基于百度AI Studio平臺的“人工智能”研究生課程建設(shè)淺析＊

欒聲揚 陳 薇（通信作者） 許 朋 李桂林 張嘉睿 張兆軍

（江蘇師范大學(xué) 電氣工程及自動化學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

自從本學(xué)院開始招收電子信息類專業(yè)研究生以來，就開設(shè)了“人工智能”相關(guān)的課程。但是在教學(xué)過程中，任課教師逐漸發(fā)現(xiàn)若干問題，主要包括：教師資源不足、教學(xué)內(nèi)容匱乏、實驗內(nèi)容欠缺、與科研關(guān)聯(lián)程度弱、軟硬件資源成本高等問題。為了解決此類問題，研究生院給予一定的支持，經(jīng)過近一年的課程建設(shè)取得了一些經(jīng)驗，下面分別從團隊建設(shè)、課程資源、科研關(guān)聯(lián)度、培養(yǎng)學(xué)生興趣等方面進行逐一介紹。

一、教學(xué)團隊建設(shè)

基于“人工智能”課程的特點和難點，一方面，分別建立理論教學(xué)團隊和實驗教學(xué)團隊，杜絕偏理論而輕實踐的情況。另一方面，培養(yǎng)具備多學(xué)科背景的主講教師團隊，確保本課程與各個一級學(xué)科相融合的知識都由具備相關(guān)背景的教師主講，包括：數(shù)學(xué)、通信、信號、自動化和電氣等專業(yè)。

針對不同學(xué)科教師需要花較多精力才能夠熟悉人工智能講述內(nèi)容的問題，我們采用百度的AI Studio在線教育平臺，為教師提供了大量學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括從零基礎(chǔ)到進階的各類往期線上和線下的師資培訓(xùn)課程的多媒體資料。這些課程均由國內(nèi)知名高校在人工智能尤其是深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域有較高的學(xué)術(shù)造詣的資深教師主講，一方面，此類課程能夠確保課程的授課質(zhì)量。另一方面，方便各個層次的教師選擇適宜自身知識水平的內(nèi)容進一步提升自身能力。

二、教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)建

百度公司的AI Studio不僅能夠為教師提供提升自身能力的相關(guān)師資培訓(xùn)內(nèi)容，還提供了大量的適宜同學(xué)們自學(xué)的教學(xué)資源。各類教學(xué)資源按照難易程度分為：預(yù)備知識、基礎(chǔ)入門和實戰(zhàn)進階三個層次，同樣適宜不同專業(yè)、不同教育背景以及不同水平的學(xué)生選擇適合自己的課程進行自學(xué)和預(yù)習(xí)。

預(yù)備知識主要包括：Python基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、機器學(xué)習(xí)[1]等方面的內(nèi)容，如此豐富的教學(xué)內(nèi)容必然會為同學(xué)們的后續(xù)學(xué)習(xí)打牢基礎(chǔ)。更重要的是，受限于學(xué)時要求，上述很多內(nèi)容是電子信息類研究生本科階段沒有接觸的，比如雖然很多同學(xué)學(xué)過C語言編程或者C++編程，但是沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過Python語言編程，故而此類基礎(chǔ)課程能夠作為有益的補充內(nèi)容助力“人工智能”課程的學(xué)習(xí)。

基礎(chǔ)入門主要包括：各類深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計算機視覺、自然語言處理、推薦系統(tǒng)等方面的內(nèi)容[2]，這些課程基本涵蓋了當(dāng)下人工智能領(lǐng)域最常見的應(yīng)用類型。更為重要的是這些課程是由百度公司的工程師和國內(nèi)科研院所的資深教師共同開設(shè)的，在授課的過程中，這些老師會將自身的教學(xué)心得與工作體會融入其中，所以無論學(xué)生自身水平如何，來自于哪所學(xué)校，都能夠進一步擴展學(xué)生的視野，為進一步選擇自己感興趣的方向打下堅實的基礎(chǔ)。

實戰(zhàn)進階主要包括：目標(biāo)檢測、圖像分割、情感分析、機器閱讀、強化學(xué)習(xí)等方面的內(nèi)容[3]，這些課程貼合實際需求，以具體的應(yīng)用為授課目標(biāo)。重要的是這些課程有效銜接了產(chǎn)業(yè)需求和課程教學(xué)，實現(xiàn)了教學(xué)為實踐服務(wù)的目的，高校為社會服務(wù)的責(zé)任。學(xué)習(xí)這些課程能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們能夠體會到學(xué)以致用，有利于學(xué)生提升信心與激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

三、實驗內(nèi)容創(chuàng)建

如前所述，本學(xué)院開設(shè)的面向電子信息類研究生層次的“人工智能”課程以理論和實踐相并重。因此，除了注重理論教學(xué)內(nèi)容，還必須甚至更需要重視實驗內(nèi)容的創(chuàng)建。借助百度AI Studio平臺，實驗教師可以方便地從項目庫中查找和整合所需的項目，有針對性地對同學(xué)們開展實驗教學(xué)工作。

具體而言，根據(jù)項目的難度，項目庫中依次包括：新手入門、進階項目、高階任務(wù)等，這種分類能夠滿足不同層次學(xué)生的需求。與此同時，根據(jù)項目所涉及的技術(shù)特征，項目庫中依次包括：計算機視覺精選項目、自然語言處理精選項目、推薦系統(tǒng)精選項目和論文復(fù)現(xiàn)項目。前三者都是與基礎(chǔ)入門理論課程中的主要內(nèi)容一一對應(yīng)的，選取這些項目可以有效解決學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識之后沒有對應(yīng)實踐環(huán)節(jié)所導(dǎo)致的對知識一知半解的問題，消除缺乏深刻體會的傳統(tǒng)授課模式所帶來的弊端。

此外，項目還包括千星項目，所謂千星repo項目是指受到教師或者學(xué)生廣泛關(guān)注的精品項目，此類項目以其代表性和實用性為特征受到廣泛推薦，也為實驗教師選擇項目提供了重要的依據(jù)。

四、科研關(guān)聯(lián)度

如何將授課內(nèi)容和科研緊密結(jié)合起來，一直是困擾教師和研究生的重要問題，如果無法解決該問題，就很有可能出現(xiàn)研究生完成了一學(xué)年的課程，卻覺得仍然無法駕馭科研，甚至連科研的門都沒有摸到的現(xiàn)象，這不但會打擊學(xué)生的自信心和降低科研熱情，更有可能導(dǎo)致高年級學(xué)生告誡低年級學(xué)生課程無用，從而進一步降低了授課教師的熱情，造成死循環(huán)。

為了解決此類問題，在實驗內(nèi)容項目中創(chuàng)建一節(jié)介紹百度AI Studio項目庫，其中還要包含論文復(fù)現(xiàn)項目。這類項目解決了研究生所最關(guān)心的課程與科研的相關(guān)度的問題，確保學(xué)生們能夠利用課程所學(xué)的知識進行科研，在科研的過程中鞏固課程所學(xué)習(xí)的知識。當(dāng)學(xué)生覺得課程所傳授的內(nèi)容對其科研有幫助，方能對該課程重視，這不但會進一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和科研興趣，最終提升其編程能力，而且還提升了教師的責(zé)任感和榮譽感，從而實現(xiàn)良性循環(huán)，達(dá)成以教學(xué)促進科研，又以科研提升教學(xué)水平的效果。

五、提升興趣

人們常說“興趣是最好的老師”，由此可見在學(xué)習(xí)和科研過程中，興趣是多么的重要，如果學(xué)生有了興趣，那么學(xué)習(xí)的枯燥和科研的艱難就少了一半，如果學(xué)生有了自信，那么很多看似復(fù)雜的實際科研題目就變得簡單了。

為了提升興趣，百度AI Studio為教師和學(xué)生所準(zhǔn)備的項目庫中的內(nèi)容十分貼近現(xiàn)實需求，再次不妨列舉幾個：《一個垃圾分類項目帶你玩轉(zhuǎn)飛槳》顯然是針對近年來國家和社會對于干濕垃圾分類問題所設(shè)計的。該項目主要用到了百度飛槳框架，利用卷積類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過計算機視覺技術(shù)實現(xiàn)的；單從《七夕脫單“神助攻”，AI教你寫情詩、說情話》項目的名稱就調(diào)動了學(xué)生的好奇心，其本質(zhì)用到了百度飛槳框架，利用LSTM類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過自然語言處理技術(shù)實現(xiàn)的，實驗結(jié)果之一為“七夕，牽著你的手，唱著愛的歌謠，順著幸福軌道，拋棄憂傷煩惱，望著星空祈禱，愿和你幸福到老。親愛的，七夕情人節(jié)快樂！”，你看，工科男女是不是也突然變得不那么呆板，還有點小可愛。

通過上述例子，我們發(fā)現(xiàn)人工智能的強大，同時，我們也意識到學(xué)習(xí)科研可以充滿趣味，因為興趣是最好的老師。

六、算力資源

進行《人工智能》類課程教學(xué)，有一點無法回避的問題，那就是算力資源，而且是較高配置計算機的算力資源，而這又與學(xué)校和學(xué)院的投入息息相關(guān)，沒有真金白銀的投入，那么再有經(jīng)驗豐富的教學(xué)團隊、教學(xué)資源、密切的科研關(guān)聯(lián)度以及高漲的學(xué)習(xí)興趣，一切都沒有辦法實現(xiàn)，畢竟巧婦難為無米之炊，而要求研究生準(zhǔn)備硬件，無疑也加重了學(xué)生們的家庭負(fù)擔(dān)，提高了學(xué)習(xí)成本，所以算力資源也就成為很多高校研究生“人工智能”類課程壓垮駱駝的最后一根稻草。

為了解決該問題，百度AI Studio為通過身份驗證的高校教師提供了充足的算力，只要授課教師在開課時向百度公司申請，就能夠獲得3個月有效的500小時的算力，同時，根據(jù)選課學(xué)生人數(shù)，為學(xué)生提供100小時的算力，對于一門36學(xué)時乃至72時的課程，無論是課上演示還是課下學(xué)習(xí)都是十分充足的。此外，如果學(xué)生每天登陸，還會獲得1日內(nèi)有效的8小時的算力，此外，即使這些時長都用完了，那么百度AI Studio平臺還提供無限時長的低配置算力供同學(xué)們研究項目。這些舉措確保學(xué)生在學(xué)習(xí)和科研時不會受困于稀缺的算力。此外，由于計算是由云平臺提供的，而本地設(shè)備只需要進行成果展示，所以任何可以瀏覽網(wǎng)頁的電腦都能夠勝任教學(xué)任務(wù)。

七、課程建設(shè)成果

雖然采用AI Studio只有近一年的時間，但是教學(xué)成果是顯著的。以最近兩屆研究生為例：2019級主要是利用MATLAB或者Python實現(xiàn)了手寫字的識別，而2020級則已經(jīng)能夠單獨使用Python進行醫(yī)學(xué)影像分類，利用YOLO方法實現(xiàn)電力線絕緣子的故障分類，利用卷積類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行無線電信號調(diào)制方式識別，而在課程結(jié)束后，也已經(jīng)開始了相關(guān)論文的撰寫工作。在評課過程中，學(xué)生們反饋“該課程雖然很累，但是切實學(xué)到了知識”，作為高校教師，還有比這個評價更令人欣喜的么？

結(jié)語

研究生課程的建設(shè)重點是提升研究生教學(xué)的質(zhì)量，但是更為重要的是為國家培養(yǎng)科技人才。在高校中應(yīng)用和推廣本國的人工智能框架更是關(guān)系到科技自主的問題，是中美科技戰(zhàn)的核心問題。江蘇師范大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院的“人工智能”課程授課團隊以科技獨立為己任，淺析教學(xué)過程中的經(jīng)驗和改進，故而本團隊也會進一步深入研究、不斷探索該課程建設(shè)的新思路和方法。