数智教育行业白皮书:数智人才培养篇.pdf
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1、 摘摘 要要 随着新一代信息技术的迅猛发展,人类已进入数字时代。数字化具有极强的穿透力,对各行各业产生了巨大影响。当前,数字化已成为国家战略,数字中国建设不断深入。在数字时代,数字思维与数字素养成为公民应具备的基础能力。作为当代中国拔尖人才培养的重镇之一,武汉大学顺应数字时代潮流,响应国家战略规划与需求,将数智人才培养覆盖到所有学科专业及各个学历层次,在推动数据科学知识的交叉学习基础上,更加注重数字技能的融通实训,着力培养面向未来的复合型数智人才。武汉大学数智教育白皮书(以下简称白皮书)从介绍数智教育概况入手,充分调研并分析了国内外高校数智人才的培养现状和显著差异,并以详实的数据与案例总结武汉
2、大学数智教育的优势与特色,即武汉大学具有支撑数智人才培养的全栈强势学科全栈强势学科:数学、计算机科学与技术、图书情报与档案管理、测绘科学与技术、地球物理学、理论经济学、工商管理、法学等,这些学科均具有较强实力;武汉大学具备数智人才培养的丰富经验和良好基础丰富经验和良好基础:完善的通识教育体系、丰富的数智人才培养资源,这些为数智人才培养打下了良好基础,并取得了丰硕成果。同时,也进一步分析了武汉大学数智教育当前面临的挑战,包括相关课程尚未形成系统的建设标准和体系、人才培养尚未形成差异化和梯度化的培养模式、数据资源和实践平台尚未形成全校共享。由此,提出建设具有武汉大学特色的一体化数智人才培养体系。武
3、汉大学遵循“顶层设计、统筹规划、分类培养、稳步推进顶层设计、统筹规划、分类培养、稳步推进”方针,制定全校一体化的数智人才培养体系建设方案,力争做到数据科学知识学习与技能培养的专业与学生全覆盖全覆盖。武汉大学将以“五数一体”“五数一体”的培养思路推动全校数智人才培养的融合贯通,即“以数字思维的培养为根基、数字素 养的锻造为拓展、数智课程的凝练为要点、数智人才的分类为依托、数智平台的打造为保障”。培养方案将数智人才培养分为“通识、赋能、应用、专业”“通识、赋能、应用、专业”四个类型,采取“分类“分类+梯度”梯度”模块化选课、“融通“融通+创新”创新”灵活性设课、“基础“基础+场景”场景”差异化授课
4、的体系化分类培养思路,将全校数据科学核心课程统一为 18门门,以求解决专业培养差异化与知识学习统一化之间的矛盾,既可以推动数据科学与各个专业的交叉融合,又可以利用全校资源,从而有序推进各个专业的数智化培养。培养方案涵盖数字思维、数字素养、数智课程、数智人才和数智平台的总体培养目标与思路,支持本科、专业型硕士和博士本科、专业型硕士和博士三个学历层次,“通识型、赋能型、应用型、专业型通识型、赋能型、应用型、专业型”四类人才,以及自然科学、地理空间、健康医疗、工业生产、金融商务、城乡政务、法务舆情、人文社会自然科学、地理空间、健康医疗、工业生产、金融商务、城乡政务、法务舆情、人文社会八大领域不同场景
5、的人才培养。武汉大学数智人才培养方案将按照“学生(主体)全覆盖、课程(客体)全校选、资源(载体)全校用、教学(本体)全数智、专业(实体)全融合”“学生(主体)全覆盖、课程(客体)全校选、资源(载体)全校用、教学(本体)全数智、专业(实体)全融合”的“五体驱动”全面推进落实。充分利用教研相长的导师资源、产教融合的行业资源与科教一体的研究资源,助推基于“三教融合”的数智人才全方位培养,为培养出具有实践能力的可用好用的数智人才,武汉大学将以“真数据(算据)、真模型(算法)、真处理(算力)、真场景(算题)”“真数据(算据)、真模型(算法)、真处理(算力)、真场景(算题)”来训练学生运用真数据、学会真模
6、型、体验真处理、解决真问题的能力。为此,武汉大学将整合校内外资源,按照“共建共享、互联互通、交叉融合、开放运行”的总体思路,构建学校层面的实验创新教学平台,建设平台“标准体系”和“一站式门户”“标准体系”和“一站式门户”,汇集“数据、工具、算力”“数据、工具、算力”三大资源,支撑人才培养、科学研究、创新创业和社会服务。I 目目 录录 前前 言言.1 1.数智教育概况数智教育概况.3 1.1 数智时代的高等教育.3 1.1.1 发展数智教育推动社会转型进步.3 1.1.2 发展数智教育促进学科交叉融合.4 1.1.3 发展数智教育赋能拔尖人才培养.5 1.2 数智教育的概念.6 1.2.1 数智
7、教育的概念及特征.6 1.2.2 数智教育的内涵及要素.7 1.3 数智人才培养的需求分析.8 1.3.1 实现科技创新的需求.8 1.3.2 数字产业发展的需求.9 1.3.3 数智化社会转型的需求.10 1.3.4 参与数字治理的需求.10 2.国内外数智人才培养现状国内外数智人才培养现状.11 2.1 国外高校数智人才培养现状.11 2.1.1 人才培养体系.11 2.1.2 专业课程体系.13 2.2 国内高校数智人才培养现状.15 2.2.1 人才培养体系.15 II2.2.2 专业课程体系.17 3.武汉大学数智人才培养现状武汉大学数智人才培养现状.19 3.1 发展数智教育的特色
8、与优势.19 3.1.1 办学理念.19 3.1.2 学科交叉优势.19 3.1.3 数智教育转型的经验.20 3.2 数智人才培养现状分析.22 3.2.1 人才培养体系.22 3.2.2 人才培养基础.25 3.2.3 人才培养挑战.31 4.武汉大学数智人才培养的思考与规划武汉大学数智人才培养的思考与规划.32 4.1 数智人才培养的总体目标.32 4.2 数智人才培养的内涵与外延.33 4.2.1 数智人才培养的基础.33 4.2.2 数智人才培养的价值.33 4.2.3 数智人才培养的拓展.34 4.3 基于“五数一体”的培养思路.35 4.3.1 以数字思维的培养为根基.36 4.
9、3.2 以数字素养的锻造为拓展.36 4.3.3 以数智课程的凝练为要点.37 4.3.4 以数智人才的分类为依托.37 III4.3.5 以数智平台的打造为保障.38 5.武汉大学数智人才培养的方案体系武汉大学数智人才培养的方案体系.39 5.1 数智人才培养的方案与课程教材体系.39 5.1.1 数智人才培养的总体方案与课程体系.39 5.1.2 本科数智人才的分类培养方案与课程体系.43 5.1.3 专业型硕士数智人才的分类培养方案与课程体系.45 5.1.4 博士数智人才的培养方案与课程体系.46 5.1.5 数智人才培养的教材体系.47 5.2 数智人才培养的实施与特色.49 5.2
10、.1 基于“五体驱动”的数智人才培养方案的实施.49 5.2.2 基于“三教融合”的数智人才全方位培养.50 5.2.3 基于“四真计算”的数智人才实习实践锻炼.50 5.3 数智人才培养的实验创新教学支撑平台.52 5.3.1 实验创新教学平台的总体方案.52 5.3.2 实验创新教学平台的“一套数据集”.53 5.3.3 实验创新教学平台的“一套工具集”.55 5.3.4 实验创新教学平台的“一个算力池”.55 5.3.5 实验创新教学平台的“一套标准集”.57 5.3.6 实验创新教学平台的“一站式门户”.58 5.3.7 实验创新教学平台的“一个数智社区”.59 6.总结与展望总结与展
11、望.60 IV图目录图目录 图 1 全球设置数据科学专业的各高校区域分布情况.12 图 2 全球设置数据科学专业的各学科分布情况.12 图 3 国内各省、自治区、直辖市及特别行政区高校数据科学专业分布图.16 图 4 武汉大学数智人才培养相关本科生课程开设情况.25 图 5 数智人才培养的基础.33 图 6 数智人才培养的价值.34 图 7 武汉大学“五数一体”数智人才培养体系.36 图 8 武汉大学数智人才培养总体方案.39 图 9 武汉大学数智人才的特色培养思路.50 图 10 武汉大学数智人才培养实习实践教学体系.52 图 11 武汉大学数智人才培养实验创新教学平台.53 图 12 武汉
12、大学数智人才培养实习实践数据资源.54 图 13 武汉大学数智人才培养实验创新平台标准规范体系.57 图 14 武汉大学数智人才培养实验实训一站式门户.58 图 15 武汉大学数智人才培养创新创业训创社区.59 表目录表目录 表 1 武汉大学基于八大领域的数智人才培养拓展.35 表 2 武汉大学四类数智人才培养的知识体系.38 表 3 武汉大学数智人才培养课程体系.40 表 4 武汉大学本科数智人才培养课程体系.44 表 5 武汉大学专业型硕士数智人才培养课程体系.45 表 6 武汉大学博士数智人才培养课程体系.47 表 7 武汉大学数智人才培养的教材建设规划.48 表 8 武汉大学数智人才培
13、养工具软件集建设方案.55 表 9 武汉大学数智人才培养实验算力池.56 1 前前 言言 当前,世界百年未有之大变局加速演进,数字技术带来的产业创新在全球范围高速发展,数字化已成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变国际竞争格局的关键力量。顺应数智时代潮流、推动数字变革与创新,成为全球共同面临的重大课题。大学作为科技第一生产力、人才第一资源、创新第一动力的重要结合点,应立足全球视野、担当时代使命,坚守人才培养、科学研究的核心职能,积极拥抱数智时代并主动回应其带来的变化与挑战。大学应在人才培养过程中注重数字思维能力提升。大学应在人才培养过程中注重数字思维能力提升。在数智时代,人类面临众多重大
14、复杂问题,需要增强数字思维,以多学科视角、运用数学方法和信息化手段提供解决方案。大学作为人才培养的主阵地,应牢牢把握时代需求,培养具有数字思维与数字素养的拔尖创新人才。大学应进一步推进数智赋能科技创新与文化传播。大学应进一步推进数智赋能科技创新与文化传播。在数智时代,科学研究范式和组织模式发生深刻变革,单一学科的研究范式和思维模式,难以实现科技创新的重大突破和复杂问题的解决。大学应进一步推进数智赋能科技创新与文化传播,大力推动跨学科、多领域的交叉研究,探索最前沿。大学应以积极主动的姿态参与全球数字治理。大学应以积极主动的姿态参与全球数字治理。当前,全球数字治理问题日益凸显,数据安全、个人隐私、
15、道德伦理等方面面临一系列新挑战,数字领域发展不平衡、规则不完善、体系不健全等问题尤为突出。大学应充分发挥学科优势,积极参与解决全球性数字问题,助力搭建公平高效的全球数字治理框架,推动数智时代全球安全和发展。大学既是科学技术的探索者和发现者,也是文化知识的生产者和改革者。数智时代的大学,应更积极应对机遇与挑战,在数字这一新领域,关怀人类、创造知识、传承文化,为促进人类文明进步、构建人类命运共同体作2 出更大贡献。武汉大学作为世界知名、国内一流的高校,第一使命就是为党和国家培养高端人才。学校积极响应国家战略、回应时代需求,大力推动数智人才培养。据不完全统计,目前全校共有 30 多个教学单位开设了与
16、数据科学相关的课程 800 余门,课程类别涉及通识教育课程、公共基础课程、大类平台课程、专业教育课程、创新创业课程等。为更好服务国家战略,提升武汉大学数智人才培养的综合实力,在校长张平文院士的领导和指导下,本科生院会同研究生院,组织全校数据科学与人工智能相关领域的 20余位一线专家,经过数次研讨、方案修改以及校外知名专家论证,最终形成了武汉大学数智人才培养建设方案。3 1.数智教育概况数智教育概况 1.1 数智时代的高等教育数智时代的高等教育 随着全球新一轮科技革命和产业变革的深入发展,大数据、云计算、人工智能、区块链等数智技术创新活跃,数据作为关键生产要素的价值日益凸显,并深入渗透到经济社会
17、各领域全过程。随着数智化转型深入推进,传统产业加速向智能化、绿色化、融合化方向转型升级,新产业、新业态、新模式蓬勃发展,推动生产方式、生活方式发生深刻变化。数字空间国际竞争进入新阶段,以信息技术生态优势、数智化转型势能、数据治理能力为核心的国家创新力和竞争力正在成为世界各国新一轮竞争焦点。在新的时代环境下,顺应数智时代潮流,推动数智变革与创新,成为全球共同面临的重大课题。数字经济的发展改变了职业结构和人才知识技能结构,推动教育的数智化转型,培养具备数字思维、数字素养和智算技能的数智人才成为世界各国教育改革的重要趋势。以数智化转型推动高等教育的高质量发展是新时代赋予大学的历史机遇,也是大学贯彻国
18、家战略的应有之义。1.1.1 发展数智教育推动社会转型进步发展数智教育推动社会转型进步 联合国自 2020 年陆续推出的“数字合作路线图”(Roadmap for Digital Cooperation)、“全球数字契约”(Global Digital Compact)等战略框架均以加强数字能力建设为目标,保障数字技术安全平等地惠及全民。联合国于2022年9月举办的首届“教育变革峰会”(Transforming Education Summit,TES)提到,要培养全民包括数字技能在内的终身学习能力,将数字技能纳入学生学习目标、课程和规划中,加强数字能力建设、缩小数字技能差距。当今世界,数智技
19、术正在加速重构经济社会发展与治理模式,智能化既4 是方式和手段,也是方向和目标。Gartner 2023年新兴技术成熟度曲线显示,生成式人工智能等数智技术目前处于期望膨胀期,正在催生前所未有的创新机会。数智化发展体现社会和经济向新范式的根本转变,带来产业组织模式、现代基础设施体系、科技人才培育体系、社会发展治理模式等的革新与重构。近三年我国政府先后出台“十四五”数字经济发展规划“十四五”国家信息化规划 提升全民数字素养与技能行动纲要 2022 年提升全民数字素养与技能工作要点 等政策文件,提出大力发展数字经济,提升全民数字素养与技能,推动教育数字化、智能化。新一代信息技术影响着各行各业的发展,
20、加快推动了各领域数智化转型升级,数智技术与实体经济、政务流程、社会治理等方面的深度融合,催生了更多新生产方式、新产业形态、新治理模式、新商业模式和新经济增长点。人才是经济社会发展的第一资源,发展数智教育不仅能提升公民的数字素养与技能,也能为我国数字经济高质量发展、社会数智化转型提供源源不断的人才支撑,促进数智技术创新成果转化应用,筑牢数字中国建设之基。1.1.2 发展数智教育促进学科交叉融合发展数智教育促进学科交叉融合 2021 年 4 月,习近平总书记在清华大学考察时强调指出要“推进新工科、新医科、新农科、新文科建设”。“四新”建设成为引领中国高等教育改革创新、走向范式变革的标志性举措,对高
21、校推动学科交叉、产业融合,面向社会变革、面向新兴科技,扎根中国大地加快培养卓越拔尖人才,推动创新型国家建设提出了更高要求。在数智技术加速演进的背景下,新的学科分支和增长点不断涌现,学科 中央网络安全和信息化委员会.“十四五”国家信息化规划.http:/ 5 深度交叉融合势不可挡,经济社会发展对高层次创新型、复合型、应用型人才的需求更为迫切。数智时代的穿透力对几乎所有学科都有巨大影响,因此,发展数智教育、培养数智人才可以助力多学科交叉融合发展。同时,发展数智教育也催生了一批交叉学科。以“数字人文”为例,一方面,数智技术可以为人文研究提供新的研究手段、研究对象、研究议题,开拓新的场景,为开展数智赋
22、能的人文研究提供技术支撑;另一方面,人文研究支撑了数智化技术发展的伦理规范,同时在虚拟仿真、情感算法、计算美学等领域发挥着更积极的作用,营造人文精神引领、先进技术支撑、丰富多元的数智化生态。又如,新华社媒体融合生产技术与系统国家重点实验室、测绘遥感信息工程国家重点实验室、武汉大学新闻与传播学院及遥感信息工程学院的专家学者共同提出了“遥感新闻学”这一交叉学科方向,将卫星遥感与新闻相结合,使遥感新闻具有突破时空限制与频谱限制、多角度揭示规律和保证新闻客观性的显著优势。1.1.3 发展数智教育赋能拔尖人才培养发展数智教育赋能拔尖人才培养 社会数智化转型背景下,拔尖创新人才应立足实践,将数字思维、数字
23、素养、智算技能与所学专业有机结合,并在实际情境中培养解决问题的数字能力。发展数智教育不仅需要搭建跨学科平台作为教学支持,还需要完善拔尖人才数智教育知识体系作为有效路径。例如,生成式人工智能的普遍应用极大地提升了传媒业的效率,重塑了内容制作生成、创意创作和市场化传播等环节,对新闻、出版等传统学科完善人才培养知识体系提出了新的要求。面向国家重大战略、关键领域研究需求,大力发展数智教育,构建多元人才培养体系,培养具备数字能力的不同层次、不同领域的数智人才,是立足实践之基、回答时代之问、赋能学科专业的关键一招。张平文.教育“数智化”的一些思考.http:/ 6 1.2 数智教育的概念数智教育的概念 1
24、.2.1 数智教育的概念及特征数智教育的概念及特征 数智教育是指以大数据与人工智能技术为主要载体,培养学生数字思维、数字素养与智算技能及解决数智时代问题的数字能力为目标的交叉型人才教育模式。主要具有以下特征:一是数字能力成为终身学习的重要内容。一是数字能力成为终身学习的重要内容。数智化转型影响深远,各个领域都在探索建立基于数智技术的发展范式,需要人才不仅具备专业领域的知识和技能,更要具备数字思维、数字素养和运用智算技能创造性解决复杂问题的能力。需要精准掌握数智化转型对宏观层面总体劳动力结构、中观层面行业人才需求、微观层面工作流程和岗位能力要求的影响,树立以数字能力为导向的人才培育理念。二是数智
25、技术教育和科技伦理教育并重。二是数智技术教育和科技伦理教育并重。数智化转型是经济社会的整体转型,既需要技术的创新发展,也需要建立大范围的集体共识和共同行为规范。数智技术发展在推动生产方式变革的同时,给人类社会带来了复杂的伦理挑战。数智时代下的科技人才培育不仅仅是技术和理念的传承,更是推动技术和社会规范持续互动发展中的重要一环,因此应强调共同推进技术能力培养和科技伦理教育,普及科技伦理知识,提升应对科技伦理问题的能力。三是数智的培养和培养的数智化相结合。三是数智的培养和培养的数智化相结合。数智化技术的重要特征是多学科交叉融合和应用场景牵动,更强调通过多元化的方式培养复合型人才。既需要以建立数据密
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