人工智能通識教育體系構(gòu)建的思考

從人工智能專業(yè)到通識教育2024.04人工智能簡介從人工智能簡史感受發(fā)展趨勢?2AI誕生記

計(jì)算機(jī)/電腦：

它的出現(xiàn)為AI奠定了基礎(chǔ)19世紀(jì)中葉，英國數(shù)學(xué)家查爾斯·巴貝奇發(fā)明了一款長30米、寬10米的蒸汽機(jī)驅(qū)動的分析機(jī)器?3AI誕生記

計(jì)算機(jī)之父：圖靈1950年《Mind》雜志的發(fā)表文章《計(jì)算機(jī)與智能》Canmachinesthink?ImitationGame

圖靈測試?4達(dá)特茅斯會議

Dartmouth

Workshop

1956年達(dá)特茅斯會議：人工智能元年麥卡錫1971年圖靈獎獲得者Lisp語言發(fā)明者羅切斯特IBM701計(jì)算機(jī)制造者明斯基1969年圖靈獎獲得者塞弗里奇機(jī)器感知之父所羅門諾夫算法概率論創(chuàng)始人香農(nóng)信息論創(chuàng)始人司馬賀1975年圖靈獎獲得者?5達(dá)特茅斯會議

Dartmouth

Workshop

2006年達(dá)特茅斯會議50周年2006,

“DeepLearning”

(DL)wasintroduced

byHinton?6大模型的發(fā)展歷史、啟發(fā)

小小神經(jīng)元：大模型起源M-P

神經(jīng)元模型

[1943年]?7大模型的發(fā)展歷史、啟發(fā)

小小神經(jīng)元羅森布拉特在一臺IBM-704計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)康奈爾航天實(shí)驗(yàn)室的感知機(jī)，第一臺感知機(jī)的硬件現(xiàn)了“感知器”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型1958年，《紐約時報(bào)》當(dāng)時報(bào)道說：“海軍透露了一種電子計(jì)算機(jī)的雛形，它將能夠走路、說話、看、寫、自我復(fù)制并感知到自己的存在……據(jù)預(yù)測，不久以后，感知器將能夠識別出人并叫出他們的名字，立即把演講內(nèi)容翻譯成另一種語言并寫下來。”?8大模型的發(fā)展歷史、啟發(fā)?9大模型的發(fā)展歷史、啟發(fā)

大模型時代Attention

IsAll

You

Need,2017ChatGPT

isachatbot

developedby

OpenAIandlaunched

onNovember

30,

2022.?10userid:656793,docid:161141,date:2024-06-02,大模型的發(fā)展歷史、啟發(fā)

道路曲折，潛力巨大：無論是AI，還是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)邏輯推理專家系統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)展熱度第三次浪潮大數(shù)據(jù)，大量學(xué)習(xí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)云計(jì)算，計(jì)算能力大幅提升深度學(xué)習(xí)，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展第二次浪潮第一次浪潮專家系統(tǒng)遍地開花人工智能轉(zhuǎn)向?qū)嵱梅栔髁x邏輯運(yùn)算、演繹推理Prolog語言第二次低谷專家系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域有限AI資金投入減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，但計(jì)算能力不足未達(dá)AI預(yù)期第一次低谷達(dá)特茅斯會議算法僅能解決狹窄領(lǐng)域問題AI誕生計(jì)算能力不足，未達(dá)AI預(yù)期時間195619741980198719932010?11人工智能在高校的現(xiàn)狀人工智能在高校應(yīng)用的現(xiàn)狀?12人工智能全面走進(jìn)高校？

大部分沒有使用，極少數(shù)使用的，一部分在徘徊教育教學(xué)?13人工智能全面走進(jìn)高校？

大部分沒有使用，極少數(shù)使用的，一部分在徘徊學(xué)生培養(yǎng)高校師生對聊天機(jī)器人的認(rèn)知程度最高，使用了聊天機(jī)器人和數(shù)字助教?14人工智能全面走進(jìn)高校？

使用的挑戰(zhàn)相對較大問題與挑戰(zhàn)使用人工智能的主要挑戰(zhàn)是機(jī)構(gòu)對于支持采用和維護(hù)人工智能的不足?15AI交叉：應(yīng)用于材料科學(xué)Nature封面論文《Machine-learning-assistedmaterialsdiscoveryusingfailedexperiments》：美國研究者借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法，利用“廢棄”數(shù)據(jù)成功預(yù)測新材料的合成?16AI交叉：AI應(yīng)用于生命科學(xué)?

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的3D蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測模型?

使用已知序列和結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)訓(xùn)練輸入序列關(guān)鍵點(diǎn)位對齊空間折疊預(yù)測結(jié)構(gòu)AlphaFold使用CNN和RNN等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，捕捉蛋白質(zhì)序列和結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜關(guān)系?17AI交叉：AI應(yīng)用于化學(xué)1提高發(fā)現(xiàn)新反應(yīng)和分子的發(fā)現(xiàn)效率2減少人為知識缺陷的影響3提高化學(xué)物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測效率4優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)器系統(tǒng)用算法訓(xùn)練的AI模型，能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息快速搜索和分析化學(xué)空間，加速發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)性和產(chǎn)生新的分子，從而推動化學(xué)研究的創(chuàng)新和進(jìn)展。用算法訓(xùn)練的AI模型，可以消除人類專家由于當(dāng)前的化學(xué)知識信息和個人偏見所帶來的風(fēng)險，確?；瘜W(xué)研究更為客觀和準(zhǔn)確，提高新發(fā)現(xiàn)的可靠性和創(chuàng)新性。利用機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)建模的算法，可以預(yù)測正在研究的化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)，為化學(xué)研究提供更為精準(zhǔn)的指導(dǎo)，提高研究效率和成功率?？梢杂肁I算法訓(xùn)練模型來實(shí)現(xiàn)并優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)器系統(tǒng)的控制自動化。從而能夠能夠更快、更有效地導(dǎo)航和搜索化學(xué)空間，提高實(shí)驗(yàn)效率同時有望產(chǎn)生不可預(yù)測的新反應(yīng)性，推動化學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新和突破。Gromski

PS,Henson

AB,

GrandaJ

M,etal.How

to

explorechemical

spaceusingalgorithms

andautomation[J].NatureReviews

Chemistry,

2019,3(2):

119-128.AI交叉：AI應(yīng)用于材料科學(xué)?

美國西北大學(xué)應(yīng)用多模態(tài)學(xué)習(xí)方法進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)識別

Chad

Mirkin

美國三院院士

美國西北大學(xué)教授Automated

crystal

system

identification

from

electron

diffraction

patterns

using

Multiview

Opinion

Fusionmachinelearning,

PNAS,2023,Vol.

120

No.46?19人工智能本科專業(yè)的建設(shè)情況人工智能本科專業(yè)的建設(shè)情況?20人工智能國家戰(zhàn)略、人才需求國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》“完善人工智能領(lǐng)域?qū)W科布局，設(shè)立人工智能專業(yè)”2017.72018.4教育部《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》“對照國家和區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求布點(diǎn)人工智能相關(guān)專業(yè)，加大人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)力度”2018年7月8日

人工智能本科專業(yè)研討會全國26所一流大學(xué)人工智能專業(yè)建設(shè)負(fù)責(zé)人參會2018.7(清華、南大、上交大、復(fù)旦、中科大、國防科大、天大、西交大、北理工、武大、北航、蘭大、哈工大、吉大、東大、山大、東南、西工大、重大、川大、大連理工、浙大、海大、同濟(jì)、華科、廈大)?21人工智能國家戰(zhàn)略、人才需求國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》“完善人工智能領(lǐng)域?qū)W科布局，設(shè)立人工智能專業(yè)”2017.72018.4教育部《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》“對照國家和區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求布點(diǎn)人工智能相關(guān)專業(yè)，加大人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)力度”天津大學(xué)根據(jù)《教育部高等教育司關(guān)于開展2018年度普2018.7

通高等學(xué)校本科專業(yè)申設(shè)置工作的通知》向教育部申報(bào)本科新專業(yè)人工智能?22人工智能國家戰(zhàn)略、人才需求教育部

公布2018年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果全國共35所高校獲首批“人工智能”本科新專業(yè)建設(shè)資格天津大學(xué)是目前天津唯一一所獲批人工智能本科專業(yè)的高校2019.3天大AI課程體系：專業(yè)、科研、學(xué)科人工智能領(lǐng)域主要方向科研團(tuán)隊(duì)與方向智能智能網(wǎng)聯(lián)汽車智慧醫(yī)療智能無人系統(tǒng)智能制造支撐應(yīng)用AI專業(yè)課程方向包電網(wǎng)智慧城市機(jī)器感知與機(jī)器學(xué)習(xí)方向計(jì)算機(jī)視覺與模式識別群體智能機(jī)

自

知器

然

識神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)

智能無人系統(tǒng)主要方向跨媒體數(shù)據(jù)理解與推理關(guān)鍵技術(shù)感

語

工知

言

程與

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理式

與識

理別

解語音與語言處理方向語音信號自然語言處理圖像視頻理解信息檢索與智能回答情感計(jì)算處理信號與系統(tǒng)語音信息處理高級機(jī)器學(xué)習(xí)知識圖譜學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)與知識工程方向大數(shù)據(jù)技術(shù)問題求解與專家系統(tǒng)面向大數(shù)據(jù)與人工智能的新型計(jì)算體系、智慧網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲知識表示與推理知識圖譜天大AI課程體系：學(xué)科基礎(chǔ)與專業(yè)課程人工智能+X新工科智能機(jī)器人智能醫(yī)學(xué)工程智能物聯(lián)網(wǎng)智能制造智能金融智能計(jì)算系統(tǒng)機(jī)器感知與機(jī)器學(xué)習(xí)方向語音與語言處理方向數(shù)據(jù)與知識工程方向?qū)?/p>

人工智能

計(jì)算機(jī)視覺與模式學(xué)習(xí)群體智能情感計(jì)算大數(shù)據(jù)技術(shù)信息檢索與智能回答知識表示與推理業(yè)類專業(yè)選修神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)

智能無人系統(tǒng)信號與系統(tǒng)語音信息處理問題求解與專家系統(tǒng)知識圖譜人工智能專業(yè)核心認(rèn)知科學(xué)導(dǎo)論人工智能倫理知識工程機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘自然語言處理人工智能學(xué)科數(shù)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科基礎(chǔ)類數(shù)理邏輯形式語言與自動機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)矩陣分析最優(yōu)化方法智能與計(jì)算大類導(dǎo)論程序設(shè)計(jì)原理操作系統(tǒng)原理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)庫原理數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大類學(xué)科基礎(chǔ)算法分析與設(shè)計(jì)?25人工智能通識教學(xué)的現(xiàn)狀和探索人工智能通識教學(xué)的現(xiàn)狀和探索?26人工智能通識課體系建設(shè)背景（建議）“中國高度重視人工智能對教育的深刻影響，積極推動人工智能和教育深度融合，促進(jìn)教育變革創(chuàng)新，充分發(fā)揮人工智能優(yōu)勢。”——習(xí)近平向國際人工智能與教育大會致賀信

2022

主題：引導(dǎo)人工智能賦能教師，引領(lǐng)教學(xué)智能升級

2023

主題：引領(lǐng)學(xué)習(xí)變革,智創(chuàng)教育未來?27人工智能通識教育體系構(gòu)建?

跨學(xué)科特性：人工智能涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)、心理學(xué)、倫理學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，因此課程應(yīng)該以跨學(xué)科的視角來設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生全面理解人工智能的本質(zhì)和影響。?

理論與實(shí)踐結(jié)合：課程內(nèi)容既應(yīng)包括人工智能的理論基礎(chǔ)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理等，也應(yīng)該包括實(shí)踐性內(nèi)容，如編程實(shí)踐、項(xiàng)目案例分析等，以幫助學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實(shí)際問題中。?

倫理與社會責(zé)任：人工智能發(fā)展對社會、經(jīng)濟(jì)、倫理等方面都有深遠(yuǎn)影響，因此課程應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生思考人工智能的倫理道德問題，提升他們的社會責(zé)任意識和批判性思維能力。?

國際視野：人工智能是國際性的研究領(lǐng)域，課程內(nèi)容應(yīng)該引入國際前沿的研究成果和案例，幫助學(xué)生了解全球范圍內(nèi)的人工智能發(fā)展動態(tài)。?

與當(dāng)前趨勢保持同步：人工智能領(lǐng)域發(fā)展迅速，課程內(nèi)容應(yīng)該與時俱進(jìn)，及時更新，反映當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和技術(shù)趨勢。?28人工智能通識教育體系構(gòu)建跨學(xué)科特性理論與實(shí)踐結(jié)合倫理與社會責(zé)任國際視野與當(dāng)前趨勢保持同步詢問不同高校，給出幾乎雷同的答案?29國內(nèi)院校人工智能通識課程建設(shè)情況2024年啟動人工智能通識核心課程體系建設(shè)工作框架：1+X+Y結(jié)構(gòu)2023年9啟動人工智能賦能教學(xué):多模態(tài)大模型GLM作為平臺與技術(shù)基座，服務(wù)不同學(xué)科領(lǐng)域教師與學(xué)生。北航、廈大等高校正在重點(diǎn)建設(shè)1門人工智能通識課程。多數(shù)：1門通識課程；少數(shù)：大模型應(yīng)用類課程；個別：課程體系?30國內(nèi)院校人工智能通識課程建設(shè)情況“人工智能+教學(xué)”試點(diǎn)課程將利用人工智能技術(shù)支撐課程教學(xué)創(chuàng)新，通過大模型、大數(shù)據(jù)及虛擬技術(shù)等對教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)場景與教學(xué)資源、教學(xué)模式與學(xué)習(xí)方式、學(xué)情分析與教學(xué)評價等進(jìn)行改革創(chuàng)新，為學(xué)生提供更加靈活、個性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。主要包括個性化教學(xué)設(shè)計(jì)與自適應(yīng)學(xué)習(xí)路徑、智能輔助教學(xué)工具建設(shè)、多元化教學(xué)資源整合、虛擬教室與虛擬實(shí)驗(yàn)室場景搭建、虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)與在線協(xié)同學(xué)習(xí)和實(shí)時學(xué)情監(jiān)測與智能分析決策等六個方面。?31國內(nèi)院校人工智能通識課程建設(shè)情況“全過程全環(huán)節(jié)AI助教”一是“數(shù)字老師”二是“答疑大模型”隨著人工智能體的加入，可能形成四元關(guān)系：由教師、助教、學(xué)生、人工智能共同構(gòu)成一個新的教學(xué)組合體。?32人工智能通識課程體系建設(shè)（建議）3種實(shí)踐課1門通識課2類交叉課3.

基礎(chǔ)編程、實(shí)驗(yàn)課程、領(lǐng)域案例1.

人工智能通識基礎(chǔ)課程2.

人工智能與文理工醫(yī)（1）開課對象：面向“文-理-工-醫(yī)”全部專業(yè)開設(shè)；（1）AI與文綜理綜：針對低年級本科生：考慮通識性、受眾面、學(xué)生基礎(chǔ)等因素，初期可以采用分大類整合為兩門或者X門大課；（2）AI與專業(yè)細(xì)分：針對高年級本科生：開設(shè)學(xué)科深度交叉類課程如《人工智能與化工》《人工智能與經(jīng)濟(jì)管理》。（1）編程：Python等程序設(shè)計(jì)課程，培養(yǎng)基礎(chǔ)計(jì)算思維和編程能力（主要面向低年級本科生）；（2）實(shí)驗(yàn)：專業(yè)（學(xué)科）相關(guān)的實(shí)驗(yàn)類課程（主要面向高年級本科生）；（2）基礎(chǔ)要求：低年級、零基礎(chǔ)，導(dǎo)論性質(zhì)，替代大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)；（3）課程組成：《現(xiàn)代人工智能導(dǎo)論》（包含基本的計(jì)算思維、重點(diǎn)講授主流和先進(jìn)智能理論與技術(shù)、兼顧基礎(chǔ)和應(yīng)用。保證課程的關(guān)鍵基礎(chǔ)穩(wěn)定、靈活組合更新）。（

3

）

設(shè)

計(jì)

：

啟

發(fā)

類

的

AI-for-Science的綜合實(shí)踐課程（主要面向高年級本科生、研究生）。