人工智能綜合實踐教學(xué)的探討與研究

梁志貞 楊小冬

摘要： 根據(jù)人工智能綜合實踐教學(xué)的特點， 結(jié)合人工智能應(yīng)用型人才培養(yǎng)的具體要求，從綜合實踐的教學(xué)目標(biāo)、構(gòu)建實驗教學(xué)平臺、師資隊伍和評價體系等角度進(jìn)行探討綜合實踐教學(xué)的必要性，目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的積極性，從而將知識和實際應(yīng)用相聯(lián)系，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：人工智能;綜合實踐;實驗平臺;評價體系

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）14-0173-02

1 引言

隨著人工智能在智能交通、智慧礦山、智慧教育等多個領(lǐng)域的應(yīng)用及迅速發(fā)展，人工智能的實施離不開大量的應(yīng)用型人才。 高等學(xué)校作為高層次人才培養(yǎng)的重要陣地，開展人工智能綜合實踐教學(xué)是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的最基本的途徑。2018年教育部頒布了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》[1]。 行動計劃明確指出要加強高等院校對人工智能的創(chuàng)新能力的教育。 面對當(dāng)前人工智能發(fā)展的良好機遇，高等院校正在不斷加強基礎(chǔ)學(xué)科的投入、新工科的發(fā)展和應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢，促進(jìn)人工智能與高等教育緊密結(jié)合、為高等教育的深化改革提供新的途徑。 人工智能綜合實踐教學(xué)的改革隨著各個高校人工智能課程的增加而被廣泛關(guān)注[2-4]。為了滿足社會對人工智能應(yīng)用型人才的需求，本文以中國礦業(yè)大學(xué)的人工智能綜合實踐課程為例，給出實踐教學(xué)的具體實施方案。 通過這些措施激發(fā)學(xué)生對人工智能技術(shù)的興趣并有效推動學(xué)生參與人工智能應(yīng)用項目的熱情， 結(jié)合個人特點尋找創(chuàng)新的實踐課題。 這在一定程度上提高了學(xué)生的知識創(chuàng)新和實踐能力，從而為以后的相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

中國礦業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院開設(shè)了人工智能及相關(guān)課程，且學(xué)院的學(xué)生一般具備良好的編程能力，對人工智能相關(guān)算法能較快地編程且驗證相關(guān)的算法。 計算機學(xué)院的學(xué)生畢業(yè)后也能從事與人工智能相關(guān)的領(lǐng)域的工作，如：智慧礦山監(jiān)控，智慧礦山的車輛自動檢測等。為了讓學(xué)生更好地掌握人工智能等相關(guān)課程的知識，以及能夠利用相關(guān)知識在公司、 煤礦企業(yè)等從事與人工智能相關(guān)的工作， 本課程從綜合實驗教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了多層次的改革， 結(jié)合本校學(xué)生的實際情況，對人工智能課程上的理論進(jìn)行了實踐性轉(zhuǎn)化，且對每個實踐項目進(jìn)行可視化的軟件實現(xiàn)， 并通過應(yīng)用案例展示人工智能的在煤礦企業(yè)的應(yīng)用過程。結(jié)合VC++、C、Python等語言編程實現(xiàn)相應(yīng)的算法， 使學(xué)生能較好地掌握人工智能理論知識，滿足當(dāng)前社會的應(yīng)用型人才的需求，使學(xué)生的就業(yè)競爭力得到加強。

2 人工智能綜合實踐教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)

人工智能綜合實踐教學(xué)強調(diào)知識的靈活應(yīng)用，但這并不否定理論課的教學(xué)， 尤其是對于計算機專業(yè)的本科教育， 具備一定的理論知識是大學(xué)教育的培養(yǎng)目標(biāo)之一， 理論知識的掌握也是實踐教學(xué)的必要基礎(chǔ)。 在人工智能綜合實踐教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)完成人工智能的相關(guān)理論課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對人工智能的相關(guān)概念、研究方法有一定的認(rèn)識， 學(xué)生需要借助后續(xù)的綜合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)增強對人工智能知識的理解。 以人工智能綜合實踐能力為導(dǎo)向， 形成以 “人工智能” 為主線的新穎的實踐教學(xué)體系，根據(jù)本院人工智能專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)， 構(gòu)建 “人工智能的教學(xué)實驗平臺” 的實踐體系。將人工智能的相關(guān)技術(shù)引入到綜合實踐教學(xué)中， 形成了以“人工智能” 為導(dǎo)向的工程模式結(jié)構(gòu)， 讓學(xué)生結(jié)合煤礦企業(yè)中的實際問題去主動學(xué)習(xí)人工智能知識， 從而促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)地掌握已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識和技能， 這有利于學(xué)生將各種人工智能知識靈活運用到實際問題， 進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)人工智能的熱情，提高綜合實踐教學(xué)的教學(xué)效果。人工智能綜合實踐教學(xué)體現(xiàn)在多個方面：人工智能綜合實踐的平臺的搭建、師資隊伍的建設(shè)、學(xué)生課題的劃分和評價體系等環(huán)節(jié)。

3 人工智能綜合實踐教學(xué)的實施方案

3.1 借助礦山數(shù)字化教育部工程研究中心，打造人工智能綜合實踐教學(xué)實驗室

礦山數(shù)字化教育部工程研究中心隸屬于中國礦業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。 通過計算機應(yīng)用技術(shù)、軟件工程、 信息安全等學(xué)科建設(shè)該工程中心。 該中心以礦山數(shù)字化和智慧礦山為主要目標(biāo)，已經(jīng)建立三個重要方向的產(chǎn)業(yè)化平臺。 綜合實踐教學(xué)體系形成需要相關(guān)實驗室的有力支撐，在人工智能實驗室建設(shè)方面，目前根據(jù)計算機學(xué)院大數(shù)據(jù)專業(yè)和人工智能專業(yè)的需要，結(jié)合礦山數(shù)字化教育部工程研究中心和資源優(yōu)勢，打造了人工智能綜合實踐教學(xué)的專門實驗室。 目前礦山數(shù)字化教育部工程研究中心提供了大數(shù)據(jù)處理實驗平臺、 深度學(xué)習(xí)等幾個實驗平臺。 這幾個平臺提供了實踐項目的許多完整案例、 實驗項目的說明書、實驗項目的相關(guān)教材及實驗項目的具體實施辦法。 學(xué)生可在專業(yè)機房完成相關(guān)的人工智能綜合實踐實驗，并通過這些具體綜合實踐項目來鍛煉和培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。 同時通過這些實踐訓(xùn)練有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣、增強成就感，以及加深對人工智能理論知識的理解。 在綜合實踐教學(xué)方面，不僅提供學(xué)生一些驗證性的實驗，而且要求學(xué)生主動參與開發(fā)綜合性實驗的設(shè)計。 首先讓學(xué)生在課前完成大部分驗證性的實驗，讓他們弄清一些具體函數(shù)的實施策略，并提供自己編寫的代碼，這樣能加深對相關(guān)算法的理解。讓學(xué)生在這基礎(chǔ)上自主設(shè)計自己感興趣的綜合實踐項目， 并上機測試各個模塊，發(fā)現(xiàn)綜合實踐中存在的問題再分析原因，直到實現(xiàn)相應(yīng)的目標(biāo)，以鍛煉學(xué)生的軟件開發(fā)能力。

3.2? “雙導(dǎo)師” 制的實踐教學(xué)師資隊伍

在人工智能應(yīng)用型人才培養(yǎng)中， 學(xué)校與企業(yè)合作是應(yīng)用型師資隊伍建設(shè)中必不可缺少的部分。 要增強高校人工智能教學(xué)隊伍的素質(zhì)， 以及師資隊伍的有效建設(shè)與穩(wěn)定發(fā)展，學(xué)校每年外派老師參加人工智能相關(guān)課程的培訓(xùn)。 為充分發(fā)揮煤礦企業(yè)人才資源優(yōu)勢，整合學(xué)校與煤礦行業(yè)的有關(guān)資源， 聘請煤礦企業(yè)技術(shù)人員擔(dān)任本學(xué)院的指導(dǎo)老師。 重視“雙師型”人才的培養(yǎng)， 同時增強對“雙導(dǎo)師” 師資隊伍的培養(yǎng)的力度，通過組織教師暑期赴煤礦企業(yè)參觀學(xué)習(xí)， 外派部分老師赴煤礦企業(yè)掛職工作以及推動學(xué)校老師積極參與煤礦企業(yè)的研發(fā)項目等， 增加教師的企業(yè)工作經(jīng)歷并讓教師了解煤礦中遇到的實際問題。

3.3 成立課題小組和組織學(xué)科競賽

根據(jù)學(xué)生的不同興趣，在人工智能綜合實踐教學(xué)中，根據(jù)相關(guān)課題的需要，把學(xué)生劃分成不同的課題小組，讓他們選擇感興趣的課題。 成立的課題小組有深度學(xué)習(xí)小組、 計算機視覺小組、自然語言處理小組等。這些小組的課題與企業(yè)的一些項目密切相關(guān)。 各個小組的成員都在一定程度上對該方向的問題有較為深入的認(rèn)識。 盡管對某些實際問題的認(rèn)識可能存在一定的難度，但是通過在小組成員間進(jìn)行討論可加深對實際問題的認(rèn)識。 綜合實踐的內(nèi)容就是對以前知識的概括和總結(jié)， 這對于本科期間的學(xué)習(xí)也是非常重要的。 通過特定項目的實施，包括良好界面的設(shè)計，容易擴充的功能以及成果的演示，可以生動形象展示以前學(xué)過的人工智能的理論知識，使學(xué)生更深入理解人工智能的知識點。通過參與項目的開發(fā)， 發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主觀能動性， 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)課題的興趣， 進(jìn)一步理解人工智能的諸多抽象概念， 運用人工智能的基本原理解決實際問題。為了進(jìn)一步提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力， 學(xué)院還積極組織人工智能專業(yè)學(xué)生參加與人工智能相關(guān)學(xué)科的競賽，如“挑戰(zhàn)杯” “藍(lán)橋杯”“互聯(lián)網(wǎng) + 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽” 等賽事。

3.4 實踐教學(xué)的教學(xué)管理與評價

為保證教學(xué)的規(guī)范性， 我們制定了綜合實踐教學(xué)各個環(huán)節(jié)規(guī)范性的教學(xué)文件，其中包括教學(xué)大綱和教學(xué)管理規(guī)定/規(guī)范、實驗操作說明書、綜合實驗平臺的實訓(xùn)手冊、項目設(shè)計任務(wù)書和指導(dǎo)書、項目任務(wù)指導(dǎo)書和項目的日期安排等;同時在綜合實踐教學(xué)內(nèi)容方面，邀請兄弟高校富有經(jīng)驗的教師對進(jìn)行指導(dǎo)，以及煤礦技術(shù)人員對具體實踐項目提供相關(guān)的意見和建議。對學(xué)生的結(jié)題報告的評價采用了小組答辯的形式。 此外，根據(jù)煤礦行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、煤礦企業(yè)人才的能力標(biāo)準(zhǔn)或職業(yè)等級考試相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行課題的設(shè)計， 從而確保培養(yǎng)出來的學(xué)生符合煤礦企業(yè)的實際需求。

4 總結(jié)

通過人工智能綜合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)有助于增強學(xué)生對人工智能理論知識的理解和掌握， 從而提高學(xué)生的邏輯分析能力和解決現(xiàn)實世界實際問題的能力。 人工智能綜合實踐教學(xué)有助于提高學(xué)生之間的團隊協(xié)作能力，充分發(fā)揮他們的聰明才智和創(chuàng)新精神。 人工智能綜合實踐教學(xué)有助于開闊學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生參與科研的興趣， 以及激發(fā)對人工智能技術(shù)追求。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的通知[EB/OL].[2018-04-03].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s7062/201804/t20180410_332722.html.

[2] 劉永，胡欽曉.論人工智能教育的未來發(fā)展：基于學(xué)科建設(shè)的視角[J].中國電化教育，2020（2）：37-42.

[3] 姚琳，石志國.人工智能課程體系與教學(xué)方法研究[J].中國大學(xué)教學(xué)，2019（10）：19-22.

[4] 王旭，周晉，李雙壽.人工智能實踐教學(xué)的創(chuàng)新探索[J].教育教學(xué)論壇，2021（4）：73-77.

收稿日期：2021-06-23

基金項目：中國礦業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院教學(xué)研究項目2020年（序號1）

作者簡介：梁志貞（1976—）， 男， 山東省莒縣人， 副教授， 博士，主要研究方向為人工智能技術(shù)及其應(yīng)用;楊小冬（1972—），男，江蘇省徐州人，副教授，博士，主要研究方向為人工智能技術(shù)及其應(yīng)用。