1. 引言
在人工智能技术飞速发展的背景下，各领域都在积极尝试应用人工智能技术，并取得了显著成果，如智慧民航[1]、智慧海洋[2]等。随着人工智能技术赋能各行各业，社会上对于人工智能技术人才的需求也显著增加。2018年教育部制定了《高等学校人工智能创新行动计划》，明确提出要“加大人工智能领域人才培养力度”，为我国新一代人工智能发展提供战略支撑。2019年3月，首批35所高校通过教育部审批，设置人工智能专业。截至2025年4月，全国共有626所普通高校成功备案人工智能本科专业。这些高校办学层次各异，水平差异巨大。如何根据学校自身定位，建设有特色的人工智能专业是一个值得研究的问题。
中国民航大学(以下简称我校)人工智能专业于2022年首次招生，依托计算机学科进行建设。作为一所民航行业特色鲜明的高校，我校人工智能专业定位于培养“适应智慧民航建设和国家人工智能发展战略，服务民航及国家人工智能产业发展需求”，“能够在人工智能领域从事智能技术应用、智能算法设计、智能系统开发的高素质专业技术人才”。人工智能是一种通用性技术，可服务于各行各业，因此我们着力于打造“厚基础”+“强特色”的人工智能课程体系。总体思路是首先夯实学生的人工智能技术基础，然后于其上添加一些民航特色课程，使其在行业内就业时更具竞争力。但这些特色课程应聚焦于人工智能技术如何解决业务问题，而非强调业务本身，以区别于“智慧交通[3]”等专业。
2. 国内高校人工智能专业培养方案调研
人工智能是研究“让机器能像人那样认知、思考和学习，即用计算机模拟人的智能”[4]的前沿科学研究。南京大学周志华教授认为“高水平人工智能人才需要：数学基础好、计算/软件程序功底扎实、人工智能专业知识全面”[5]，因此人工智能专业课程一般至少由数学类、计算机类、人工智能类三部分构成。具体课程设置还与学校水平、专业定位、教学组织架构等直接相关，王志丰通过调研国内7所高校的人工智能专业培养方案，发现其差异巨大，呈现“千校千面”特点[6]。教学组织架构，即人工智能专业隶属于哪个学院，对课程体系的影响是最大的，因为这直接影响到其支撑学科。我们仅局限于依托计算机学院/学科开设的人工智能专业培养方案，共调研了国内6所高校，分别是：东南大学、天津大学、北京交通大学、河北工业大学、大连海事大学、天津科技大学。我们发现，就核心基础课程和专业课程来说，其差别并没有文献[6]所说的那么大，具体数据如表1所示(未含选修及通识课)。需要说明的是，我们对内容相近的课程进行了合并，部分学校的课程名称与表1所列并非完全相同，例如东南大学的“工科数学分析”归类到了“数学分析”中，“概率统计与随机过程”归类到了“概率论与数理统计”中。
Table 1. Specialized courses in AI programs at 6 domestic universities
表1. 国内6所高校人工智能专业课程设置情况
|
课程 |
东南 |
天大 |
北交 |
河工 |
海事 |
天科 |
数学与物理类 |
数学分析/高等数学 |
10 |
11 |
11 |
18 |
10 |
10 |
线性代数/高等代数 |
3.5 |
3.5 |
3.5 |
8 |
2.5 |
3 |
概率论与数理统计 |
3 |
3.5 |
3.5 |
3 |
3 |
2.5 |
大学物理 |
6 |
7 |
8 |
7 |
7 |
6 |
大学物理实验 |
2 |
|
2 |
3 |
2 |
2 |
电路基础 |
|
|
|
|
2.5 |
|
解析几何 |
|
|
|
2.5 |
|
|
常微分方程 |
|
|
|
4 |
|
|
复变函数与积分变换 |
|
|
|
4 |
|
|
小计 |
24.5 |
25 |
28 |
49.5 |
27 |
23.5 |
计算机基础类 |
程序设计基础 |
6.5 |
3 |
5 |
7.5 |
5 |
7 |
离散数学 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
数据结构 + 算法 |
4 |
3+3 |
4+3 |
4.5 |
4 |
3 |
计算机组成原理/计算机系统基础 |
4 |
6 |
4 |
3.5 |
4 |
4 |
操作系统 |
4 |
|
4 |
4 |
4 |
3 |
数字逻辑/数字系统基础 |
3 |
|
4 |
|
3 |
|
计算机网络 |
|
|
4 |
3.5 |
|
|
计算机类专业导论 |
|
|
1 |
|
|
|
计算机系统导论 |
|
2 |
|
|
|
|
数据库原理与应用 |
|
|
|
|
4 |
|
小计 |
25.5 |
21 |
33 |
27 |
24 |
21 |
人工智能类 |
人工智能导论 |
3 |
|
3 |
1 |
4 |
|
模式识别/机器学习/神经网络 |
3+4 |
3.5 |
4 |
2.5 |
3 |
5+3 |
计算机视觉 |
3 |
2 |
|
2 |
3 |
2 |
自然语言处理 |
3 |
2 |
|
|
3 |
3 |
知识工程 |
3 |
3.5 |
3 |
|
|
|
认知科学导论 |
|
2 |
|
|
2 |
|
人工智能数学基础 |
|
3 |
3 |
|
|
|
数据挖掘 |
|
2 |
|
|
3 |
|
人工智能程序设计 |
|
|
|
|
3 |
|
|
多智能体系统 |
3 |
|
|
|
|
|
语音信息处理 |
|
2 |
|
|
|
|
人工智能伦理 |
|
1 |
|
|
|
|
智能移动机器人 |
|
|
3 |
|
|
|
智能计算系统 |
|
|
3 |
|
|
|
计算智能 |
|
|
|
3 |
|
|
计算方法 |
|
|
|
|
3 |
|
数字图像处理 |
|
|
|
|
|
3 |
小计 |
22 |
21 |
19 |
8.5 |
24 |
16 |
毕业总学分要求 |
165 |
160 |
163 |
170 |
173 |
169 |
从表1来看，数学与物理类课程的差别相对较小，但数学课程内容深度不同，或为难度较高的数学分析 + 高等代数，或为传统的高等数学 + 线性代数。其中河北工业大学因其数学分析占三个学期，每学期6个学分，外加复变函数等课程，该模块学分最多，达到了49.5，占总学分的29%。计算机基础类课程设置和学分分布差别都比较小，大部分学校都开设了程序设计基础、离散数学、数据结构、计算机组成原理、操作系统，部分学校将计算机网络、数据库等也作为了必修课。除数据结构外，天津大学和北京交通大学还单独开设了算法设计与分析课程，均为3个学分。人工智能类课程各高校差异较大，呈现出百花齐放的特点，但过半高校均将人工智能导论、机器学习、自然语言处理、计算机视觉作为必修课程。另外东南大学将模式识别，天津科技大学将神经网络也作为必修课程。人工智能数学基础，作为数学类课程的补充，也有两所高校开设。6所高校的总学分最低为160，最高为173，说明人工智能专业知识面宽，需掌握的内容非常多。
人工智能专业对学生的实践能力要求也非常高，表2列举了调研高校除毕业设计外的集中实践类课程(仅含专业知识训练)的学分分布，因该部分课程名称差异较大，因此将其按计算机类、人工智能类进行划分。从表中可以看出，天津大学和天津科技大学的集中实践类课程学分明显高于其他学校，其中天津大学的人工智能类集中实践课程包括：机器学习综合实践1.5学分，知识工程综合实践1.5学分，智能无人系统/智能识别系统综合实践各3学分(2选1)，数据挖掘/语音信息处理/深度学习/自然语言处理/计算机视觉综合实践各2学分(5选3)；天津科技大学的人工智能类集中实践课程中除8个学分的常规课程设计外，还包含8个学分的项目制课程及4个学分的校企合作课程。
Table 2. Credit distribution for practical courses in AI programs at 6 domestic universities
表2. 国内6所高校人工智能专业集中实践类课程学分分布表
集中实践类课程 |
东南 |
天大 |
北交 |
河工 |
海事 |
天科 |
计算机类 |
2 |
5 |
3 |
6 |
4.5 |
6 |
人工智能类 |
5 |
12 |
3 |
2 |
7 |
20 |
合计 |
7 |
17 |
6 |
8 |
11.5 |
26 |
3. 我校人工智能专业课程体系改革
课程体系应围绕培养目标进行设置，而培养目标则需与学校定位相契合。985高校多定位于培养精英型、交叉型、复合型领军人才[6]，而大部分普通高校则多以就业为导向，侧重培养高水平的人工智能技能应用工程型人才[7]。我校情况与后者较为相符，要求学生具备较好的数学基础、计算机软件技术基础，以及人工智能理论与应用技术基础，并熟悉人工智能技术在民航典型场景中的应用。初版培养方案的课程体系中存在以下问题：
1) 计算机类课程偏多。设置有计算机导论、程序设计基础、面向对象程序设计、离散数学、算法与数据结构、数字逻辑、汇编语言、计算机组成原理、数据库系统原理、操作系统、计算机网络、软件工程12门课程37学分，而表1中该模块最多的仅9门33学分，且无学校将汇编语言、软件工程作为必修课。
2) 部分重要课程学分偏低，导致重要知识点要么未覆盖，要么讲不透。如线性代数2.5学分，表1中大部分学校在3.5学分以上；算法与数据结构/计算机组成原理均为3学分，表1中大部分学校为4学分；机器学习2学分，表1中大部分学校为3~4学分。
3) 物理类课程14学分占比较大。由于我校人工智能专业偏软，对物理类课程的要求不高。原培养方案中物理实验3.5学分，比表1中大部分学校的2学分明显偏高，另外还包括电路分析4学分，表1中仅有1所学校开设且只有2.5学分。
4) 集中实践类课程偏弱。操作系统课程设计、软件工程课程设计、计算机视觉课程设计各1学分。虽另有人工智能综合工程设计占6学分，但用时仅为三下暑期集中三周。
5) 民航特色不突出。专业必修课仅开设了1门2学分的民航特色课程“人工智能与智慧民航”。
针对以上问题，对专业课程体系进行了改革，改革后主要课程设置如表3所示。相比于旧版培养方案，数学与物理类模块删除了电路分析，线性代数和物理实验由于是公共平台课程因此学分未调整；计算机基础类模块删除了计算机导论、汇编语言、软件工程和计算机网络，程序设计基础和面向对象程序设计整合为1门课程，数字逻辑与计算机组成原理整合为计算机系统基础6学分，算法与数据结构、操作系统、数据库系统原理的学分均有所增加。调整后该模块由37学分减少到27学分；人工智能类模块中机器学习、深度学习、计算机视觉、自然语言处理各增加了1学分，机器人学和机器人编程基础原为2门课程各2个学分，分两个学期开设，将其合并为智能移动机器人1门课4学分。调整后该模块由16.5学分增加到24学分。
对集中实践类课程进行了大幅调整，如表4所示。其中计算机类集中实践设置了两部分内容：程序设计综合实践夯实学生的编程基础，系统软件综合实践(含操作系统、数据库、计算机系统三个选题)培养学生解决复杂工程问题的能力；机器学习、计算机视觉、自然语言处理分别设置了综合实践课程，弥补了原来人工智能类集中实践不足的问题。
民航特色类课程的改动也比较大。将原来的民航信息系统课程由选修调为必修，该课程按照航信、航司、机场、空管四个板块分别介绍民航的主要信息系统。在此基础上，按照计算机视觉、自然语言处理、智能数据分析三个主要的人工智能技术应用方向，结合本校教师的科研课题，新设计了三门民航特色类课程，包括应用于机场运行的基于计算机视觉的“智能场面监控技术”，应用于航站楼的基于自然语言处理的“智能机场客服技术”，应用于航空安全保障的“智能QAR (快速存取记录仪：Quick Access Recorder)数据分析”。调整后该模块总学分由原来的2学分增加到了6.5学分。
改革后毕业要求总学分由160.5学分调整为160学分，与原来基本保持一致。其主要变化体现在减少了计算机类课程，增加了人工智能类课程，强化了集中实践和民航特色类课程，且增加了重要课程的学分，有利于知识讲授的连贯性。新增加的三门民航特色类课程均有较成熟的科研项目作为支撑，教学条件能够保证，但集中实践类课程对学生和教师都提出了更高的要求，因此需要加强师资培训，否则课程质量难以保证。
Table 3. Core courses of CAUC’s AI program (1)
表3. 中国民航大学人工智能专业主要课程体系(1)
数学与物理类 |
学分 |
计算机基础类 |
学分 |
人工智能类 |
学分 |
高等数学 |
10 |
程序设计基础 |
4 |
人工智能导论 |
2 |
线性代数 |
2.5 |
离散数学 |
5 |
人工智能数学基础 |
3 |
概率论与数理统计 |
3 |
算法与数据结构 |
4 |
机器学习 |
3 |
普通物理 |
6.5 |
计算机系统基础 |
6 |
深度学习 |
3 |
物理实验 |
3.5 |
操作系统 |
4 |
数字图像处理 |
3 |
|
|
数据库系统原理 |
3 |
计算机视觉 |
3 |
|
|
|
|
自然语言处理 |
3 |
|
|
|
|
智能移动机器人 |
4 |
小计 |
25.5 |
|
27 |
|
24 |
Table 4. Core courses of CAUC’s AI program (2)
表4. 中国民航大学人工智能专业主要课程体系(2)
集中实践类 |
学分 |
民航特色类 |
学分 |
程序设计综合实践 |
2 |
民航信息系统 |
2 |
操作系统综合实践 |
2 (3选1) |
智能场面监控技术 |
1.5 |
数据库系统综合实践 |
智能机场客服技术 |
1.5 |
计算机系统综合实践 |
智能QAR数据分析 |
1.5 |
机器学习综合实践 |
1.5 |
|
|
计算机视觉综合实践 |
1.5 |
|
|
自然语言处理综合实践 |
1.5 |
|
|
小计 |
8.5 |
|
6.5 |
4. 赛事换学分
鼓励优秀学生参加高水平竞赛，通过参加这些竞赛可以获得社会企业的直接认可，有些竞赛获奖后还有机会参加企业的校招、实习或者直接被录用，有些竞赛对学生获得保研学校认可，以及参加研究生复试等都有很大帮助。对双非普通高校学生而言，竞赛获奖还可以增强他们的自信心，凝聚一批有兴趣的学生，同时带动周边同学的学习热情。
为鼓励学生参与高水平赛事，还设置了赛事换学分原则。其中参加程序设计天梯赛、ICPC国际大学生程序设计竞赛获奖的同学可免修程序设计综合实践，参加全国大学生计算机系统能力大赛(操作系统/数据库/编译均可)获奖的同学可免修系统软件综合实践，参加中国高校计算机大赛——人工智能创意赛、中国高校计算机大赛——AIGC创新赛获奖的同学可免修1门人工智能类综合实践课程。
5. 结束语
人工智能技术飞速发展，对社会生产和生活都产生了深入影响，所需人才也急剧增加。目前全国已有600多所高校开设了人工智能专业。高校的办学层次，以及依托学科的不同造成了该专业培养方案差异巨大。通过调研依托计算机学科开办人工智能专业的6所不同层次高校(985、211、普通院校各2所)的培养方案，发现其课程体系大体可分为数学与物理类、计算机基础类、人工智能类三个模块，由于人工智能对数学课程要求较高，若仅开设传统工科的高等数学和线性代数，建议再单独开设一门人工智能数学基础课程，补充矩阵微分、信息论、优化求解等内容；另外人工智能类课程差异较大，但一般都开设机器学习、自然语言处理、计算机视觉三门课程。对比调研高校，发现我校培养方案存在物理类课程占比较大，计算机基础类课程偏多，部分重要课程学分偏低等问题，为此重新设计了专业课程体系，调整了各模块的学分占比，强化了集中实践类和民航特色类课程，并提出了通过学分认定鼓励学生参与高水平竞赛的方案。
基金项目
天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目“面向智慧民航的人工智能新专业课程体系建设研究与实践”，项目编号：B231005913。