應用型人工智能專業實踐能力培養研究＊

呂新榮，江左文

(寧波大學科學技術學院，浙江 寧波 315300)

0 引言

隨著人工智能技術的廣泛應用，通過應用牽引推動人工智能技術落地已經成為行業共識。近期科技部等六部門印發《關于加快場景創新以人工智能高水平應用促進經濟高質量發展的指導意見》[1]，推動人工智能技術在智能工廠、農場、商業、教育等十個領域的示范性應用。

目前我國開設人工智能相關專業的高校都在積極探索實踐能力培養的方法[1-7]。例如北京交通大學的鮑鵬等設計了一個由課程實訓體系、學期實訓體系和畢業設計體系等三個體系組成的人才培養模式[4]；溫州大學的全力等針對地方應用型高校特點，圍繞人工智能專業核心能力設計專業課程體系[5]；湖南大學的許瑩等充分利用各種知名企業提供的實踐平臺，如頭歌、華為、百度等，設計多元化的實踐教學體系，為學生的實踐能力培養提供有力支撐[6]；大連理工大學的姚翠莉等通過搭建校企多學科交叉培養平臺，培養學生利用人工智能技術進行創新創業的能力[7]。

我校是一所地方應用型本科院校，人工智能專業定位是為地方產業提供人工智能系統設計、實施、維護等技術服務的應用型工程技術人才。應用型人工智能技術人才，不僅需要掌握扎實的人工智能理論和技術，還要能理解必要的行業基礎知識，學習中需要融合計算機技術、電子技術、傳感器技術、信號處理、控制等多個領域知識。傳統的以模擬或者仿真為主的實踐教學已不適合當前應用型人才實踐教學，非常有必要按照產教融合的最新要求，以能力產出為導向設計新型的實踐能力培養模式。

1 應用型人工智能專業實踐能力培養思考

與傳統面向通用場景的人工智能技術人才不同，面向具體應用場景的應用型人工智能技術人才面對的是非常復雜的產業問題，需要具備復雜性、創造性、負責任的、與情境密切相關的綜合實踐能力。目前我校面向具體應用場景的專業實踐能力培養還存在以下問題。

⑴實踐能力培養環境與真實產業環境有差距

理論知識的教學可以在教室中進行，實踐能力的培養卻需要一個具體的工程實踐場景。由于學校教學采用的工程實踐場景通常都是由專業教師設計，而教師在設計過程中會有意無意地去掉許多難以設計但實際工作中卻非常重要的場景。這種原因在于面向具體應用場景的人工智能項目非常復雜，而學校的資源條件往往難以支撐教師去構建真實的工作環境。這就導致學校提供的實踐教學情境限制了工程實踐教學內容的復雜性與真實性，進而降低了學生對解決實際復雜工程問題的參與和理解。

⑵非技術性實踐能力培養比較薄弱

工程師的職業實踐表明非技術性工作往往在現實的工程項目中占有很高的比重[2]。完成一個面向具體場景的人工智能工程項目，需要工程師具備良好的客戶溝通、團隊合作、主動學習等非技術性實踐能力，例如在實際項目中如何正確理解客戶的意圖、如何和其他專業人員建立良好合作關系等。現有的專業實踐能力培養主要集中于技術性能力的培養，對非技術性能力的培養重視不夠，這導致培養的畢業生在進入實際工程項目后會出現無從開展工作的窘境。

⑶專業實踐能力考核方法有待改進

現有課程考核還是以考察理論知識為主，對實踐能力的考核不夠重視。主要原因在于實踐能力考核的條件、題目和批改都比理論知識復雜。課程考核是檢驗學生學習成果的主要手段，為了推動專業實踐能力培養的科學性和規范性，需要對現有的課程考核辦法進行改革，借鑒企業項目考核方式，以實踐成果作為實踐能力考核的主要方式，以成果質量作為評價實踐能力培養水平的主要方式。

2 應用型人工智能專業實踐能力培養實施

為了解決應用型專業實踐能力培養存在的問題，我校人工智能專業教學團隊在實踐能力培養內容體系、培養模式和實踐支撐條件等方面進行了一些探索實踐。

2.1 構建成果導向的進階式專業實踐能力體系

專業實踐能力的培養首先是要分析對應崗位所需能力結構和內容。通過學校和企業專家的共同分析得出校畢業生從事崗位的核心實踐能力主要包括四種：編程能力、機器學習算法應用能力、深度學習算法應用能力和智能系統開發能力。

明確了實踐能力培養內容后，借鑒成果導向教育理論和能力成長規律，構建了應用型人工智能專業學生的專業實踐能力進階圖。各項能力的具體培養內容、階段以及產出成果如圖1 所示。學生在第一學年需達到專業的編程能力標準。編程能力的水平通過常用數據結構和算法的實現、Web 應用程序開發或移動終端程序開發和互聯網數據檢索程序等三個具體任務進行測評。第二學年學生需要掌握機器學習算法應用能力，該項能力通過在知名的公開數據集上實現常用監督學習模型和無監督學習模型等具體任務進行測評。第三學年學生需要掌握深度學習算法應用能力，該項能力分為從零開始實現一個神經網絡模型和利用常用深度學習開發框架實現一個人臉識別之類的應用程序兩個任務進行測評。第四學年，學生需要掌握智能系統開發能力，該階段學生需要完成工業視覺檢測、智能物聯網或者商務智能系統等其中一個項目。項目的整個實施過程都會作為考核內容。

圖1 應用型人工智能技術專業實踐能力進階圖

每個階段的測評要求“真題真做”，即教學團隊和企業專家共同制定考核題目，這些考核題目要求來源于企業實際項目，學生作品的評價也要按照項目質量的標準進行。

2.2 設計“三域聯動”的應用型人工智能專業實踐能力培養模式

實踐能力培養需要理論知識學習和工程項目實踐，還需要良性競爭環境。為此，團隊設計了一個“學習域、工作域、競賽域”聯動的實踐能力培養模式。

⑴學習域

教學團隊利用智慧教室和人工智能實訓室，為學生構建一個先進的專業學習域。人工智能實訓室通過與國內知名的人工智能行業應用領軍企業合作共建。課程建設團隊全程緊密參與實訓室的建設，確保能夠滿足應用型人工智能人才培養目標要求。所有設備和實訓內容貼合人工智能應用技術崗位工作過程，滿足基于工作過程的課程教學需要。在這個域中，學生通過項目式專業課程學習，在教師的指導下打牢專業的理論基礎和掌握專業基本技能。

⑵工作域

工作域主要包括校內實習基地、工作室和校外實習工廠。那些需要行業應用背景知識的課程教學和實踐內容可以在這個工作域中更好地開展教學。通過與企業專家共同設計難度螺旋式提升的實際生產項目，學生可以更好地掌握企業生產所需的新技術和新工具，并將自己在學習域中掌握的理論知識和實際生產內容建立映射關系，努力用理論去解釋生產問題以及如何將實際生產問題轉變成理論問題。

⑶競賽域

競賽域不同于前面的教學域和工作域，不需要專門的工作空間。良性競爭意識和團隊合作能力是學生在未來工作中需要具備的職業素養。這類職業素養的培養在傳統的課程教學和實踐中較難實施。而由各級官方機構主辦的學術競賽由于人數限制大部分同學難以參加。競賽域可以有效改善傳統課程的缺陷和現有學術競賽的限制。通過學習企業生產競賽的考核方式，在課程的實踐項目教學中，引入小組競賽，要求所有同學參與，鼓勵大家合作和競爭，構建一個良性競爭氛圍。同時競賽域也包括各級專業學術競賽。在這個域中，學生在利用專業知識和技能迎接各種競賽挑戰的同時，培養自己的良性競爭意識、團隊合作意識、工程質量意識。

2.3 搭建應用型人工智能專業實踐能力培養支撐平臺

為了實施“三域聯動”實踐能力培養模式，通過與學校兄弟專業共同合作，團隊打造了一個由網絡教學平臺、在線競賽平臺、智能制造平臺組成的實踐能力培養支撐平臺。

⑴人工智能網絡教學平臺

網絡教學平臺是與北京知名人工智能企業合作開發。該教學平臺上有豐富的課程和數據集，涵蓋了人工智能專業所以技術課程。通過利用虛擬化技術，該平臺可以通過模擬40 臺服務器和必要的顯卡允資源供學生進行在線編程實踐。

⑵人工智能在線競賽平臺

建設網絡教學平臺時同步開發在線競賽平臺。競賽平臺努力體現游戲通關理念，將核心技術的編程實現轉化為一個個通關挑戰，激發學生的學習興趣。企業一些真實需求也發布在競賽平臺，鼓勵學生組成團隊進行揭榜挑戰。

⑶人工智能智能制造平臺

與寧波地區知名的智能制造企業合作，在校內實習基地共建了一條智能制造生產線。基于這條生產線構建包括智能工廠、智慧家居等人工智能示范應用場景，為學生打造一個與真實人工智能工作崗位一致的工作場景。

3 結束語

專業實踐能力是應用型人才培養的核心內容。本文通過分析我校人工智能專業實踐能力培養方面存在的問題，重構了實踐能力培養體系，構建了一個“三域聯動”的實踐能力培養模式，為應用型本科人才培養提供了一些實踐經驗。在后續的工作中，專業還將在研究產教融合理論和其他兄弟院校成功經驗的基礎上，繼續深化和完善實踐能力培養模式。