基于百度AI平臺(tái)的人工智能類課程教學(xué)實(shí)踐探索

趙 佳

（阜陽師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

人工智能（artificial intelligence，AI）起源于1956年美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院舉辦的夏季學(xué)術(shù)研討會(huì)，當(dāng)時(shí)的觀點(diǎn)認(rèn)為如果機(jī)器具有邏輯推理能力，就稱機(jī)器具有智能，此時(shí)的人工智能著力點(diǎn)在于機(jī)器的“推理”，這時(shí)的人工智能處于“推理期”[1]，以“邏輯理論家”程序[2]及“通用問題求解”[3]程序?yàn)榻?jīng)典代表。其后人們意識(shí)到機(jī)器僅具有推理能力是不夠的，人類之所以能夠認(rèn)識(shí)世界、了解世界，是學(xué)會(huì)了若干“知識(shí)”，于是到20世紀(jì)70年代，人工智能進(jìn)入了總結(jié)“知識(shí)”的階段，即進(jìn)入了“知識(shí)期”，專家系統(tǒng)[4]的研究也成為了當(dāng)時(shí)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。但隨著“知識(shí)”越來越多樣化，人類更加難以總結(jié)知識(shí)，且總結(jié)的知識(shí)更難以交給計(jì)算機(jī)，這一瓶頸促使一些學(xué)者研究如何讓機(jī)器能夠自主學(xué)習(xí)知識(shí)，即機(jī)器學(xué)習(xí)的誕生，人工智能進(jìn)入到“學(xué)習(xí)期”。進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著硬件的提升及大數(shù)據(jù)的興起，深度學(xué)習(xí)相繼在語音[5]、圖像[6]、文本[7]、視頻[8]等領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，圍繞智能語音、視覺等信息的企業(yè)[9-10]也大量涌現(xiàn)，人工智能開始進(jìn)入“數(shù)據(jù)期”[11]，大數(shù)據(jù)時(shí)代也隨即到來。

1 人工智能發(fā)展現(xiàn)狀

目前人工智能已成為當(dāng)前科技發(fā)展的主流，其應(yīng)用也逐漸普及，并引起了經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、社會(huì)生活和工作方式的深刻變革，多個(gè)國(guó)家也先后將人工智能作為未來的重要發(fā)展方向[12]。我國(guó)在2016年8月發(fā)布的《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，將人工智能技術(shù)作為發(fā)展新一代信息技術(shù)的主要方向，更在2017年7月，頒布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》；2016年10月，美國(guó)發(fā)布《國(guó)家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃》，并于2019年初，正式啟動(dòng)“美國(guó)人工智能計(jì)劃”；2018年4月，歐盟發(fā)布《歐盟人工智能》，（前）歐盟國(guó)家也紛紛制定適應(yīng)本國(guó)的人工智能計(jì)劃，如德國(guó)的“工業(yè)4.0”、法國(guó)的《法國(guó)人工智能發(fā)展戰(zhàn)略》以及英國(guó)的《人工智能行業(yè)新政》等；日本和韓國(guó)針對(duì)本國(guó)的優(yōu)劣勢(shì)，也先后發(fā)布人工智能發(fā)展戰(zhàn)略，人工智能已經(jīng)獲得政府的大力推動(dòng)。

人才培養(yǎng)及需求方面，領(lǐng)英大數(shù)據(jù)[13]表明，截至2017年一季度，全球人工智能領(lǐng)域人才超過190萬，而中國(guó)這一數(shù)字僅5萬余。2018年4月，人民日?qǐng)?bào)報(bào)道，人才正在成為人工智能及相關(guān)行業(yè)持續(xù)發(fā)展的瓶頸，有資料顯示，2018年我國(guó)已出現(xiàn)超過500萬的人工智能人才缺口[14]。國(guó)內(nèi)人工智能人才培養(yǎng)也正蓬勃發(fā)展，截至2019年7月初，國(guó)內(nèi)成立了72所人工智能學(xué)院/研究院[15]，但人才培養(yǎng)數(shù)量仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到需求。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)體量的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)人工智能人才的需求也會(huì)更加強(qiáng)烈，培養(yǎng)人工智能人才勢(shì)在必行，在部分專業(yè)中加入人工智能課程，也能夠培養(yǎng)更多的具有人工智能背景的跨專業(yè)人才。

2 傳統(tǒng)教育與線上教育模式的優(yōu)劣

我校在教學(xué)過程中，主要采用“教師課堂講授”的主客對(duì)立教學(xué)模式。主講教師往往占用實(shí)驗(yàn)課講授理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，擠占了學(xué)生實(shí)踐時(shí)間。同時(shí)，由于我校部分學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)、積極學(xué)習(xí)勁頭不夠、努力學(xué)習(xí)環(huán)境不好等現(xiàn)象，造成學(xué)生重理論、輕實(shí)踐的現(xiàn)象，使得部分學(xué)生編程實(shí)踐能力較差，進(jìn)而影響學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程的積極性。主客對(duì)立教學(xué)模式存在如下不足[16]：忽視了學(xué)生的差異性及個(gè)性化需求；忽視了學(xué)生的課堂自主活動(dòng)；課堂講授時(shí)間過長(zhǎng)；現(xiàn)代教育技術(shù)的片面應(yīng)用。而以MOOC為代表的線上教育，受到了國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注，以MOOC為背景的各類教學(xué)研究項(xiàng)目也紛紛立項(xiàng)，學(xué)生也可以通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外知名高校的課程。但線上教育存在：缺少校園文化；缺少人際關(guān)系；師生關(guān)系疏遠(yuǎn)等方面的不足[16]。

而隨著人工智能的發(fā)展，人工智能領(lǐng)域的人才需求量越來越多。而當(dāng)前人工智能教育存在：師資培訓(xùn)問題；教學(xué)資源短缺問題[17]。而百度AI平臺(tái)[18]（以下簡(jiǎn)稱為平臺(tái)）其中一個(gè)模塊是由百度大腦推出的云端AI在線教育平臺(tái)，能夠幫助學(xué)校、機(jī)構(gòu)建立自己的線上教學(xué)班級(jí)，并提供從教學(xué)項(xiàng)目、AI在線實(shí)訓(xùn)環(huán)境、教學(xué)管理等的教學(xué)全流程一站式解決方案。為此，可選擇百度AI平臺(tái)講授人工智能類課程，如數(shù)字圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、知識(shí)表示與推理、計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、深度學(xué)習(xí)與應(yīng)用、數(shù)據(jù)挖掘以及強(qiáng)化學(xué)習(xí)等，可使用學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課堂理論指導(dǎo)、線上自主編程、實(shí)驗(yàn)課程理論驗(yàn)證以及課程結(jié)束自主學(xué)習(xí)提升類課程等模式。

3 人工智能類課程教學(xué)實(shí)踐

下面以數(shù)據(jù)挖掘課程為例，探討人工智能類課程教學(xué)實(shí)踐。針對(duì)目前實(shí)踐類課程以及線下教學(xué)模式存在的問題，本文對(duì)上學(xué)期基于平臺(tái)進(jìn)行的教學(xué)實(shí)踐為例，總結(jié)在教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，分析問題的原因并給出具體的建議。以數(shù)據(jù)挖掘課程為例的教學(xué)過程如下。

3.1 課前預(yù)習(xí)

教師可使用教師身份登錄平臺(tái)，提前建立課程并將學(xué)生導(dǎo)入到該課程中，然后將課件、視頻、程序、鏈接及其他需要學(xué)習(xí)的資料分課節(jié)上傳，并可添加教學(xué)大綱，讓學(xué)生提前了解課節(jié)內(nèi)容，教師可對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行追蹤并可導(dǎo)出學(xué)習(xí)狀態(tài)如圖1所示。

圖1 教學(xué)模塊界面(a)上傳教學(xué)資料圖例；(b)學(xué)習(xí)跟蹤圖例

學(xué)生可提前預(yù)習(xí)教師發(fā)布的學(xué)習(xí)資料，對(duì)資料中需要的先修知識(shí)提前收集資料并查漏補(bǔ)缺，對(duì)資料中的難點(diǎn)提前預(yù)習(xí)，對(duì)資料中的程序提前熟悉編程環(huán)境。調(diào)整自己的學(xué)習(xí)心態(tài)，變被動(dòng)為主動(dòng)，將不懂、不會(huì)、不能編程實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容提前準(zhǔn)備，在課下與教師溝通，或通過網(wǎng)絡(luò)資料學(xué)習(xí)。

3.2 理論教學(xué)

在實(shí)踐類課程中，教師與學(xué)生的軟硬件環(huán)境的差異會(huì)給教學(xué)帶來較大的影響，而平臺(tái)不存在這個(gè)問題。該平臺(tái)提供了在線的編程環(huán)境，教師可登錄平臺(tái)，下載或在線講解教學(xué)資料；學(xué)生可登錄自己的學(xué)生賬號(hào)，結(jié)合預(yù)習(xí)情況，在聽課過程中查漏補(bǔ)缺并可根據(jù)課程學(xué)習(xí)情況，快速?gòu)?fù)現(xiàn)教師在課堂中講授的代碼，以提升自己的視野和能力。

3.3 實(shí)踐教學(xué)

在實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)，教師與學(xué)生分別登陸自己的平臺(tái)。學(xué)生結(jié)合課堂的學(xué)習(xí)、教師布置的任務(wù)，以及平臺(tái)提供的其他在線學(xué)習(xí)資料，鞏固課堂內(nèi)容，理解算法原理，快速實(shí)現(xiàn)代碼。該環(huán)節(jié)教師可線下查看學(xué)生代碼熟練情況，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度適時(shí)調(diào)整自己的授課計(jì)劃及發(fā)布任務(wù)的難度；針對(duì)部分能力較強(qiáng)的同學(xué)，教師可推薦平臺(tái)開源項(xiàng)目及人工智能前沿方向，讓學(xué)生主動(dòng)完成項(xiàng)目，為以后學(xué)生進(jìn)入人工智能領(lǐng)域就業(yè)/深造打下基礎(chǔ)。

3.4 期末考察

數(shù)據(jù)挖掘?yàn)閷?shí)踐類課程，鑒于學(xué)生在前期沒有python編程基礎(chǔ)，上手難度較大，在本課程的考察環(huán)節(jié)，以大型綜合類項(xiàng)目作為考察內(nèi)容。以小組形式考察，每個(gè)小組6人，考察時(shí)由組長(zhǎng)提前將代碼提交在平臺(tái)中，教師提前查看代碼，并根據(jù)代碼完成情況在線下考察時(shí)向組內(nèi)成員提問，要求小組每位同學(xué)均需了解代碼實(shí)現(xiàn)過程以及算法原理。最終期末成績(jī)以任務(wù)的準(zhǔn)確率排名及小組每位同學(xué)的綜合表現(xiàn)打分。通過此形式的考察，部分積極性不足的學(xué)生能夠在其他同學(xué)幫助下了解決數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)的步驟，主動(dòng)性較強(qiáng)的學(xué)生也可以挑戰(zhàn)更高準(zhǔn)確率的算法。

3.5 后續(xù)研究

部分對(duì)人工智能有興趣的同學(xué)，可進(jìn)行的后續(xù)研究：可加入平臺(tái)的其他優(yōu)質(zhì)在線課程；也可直接從項(xiàng)目入手，實(shí)現(xiàn)人工智能算法，解決人工智能任務(wù)；還可以通過比賽鍛煉自己，認(rèn)識(shí)更多人工智能領(lǐng)域的專家學(xué)者如圖2所示；也可以加入教師的科研團(tuán)隊(duì)，接受教師更專業(yè)的指導(dǎo)，訓(xùn)練自己的科研能力，提高自己在就業(yè)以及考研的競(jìng)爭(zhēng)力。

圖2 百度AI平臺(tái)提供課程圖例

4 教學(xué)反思

由于課程難度較大、先修課程基礎(chǔ)不牢以及平臺(tái)不熟悉等問題，部分學(xué)生在課程初期出現(xiàn)了畏難情緒，隨著課程進(jìn)度的調(diào)整、其他師生的幫助以及學(xué)習(xí)興趣的提升，學(xué)生的主動(dòng)性也越來越高。但在教學(xué)過程中仍存在以下問題：1）學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不足，在之后的教學(xué)過程中將適當(dāng)引入內(nèi)容將簡(jiǎn)單且前沿的課程，讓學(xué)生對(duì)人工智能各領(lǐng)域有一定的了解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；2）學(xué)校政策的影響，學(xué)校實(shí)行的“無手機(jī)課堂”使得學(xué)生在課堂聽課過程中不能在線修改項(xiàng)目，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，在之后的教學(xué)過程中將引導(dǎo)學(xué)生對(duì)人工智能實(shí)踐類課程以電腦操作為主，同時(shí)建議學(xué)校對(duì)部分實(shí)踐類課程調(diào)整政策，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展；3）考察環(huán)節(jié)出現(xiàn)了“搭便車”現(xiàn)象，在課程結(jié)束的考察環(huán)節(jié)，少數(shù)學(xué)生積極性太低，代碼實(shí)現(xiàn)能力太弱，以致出現(xiàn)“一問三不知”的現(xiàn)象，在之后的教學(xué)過程中將設(shè)置期中考察，針對(duì)此類學(xué)生，將給他們分配由他們單獨(dú)完成的簡(jiǎn)單任務(wù)，防止此類現(xiàn)象的再發(fā)生。

5 小結(jié)

隨著AI的發(fā)展，各學(xué)校紛紛開始申報(bào)人工智能專業(yè)，AI類課程師資的需求量以及教學(xué)任務(wù)也大大增加，平臺(tái)提供的教學(xué)資源以及一體化的解決方案，在AI軟硬件環(huán)境不完備的學(xué)校有較大的適用性。基于平臺(tái)的人工智能類課程教學(xué)，為學(xué)生的發(fā)展提供了更廣闊的空間，為缺少師資的學(xué)校提供了在線環(huán)境，為各個(gè)學(xué)校建立人工智能課程群及人工智能專業(yè)建設(shè)提供了緩沖，也為我國(guó)人工智能領(lǐng)域人才的積累提供有力的保證。