梁志貞 楊小冬

摘要： 根據(jù)人工智能綜合實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)， 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(shí)踐的教學(xué)目標(biāo)、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、師資隊(duì)伍和評(píng)價(jià)體系等角度進(jìn)行探討綜合實(shí)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(shí)和實(shí)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(shí)踐;實(shí)驗(yàn)平臺(tái);評(píng)價(jià)體系

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用及迅速發(fā)展，人工智能的實(shí)施離不開(kāi)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(kāi)展人工智能綜合實(shí)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(dòng)計(jì)劃》[1]。 行動(dòng)計(jì)劃明確指出要加強(qiáng)高等院校對(duì)人工智能的創(chuàng)新能力的教育。 面對(duì)當(dāng)前人工智能發(fā)展的良好機(jī)遇，高等院校正在不斷加強(qiáng)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(shì)，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(shí)踐教學(xué)的改革隨著各個(gè)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(huì)對(duì)人工智能應(yīng)用型人才的需求，本文以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的人工智能綜合實(shí)踐課程為例，給出實(shí)踐教學(xué)的具體實(shí)施方案。 通過(guò)這些措施激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的興趣并有效推動(dòng)學(xué)生參與人工智能應(yīng)用項(xiàng)目的熱情， 結(jié)合個(gè)人特點(diǎn)尋找創(chuàng)新的實(shí)踐課題。 這在一定程度上提高了學(xué)生的知識(shí)創(chuàng)新和實(shí)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(guó)礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院開(kāi)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(duì)人工智能相關(guān)算法能較快地編程且驗(yàn)證相關(guān)的算法。 計(jì)算機(jī)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(dòng)檢測(cè)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(shí)，以及能夠利用相關(guān)知識(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)際情況，對(duì)人工智能課程上的理論進(jìn)行了實(shí)踐性轉(zhuǎn)化，且對(duì)每個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行可視化的軟件實(shí)現(xiàn)， 并通過(guò)應(yīng)用案例展示人工智能的在煤礦企業(yè)的應(yīng)用過(guò)程。結(jié)合VC++、C、Python等語(yǔ)言編程實(shí)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(shí)，滿足當(dāng)前社會(huì)的應(yīng)用型人才的需求，使學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力得到加強(qiáng)。

2 人工智能綜合實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)

人工智能綜合實(shí)踐教學(xué)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的靈活應(yīng)用，但這并不否定理論課的教學(xué)， 尤其是對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科教育， 具備一定的理論知識(shí)是大學(xué)教育的培養(yǎng)目標(biāo)之一， 理論知識(shí)的掌握也是實(shí)踐教學(xué)的必要基礎(chǔ)。 在人工智能綜合實(shí)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(duì)人工智能的相關(guān)概念、研究方法有一定的認(rèn)識(shí)， 學(xué)生需要借助后續(xù)的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)增強(qiáng)對(duì)人工智能知識(shí)的理解。 以人工智能綜合實(shí)踐能力為導(dǎo)向， 形成以 “人工智能” 為主線的新穎的實(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)” 的實(shí)踐體系。將人工智能的相關(guān)技術(shù)引入到綜合實(shí)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(shí)際問(wèn)題去主動(dòng)學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)， 從而促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)地掌握已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)和技能， 這有利于學(xué)生將各種人工智能知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)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(shí)踐教學(xué)的教學(xué)效果。人工智能綜合實(shí)踐教學(xué)體現(xiàn)在多個(gè)方面：人工智能綜合實(shí)踐的平臺(tái)的搭建、師資隊(duì)伍的建設(shè)、學(xué)生課題的劃分和評(píng)價(jià)體系等環(huán)節(jié)。

3 人工智能綜合實(shí)踐教學(xué)的實(shí)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(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)室

礦山數(shù)字化教育部工程研究中心隸屬于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。 通過(guò)計(jì)算機(jī)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(gè)重要方向的產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)。 綜合實(shí)踐教學(xué)體系形成需要相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的有力支撐，在人工智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面，目前根據(jù)計(jì)算機(jī)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(shì)，打造了人工智能綜合實(shí)踐教學(xué)的專門實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)、 深度學(xué)習(xí)等幾個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 這幾個(gè)平臺(tái)提供了實(shí)踐項(xiàng)目的許多完整案例、 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的說(shuō)明書、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的相關(guān)教材及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的具體實(shí)施辦法。 學(xué)生可在專業(yè)機(jī)房完成相關(guān)的人工智能綜合實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)這些具體綜合實(shí)踐項(xiàng)目來(lái)鍛煉和培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 同時(shí)通過(guò)這些實(shí)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(qiáng)成就感，以及加深對(duì)人工智能理論知識(shí)的理解。 在綜合實(shí)踐教學(xué)方面，不僅提供學(xué)生一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，而且要求學(xué)生主動(dòng)參與開(kāi)發(fā)綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。 首先讓學(xué)生在課前完成大部分驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，讓他們弄清一些具體函數(shù)的實(shí)施策略，并提供自己編寫的代碼，這樣能加深對(duì)相關(guān)算法的理解。讓學(xué)生在這基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)自己感興趣的綜合實(shí)踐項(xiàng)目， 并上機(jī)測(cè)試各個(gè)模塊，發(fā)現(xiàn)綜合實(shí)踐中存在的問(wèn)題再分析原因，直到實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的目標(biāo)，以鍛煉學(xué)生的軟件開(kāi)發(fā)能力。

3.2? “雙導(dǎo)師” 制的實(shí)踐教學(xué)師資隊(duì)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(duì)伍建設(shè)中必不可缺少的部分。 要增強(qiáng)高校人工智能教學(xué)隊(duì)伍的素質(zhì)， 以及師資隊(duì)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(shì)，整合學(xué)校與煤礦行業(yè)的有關(guān)資源， 聘請(qǐng)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(shí)增強(qiáng)對(duì)“雙導(dǎo)師” 師資隊(duì)伍的培養(yǎng)的力度，通過(guò)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(dòng)學(xué)校老師積極參與煤礦企業(yè)的研發(fā)項(xiàng)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(shí)際問(wèn)題。

3.3 成立課題小組和組織學(xué)科競(jìng)賽

根據(jù)學(xué)生的不同興趣，在人工智能綜合實(shí)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(jì)算機(jī)視覺(jué)小組、自然語(yǔ)言處理小組等。這些小組的課題與企業(yè)的一些項(xiàng)目密切相關(guān)。 各個(gè)小組的成員都在一定程度上對(duì)該方向的問(wèn)題有較為深入的認(rèn)識(shí)。 盡管對(duì)某些實(shí)際問(wèn)題的認(rèn)識(shí)可能存在一定的難度，但是通過(guò)在小組成員間進(jìn)行討論可加深對(duì)實(shí)際問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。 綜合實(shí)踐的內(nèi)容就是對(duì)以前知識(shí)的概括和總結(jié)， 這對(duì)于本科期間的學(xué)習(xí)也是非常重要的。 通過(guò)特定項(xiàng)目的實(shí)施，包括良好界面的設(shè)計(jì)，容易擴(kuò)充的功能以及成果的演示，可以生動(dòng)形象展示以前學(xué)過(guò)的人工智能的理論知識(shí)，使學(xué)生更深入理解人工智能的知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)參與項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)， 發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)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(yùn)用人工智能的基本原理解決實(shí)際問(wèn)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(jìng)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(shí)踐教學(xué)的教學(xué)管理與評(píng)價(jià)

為保證教學(xué)的規(guī)范性， 我們制定了綜合實(shí)踐教學(xué)各個(gè)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(shí)驗(yàn)操作說(shuō)明書、綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)訓(xùn)手冊(cè)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)書和指導(dǎo)書、項(xiàng)目任務(wù)指導(dǎo)書和項(xiàng)目的日期安排等;同時(shí)在綜合實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容方面，邀請(qǐng)兄弟高校富有經(jīng)驗(yàn)的教師對(duì)進(jìn)行指導(dǎo)，以及煤礦技術(shù)人員對(duì)具體實(shí)踐項(xiàng)目提供相關(guān)的意見(jiàn)和建議。對(duì)學(xué)生的結(jié)題報(bào)告的評(píng)價(jià)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(jí)考試相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行課題的設(shè)計(jì)， 從而確保培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生符合煤礦企業(yè)的實(shí)際需求。

4 總結(jié)

通過(guò)人工智能綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)人工智能理論知識(shí)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(shí)世界實(shí)際問(wèn)題的能力。 人工智能綜合實(shí)踐教學(xué)有助于提高學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)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(shí)踐教學(xué)有助于開(kāi)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(duì)人工智能技術(shù)追求。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2021-06-23

基金項(xiàng)目：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目2020年（序號(hào)1）

作者簡(jiǎn)介：梁志貞（1976—）， 男， 山東省莒縣人， 副教授， 博士，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(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?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)及其應(yīng)用。