人工智能在安全工程教学中的应用研究

孙宝平

【摘要】人工智能作为一门综合性前沿学科，发展非常迅速，同时其应用范围也越来越广。文章结合安全工程教学内容和需求现状，对人工智能在安全工程专业教学中的应用进行了分析。

【关键词】安全工程;人工智能;应用

【基金项目】首都经济贸易大学研究生教学改革项目;首都经济贸易大学校级教育教学改革项目。

一、研究背景及意义

人工智能（Artificial Intelligence）是一门研究如何使计算机模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、规划等）的综合性前沿学科[1]。人工智能创始人是美国卡内基梅隆大学教授A.Newel和Simon等人。人工智能研究目的在于如何提高机器的使用效率和使用性能，通过人工智能使用机器完成人类的工作[2]。人工智能大致经历了三个发展阶段。在初级阶段，计算机还没有被大范围地应用，机械化大生产模式还未被接受，只是偶尔使用机械化手段，绝大多数还是手工生产。但有少部分大型工业化企业开始探索人工智能，只是受到社会的总体科技水平影响而限制了人工智能的发展，人工智能成果极其有限。人工智能的第二阶段是机械化大生产广泛普及，计算机科学开始发展，但受到社会经济因素的影响，仅仅是在一些大型工厂中才使用人工智能。人工智能的第三阶段是由于物联网大数据技术的发展、社会经济的快速发展，人工智能得到普及应用，现在正处于此阶段。人工智能的应用将工作和生活变得简便，极大地促进了社会经济的发展，也正在以及必将促进人类社会快速发展[3]。

安全工程专业是与国民经济联系紧密、社会需求面广的工科专业。安全工程专业主要是为了培养从事安全技术及工程、安全科学与研究、安全监察与管理、安全健康环境检测与监测、安全设计与生产、安全教育与培训等方面工作的复合型高级工程技术人才。开设安全工程专业的约150所高等院校中，各高校的安全工程专业都具有较强的行业特色，主要涉及建筑安全、矿山安全、石油化工安全、公共安全等领域[4]。从学科知识体系来看，安全工程专业也是交叉学科。人工智能专业涉及计算机、统计学等学科的知识，与安全工程专业类似的具有广泛的交叉性。人工智能发展突飞猛进，在一定程度上加大了大学生的学习难度以及教师的授课难度，对教师和教学提出了更高要求。而安全工程教学过程中应用人工智能技术以及在教学中引入人工智能教学内容非常少，与国外高水平大学相比，我国的人工智能教学仍然处于起始阶段，在教育和教学方面需要全面提升。因此，开展人工智能在安全工程教学中的应用研究具有重要的理论和实践意义。

二、人工智能是安全工程专业发展的必然趋势

（一）安全工程技术发展的人工智能化

从安全生产技术发展过程来看，安全机械电子设备应用人工智能技术走在了其他技术应用的前行，而安全机械电子设备主要应用在机械化程度高的煤矿、非煤矿山等安全生产等领域，如瓦斯自动断电系统、绞车自动防跑车系统等。人工智能使得机电技术的安全性得到提高，同时提升了效率，有效防止了由于人的不安全行为引发的生产安全事故。

（二）安全监督管理的人工智能化

人工智能应用于安全监督管理过程中，如煤矿智能监控平台，该平台已应用于生产安全监管中。在交通运输行业，智能机电在全国普及，可将全国客运信息监控平台连接起来，以更好地保证交通安全，预防生产安全事故的发生。在机电加工安全领域，与人工智能结合起来的红外遥感已经在生产中普及开，用于确保操作人员的安全。

（三）安全预警的人工智能化

在2014年 “8·2”江苏昆山爆炸事故中，由于铝镁粉尘浓度过高导致爆炸发生，若当时企业配备了人工智能化的安全预警系统，那么此次事故有可能会避免。此次事故后，很多企业安装了智能化的预警系统，并且该系统已经应用于瓦斯监控中。可以看出，人工智能化水平不断提升是当前科技发展的大势所趋，人工智能化教育融入安全工程专业是未来学科发展的必然趋势[3]。

三、人工智能课程及应用手段存在的不足

（一）“人工智能 + 专业课程”体系设置方面仍存在一定的滞后性

人工智能作为一门新兴学科发展十分迅速，新的技术层出不穷。在课程设置方面要求能够与学科发展相适应，特别是安全工程专业要引入人工智能课程以及人工智能技术手段。与国外高水平大学相比，国内高校教学内容等均没有大的改观，在“人工智能 + 专业课程”体系设置方面仍存在一定的滯后性。

（二）人工智能课程内容与专业教学内容的结合与应用

人工智能课程是多学科交叉且理论性很强的课程，教师习惯于注重理论知识的讲解，而对相关技术的实践能力培养明显有短板。由于人工智能涉及十分广泛，仅仅在课堂上进行学习并不够，还需要强化学生在课后的自我学习，因此需要探索新的教学方法和手段以适应人工智能课程内容与专业教学内容的结合。

（三）教师创新能力方面亟待提高

尽管人工智能课程的教学多年前已在高校中开设，但目前我国高校教师在相关领域的国际顶级学术期刊（Artificial Intelligence journals）以及学术大会上发表学术论文的数量、质量依然亟待提高。创新力强、影响力强的人工智能领域的高端人才、领军专家仍很少，创新意识、创新能力和创新实践方面需要深入提升。

（四）传统教学模式已经不能满足学生学习需求

随着网络教育的深入发展，丰富多样的网络教育教学模式应运而生，除了满足学生的基本学习需求，对教学内容进行创新外，还要进行教学模式的创新。但当前的人工智能技术发展还有待提升，并且很多预想中的人工智能手段还处于深入研究探索阶段。当前的教学模式仅是简单、粗浅地利用计算机实现基本教学，根本没有体现出人工智能在教育中的应用及其优势[5]。

四、人工智能应用于安全工程专业教学

（一）将人工智能融入教学内容之中

目前，人工智能围绕“智能”这一主题开展了广泛而深入的研究，欧美的很多高校都将人工智能的研究成果引入到专业的教学内容中[6]。结合当前人工智能的进展以及我国高校在教学中引入人工智能的现实情况，急需明确人工智能内容在安全工程知识体系中的地位、比例，以及与其他原有体系课程的融合。慕课（MOOC）是现在非常广泛应用的一种教学形式，可以将部分慕课内容可引进教学中，采用“翻转课课”方式引发学生的讨论，就有关人工智能的问题进行交流，让学生主动参与到人工智能的学习中，并与专业课相结合，扩大学生的知识面，开阔学生视野，达到将人工智能融入教学内容之中的初衷。

（二）将人工智能融入实践能力培养

大学三年级阶段的教学内容与大一、大二相比，已经涉及一些专业基础知识，学生对专业有了进一步的了解，对就业和自己的专业学习也有了初步规划。在此阶段需要引入一定的前沿知识以及本专业国际发展趋势、前景等，更加注意实践能力的培养，特别是有部分学生选择继续深造学习，如攻读研究生、出国留学等，因此要将人工智能知识引入到实践能力培养中。如，在“系统工程”中引入遗传算法、神经网络等。如果仅讲解上述算法等相对枯燥、抽象，学生也不容易真正理解。在课堂上可以用人工智能解决具体问题，如拟合参数、现场编程演示等，以达到引发学生学习兴趣的目的，培养学生实践能力。另外，可以将部分人工智能采用Matlab等程序进行现场演示，更加直观地展现此类问题的过程和结果，增强教师与学生的互动，从而引起学生的兴趣、关注和进一步的深入学习，提高其学习积极性。比如首都经济贸易大学通过开展“安工杯”竞赛的方式，将人工智能引入到竞赛中，极大地提升了大学生对人工智能学习的兴趣，通过竞赛锻炼学习的实践能力。通过上述方法，大学生可以全面提升对人工智能的认识，并且主动学习人工智能，提高学习积极性、实践能力和创新能力。

（三）将人工智能融入科研能力培养

培养学生的科研能力，特别是研究生的科研能力，将人工智能与本专业最活跃的研究内容结合起来，如群体智能、机器学习、模式识别等，对学生科研能力的提升有所裨益。在本科教学过程中，如何提高学生的科研能力一直是困扰大学教师的教学难点。利用人工智能教学手段，如VR（虚拟现实）技术，可以形象、逼真地再现专业场景，从而激发学生的研究意识和研究興趣，为研究生科学研究工作奠定基础。对于教师而言，将人工智能手段、内容等融入教学之中，要介绍专业问题的发展脉络、发展阶段背后的深层次原因，从而更加深刻地认识到人工智能发展的大机遇、大变革，加强对人工智能的自我学习。将人工智能课程与专业结合起来，教师可以通过科研项目的申报，进一步加强学习。另外，在指导学生进行人工智能方面的大学生创新竞赛过程中得到许多有益的启发，师生在人工智能方面的交流互动，也有助于教师更准确地发现问题并及时加以指导解决。可以看出，将人工智能融入科研能力的培养，不仅能够提升学生的理论与实践相结合的能力，而且可以提高教师的水平和指导能力，从而有效实现教学相长。

【参考文献】

[1]严远亭，张以文，陈洁，等.高年级本科生人工智能课程教学实践与探究[J].计算机教育，2018（07）：78-81.

[2]马仲雄.浅谈电气自动化控制中的人工智能技术[J].电子技术与软件工程，2014（11）：246-247.

[3]戴永睿.机械电子工程与人工智能相关性分析及安全生产应用[J].科技创新与应用，2017（05）：114.

[4]中华人民共和国国务院.中共中央国务院关于推进安全生产领域改革发展的意见[EB/OL].（2016-12-18）[2019-04-02].http：//www.gov.cn/zhengce/2016-12/18/content_5149663.htm.

[6]杨洋.人工智能技术的发展及其在教学中的应用[J].软件导刊·教育技术， 2018（07）：92-93.