）設置具有“輕工特色”的“人工智能技術”學科的必要性

1、人工智能是國家重點發(fā)展學科

2017年7月，國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出：人工智能的迅速發(fā)展將深刻改變人類社會生活、改變世界。2020年3月，教育部、國家發(fā)展改革委、財政部制定的《關于“雙一流”建設高校促進學科融合 加快人工智能領域研究生培養(yǎng)的若干意見》提出了針對人工智能的學科建設目標：學科交叉融合亟待深化，人才培養(yǎng)導向性亟待加強。為貫徹落實黨中央、國務院關于加快發(fā)展新一代人工智能的重要部署，推動“雙一流”建設高校著力構建趕超世界先進水平的人工智能人才培養(yǎng)體系，加快培養(yǎng)勇闖“無人區(qū)”的高層次人才。

2、輕工領域迫切需求人工智能人才

有關調查數據顯示，我國人工智能人才缺口超過500萬。[1]在輕工生產領域，隨著我國流程制造業(yè)企業(yè)的結構性改革和綠色發(fā)展戰(zhàn)略的實施，我國諸多輕工企業(yè)面臨資源、能源、環(huán)境日益嚴重的制約。而以人工智能為代表的新一輪科技革命和產業(yè)變革為輕工行業(yè)實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略和綠色發(fā)展戰(zhàn)略提供了難得的重大機遇。目前，人工智能引領的智能制造已成為提升造紙行業(yè)、[2]皮革行業(yè)、[3]食品行業(yè)、[4]陶瓷生產企業(yè)[5]以及消費電子企業(yè)[6]整體競爭力的核心技術，而新一代人工智能技術與各種輕工生產技術深度融合，將重構輕工生產流程環(huán)節(jié)，形成從技術模式到價值鏈的新一代制造體系。因此，整個輕工領域迫切需求既掌握人工智能技術又熟悉輕工生產過程的“人工智能+X”，如“人工智能+造紙行業(yè)”“人工智能+皮革行業(yè)”等的復合型人才。

3、人工智能跨入輕工學科是大勢所趨，而輕工領域的技術難題需要人工智能解決

人工智能天生具有跨學科的特性，近年來人工智能領域已加速擴散至22個臨近學科、4個潛在學科和25個邊緣學科，[7]無所不在的人工智能進入輕工學科是大事所趨。同時，在廣闊的輕工領域上，遺留下一批長期無法解決的技術難題，如造紙生產線上紙機機械故障預測問題、陶瓷產品內部裂紋在線檢測問題，都是尚在研究中的技術難題。隨著人工智能新技術進入，使得其他領域的一些技術瓶頸得以突破，[8]因此人工智能跨入輕工領域，將有助于這些技術難題的攻克。

4、交叉自設“人工智能技術”二級學科

陜西科技大學是我國西部地區(qū)惟一一所以輕工為特色的多科性大學，有責任為國家培養(yǎng)“人工智能+輕工領域”復合型人才，并利用人工智能最新技術研究輕工領域的技術難題，最后將研究成果服務于輕工行業(yè)。因此，陜西科技大學利用自身在輕工領域的傳統(tǒng)優(yōu)勢和人工智能方向上的特色成果，在“控制科學與工程”和“輕工技術與工程”2個一級學科下交叉自設二級學科“人工智能技術”。

（二）培養(yǎng)模式探索的必要性

這個新設立的學科自身基礎不可避免存在薄弱之處，并且在復合型人才的培養(yǎng)過程中，遇到以下困難。

1、構建具有輕工特色的交叉學科課程體系難度大

由于跨入輕工學科的人工智能的核心理論和知識尚在探索之中，而人工智能和輕工技術與工程2個學科內涵相距甚遠，且輕工學科的各分支間差異較大，專業(yè)知識構成比較分散，使得面向輕工領域全產業(yè)鏈和社會發(fā)展需求而設置的人工智能技術，這一學科交叉融合的課程體系構建的難度很大。

2、學科生源結構復雜，研究生培養(yǎng)難度大

在此學科設置前，調研結果表明，有意愿報考該人工智能學科的本科生生源復雜，不僅有電子信息類、自動化類、計算機類等與人工智能相對接近的所謂AI核心專業(yè)，也有輕工類、材料類、食品科學與工程類與人工智能差距很大所謂AI邊緣專業(yè)。[9]這種專業(yè)背景多樣和生源結構復雜的學生進入該學科，將使得該學科研究生培養(yǎng)的難度巨大。

3、具有“人工智能+輕工”學科交叉背景的復合型師資力量不足

師資力量是研究生教育的必不可少的重要條件之一，然而該學科所需求的既有人工智能的理論基礎和實踐經驗，又熟悉輕工領域某一行業(yè)生產工藝的師資力量缺乏，同時處于成長期的構成交叉學科的師資隊伍數量偏小，專業(yè)結構和學緣結構有待完善。

4、以輕工為背景的人工智能實踐場所不足

實踐場所是研究生科研實踐和創(chuàng)新實踐得以實施的平臺，雖然陜西科技大學在人工智能方向的實踐基地方面有著相當雄豪的基礎，擁有“互聯網+中國制造2025產教融合創(chuàng)新基地”“陜西省人工智能聯合實驗室（陜西科技大學）”等10多個實踐平臺，但缺少以輕工為背景的人工智能實踐場所，目前僅有一個“中國輕工業(yè)清潔生產智能控制重點實驗室”，實踐場所的不足給培養(yǎng)具有輕工特色的復合型人工智能高層次人才帶來一定困難。

由于以上的困難和不足，同時作為一個全新學科可以借鑒的經驗很少，為此進行“人工智能+輕工領域”復合型研究生培養(yǎng)模式的研究和探索十分必要。

培養(yǎng)模式的探索

“人工智能技術”二級學科從培養(yǎng)目標、課程體系、實踐環(huán)節(jié)、培養(yǎng)方式和指導方式等幾個方面，進行“人工智能+輕工領域”復合型研究生培養(yǎng)模式的探索。

（一）確定培養(yǎng)目標

“人工智能技術”學科根據社會、尤其是輕工領域對人工智能人才類型及其掌握知識的需求和社會發(fā)展的需要制定培養(yǎng)目標。確定人才培養(yǎng)目標為：培養(yǎng)熱愛祖國、身心健康，掌握人工智能知識、理論和技術并且熟悉相關輕工生產過程、具有現代創(chuàng)新意識和素質的復合型高水平的人才，能夠在人工智能領域的企業(yè)、科研機構和高校從事與人工智能相關的技術開發(fā)、科學研究、教學等方面工作的高層次學術型專門人才，特別是在輕工領域相關企業(yè)所需要的高層次人才的培養(yǎng)上逐漸形成自己的“智能輕工”特色。

（二）制定課程體系

研究生的基本任務之一是建立合理的知識結構，打好專業(yè)知識的基礎。[10]在凝練“人工智能技術”學科主要研究方向的基礎上，確定該學科的知識結構，進而制定課程體系。

1、凝練學科研究方向

通過梳理陜西科技大學在人工智能領域的研究基礎以及人工智能技術與輕工領域交叉融合情況，凝練出該學科的4個主要研究方向，即：人工智能基礎理論研究、機器感知與模式識別、輕工領域智能系統(tǒng)、輕工領域智能機器人。這些方向分屬于基礎理論、核心技術和應用技術等3個層次。

這些方向的研究內容為：

（1）人工智能基礎理論研究。該學科方向包含大數據智能理論、群體智能理論、高級機器學習理論、類腦智能計算理論等人工智能新的基礎理論研究。

（2）機器感知與模式識別。研究如何用機器完成圖形和圖像的信息處理和識別任務，如物體識別、生物識別、以及輕工生產過程狀態(tài)識別方面等。

（3）輕工領域智能系統(tǒng)。研究應用于輕工業(yè)領域的模式識別、辨識、在線檢測與過程控制的智能系統(tǒng)，研究內容包括智能系統(tǒng)的工作模式、硬件組成與優(yōu)化以及各種智能算法。

（4）輕工領域智能機器人。研究以輕工業(yè)領域生產過程為服務對象的各類智能機器人。

2、構建課程體系

學科的知識結構決定學科課程體系，[11]而學科的課程體系決定了每門課程的教學內容。[12]

為了使得“人工智能技術”學科研究生形成完備的知識體系，不僅要掌握人工智能的核心知識和理論，以及應用于輕工領域的各種人工智能技術，還應熟悉所從事研究的相關輕工領域的工藝生產過程，以及人工智能應用于該輕工領域所形成的交叉融合知識和理論，由此形成該學科的課程體系。

該學科點研究生課程體系由公共課必修課、專業(yè)必修課程、公共選修課程、專業(yè)選修課程等四類模塊課程構成。其中的專業(yè)必修課程（模塊2）為人工智能（AI）專業(yè)理論課，專業(yè)選修課（模塊4）包含人工智能（AI）應用技術課和輕工工藝技術課程（又分為分成造紙生產工藝技術、皮革生產工藝技術、食品生產工藝技術、輕工材料生產工藝技術等幾個課程子模塊，而每個子模塊都有若干門該方向上的選修課）。

3、課程建設與教材建設

為了配合“人工智能+輕工領域”復合型研究生完善自身的知識體系，學科的各教學和科研團隊積極開設學科交叉課程，并組織編寫相應的教材，如為培養(yǎng)“人工智能+輕化工程”方向的研究生而開設的課程“輕化工過程自動化與信息化”，并進行課程建設，編寫了教材《輕化工過程自動化與信息化》。

（三）設計實踐環(huán)節(jié)

研究生教育的特殊矛盾在于它不是本科后教育，而是以研究為主體的專業(yè)教育。以科學研究和創(chuàng)新作為活動主體與目的貫穿于研究生培養(yǎng)全程。[13]因此，以科學研究和創(chuàng)新活動為核心的實踐環(huán)節(jié)是研究生教育的重要組成部分，只有通過這類實踐環(huán)節(jié)，研究生才能獲得所要培養(yǎng)的各種能力。另外，研究生參加部分教學實踐活動對于提升研究生實踐能力也有一定作用。

基于以上認識，“人工智能技術”學科根據“人工智能+輕工領域”復合型人才應具備的能力，進行實踐培訓環(huán)節(jié)的設計。制定教學大綱規(guī)定：實踐環(huán)節(jié)為研究生的必修環(huán)節(jié)，必須按要求完成，不計學分。實踐環(huán)節(jié)包括參與科研項目、企業(yè)實習、學科競賽以及部分輔助教學活動。其中以參與導師的和輕工領域企業(yè)的人工智能類科研項目，特別是人工智能在輕工行業(yè)應用類科研項目為科研實踐的主體。

（四）培養(yǎng)方式和指導方式的探索

“人工智能技術”學科嘗試“動態(tài)”的研究生導師選擇方式，探索多種培養(yǎng)場所下的多種形式的培養(yǎng)方式和多元化的研究生導師指導方式。[14]

1、研究生導師的動態(tài)選擇方式

該學科的研究生導師確定采用動態(tài)方式，具體方法和流程為：

（1）有意愿在該學科方向指導研究生且具有指導研究生資格的碩士生導師，向該學科所在的學術分委員會提交研究課題題目，課題題目和內涵必須符合人工智能技術學科的研究方向。

（2）經過學術分委員會審批通過后，為申請導師下達當年研究生指標，申請人具有招收當年人工智能技術學科研究生的資格。

（3）被錄取的碩士研究生，根據課題申請導師。

（4）導師對報考的研究生進行選擇，同時主管部門進行適當的調配。

2、培養(yǎng)方式

人工智能技術學科采用高校獨立培養(yǎng)、高校與企業(yè)聯合培養(yǎng)兩種培養(yǎng)方式。[15]聯合培養(yǎng)的企業(yè)包括：研究生參與研究課題相關的單位、輕工行業(yè)的生產企業(yè)、與研究課題相關的研究生實習基地等。

3、指導方式

人工智能技術學科通過師資隊伍的多元化，[16]實現形式多樣的研究生指導方式，包括：校內導師單獨指導、校內導師團指導、校內和企業(yè)導師聯合指導等，彌補該學科導師隊伍不足的問題。

（1）校內導師團指導方式。由具有人工智能學科背景的校內導師1名及以上的校內導師和具有各輕工技術與工程學科方向（輕工、輕工材料、皮革、食品、輕化工等）背景的1名及以上的校內導師組成。

（2）校內和企業(yè)導師聯合指導方式。由校內導師指導研究生校內的專業(yè)理論學習、課題研究和撰寫論文;企業(yè)導師在校內導師輔助下完成研究生課題選擇、專業(yè)實習或課題研究等科研實踐活動。

4、培養(yǎng)場所

通過以下措施解決該學科以輕工為背景的人工智能實踐場所不足的問題。

（1）學科的多種培養(yǎng)場所在培養(yǎng)研究生建立知識體系和獲得科研能力、實踐能力等方面，共同發(fā)揮作用。理論教學環(huán)節(jié)場所包括校內的教室、專業(yè)實驗室、實驗中心;實踐環(huán)節(jié)場所包括校內研究平臺、校內實踐基地、輕工領域科研或產業(yè)部門、校外研究生實踐基地等。

（2）人工智能類實驗室和輕工技術與工程各類實驗室的聯合共建。包括人工智能類實驗室以輕工領域為應用對象的建設和各類輕工技術與工程實驗室智能化方向的建設。

培養(yǎng)過程

通過以上人工智能技術學科研究生培養(yǎng)模式的探索，形成了“人工智能+輕工領域”復合型研究生完整的培養(yǎng)過程。人工智能技術學科的學制三年，整個培養(yǎng)過程包括選擇研究方向與研究課題、理論教學環(huán)節(jié)、實踐環(huán)節(jié)、論文環(huán)節(jié)等環(huán)節(jié)。本文第二章中探索的培養(yǎng)模式滲透在整個培養(yǎng)過程中。

結 語

陜西科技大學人工智能技術學科在進行“人工智能+輕工領域”復合型研究生培養(yǎng)模式的探索中，確定了該學科的培養(yǎng)目標;在凝練學科主要研究方向的基礎上確定了學科的知識結構，進而完成了課程體系的構建，并通過每門課程大綱的撰寫完成了知識體系的建立;確定了該學科從理論教學、實踐教學、論文等各環(huán)節(jié)具體形式和內容;制定了包括研究生導師的動態(tài)選擇方式、培養(yǎng)場所和師資隊伍建設方式在內的研究生培養(yǎng)和指導方式。

目前，該學科已于2020年招收了首批碩士研究生。錄取的研究生涵蓋學科的四個研究方向，其中從事人工智能和輕工領域交叉研究的學生約占總數的60%。目前，該學科大部分研究生在理論學習的同時已經開始了專業(yè)實踐。同時，學科組成了由學?？刂瓶茖W與工程、軟件工程、材料科學與技術、輕工技術、食品科學與工程、化學工程等多個學科教師，以及一部分來自人工智能行業(yè)、輕工生產領域的行業(yè)專家組成的研究生導師團隊，且導師采用本文介紹的方式指導研究生。

目前，該學科的研究生培養(yǎng)工作順利開展。陜西科技大學正在探索一條培養(yǎng)掌握“人工智能”和“輕工領域”交叉領域知識和能力的高層次人才的道路。

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作者簡介

周 強 陜西科技大學電氣與控制工程學院副院長、教授，研究方向：機器視覺和圖像處理技術、人工智能系統(tǒng)研究與應用和智能信息處理技術等