趙占山 鄭玉娟

摘 ?要：在國(guó)家大力推動(dòng)人工智能與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合的背景下，人們對(duì)高校人工智能的教學(xué)實(shí)踐方式進(jìn)行了重新思考，從目前學(xué)生在人工智能課程學(xué)習(xí)中普遍存在的理論學(xué)不懂、實(shí)踐創(chuàng)新能力跟不上、學(xué)習(xí)興趣和積極性不足等問題入手，分析原因并提出了建設(shè)以學(xué)生為中心的實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)的解決方案。本文探討了平臺(tái)布局、支撐實(shí)踐項(xiàng)目、資源配置和管理方式等方面的建設(shè)和改進(jìn);目標(biāo)是通過平臺(tái)建設(shè)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生人工智能方面自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新以及創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：新工科;人工智能;實(shí)踐創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：TP18-4 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，文件明確提出多項(xiàng)任務(wù)鼓勵(lì)對(duì)照國(guó)家和區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求布點(diǎn)人工智能相關(guān)專業(yè);支持高校在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科設(shè)置人工智能學(xué)科方向;加快實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（2.0版）;積極開展“新工科”研究與實(shí)踐。在國(guó)家政策引導(dǎo)下，全國(guó)多所高校已積極布局建設(shè)人工智能項(xiàng)目、優(yōu)化學(xué)科布局、制定人工智能學(xué)科發(fā)展方案以及迅速成立人工智能專業(yè)或人工智能實(shí)驗(yàn)班。然而，很多高校盡管很快建立了人工智能專業(yè)或?qū)嶒?yàn)班，設(shè)置了人工智能導(dǎo)論、Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)、語(yǔ)音識(shí)別與自然語(yǔ)言處理、智能機(jī)器人等相關(guān)課程，但是仍然采用以教師理論授課為主的傳統(tǒng)授課方式，由于人工智能課程涉及理論知識(shí)面比較廣且比較深，這導(dǎo)致很多學(xué)生感覺課程過于抽象、不容易理解，使學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性降低，從而極大影響了“新工科”的建設(shè)質(zhì)量。

針對(duì)這個(gè)問題，應(yīng)建立一種以學(xué)生為中心的人工智能實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，該平臺(tái)基于GPU集群資源，設(shè)置了基礎(chǔ)能力培訓(xùn)、語(yǔ)音和語(yǔ)言處理創(chuàng)新實(shí)踐、圖像和視頻處理創(chuàng)新實(shí)踐、機(jī)器人綜合應(yīng)用實(shí)踐三大功能區(qū)，本著以應(yīng)對(duì)未來變化，塑造未來為建設(shè)理念;以集成與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑的原則，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，為未來提供智力和人才支撐。以學(xué)生為中心的項(xiàng)目式教學(xué)涉及創(chuàng)客文化、信息生活環(huán)境、創(chuàng)新環(huán)境、學(xué)習(xí)方法、生活方式創(chuàng)新等方面的融合，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式掌握工程認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生具備工程認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和項(xiàng)目動(dòng)手能力。

1 ?建設(shè)目標(biāo)

平臺(tái)整體定位是為學(xué)生提供的人工智能技術(shù)應(yīng)用、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)實(shí)踐平臺(tái)，該平臺(tái)需依賴于強(qiáng)大的設(shè)備計(jì)算能力和豐富的理論研究成果，服務(wù)于學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)踐以及在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與綜合實(shí)踐能力方面的培養(yǎng)。致力于在競(jìng)賽獲獎(jiǎng)、培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)、發(fā)表教學(xué)科研論文、申請(qǐng)專利或軟著、孵化創(chuàng)業(yè)公司、科普教材領(lǐng)域產(chǎn)出成果，根據(jù)定位設(shè)計(jì)了如圖1所示的功能框架圖。

通過圖1可以看出，學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)依賴于GPU設(shè)備和基于這些設(shè)備的人工智能理論研究成果，這也是本平臺(tái)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，也就是讓教師或研究生去完成項(xiàng)目理論研究和計(jì)算模型設(shè)計(jì)，由學(xué)生集中精力去完成實(shí)踐項(xiàng)目的應(yīng)用開發(fā)，這樣可以讓學(xué)生對(duì)人工智能類項(xiàng)目有一個(gè)整體和感性的認(rèn)識(shí)，不至于陷入較為復(fù)雜的理論學(xué)習(xí)中找不到方向;同時(shí)也可以讓他們能夠迅速做出成果，進(jìn)而獲得成就感、產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。另外通過圖1可以看出，上層的語(yǔ)音和語(yǔ)言、圖像視頻和機(jī)器人等設(shè)備將不承擔(dān)分析計(jì)算功能，而只作為信息感知和行為執(zhí)行的終端，計(jì)算功能將由GPU集群去完成，這就需要實(shí)現(xiàn)這些功能的設(shè)備具備聯(lián)網(wǎng)功能。

平臺(tái)建設(shè)的具體目標(biāo)還包括以下幾類：

（1）成為人工智能相關(guān)課程教學(xué)的重要基地。平臺(tái)建設(shè)的一個(gè)重要目的就是對(duì)人工智能導(dǎo)論、Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)、語(yǔ)音識(shí)別與自然語(yǔ)言處理、智能機(jī)器等課程的支撐作用，一方面，學(xué)生在學(xué)習(xí)基本的人工智能基礎(chǔ)理論同時(shí)，以“體驗(yàn)知識(shí)、用知識(shí)”的方式創(chuàng)新性地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí);另一方面，考慮學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，在傳統(tǒng)知識(shí)驗(yàn)證、項(xiàng)目學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，融入動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新環(huán)節(jié)。

（2）搭建大學(xué)生自主創(chuàng)新、自主設(shè)計(jì)的重要基地。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室有效的管理下，能夠以項(xiàng)目流程的方式進(jìn)行智能檢測(cè)、信息融合、智能信息處理等智能系統(tǒng)相關(guān)的項(xiàng)目創(chuàng)新實(shí)踐。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、探究能力、創(chuàng)新能力。

（3）成為學(xué)科建設(shè)、創(chuàng)新性研究人才培養(yǎng)的基地。學(xué)科發(fā)展直接關(guān)系到學(xué)生技術(shù)學(xué)習(xí)、理論學(xué)習(xí)的方向和目標(biāo)，為此，從學(xué)科角度來考慮平臺(tái)的建設(shè)，進(jìn)行創(chuàng)新性課題研究，對(duì)于學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)、專業(yè)取向都有非常大的作用。

（4）成為高校教學(xué)模式革新、創(chuàng)新人才培養(yǎng)的示范基地，促進(jìn)學(xué)校教學(xué)模式全面教學(xué)改革。在傳統(tǒng)專業(yè)課程的基礎(chǔ)上融入動(dòng)手實(shí)踐與創(chuàng)新環(huán)節(jié)是每個(gè)學(xué)校都在嘗試的工作，平臺(tái)在課程教學(xué)、項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、探索性科研項(xiàng)目實(shí)施方式、項(xiàng)目?jī)?nèi)容等多方面體現(xiàn)特色，注重人才專業(yè)技能、動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)，目標(biāo)是成為高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的示范基地。

2 ?建設(shè)方案

2.1 ?平臺(tái)布局

平臺(tái)將人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用劃分為大數(shù)據(jù)、感知、理解、機(jī)器人和自動(dòng)駕駛等不同分類，按照人工智能技術(shù)的應(yīng)用熱度，將具體應(yīng)用領(lǐng)域排列在時(shí)間維度上。如表1所示。

2.2 ?制定擬開設(shè)的實(shí)踐項(xiàng)目

雖然在上文中設(shè)置了平臺(tái)未來應(yīng)用布局，但高校平臺(tái)的建設(shè)還必須滿足特定的專業(yè)需求。本平臺(tái)設(shè)定的專業(yè)方向主要以計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)為主，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、人工智能專業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)工程、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、以及其他電氣信息類專業(yè)。根據(jù)平臺(tái)的總體功能定位和面向的教學(xué)對(duì)象，可以參考表2設(shè)定平臺(tái)支持的實(shí)踐項(xiàng)目，并根據(jù)實(shí)踐項(xiàng)目去設(shè)計(jì)設(shè)備購(gòu)置方案。

2.3 ?平臺(tái)建設(shè)所需的設(shè)備資源配置

合理完備的設(shè)備資源配置是平臺(tái)功能發(fā)揮的重要保障，根據(jù)建設(shè)目標(biāo)，本文設(shè)計(jì)了如圖2所示的設(shè)備資源分類示意圖。

GPU集群設(shè)備使用浪潮GPU集群或者英偉達(dá)集群設(shè)備;基礎(chǔ)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以配置樹莓派、Arduino開發(fā)套件、傳感器套件、各種電池以及其他常用配件;視頻、圖像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以配置深度攝像頭、GPU顯卡、存儲(chǔ)設(shè)備等;語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以配置語(yǔ)音模塊、語(yǔ)音陣列、Mic設(shè)備、音響等設(shè)備;機(jī)器人試驗(yàn)系統(tǒng)可以配置ROS機(jī)器人、人形機(jī)器人、輪式機(jī)器人等設(shè)備;交流研討及成果展示設(shè)備包括配置的智能交互大屏等設(shè)備。除了上述設(shè)備資源，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中還會(huì)用到各種功能接口，例如阿里的語(yǔ)音接口、百度的可視化接口等等，這其中有些也需要購(gòu)買授權(quán)，因而在申請(qǐng)預(yù)算時(shí)也需要考慮在內(nèi)。

2.4 ?平臺(tái)組織管理方式

該平臺(tái)是以學(xué)生為中心的實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，因此要發(fā)揮學(xué)生的主體地位，體現(xiàn)學(xué)生自主管理的特點(diǎn)。根據(jù)這種需求特點(diǎn)我們可以利用學(xué)生社團(tuán)的組織管理優(yōu)勢(shì)，以類似于“人工智能協(xié)會(huì)”等學(xué)生社團(tuán)為組織載體去實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主管理。每個(gè)社團(tuán)都有自己的組織管理機(jī)構(gòu)，由該管理機(jī)構(gòu)協(xié)助平臺(tái)負(fù)責(zé)教師日常運(yùn)行。積極發(fā)揮教師指導(dǎo)作用與高年級(jí)學(xué)生“傳幫帶”作用，實(shí)施集中培訓(xùn)和個(gè)別指導(dǎo)，針對(duì)不同技術(shù)專題成立相應(yīng)集訓(xùn)營(yíng)，成立長(zhǎng)訓(xùn)營(yíng)和集訓(xùn)營(yíng)，長(zhǎng)訓(xùn)營(yíng)功能是對(duì)剛?cè)雽W(xué)新生進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練，集訓(xùn)營(yíng)主要是針對(duì)每場(chǎng)大賽前或具體項(xiàng)目進(jìn)行集中模擬訓(xùn)練;完善指導(dǎo)與管理運(yùn)行機(jī)制：對(duì)參與實(shí)踐活動(dòng)記錄達(dá)到實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的基本工作量的同學(xué)給予積分獎(jiǎng)勵(lì)，并且對(duì)積分達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的同學(xué)提供更多的實(shí)踐資源和參與實(shí)踐的機(jī)會(huì)。在社團(tuán)組織架構(gòu)下可以成立類似的深度學(xué)習(xí)理論組、視覺圖像組、語(yǔ)音語(yǔ)言組、機(jī)器人競(jìng)賽組、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組等小組。

3 ?結(jié) ?論

在“新工科”建設(shè)背景下，本文針對(duì)高校在人工智能專業(yè)或?qū)W科發(fā)展中遇到的學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少、自主性弱、理論學(xué)習(xí)難度大、學(xué)習(xí)興趣低等問題，提出建設(shè)以學(xué)生為中心的人工智能創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。本文詳細(xì)研究和探討了平臺(tái)的建設(shè)目的和建設(shè)方案，得出包括平臺(tái)布局、平臺(tái)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)定、平臺(tái)建設(shè)所需設(shè)備資源配置、平臺(tái)組織管理方式等具體實(shí)施辦法，希望通過平臺(tái)建設(shè)促進(jìn)學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)踐以及在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與綜合實(shí)踐能力方面的培養(yǎng)，提高高校“新工科”建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王甲海，印鑒，凌應(yīng)標(biāo).創(chuàng)新型人工智能教學(xué)改革與實(shí)踐 [J].計(jì)算機(jī)教育，2010（15）：136-138+148.

[2] 孫治博，史成坤，耿向偉，等.“人工智能+工程實(shí)踐”的綜合創(chuàng)新訓(xùn)練教學(xué)研究 [J/OL].[2019-07-23].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）：1-4，https：//doi.org/10.13766/j.bhsk. 1008-2204.2018. 0196.

[3] 馬曉雨，生龍.“新工科”背景下引入人工智能理念的“結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)”課程的構(gòu)建 [J].高教學(xué)刊，2019（6）：36-37+40.

[4] 宋傳玲.基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)多維實(shí)踐教學(xué)體系的改革與實(shí)踐 [J].山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，17（3）：29-31.

[5] 陳建國(guó)，陸慧娟，周杭霞，等.人工智能背景下計(jì)算機(jī)專業(yè)雙創(chuàng)人才培養(yǎng)模式探索 [J].計(jì)算機(jī)教育，2019（5）：13-16.

[6] 馬憲敏，蒼圣.人工智能技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 [J].中國(guó)新通信，2019，21（6）：107.

作者簡(jiǎn)介：趙占山（1980-），男，漢族，山東德州人，副教授，博士，研究方向：計(jì)算機(jī)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)。