姚曉輝，苑碩，鮑佩華，梁洪，李妍虹，李金，何忠杰，唐墨，叢山

（1.哈爾濱工程大學(xué) 青島創(chuàng)新發(fā)展基地，山東青島 266500；2.哈爾濱工程大學(xué) 智能科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150001）

學(xué)科交叉融合是指不同學(xué)科之間相互合作融合的協(xié)同創(chuàng)新活動(dòng)，對(duì)于自然科學(xué)來說，學(xué)科交叉融合研究往往易于產(chǎn)生重大科學(xué)突破，同時(shí)也能解決單門學(xué)科無法解決的科學(xué)難題[1]。2018 年4 月，教育部發(fā)布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，推進(jìn)新工科建設(shè)，重視人工智能與其他學(xué)科的交叉融合，形成“人工智能+ X”交叉學(xué)科專業(yè)的培養(yǎng)模式。為滿足國(guó)家對(duì)未來交叉學(xué)科科技人才的需要，培養(yǎng)高層次的交叉學(xué)科人才是高校目前迫切需要開展的工作之一。腦科學(xué)被稱為“人類認(rèn)識(shí)自然與自身的終極挑戰(zhàn)”，理解大腦的結(jié)構(gòu)與功能是21 世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性的前沿科學(xué)問題[2]，腦科學(xué)對(duì)各種腦功能神經(jīng)基礎(chǔ)的解析，對(duì)有效診斷和治療腦疾病有重要的臨床意義?！叭斯ぶ悄?腦科學(xué)”學(xué)科的交叉融合發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)學(xué)科的共贏，人工智能可以充分借鑒腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)與心理學(xué)的先進(jìn)成果，突破現(xiàn)有理論與方法的局限性，實(shí)現(xiàn)人工智能理論與方法的創(chuàng)新。與此同時(shí)，人工智能技術(shù)的進(jìn)步為腦科學(xué)的研究提供了更加先進(jìn)的研究工具。本文從國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略背景下的“人工智能+ X”復(fù)合型人才培養(yǎng)需求出發(fā)，以“人工智能+腦科學(xué)”交叉領(lǐng)域?yàn)榍腥朦c(diǎn)，著眼于利用現(xiàn)有的學(xué)科和人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，探索跨學(xué)科的教學(xué)模式建設(shè)路徑，為研究型大學(xué)交叉學(xué)科人才培養(yǎng)提供借鑒和參考。

1 “人工智能+ X”跨學(xué)科人才培養(yǎng)研究現(xiàn)狀

交叉學(xué)科的研究能夠突破不同學(xué)科內(nèi)部的固有思維，形成跨學(xué)科之間的概念和思維連接，為科研創(chuàng)新和人才培養(yǎng)提供重要的支持。在國(guó)家大力推動(dòng)人工智能相關(guān)領(lǐng)域復(fù)合型人才培養(yǎng)的背景下，國(guó)內(nèi)許多高校都對(duì)“人工智能+ X”交叉學(xué)科深度融合和復(fù)合型人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了探索。表1 為國(guó)內(nèi)部分開展“人工智能+ X”學(xué)科交叉融合探索的高校及其研究方向。

表1 國(guó)內(nèi)部分高?！叭斯ぶ悄?X”探索

除了表1 中的高校外，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中科院深圳理工大學(xué)也在“人工智能+ X”的智能交叉學(xué)科方向做過一定的研究，探索了培養(yǎng)交叉學(xué)科頂尖人才的機(jī)制[11]。需要說明的是，表1 中的國(guó)內(nèi)高校對(duì)“人工智能+ X”的交叉學(xué)科融合探索仍存在局限性。一是部分學(xué)者對(duì)本科生和研究生的“人工智能+ X”培養(yǎng)模式做出了探索，但并未結(jié)合具體的學(xué)科進(jìn)行分析；二是大多數(shù)高校的“人工智能+ X”學(xué)科交叉融合研究并沒有突破單一學(xué)院的局限，因而容易受到院系觀念的影響，同時(shí)導(dǎo)師編制、資金來源以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備歸屬等因素，也會(huì)導(dǎo)致各部門在學(xué)生培養(yǎng)過程中難以協(xié)同合作；三是“人工智能+ X”的人才培養(yǎng)模式，大多應(yīng)用于兩個(gè)同門類學(xué)科或相關(guān)學(xué)科之間的交叉融合，學(xué)科之間的重合度高，而對(duì)于“人工智能+腦科學(xué)”這種學(xué)科相差大的交叉學(xué)科研究，尚未有類似的探索。本文針對(duì)以上提出的問題，從教學(xué)模式角度進(jìn)行探索，所得成果可為哈爾濱工程大學(xué)“人工智能+ X”交叉融合人才培養(yǎng)提供方案。

2 “人工智能+腦科學(xué)”交叉學(xué)科教學(xué)模式建設(shè)路徑

“人工智能+ X”復(fù)合型專業(yè)學(xué)科框架的設(shè)計(jì)要以學(xué)生為中心，從課程設(shè)置、教學(xué)方式以及工程實(shí)踐等方面重新規(guī)劃人工智能背景下的課程體系。建設(shè)“人工智能+腦科學(xué)”交叉學(xué)科教學(xué)模式需要在學(xué)校已開設(shè)人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、腦認(rèn)知與神經(jīng)科學(xué)等課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科交叉融合的需求，構(gòu)建“人工智能課程群+腦科學(xué)課程群+多元協(xié)同實(shí)踐課程”的課程體系[12]，為學(xué)生提供個(gè)性化、定制化、智能化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方法，激發(fā)學(xué)生對(duì)“人工智能+ X”專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)模式上，要改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方法，借助人工智能技術(shù)的進(jìn)步，開展基于目標(biāo)導(dǎo)向的體驗(yàn)式教學(xué)、協(xié)作式教學(xué)以及線上線下相融合的開放式教學(xué)探索實(shí)踐。課程設(shè)置要遵循循序漸進(jìn)、由淺入深的原則[13]。

首先，在傳統(tǒng)教學(xué)課程中設(shè)置“人工智能+”的學(xué)科前沿知識(shí)課程，由課程負(fù)責(zé)人對(duì)腦科學(xué)與人工智能的前沿內(nèi)容進(jìn)行歸納梳理，普及腦科學(xué)與人工智能的學(xué)科背景知識(shí)、相關(guān)研究技術(shù)，并探討未來發(fā)展方向。在介紹技術(shù)時(shí)以講好科學(xué)故事為切入點(diǎn)，與學(xué)生在課程中探討科學(xué)研究中“求真務(wù)實(shí)”的科學(xué)精神與科學(xué)研究的方法，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值引領(lǐng)相結(jié)合，做好課程思政，解決好“為誰培養(yǎng)人”的問題[14]。

其次，構(gòu)建與“人工智能+腦科學(xué)”相匹配的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，通過虛擬仿真等設(shè)備或校企合作實(shí)踐基地，讓學(xué)生強(qiáng)化對(duì)腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)的認(rèn)識(shí)，并且體驗(yàn)人工智能與腦科學(xué)相結(jié)合的應(yīng)用，如面部識(shí)別、語音識(shí)別、無人駕駛、智能機(jī)器人等，讓學(xué)生通過實(shí)踐學(xué)習(xí)知識(shí)。

最后，展開“人工智能+腦科學(xué)”以需求為導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，以真實(shí)的專業(yè)領(lǐng)域工程問題為依托，將多學(xué)科交叉與產(chǎn)業(yè)技術(shù)攻關(guān)研究相結(jié)合，讓學(xué)生在工程實(shí)踐過程中主動(dòng)學(xué)習(xí)并建立多學(xué)科交叉的知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)“人工智能+腦科學(xué)”領(lǐng)域新方法與新技術(shù)的能力，讓學(xué)生更加適應(yīng)未來的職業(yè)發(fā)展。

3 結(jié)語

在新工科的背景下，“人工智能+ X”的跨學(xué)科研究與人才培養(yǎng)需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念與方法，不斷創(chuàng)新課程教學(xué)的內(nèi)容與方法。腦科學(xué)是高度交叉的前沿學(xué)科，本文以“人工智能+腦科學(xué)”為例，探索了以學(xué)生為中心，在學(xué)?，F(xiàn)有學(xué)科基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)科交叉需求，構(gòu)建了“人工智能課程群+腦科學(xué)課程群+多元協(xié)同實(shí)踐課程”交叉學(xué)科教學(xué)模式建設(shè)路徑，為“人工智能+ X”的跨學(xué)科人才培養(yǎng)提供借鑒。