姚曉輝 苑 碩 鮑佩華 叢 山

在人工智能技術(shù)快速發(fā)展的浪潮下，教育部2017年開始推行以“新工科”建設(shè)為主導(dǎo)的工程教育改革，2018年提出要在2020年建設(shè)100個(gè)“人工智能+X”特色復(fù)合專業(yè)[1]。積極開展交叉學(xué)科的理論性、創(chuàng)新性和應(yīng)用性研究，培養(yǎng)交叉學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才，是我國“雙一流”高校建設(shè)的目標(biāo)之一[2]。如何實(shí)現(xiàn)和推進(jìn)“人工智能+X”的交叉學(xué)科研究與交叉學(xué)科人才培養(yǎng)，是新時(shí)代高校迫切需要研究和解決的問題[3]。腦科學(xué)和人工智能是全球科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，人工智能的研究受到大腦信息處理功能的啟發(fā)[4]，已經(jīng)發(fā)展了深度學(xué)習(xí)、膠囊學(xué)習(xí)和神經(jīng)元機(jī)制等前沿算法和理論，借鑒生物智能實(shí)現(xiàn)人工智能的突破，使得人工智能和生物大腦一樣，在面臨新環(huán)境的情況下具備高度的可塑性、創(chuàng)造性、適應(yīng)性、靈活性和自學(xué)習(xí)等特性[5]?！叭斯ぶ悄?腦科學(xué)”的交叉研究涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、大數(shù)據(jù)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、臨床神經(jīng)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科，腦科學(xué)發(fā)展的重大突破往往都來源于交叉學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)突破[6]。做好“人工智能+腦科學(xué)”的人才培養(yǎng)規(guī)劃，為學(xué)生提供交叉學(xué)科的教育訓(xùn)練，將為學(xué)生的腦科學(xué)研究的職業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐，為大腦機(jī)制解析、類腦智能理論與算法、腦疾病智能診療等原創(chuàng)性的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用轉(zhuǎn)化提供人才保障[7]。本文以為國家培養(yǎng)具有多學(xué)科交叉創(chuàng)新能力的高層次創(chuàng)新人才為出發(fā)點(diǎn)，對“人工智能+腦科學(xué)”的交叉學(xué)科人才培養(yǎng)方案進(jìn)行探索，以期為其他交叉學(xué)科高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供借鑒。

一、“人工智能+腦科學(xué)”交叉學(xué)科研究意義

人工智能與腦科學(xué)之間本就是相輔相成的關(guān)系，發(fā)展更先進(jìn)的人工智能技術(shù)需要向人腦學(xué)習(xí)，需要借鑒人腦的智能產(chǎn)生機(jī)理。同時(shí)，人工智能技術(shù)也深刻改變了腦科學(xué)的研究方法，在對腦觀測手段不斷變革的基礎(chǔ)上，人工智能技術(shù)為腦科學(xué)提供了越來越強(qiáng)大的發(fā)現(xiàn)與分析手段，促進(jìn)了腦科學(xué)的發(fā)展。如復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院在腦數(shù)據(jù)分析方面構(gòu)造了腦網(wǎng)絡(luò)動態(tài)圖譜，發(fā)展了數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)中生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)建模方法。將人工智能與腦科學(xué)相結(jié)合，產(chǎn)生具有原始創(chuàng)新的理論和方法，加強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，可以加速我國計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理和語音識別等技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，加速深度學(xué)習(xí)芯片體系架構(gòu)的創(chuàng)新，加速在類腦智能和類腦機(jī)器人領(lǐng)域的前沿研究，以及加速腦科學(xué)從圖譜制作到機(jī)制解析的技術(shù)攻關(guān)[8]，將腦科學(xué)碎片化的發(fā)現(xiàn)整合起來，形成對大腦運(yùn)作機(jī)制的統(tǒng)一理解，從而研發(fā)出真正的通用人工智能。

二、“新工科”背景下“人工智能+腦科學(xué)”學(xué)科發(fā)展框架

培養(yǎng)“人工智能+腦科學(xué)”交叉學(xué)科的優(yōu)秀人才是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，真正的“人工智能+腦科學(xué)”人才需要對人工智能與腦科學(xué)兩個(gè)學(xué)科都有充分的掌握。與計(jì)算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)，或者生物學(xué)與化學(xué)之間的交叉融合不同的是，人工智能與腦科學(xué)都是難度很高的學(xué)科，且兩個(gè)學(xué)科之間重疊的內(nèi)容并不多，如果想把它們結(jié)合在一起，需要學(xué)習(xí)幾乎雙倍的專業(yè)知識。另外，國內(nèi)高校的傳統(tǒng)培養(yǎng)方式中不同專業(yè)之間的課程設(shè)置差別明顯，而且學(xué)科培養(yǎng)要求不同。腦科學(xué)注重科學(xué)的思維，而人工智能學(xué)科更多注重工程思維的培養(yǎng)，這就需要設(shè)計(jì)真正的交叉學(xué)科課程體系來打破兩個(gè)學(xué)科之間的壁壘[9]。哈爾濱工程大學(xué)青島創(chuàng)新發(fā)展基地作為學(xué)校學(xué)科交叉融合研究的“出?？凇?、綜合改革的“試驗(yàn)田”，打破了傳統(tǒng)學(xué)校中學(xué)院與學(xué)科一一對應(yīng)的設(shè)置規(guī)則，允許學(xué)術(shù)帶頭人帶領(lǐng)不同學(xué)科教師按照交叉研究方向自行組建團(tuán)隊(duì)，這為“人工智能+X”跨學(xué)科建設(shè)提供了政策支持?；谝陨蠁栴}與條件，本文在交叉師資隊(duì)伍建設(shè)與創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)兩方面，對“人工智能+腦科學(xué)”的學(xué)科發(fā)展框架進(jìn)行探索，如圖1所示。

（一） “人工智能+腦科學(xué)”交叉師資隊(duì)伍建設(shè)

交叉學(xué)科的人才培養(yǎng)需要高水平的師資隊(duì)伍與之匹配?！叭斯ぶ悄?腦科學(xué)”的人才培養(yǎng)實(shí)行“主導(dǎo)師負(fù)責(zé)，多元導(dǎo)師聯(lián)合培養(yǎng)”的制度，導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)以具有科研熱情的中青年學(xué)者為主，專業(yè)背景包括控制科學(xué)與工程、儀器科學(xué)與技術(shù)、電子信息、生物醫(yī)學(xué)工程等，在職稱結(jié)構(gòu)上做到教授、副教授與講師相結(jié)合，以此充分激發(fā)不同學(xué)科各自的專業(yè)優(yōu)勢，擴(kuò)大學(xué)科之間交融的廣度與深度。腦科學(xué)的專業(yè)教師不僅需要充分掌握本學(xué)科內(nèi)的專業(yè)知識與技能，還需要主動學(xué)習(xí)，迎接“新工科”的建設(shè)要求，積極學(xué)習(xí)本學(xué)科外的人工智能前瞻性知識技能，調(diào)整已有的知識結(jié)構(gòu)，吸收新知識。經(jīng)過相關(guān)研究，本文提出兩種提升整體師資隊(duì)伍專業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)水平的建設(shè)方案。

第一種方案是基于校校合作或校企合作的師資水平提升方案。學(xué)校與學(xué)校之間或?qū)W校與企業(yè)和醫(yī)院之間建立人工智能與腦科學(xué)的研究平臺，讓高校教師通過參與企業(yè)的項(xiàng)目研究，了解企業(yè)目前的技術(shù)需求，從而讓當(dāng)前在人工智能背景下的腦科學(xué)人才培養(yǎng)更好地與社會需求接軌。同時(shí)，通過與其他高校教師、科研院所人員之間的學(xué)術(shù)交流，加強(qiáng)已有的師資隊(duì)伍的教育教學(xué)能力，促進(jìn)教師隊(duì)伍素質(zhì)的提高，為產(chǎn)學(xué)研奠定基礎(chǔ)。

第二種方案為以科研項(xiàng)目為紐帶的兼職教師聘用方案。學(xué)校或?qū)W院以交叉研究團(tuán)隊(duì)為單位聘用企業(yè)或科研院所專業(yè)技能人才、專家作為團(tuán)隊(duì)的兼職教師，由校內(nèi)導(dǎo)師和企業(yè)兼職教師對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)與職業(yè)規(guī)劃上的指導(dǎo)。同時(shí)，企業(yè)導(dǎo)師還可以根據(jù)自己豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對校企合作平臺的“人工智能+腦科學(xué)”培養(yǎng)方案進(jìn)行修訂，包含課程體系和教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，真正落實(shí)復(fù)合型創(chuàng)新實(shí)踐人才培養(yǎng)方案。此方案不僅可以解決師資緊缺的問題，還可以增強(qiáng)師資多元性，拓展學(xué)生思路，強(qiáng)化實(shí)踐類課程教學(xué)。企業(yè)和高校的教師隊(duì)伍深度合作，可以充分調(diào)動校內(nèi)師生和企業(yè)人員的積極性，合作完成更具時(shí)代性和符合新時(shí)代社會需求的科研成果，實(shí)現(xiàn)雙方的互利共贏。

（二） “人工智能+腦科學(xué)”創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是發(fā)展前沿交叉學(xué)科的重要目的，同時(shí)人才培養(yǎng)對學(xué)科建設(shè)起著積極的推動作用，二者相輔相成。根據(jù)“人工智能+腦科學(xué)”的交叉學(xué)科人才培養(yǎng)的目標(biāo)、內(nèi)涵和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)踐為導(dǎo)向，運(yùn)用人工智能的軟件分析技術(shù)，學(xué)習(xí)研究腦科學(xué)的神經(jīng)活動、信息加工、語言文字理解等專業(yè)知識，讓學(xué)生可以在工程中分析問題并設(shè)計(jì)必要的算法，擁有解決實(shí)際工程問題的能力。

“人工智能+腦科學(xué)”以青島創(chuàng)新發(fā)展基地腦認(rèn)知與人工智能實(shí)驗(yàn)室為核心進(jìn)行創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索。一是跨學(xué)科研究課題與培養(yǎng)方案制定。不同學(xué)科的學(xué)生通過自愿報(bào)名、導(dǎo)師批準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)室考核的方式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)室與學(xué)生的原導(dǎo)師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)科基礎(chǔ)，共同為學(xué)生制定跨學(xué)科的醫(yī)工交叉研究課題以及個(gè)性化培養(yǎng)方案，教學(xué)團(tuán)隊(duì)實(shí)施“導(dǎo)師指導(dǎo)+學(xué)術(shù)組會+團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)報(bào)告”的常態(tài)化學(xué)術(shù)交流制度。二是開闊研究生學(xué)術(shù)視野。實(shí)驗(yàn)室從教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，更新專業(yè)知識，緊跟人工智能與腦科學(xué)專業(yè)的發(fā)展前沿，為學(xué)生提供“腦科學(xué)前沿”“機(jī)器學(xué)習(xí)”“數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用”“腦與認(rèn)知科學(xué)”等課程作為理論學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室采取線上線下混合式教學(xué)的方法，帶領(lǐng)學(xué)生參與國內(nèi)外權(quán)威學(xué)術(shù)會議，邀請國內(nèi)外知名專家和企業(yè)專家為學(xué)生做人工智能與腦科學(xué)的前沿講座，讓學(xué)生有機(jī)會根據(jù)自己的興趣與專家進(jìn)行互選，接受專家的培養(yǎng)，建立長期線上指導(dǎo)機(jī)制。三是以項(xiàng)目為導(dǎo)向的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供科研創(chuàng)新的機(jī)會，在校內(nèi)現(xiàn)有的實(shí)踐平臺基礎(chǔ)上，推行在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行輪轉(zhuǎn)的科研訓(xùn)練和實(shí)踐環(huán)節(jié)，推動所學(xué)學(xué)科與跨學(xué)科之間的深度融合，對研究生的思維方式和學(xué)術(shù)思想進(jìn)行多學(xué)科的熏陶，不斷開拓學(xué)生的戰(zhàn)略思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。除此之外，實(shí)驗(yàn)室會為學(xué)生提供到企業(yè)深度參與不同層次項(xiàng)目的機(jī)會，明確目標(biāo)、內(nèi)容和任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和實(shí)踐能力。

綜上所述，國內(nèi)外的一流大學(xué)逐漸意識到學(xué)科交叉研究以及培養(yǎng)復(fù)合型拔尖創(chuàng)新人才的重要性。高校的研究生教育以為國家培養(yǎng)高層次的交叉學(xué)科人才為目標(biāo)，為我國增強(qiáng)人工智能與腦科學(xué)國際競爭力提供重要支撐。本文以“人工智能+腦科學(xué)”為例，對交叉融合人才培養(yǎng)框架中的師資隊(duì)伍建設(shè)及學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)進(jìn)行了研究，有助于拓寬學(xué)生的交叉學(xué)科視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提升學(xué)生的實(shí)踐能力，讓學(xué)生的學(xué)術(shù)科研項(xiàng)目與社會需求緊密結(jié)合，與國家發(fā)展需求持續(xù)對接，使學(xué)生與科技發(fā)展共同進(jìn)步，在學(xué)術(shù)科研與工程實(shí)踐中綻放青春力量。