楊念，陳聰

(1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，廣東佛山，528137；2.恒大智慧科技有限公司，廣東深圳，518000）

0 引言

隨著人工智能產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，相關(guān)行業(yè)對于技能型應(yīng)用型人才產(chǎn)生了迫切需求，高等教育正在發(fā)生革命性變化。高等教育和當(dāng)前我國經(jīng)濟社會發(fā)展的結(jié)合更加緊密，教育方式、形態(tài)、內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式都在發(fā)生深刻變化。以學(xué)習(xí)者為主體，重視培養(yǎng)能力，促進學(xué)習(xí)者的全面發(fā)展，學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)的個性化需求也日益增長，教育治理呈現(xiàn)出多方合作、廣泛參與的特點。作為戰(zhàn)略新興型技術(shù)之一，人工智能肩負著引領(lǐng)未來的重擔(dān)。目前，新一代的人工智能技術(shù)或與其相關(guān)的學(xué)科發(fā)展、科技創(chuàng)新、理論建模、軟件及硬件更新升級等正在快速整體推進，正在引起鏈式提升，推動當(dāng)前社會基于網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的各個領(lǐng)域快速向智能化飛躍。

人工智能技術(shù)改變?nèi)祟惿罘绞缴踔辽鐣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)社會生產(chǎn)力的整體躍升。在教育行業(yè)，不少高校已經(jīng)開設(shè)人工智能專業(yè)，人工智能作為新開專業(yè)，無參考標(biāo)準體系。在文獻[1]中指出，教師在編寫人工智能相關(guān)實驗操作課程方面缺少經(jīng)驗積累，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容選取和開發(fā)的過程緩慢。并且人工智能相關(guān)課程配套實驗實訓(xùn)都需要大量且真實的行業(yè)數(shù)據(jù)集或案例，因此不能利用模擬仿真進行教學(xué)。如果通過模擬的數(shù)據(jù)進行教學(xué)不能讓學(xué)生體驗人工智能的切實應(yīng)用，會造成學(xué)生無法學(xué)以致用的局面。目前高校人工智能實驗實訓(xùn)普遍滯后，極大地阻礙了中國人工智能科學(xué)研究與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，不少高校迫切需要將人工智能應(yīng)用到實驗室當(dāng)中。

1 我國高校實驗室現(xiàn)狀

1.1 實驗室管理

目前，我國實驗室在管理上具有的特點：一是管理方式落后，依賴人工管理；二是實驗室人員流動較大，登記制度不完善；三是信息監(jiān)控不到位。從實驗室管理角度出發(fā)，人工智能技術(shù)應(yīng)用于實驗室后可以實現(xiàn)人臉識別、自動登記信息、智能配電、智能監(jiān)控等功能，能夠提高實驗室的管理效率及安全。

1.2 實驗室機房

現(xiàn)有的實驗室機房不能滿足人工智能專業(yè)所開設(shè)的相關(guān)課程對實驗資源的需求。實驗室已有的硬件設(shè)備資源，也基本不能滿足相關(guān)課程的實驗要求。快速更新的技術(shù)，導(dǎo)致現(xiàn)在教學(xué)實驗環(huán)境無法快速適應(yīng)人工智能實驗教學(xué)的要求。因此，人工智能實驗室的建設(shè)迫在眉睫。

2 人工智能技術(shù)

2.1 技術(shù)方向

人工智能作為當(dāng)下科技行業(yè)最熱門的技術(shù)之一，包含語音識別、自然語音處理、計算機視覺、機器學(xué)習(xí)四大部分。人工智能專業(yè)及學(xué)院的開設(shè)，將會重點關(guān)注大數(shù)據(jù)、計算機視覺、語音識別、自然語言處理、機器學(xué)習(xí)等人工智能基礎(chǔ)技術(shù)方向。類和識別系統(tǒng)。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

2.2.1 計算機視覺

計算機視覺主要包含圖像識別和視頻識別。目前，計算機視覺涉及的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)用于金融、司法、軍隊、公安、邊檢、政府、航天、電力、工廠、教育、醫(yī)療等行業(yè)。主要的應(yīng)用場景有人臉識別、視頻監(jiān)控及分析、圖片識別及分析、輔助或智能駕駛、三維圖像視覺、工業(yè)視覺檢測、醫(yī)學(xué)影像診斷、圖像與視頻編輯、文字識別等。

2.2.2 語音識別

語音識別技術(shù)是將人類語音中的詞語內(nèi)容轉(zhuǎn)變成計算機可識別的輸入，如二進制編碼或字符序列[4]。

語音識別技術(shù)包含語音導(dǎo)航、語音檢索文檔、智能家居產(chǎn)品的控制、聽寫數(shù)據(jù)的錄入等應(yīng)用。語音識別技術(shù)與機器翻譯、語音合成等自然語音處理技術(shù)結(jié)合，能夠構(gòu)建更實用、復(fù)雜的應(yīng)用，如語音翻譯為語音的應(yīng)用。

2.2.3 自然語音處理

自然語音處理，是指用計算機對自然語音的形、音、義等信息進行分析處理。自然語言理解與自然語言生成是實現(xiàn)人機間的信息交流，是人工智能界、計算機科學(xué)和語言學(xué)界所共同關(guān)注的重要問題。自然語音處理的具體表現(xiàn)形式包括機器翻譯、文本摘要、文本分類、文本校對、信息抽取、語音合成、語音識別等。可以說，自然語音處理就是要計算機理解自然語言，自然語言處理機制涉及兩個流程，包括自然語言理解和自然語言生成。主要應(yīng)用有機器翻譯、自動回答、信息檢索、情感分析、社交媒體等。

2.2.4 機器學(xué)習(xí)

機器學(xué)習(xí)涉及到的學(xué)科很多，其中囊括神經(jīng)科學(xué)、線性代數(shù)、計算機等。機器學(xué)習(xí)是大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)，本質(zhì)都是基于經(jīng)驗的算法處理。按照是否需要監(jiān)督，機器學(xué)習(xí)能夠分為兩類，強化學(xué)習(xí)也是機器學(xué)習(xí)的一種技術(shù)。主要應(yīng)用場景是大數(shù)據(jù)分析與挖掘、垃圾郵件過濾、周期性數(shù)據(jù)預(yù)測、廣告點擊行為預(yù)測、商品圖片分類、模式識別等。

3 人工智能實驗室建設(shè)方案介紹

圍繞人工智能相關(guān)專業(yè)實踐課程體系和職業(yè)需求，依據(jù)人工智能相關(guān)專業(yè)對實驗室的需求，建設(shè)集課程內(nèi)容、實驗管理、實踐教學(xué)案例、實踐教學(xué)環(huán)境于一體的人工智能實驗室。包含：人工智能實驗室硬件資源；人工智能實驗室軟件平臺；人工智能實驗資源。

3.1 硬件資源

實驗室硬件資源是為了滿足人工智能教學(xué)、科研實驗及實驗管理的需求，提供基于人工智能領(lǐng)域相關(guān)計算能力，同時保障實驗內(nèi)容涵蓋的技術(shù)知識點能夠與目前人工智能人才的技能需求貼合，培養(yǎng)專業(yè)綜合能力，增強學(xué)生對技能應(yīng)用的真實體驗感，輔助學(xué)生實現(xiàn)學(xué)以致用。

3.2 軟件平臺

實驗實訓(xùn)平臺整體架構(gòu)分為平臺基礎(chǔ)層、WEB 服務(wù)層、用戶交互層。平臺基礎(chǔ)層利用虛擬化技術(shù)進行硬件資源管理，WEB 服務(wù)層提供用戶交互接口，用戶交互層為用戶提供友好的交互界面。人工智能實驗平臺將實現(xiàn)人工智能、大數(shù)據(jù)等相關(guān)專業(yè)方向的在線實驗的綜合學(xué)習(xí)應(yīng)用。主要功能包括工作臺、實驗課程、實驗項目、模型訓(xùn)練等內(nèi)容。實驗平臺通過對 GPU 等硬件設(shè)備資源的管理、容器化、服務(wù)接口化及用戶交互，以資源庫的形式為學(xué)習(xí)者提供基礎(chǔ)的實驗課程資源、實踐項目資源和數(shù)據(jù)集資源。

3.3 人工智能實驗資源

建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的引導(dǎo)式教學(xué)實踐資源，通過人工智能實驗平臺提供統(tǒng)一的在線實踐活動，其建設(shè)目標(biāo)是：形成人工智能基礎(chǔ)能力與大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)能力培養(yǎng)標(biāo)準體系資源。人工智能實驗資源主要包含：實驗手冊、實驗源碼、實驗數(shù)據(jù)、實驗硬件配套資。其中，實驗硬件配套資源包含：智能人機交互平臺、智能機器人、智能家居設(shè)備等。

3.4 實驗實訓(xùn)課程資源體系

人工智能專業(yè)一般開設(shè)的課程分為人工智能基礎(chǔ)課程和人工智能專業(yè)課程。基礎(chǔ)課程一般包含理論基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)、編程架構(gòu)、Linux 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)等。因此，對應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)包含的資源有Python 的基礎(chǔ)運算、爬蟲實驗、Linux 操作系統(tǒng)實驗、數(shù)據(jù)庫的相關(guān)實驗等。實訓(xùn)環(huán)節(jié)可以包含實驗室考勤管理系統(tǒng)設(shè)計等。人工智能專業(yè)課程一般包括機器學(xué)習(xí)、圖像識別、自然語言識別與處理等。因此，實驗環(huán)節(jié)可以包含基于TensorFlow 的圖像識別，基于KNN 的商品推薦等實驗資源。實訓(xùn)環(huán)節(jié)則可以包含垃圾郵件屏蔽、車輛周圍環(huán)境檢測等。人工智能基礎(chǔ)和專業(yè)實驗及實訓(xùn)資源建設(shè)后，可結(jié)合企業(yè)案例建設(shè)具有商業(yè)價值的資源，例如人臉識別、危險駕駛監(jiān)控系統(tǒng)、醫(yī)療輔助診斷系統(tǒng)等。

4 結(jié)語

將人工智能運用在高校實驗室中，運用人工智能技術(shù)建設(shè)滿足高校人工智能相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)需求的實驗室，能夠有效解決傳統(tǒng)實驗室管理上的弊端，同時為人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。隨著信息化教育的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)將在教育領(lǐng)域應(yīng)用的越來越多。