李少伟，向彩容*
江汉大学人工智能学院 湖北 武汉 430056
摘要：伴随着智能化设备在社会生活中的普及，人工智能及嵌入式专业应用型人才的短缺问题日趋严重。针对国内普通高校中的计算机及相关专业，讨论了将传统的嵌入式专业与新兴的人工智能技术相结合的方案，提出了在现有嵌入式专业课程的基础上，增设人工智能技术的课程体系结构。
关键字：人工智能；嵌入式；计算机；复合型人才
一、引言
近年来，随着芯片技术、大数据科学以及人工神经网络的融合与发展，人工智能技术获得了快速的发展以及极大的突破。作为人工智能的核心算法，神经网络作为解决问题以及驱动多领域新型应用的工具正变得越来越流行。神经网络虽然可以在桌面或云端训练，但是在进行实时数据处理时，运行神经网络的载体往往是移动终端设备这种形式可以被称为嵌入式人工智能；基于上述原因，嵌入式终端智能设备迎来了快速普及发展的时期，更多的设备向着小型化、便携化以及轻量化方向发展，这也导致了越来越多的设备需要依赖人工智能与嵌入式系统的技术融合，如图1所示为智能设备的典型应用。
但是在智能化设备繁荣发展的背后，是我国社会对人工智能嵌入式专业人才的极大需求与极度稀缺的专业人才数量之间的矛盾。据统计，我国开设有人工智能专业方向的高校数量较少，将人工智能与嵌入式技术相结合的学科方向更是凤毛麟角。为了解决这一问题，本文探讨了高校计算机与电信专业与人工智能技术相结合的课程设置方案，并以江汉大学为例，介绍了人工智能嵌入式专业的学科建设与发展。
二、发展现状
目前，在我国人工智能教育还没有专门的一级学科作支撑，将人工智能与嵌入式技术相结合的专业方向也是凤毛麟角。高等教育本科教育专业体系中承担人工智能专业人才培养的二级学科是智能科学与技术。2001年12月在中国人工智能学会第九次全国学术会议上提出
图 1 智能设备应用
成立了智能科学与技术学科专业，2003年12月由北京大学自主创立。随后，2004年西安电子科技大学、南开大学和北京邮电大学也相继开设了智能科学与技术专业，到目前为止，全国高校经教育部批准或在教育部备案通过的智能科学与技术专业将近40个；2017年5月，中国科学院大学发文成立人工智能技术学院。这是我国人工智能领域首个全面开展教学和科研工作的新型学院。2017年11月，西安电子科技大学人工智能学院成立，该学院是教育部直属高校中首个致力于人工智能高端人才培养、创新成果研发和高层次团队培育的智能学院。2018年1月，湖南工业大学和上海交通大学分别成立人工智能学院，3月，南京大学宣布成立人工智能学院[1]。
随着高校陆续开设人工智能学院，设置人工智能相关学科，但仍然存在以下问题：
1）基础设施欠缺
IT新技术更新太快，高校欠缺合适的软件集成平台与硬件配置环境，使得教学实验和科学研究难以开展。
2）师资培训缓慢
教师获取最新技术知识缓慢，造成精通人才的缺失。
3）课程体系缺失
由于新开专业无标准体系可参考，教师在编制人工智能实验课程方面缺乏积累，教学内容开发缓慢。关键是需要大量真实数据和典型行业数据，模拟教学无法让学生体会到人工智能真实应用，造成学生动手能力难以提升。
4）实验内容复杂
教学生态体系复杂庞大，实验设计耗时费力。
5）人才发展困难
教学内容与职场需求严重脱节，无法学以致用。
三、人工智能嵌入式人才培养与课程建设
在人工智能嵌入式专业领域中，计算机与电子信息相关专业知识技能都是其不可或缺的部分，其中又以计算机相关专业课程最为重要。计算机专业有关知识奠定了人工智能技术的基础，在进行人工智能嵌入式专业人才培养方面，将计算机专业课程体系构与其进行融合具有深远的意义。
当前，以计算机科学为基础的人工智能嵌入式技术专业人才培养目标，是希望培养出能够适应当前人工智能及嵌入式技术发展的复合型人才。一种普遍的观点认为，人工智能嵌入式专业人才培养需要牢固掌握数学、计算机和人工智能有关专业知识基础理论，可以系统地掌握智能科学技术中的基础理论及方法，能够在嵌入式设备上灵活处理智能信息数据，并且能够适应社会需求。上述培养目标的属性就决定了计算机专业课程体系革新需要回归人工智能专业人才培养本质，深入了解人工智能专业人才的定位与知识组成[2]。
3.1课程体系
人工智能嵌入式方面的人才需要具有庞大的知识结构，包括坚实的数学基础、计算和程序基础、电子学理论、人工智能的专业知识以及分析建模能力。课程设置必须考虑到核心类课程如机器学习、知识表示与处理，技术支撑类如模式识别与计算机视觉、自然语言处理、自动规划、多智能体系统、计算智能等等。
通过对我国已开设人工智能专业方向的学校调研，人工智能嵌入式专业知识结构及课程体系可以分成四个层次，第一是专业核心层处在专业最核心的那些课程，它包括，嵌入式系统、电子信息技术、程序设计语言、数据结构与算法、智能科学与技术导论、脑与认知基础、人工智能基础、机器学习（上）、数据挖掘、模式识别；第二层是模块平台层，它包括人工智能技术导论、机器学习（下）、神经网络与深度学习、大数据技术与应用、自然语言理解、机器视觉、智能机器人；第三层是特色模块层，它包括智能感知与理解、机器学习与知识系统、语言智能与自然语言处理、智能机器人与无人系统、智能应用技术与系统，第四层是认知、能力综合层，它包括社会与机器伦理、人工智能前沿讲座、面向应用的智能系统设计与开发。把四个层次放到一起，事实上就形成了人工智能嵌入式专业的知识结构体系。
除了专业课以外，实验课程作为不可分割的部分，基本可分为两类：第一类包括像人工智能，机器学习，深度学习，大数据分析挖掘和智能机器人。还有一个像数据挖掘，自然语言处理，认知，图像理解和信息处理，相对来讲开设实验少一些。就是作为人工智能专业不应该少于3门实验课，作为第二类不应该少于2门，或者把这两类加一块，实验课不应该少于5门。
3.2实验课程教学平台的建设
理论的学习离不开实验的验证，为了让学生在完成人工智能专业课程的学习后有一个较为感性的认识，在配合课程体系的前提下，人工智能嵌入式专业需要一套人工智能分析、挖掘与应用的人工智能实验平台解决方案。通过典型的算法展示、算法实现结合人工智能分析的应用场景与案例，对学生进行数据分析方面的综合训练，从而实现专业实验教学的由点及面、理论到应用、涵盖原理验证、综合应用多层次实验的体系。如图2所示为实验平台的功能框架示意图[3]。
四、师资培训
现国内高校人工智能教学及专业建设首当其冲的困难就是缺少具有高水技术与国际视野的任课老师，也正是由于人工智能嵌入式作为一个新技术，教师现拥有的理论及技能水平参差不齐，导致高校学科的发展水平和教学水平受到制约。专业的师资团队应该满足具有较高的理论水准同时也具备企业工作经验，不仅有研究机构理论的专家，还要有行业机构的实践专家[4]。
为应对上述问题，通常可以对教师采用理论+实战的培训形式，不定期的为各大高校提供师资力量培训，帮助其解决上不了课、上课难等问题。通过为教师提供系统的课程讲授，同时提供实践项目让其参与其中，让教师真正获得理论知识及实践经验，从而顺利进行学校课程讲授。
师资培训课程分为专业建设（含课程建设）和技术实战两类，可以由高校专家和企业优秀工程师组合教学。专业建设类培训主要由高校专家讲授专业规划、课程建设，由企业工程师讲授前沿技术；技术实战类培训主要由企业专家讲授技术实战，参训教师可以深入浅出地了解深度学习行业趋势、深度学习框架原理和模型，还能结合高校自身的深度学习应用、个性化推荐系统等案例进行上机实验和案例实操。
除此以外，还可以鼓励教师每年不定期参加人工智能教学论坛，共同探讨人工智能课程体系建设面临的问题和对策建议，并聆听国内高校教学名师介绍成功教学经验、方法和案例，
图 2 人工智能嵌入式实验平台架构
促进成熟的人工智能课程体系的快速复制传播，加快推进我校人工智能教学水平不断提升。
五、结束语
人工智能技术是技术发展的热点及国际研究的前沿领域，同时也是我国重点发展的战略性技术，人工智能嵌入式更是其中的应用重点。当前，中国高校人工智能嵌入式教育之路尚属起步阶段，人工智能一级学科有待申报，人工智能与嵌入式技术的融合教育仍属探索阶段；尽管人工智能嵌入式技术飞速发展，但整体人才规模仍然无法满足社会需求，各高校人工智能学科的建设还在起步阶段；通过建立高效中人工智能与相关交叉学科的课程体系，并对其进行进一步的明确和细化，将为我国人工智能的人才培养提供有力的保障。
参考文献：
[1] 杨 赞. 关于独立院校开展人工智能课程的探究[J]. 职业教育, 2018,7(4):142-145
[2] 单片机与嵌入式系统应用编辑部. 人工智能时代，嵌入式与物联网工程师要扮演技术核心角色[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2018,(7):3-5
[3] Benny Har-Eve. 嵌入式人工智能应用广泛兴起，但门槛正在提高[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2018,(9):88-89
[4] 涂 航, 陈 欢. 浅析人工智能应用及发展趋势[J]. 网络安全技术与应用, 2019,(7): 96-97
作者简介：李少伟（1982.9-），男，汉族，湖北武汉人，博士，讲师，主要研究方向：嵌入式系统。
*通讯作者：向彩容（1981.6-），女，汉族，湖北京山人，博士，讲师，主要研究方向：人工智能
基金项目：江汉大学基于嵌入式的人工智能交叉学科教学改革研究（JyQ2020026）