人工智能實踐創新平臺建設教學實踐問題探討

趙占山 鄭玉娟

摘 ?要：在國家大力推動人工智能與實體經濟深度融合的背景下，人們對高校人工智能的教學實踐方式進行了重新思考，從目前學生在人工智能課程學習中普遍存在的理論學不懂、實踐創新能力跟不上、學習興趣和積極性不足等問題入手，分析原因并提出了建設以學生為中心的實踐創新平臺的解決方案。本文探討了平臺布局、支撐實踐項目、資源配置和管理方式等方面的建設和改進;目標是通過平臺建設加強對學生人工智能方面自主學習、實踐創新以及創業能力的培養。

關鍵詞：新工科;人工智能;實踐創新

中圖分類號：TP18-4 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）17-0091-03

Abstract：Under the background that the country vigorously promotes the deep integration of artificial intelligence and real economy，the artificial intelligence in universities to rethink the way of teaching practice，starting with the problems that students generally do not understand the theory，fail to keep up with the ability of practice and innovation，lack of interest and enthusiasm in learning artificial intelligence courses，etc.，reason analysis and put forward the construction of student centered practice innovation platform solutions;This paper discusses the platform layout，supporting practical projects，resource allocation and management mode. The goal is to strengthen the cultivation of students’independent learning，practical innovation and entrepreneurial ability in artificial intelligence through platform construction.

Keywords：new engineering;artificial intelligence;practice innovation

0 ?引 ?言

2018年4月教育部印發《高等學校人工智能創新行動計劃》，文件明確提出多項任務鼓勵對照國家和區域產業需求布點人工智能相關專業;支持高校在計算機科學與技術學科設置人工智能學科方向;加快實施“卓越工程師教育培養計劃”（2.0版）;積極開展“新工科”研究與實踐。在國家政策引導下，全國多所高校已積極布局建設人工智能項目、優化學科布局、制定人工智能學科發展方案以及迅速成立人工智能專業或人工智能實驗班。然而，很多高校盡管很快建立了人工智能專業或實驗班，設置了人工智能導論、Python語言程序設計、計算機視覺、計算機學習、語音識別與自然語言處理、智能機器人等相關課程，但是仍然采用以教師理論授課為主的傳統授課方式，由于人工智能課程涉及理論知識面比較廣且比較深，這導致很多學生感覺課程過于抽象、不容易理解，使學習興趣和學習主動性降低，從而極大影響了“新工科”的建設質量。

針對這個問題，應建立一種以學生為中心的人工智能實踐創新平臺，該平臺基于GPU集群資源，設置了基礎能力培訓、語音和語言處理創新實踐、圖像和視頻處理創新實踐、機器人綜合應用實踐三大功能區，本著以應對未來變化，塑造未來為建設理念;以集成與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑的原則，培養多元化、創新型卓越工程人才，為未來提供智力和人才支撐。以學生為中心的項目式教學涉及創客文化、信息生活環境、創新環境、學習方法、生活方式創新等方面的融合，讓學生以主動的、實踐的方式掌握工程認知創新專業技能，培養學生具備工程認知創新基礎知識、個人能力、團隊合作能力和項目動手能力。

1 ?建設目標

平臺整體定位是為學生提供的人工智能技術應用、創新、創業實踐平臺，該平臺需依賴于強大的設備計算能力和豐富的理論研究成果，服務于學生在人工智能領域的自主學習、自主實踐以及在創新創業能力與綜合實踐能力方面的培養。致力于在競賽獲獎、培養創新創業團隊、發表教學科研論文、申請專利或軟著、孵化創業公司、科普教材領域產出成果，根據定位設計了如圖1所示的功能框架圖。

通過圖1可以看出，學生的創新實踐活動依賴于GPU設備和基于這些設備的人工智能理論研究成果，這也是本平臺設計的特點，也就是讓教師或研究生去完成項目理論研究和計算模型設計，由學生集中精力去完成實踐項目的應用開發，這樣可以讓學生對人工智能類項目有一個整體和感性的認識，不至于陷入較為復雜的理論學習中找不到方向;同時也可以讓他們能夠迅速做出成果，進而獲得成就感、產生學習興趣。另外通過圖1可以看出，上層的語音和語言、圖像視頻和機器人等設備將不承擔分析計算功能，而只作為信息感知和行為執行的終端，計算功能將由GPU集群去完成，這就需要實現這些功能的設備具備聯網功能。

平臺建設的具體目標還包括以下幾類：

（1）成為人工智能相關課程教學的重要基地。平臺建設的一個重要目的就是對人工智能導論、Python語言程序設計、計算機視覺、計算機學習、語音識別與自然語言處理、智能機器等課程的支撐作用，一方面，學生在學習基本的人工智能基礎理論同時，以“體驗知識、用知識”的方式創新性地學習專業知識;另一方面，考慮學生學習特點，在傳統知識驗證、項目學習的基礎上，融入動手實踐和創新環節。

（2）搭建大學生自主創新、自主設計的重要基地。讓學生在實驗室有效的管理下，能夠以項目流程的方式進行智能檢測、信息融合、智能信息處理等智能系統相關的項目創新實踐。培養學生的團隊合作能力、探究能力、創新能力。

（3）成為學科建設、創新性研究人才培養的基地。學科發展直接關系到學生技術學習、理論學習的方向和目標，為此，從學科角度來考慮平臺的建設，進行創新性課題研究，對于學生的專業學習、專業取向都有非常大的作用。

（4）成為高校教學模式革新、創新人才培養的示范基地，促進學校教學模式全面教學改革。在傳統專業課程的基礎上融入動手實踐與創新環節是每個學校都在嘗試的工作，平臺在課程教學、項目創新設計、畢業設計、探索性科研項目實施方式、項目內容等多方面體現特色，注重人才專業技能、動手能力及創新能力培養，目標是成為高校創新人才培養的示范基地。

2 ?建設方案

2.1 ?平臺布局

平臺將人工智能領域的應用劃分為大數據、感知、理解、機器人和自動駕駛等不同分類，按照人工智能技術的應用熱度，將具體應用領域排列在時間維度上。如表1所示。

2.2 ?制定擬開設的實踐項目

雖然在上文中設置了平臺未來應用布局，但高校平臺的建設還必須滿足特定的專業需求。本平臺設定的專業方向主要以計算機類相關專業為主，包括計算機科學技術、人工智能專業、物聯網工程、軟件工程、網絡工程、以及其他電氣信息類專業。根據平臺的總體功能定位和面向的教學對象，可以參考表2設定平臺支持的實踐項目，并根據實踐項目去設計設備購置方案。

2.3 ?平臺建設所需的設備資源配置

合理完備的設備資源配置是平臺功能發揮的重要保障，根據建設目標，本文設計了如圖2所示的設備資源分類示意圖。

GPU集群設備使用浪潮GPU集群或者英偉達集群設備;基礎控制實驗設備可以配置樹莓派、Arduino開發套件、傳感器套件、各種電池以及其他常用配件;視頻、圖像實驗系統可以配置深度攝像頭、GPU顯卡、存儲設備等;語言實驗系統可以配置語音模塊、語音陣列、Mic設備、音響等設備;機器人試驗系統可以配置ROS機器人、人形機器人、輪式機器人等設備;交流研討及成果展示設備包括配置的智能交互大屏等設備。除了上述設備資源，學生在項目實踐中還會用到各種功能接口，例如阿里的語音接口、百度的可視化接口等等，這其中有些也需要購買授權，因而在申請預算時也需要考慮在內。

2.4 ?平臺組織管理方式

該平臺是以學生為中心的實踐創新平臺，因此要發揮學生的主體地位，體現學生自主管理的特點。根據這種需求特點我們可以利用學生社團的組織管理優勢，以類似于“人工智能協會”等學生社團為組織載體去實現學生的自主管理。每個社團都有自己的組織管理機構，由該管理機構協助平臺負責教師日常運行。積極發揮教師指導作用與高年級學生“傳幫帶”作用，實施集中培訓和個別指導，針對不同技術專題成立相應集訓營，成立長訓營和集訓營，長訓營功能是對剛入學新生進行基礎知識訓練，集訓營主要是針對每場大賽前或具體項目進行集中模擬訓練;完善指導與管理運行機制：對參與實踐活動記錄達到實驗室規定的基本工作量的同學給予積分獎勵，并且對積分達到標準值的同學提供更多的實踐資源和參與實踐的機會。在社團組織架構下可以成立類似的深度學習理論組、視覺圖像組、語音語言組、機器人競賽組、結構設計組等小組。

3 ?結 ?論

在“新工科”建設背景下，本文針對高校在人工智能專業或學科發展中遇到的學生實踐機會少、自主性弱、理論學習難度大、學習興趣低等問題，提出建設以學生為中心的人工智能創新實踐平臺。本文詳細研究和探討了平臺的建設目的和建設方案，得出包括平臺布局、平臺實踐項目設定、平臺建設所需設備資源配置、平臺組織管理方式等具體實施辦法，希望通過平臺建設促進學生在人工智能領域的自主學習、自主實踐以及在創新創業能力與綜合實踐能力方面的培養，提高高校“新工科”建設質量。

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作者簡介：趙占山（1980-），男，漢族，山東德州人，副教授，博士，研究方向：計算機控制算法;鄭玉娟（1979-），女，漢族，山東德州人，講師，碩士，研究方向：網絡技術。