工程认证背景下基于校企协同...程专业“知识工程”课程为例_邓娟.pdf

收稿日期:2 0 2 2-1 2-0 5基金项目:武汉大学2 0 2 0教育部-华为“智能基座”产教融合协同育人基地项目作者简介:邓娟,武汉大学计算机学院副教授,工学博士;彭蓉,武汉大学计算机学院教授,工学博士;余琍,武汉大学计算机学院本科生办公室主任,工学博士;刘丹丹,武汉大学计算机学院副教授,工学博士。工程认证背景下基于校企协同育人的课程建设 以软件工程专业“知识工程”课程为例邓娟 彭蓉 余琍 刘丹丹【摘 要】针对当前校企协同育人课程建设合作方式碎片化,缺乏完整全面的产教融合机制的问题,分析了软件工程专业课程如何在工程认证背景下构建系统的多层次的校企协同育人课程建设机制,更好地为国家、产业的软件人才培养需求服务。以武汉大学软件工程专业“知识工程”课程为例,具体介绍如何基于工程认证标准,与华为技术有限公司共同建设“知识工程”课程,联合培养鲲鹏、昇腾产业人才和软件工程专业人才,为支持国家高质量人才培养和科技创新工作提供参考。【关键词】人才培养 工程认证 校企协同育人 课程建设 一、引言“知识工程”主要研究知识的获取、表达、存储、推理、验证以及复杂知识系统的开发,由美国斯坦福大学费根鲍姆于1 9 7 7年人工智能国际会议上提出。1 9 8 4年全国第五代计算机专家讨论会上史忠植提出知识工程是研究知识信息处理的学科,涉及人工智能、数据库技术、数理逻辑、认知科学、心理学等多门学科。近年来随着信息技术和人工智能产业的持续加速发展,知识工程也成为社会生产力发展的有力工具,给人类社会带来了深刻的变化。知识工程人才培养对于软件产业及人工智能产业的高质量发展也日趋关键。2 0 2 1年1 1月国家工信部“十四五”软件和信息技术服务业发展规划 中提出强化产业创新发展能力,支持企业与高校联合,开展关键核心技术攻关。因此高等教育要主动融入新发展格局,面向产业创新发展需要,发挥自己的知识、智力、人才等创新优势,联合相关企业进行专业课程建设,真正做到扎根中国大地办大学。2 0 2 2世界人工智能大会上,全球领先的智能软硬件基础设施提供商华为技术有限公司发表题为 打牢智能根基,加速行业升级 的演讲,呼吁政、产、学、研、用联合起来,强调不断增强向心力打牢根基,不断扩大繁荣人工智能产业生态,集中优势资源共同加速人工智能应用向各产业和行业的渗透。在国家和企业强调和重视校企协同育人的背景下,“知识工程”作为软件工程专业的重要专业课程,为了更好地为国家和产业人才培养需求服务,课程组与华为技术有限公司联合,在2 0 2 0教育部-华为“智能基座”产教融合协同育人基地项目支持下,组建了校企协同育人“知识工程”课程建设团队,积极开展“知识工程”课程持续共建。二、校企协同育人课程建设机制设计本课程针对当前校企合作方式碎片化,形式单一,与教学的融合度不高,缺乏体系化产教深度融合的课程建设机制的问题,以培养高质量软件人才为目标,提出构建全面的多层次的校企协同育人课程建设机制,打造金课。1课程建设根据工程认证标准和要求进行全面规范化过程管理,见图1所示,高校和企业体系化地全过程地共同参与课程目标、教学内容、教学方式、考核及成绩评定方式、课程评价方法等的调整和修订。同时企业共同参与课程资源建设,并为课程评价提供重要的企业实际用人情况反馈。校企协同育人课程建设团队通过开展软件工程专业工程教育认证,结合国家、产业的实际重大需求和人才培养实际情况反馈,科学化体系化对课程建设进行全面评估和持续改进,从而更好地保障人才培养质量,提高对产业发展的适应性,培养引领软件科技创新和产业发展的复合型、创新型、国际化的领军人才。57图1 工程认证背景下的校企协同育人课程建设机制 三、课程目标的校企联合修订结合国家、产业重大需求以及企业的实际用人需求,武汉大学-华为技术有限公司“知识工程”课程建设团队对知识工程课程能力培养的定位和具体内容进行了联合修订。具体课程目标如表1所示。同时在工程认证背景下,如表2所示,课程目标的设置不仅结合企业对鲲鹏、昇腾产业人才的培养需求,同时对标国际和国内工程认证毕业要求,课程聚焦对学生解决复杂软件工程问题能力的培养。2-4表1“知识工程”课程目标课程总体目标“知识工程”是软件工程专业准出课程,旨在使学生理解人工智能前沿方法和技术在知识信息处理领域的应用与发展,使学生了解和掌握知识获取、知识表示、知识存储、知识推理和知识验证等相关基础理论与前沿方法、技术,并能够基于实际问题设计、开发和应用先进的知识系统,使学生具备分析、解决复杂知识工程问题的能力,为大型软件和智能软件开发提供知识支持。课程目标1掌握知识获取、知识表示、知识推理和知识验证等基础知识和方法;培养学生运用知识工程相关知识表述复杂知识工程问题的能力。课程目标2掌握知识工程思维方式,面对复杂知识工程问题能够应用数学、自然科学、人工智能等的原理、方法进行科学描述和分析,并得到有效结论。课程目标3掌握先进的知识系统的设计开发方法,培养学生对复杂知识系统进行设计与开发的能力(包括华为鲲鹏昇腾生态智能方法与技术,华为对该教学提供免费的使用授权)。课程目标4掌握先进的知识工程相关工具,培养学生使用先进工具对复杂知识工程问题进行求解的能力(包括华为鲲鹏昇腾生态的智能开发工具,华为对该教学提供免费的使用授权)。四、教学内容与教学资源的校企持续更新本课程建设根据行业企业技术创新和人才培养的需要,结合人工智能领域前沿技术以及企业新技术和新工具,对课程教学内容和教学资源持续动态调整更新,使学生关注企业发展动态,增加课程内容前沿性知识,加深学生对行业实际生产、前沿动态和未来发展趋势的理解。“知识工程”课程内容包括知识获取、知识表示、知识存储、知识推理、知识应用、知识系统的开发等相关方法与技术,同时涵盖机器学习、智能仿生、知识图谱等前沿方法与技术。特别是知识图谱作为一种大规模语义网络,带来了知识效用的质变,推动了大数据时代知识工程的发展。因此知识图谱的基础理论和前沿技术可拓宽和加深“知识工程”课程的广度和深度。因此,根据知识工程领域的发展,当前“知识 工 程”课 程 的 教 材 及 参 考 书 目 如 表3所示5-8,教学内容包括基于知识图谱的知识表示、存储、推理以及相应的开源工具、应用案例等,同时,教学内容还将根据最新进展持续更新。同时为了进行鲲鹏、昇腾产业人才培养,课程建设对接企业技术创新动态,调整课程内容,结合华为技术有限公司鲲鹏、昇腾产业以及开源工具,进一步推动优质教学资源的建设。其中包括华为技 术 有 限 公 司 的 各 类 开 发 平 台 和 计 算 框 架 如D e v C l o u d、M o d e l A r t s、M i n d S p o r e、K G;开源工具D e e p D i v e和L I ME S(如表4所示);鲲鹏课程和昇腾课程课件等企业教学资源(如表5所示)。五、教学方式的校企联合改进完善在课程教学环节上,高校与企业深度合作,并融入科研成果,加强软件工程专业课程实践环节对创新能力的培养,提高学生服务企业的专业技术和能力。课程通过有效结合企业实践教育资源,不断健全校企协同育人的实践教学机制,形成课程建设、人才培养与行业产业相互促进的发展机制。通过引入企业导师、新知识、新技术,不断完善教学方式方法,加强实验和项目实践,培养具有实践能力和创新能力的复合型人才。华为技术有限公司通过在武汉大学建设“鲲鹏昇腾智能基座产教融合协同人才培养基地”,在67 高等工程教育研究 2 0 2 3年第2期 表2“知识工程”课程目标与工程认证毕业要求之间的对应关系“知识工程”课程目标中国工程教育专业认证毕业要求 华 盛 顿 协 议 毕 业 要 求1 2条W a s h i n g t o nA c c o r dG r a d u a t ea t t r i b u t e s美国工程与技术认证委员会之工程认证委 员 会 毕 业 要 求C r i t e r i o n3.S t u d e n tO u t c o m e s课程目标1:掌握知识获取、知识表示、知识推理和知识验证等基础知识和方法;培养学生运用知识工程相关知识表述复杂知识工程问题的能力。1工程知识:能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。E n g i n e e r i n gk n o w l e d g e(WA 1)课程目标2:掌握知识工程思维方式,面对复杂知识工程问题能够应用数学、自然科学、人工智能等的原理、方法进行科学描述和分析,并得到有效结论。2问题分析:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题,以获得有效结论。P r o b l e ma n a l y s i s(WA 2)1.a na b i l i t yt oi d e n t i f y,f o r m u l a t e,a n ds o l v ec o m p l e xe n g i n e e r i n gp r o b-l e m sb ya p p l y i n gp r i n c i p l e so fe n g i-n e e r i n g,s c i e n c e,a n dm a t h e m a t i c s.课程目标3:掌握知识系统的设计开发方法,培养学生对复杂知识系统进行设计与开发的能力。3设计/开发解决方案:能够设计针对复杂工程问题的解决方案,设计满足特定需 求 的系统、单元(部件)或工艺流程,并能够在设计环节中体现创新意识,考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。D e s i g n/d e v e l o p m e n to fs o l u t i o n s(WA 3)2.a na b i l i t yt oa p p l ye n g i n e e r i n gd e-s i g nt op r o d u c es o l u t i o n st h a tm e e ts p e c i f i e dn e e d sw i t hc o n s i d e r a t i o no fp u b l i ch e a l t h,s a f e t y,a n d w e l f a r e,a sw e l la sg l o b a l,c u l t u r a l,s o c i a l,e n v i r o n m e n t a l,a n d e c o n o m i c f a c-t o r s.课程目标4:掌握先进的知识工程相关工具,培养学生使用先进工具对复杂知识工程问题进行求解的能力。5使用现代工具:能够针对复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,包括对复杂工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性。M o d e r nt o o l u s a g e(WA 5)包含于其他标准之中 表3“知识工程”课程教材/参考书书名年份 用途内容特点 知 识 工 程与 知 识 管理(施 赖伯)2 0 0 3参考书目1引言:知识的价值2知识工程基础3任务和组织语境4知识管理5知识模型组件6知识模型模板7构建知识模型8知识抽取技术9通信建模1 0案例研究:住房问题1 1设计知识系统1 2知识系统的实现1 3高级知识建模1 4UML1 5项目管理从传统软件工程的 角 度,围 绕C OM-MONKA D S方法分析介绍了知识系统的设计与实现方法。知 识 工 程与 知 识 管理(陈 文伟,陈晟)2 0 1 0参考书目1知识工程与知识管理综述2专家系统及其开发3决策支持系统及其开发4计算智能的仿生技术5机器学习与数据挖掘6公式发现与变换规则的挖掘7知识管理8知识创造围绕 知 识,系 统的介绍了知识表示、知识推理、知识挖掘等方法技术,通 过 案 例 介绍了知识系统的设计实现。知识图谱:方 法、实 践与应用(王昊 奋,漆 桂林,陈华钧)2 0 1 9教材1知识图谱概览2知识表示