基于百度AI Studio平臺(tái)的“人工智能”研究生課程建設(shè)淺析＊

欒聲揚(yáng) 陳 薇（通信作者） 許 朋 李桂林 張嘉睿 張兆軍

（江蘇師范大學(xué) 電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

自從本學(xué)院開始招收電子信息類專業(yè)研究生以來，就開設(shè)了“人工智能”相關(guān)的課程。但是在教學(xué)過程中，任課教師逐漸發(fā)現(xiàn)若干問題，主要包括：教師資源不足、教學(xué)內(nèi)容匱乏、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容欠缺、與科研關(guān)聯(lián)程度弱、軟硬件資源成本高等問題。為了解決此類問題，研究生院給予一定的支持，經(jīng)過近一年的課程建設(shè)取得了一些經(jīng)驗(yàn)，下面分別從團(tuán)隊(duì)建設(shè)、課程資源、科研關(guān)聯(lián)度、培養(yǎng)學(xué)生興趣等方面進(jìn)行逐一介紹。

一、教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

基于“人工智能”課程的特點(diǎn)和難點(diǎn)，一方面，分別建立理論教學(xué)團(tuán)隊(duì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，杜絕偏理論而輕實(shí)踐的情況。另一方面，培養(yǎng)具備多學(xué)科背景的主講教師團(tuán)隊(duì)，確保本課程與各個(gè)一級(jí)學(xué)科相融合的知識(shí)都由具備相關(guān)背景的教師主講，包括：數(shù)學(xué)、通信、信號(hào)、自動(dòng)化和電氣等專業(yè)。

針對(duì)不同學(xué)科教師需要花較多精力才能夠熟悉人工智能講述內(nèi)容的問題，我們采用百度的AI Studio在線教育平臺(tái)，為教師提供了大量學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括從零基礎(chǔ)到進(jìn)階的各類往期線上和線下的師資培訓(xùn)課程的多媒體資料。這些課程均由國內(nèi)知名高校在人工智能尤其是深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域有較高的學(xué)術(shù)造詣的資深教師主講，一方面，此類課程能夠確保課程的授課質(zhì)量。另一方面，方便各個(gè)層次的教師選擇適宜自身知識(shí)水平的內(nèi)容進(jìn)一步提升自身能力。

二、教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)建

百度公司的AI Studio不僅能夠?yàn)榻處熖峁┨嵘陨砟芰Φ南嚓P(guān)師資培訓(xùn)內(nèi)容，還提供了大量的適宜同學(xué)們自學(xué)的教學(xué)資源。各類教學(xué)資源按照難易程度分為：預(yù)備知識(shí)、基礎(chǔ)入門和實(shí)戰(zhàn)進(jìn)階三個(gè)層次，同樣適宜不同專業(yè)、不同教育背景以及不同水平的學(xué)生選擇適合自己的課程進(jìn)行自學(xué)和預(yù)習(xí)。

預(yù)備知識(shí)主要包括：Python基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、機(jī)器學(xué)習(xí)[1]等方面的內(nèi)容，如此豐富的教學(xué)內(nèi)容必然會(huì)為同學(xué)們的后續(xù)學(xué)習(xí)打牢基礎(chǔ)。更重要的是，受限于學(xué)時(shí)要求，上述很多內(nèi)容是電子信息類研究生本科階段沒有接觸的，比如雖然很多同學(xué)學(xué)過C語言編程或者C++編程，但是沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過Python語言編程，故而此類基礎(chǔ)課程能夠作為有益的補(bǔ)充內(nèi)容助力“人工智能”課程的學(xué)習(xí)。

基礎(chǔ)入門主要包括：各類深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理、推薦系統(tǒng)等方面的內(nèi)容[2]，這些課程基本涵蓋了當(dāng)下人工智能領(lǐng)域最常見的應(yīng)用類型。更為重要的是這些課程是由百度公司的工程師和國內(nèi)科研院所的資深教師共同開設(shè)的，在授課的過程中，這些老師會(huì)將自身的教學(xué)心得與工作體會(huì)融入其中，所以無論學(xué)生自身水平如何，來自于哪所學(xué)校，都能夠進(jìn)一步擴(kuò)展學(xué)生的視野，為進(jìn)一步選擇自己感興趣的方向打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

實(shí)戰(zhàn)進(jìn)階主要包括：目標(biāo)檢測、圖像分割、情感分析、機(jī)器閱讀、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等方面的內(nèi)容[3]，這些課程貼合實(shí)際需求，以具體的應(yīng)用為授課目標(biāo)。重要的是這些課程有效銜接了產(chǎn)業(yè)需求和課程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)為實(shí)踐服務(wù)的目的，高校為社會(huì)服務(wù)的責(zé)任。學(xué)習(xí)這些課程能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們能夠體會(huì)到學(xué)以致用，有利于學(xué)生提升信心與激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)建

如前所述，本學(xué)院開設(shè)的面向電子信息類研究生層次的“人工智能”課程以理論和實(shí)踐相并重。因此，除了注重理論教學(xué)內(nèi)容，還必須甚至更需要重視實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)建。借助百度AI Studio平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)教師可以方便地從項(xiàng)目庫中查找和整合所需的項(xiàng)目，有針對(duì)性地對(duì)同學(xué)們開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

具體而言，根據(jù)項(xiàng)目的難度，項(xiàng)目庫中依次包括：新手入門、進(jìn)階項(xiàng)目、高階任務(wù)等，這種分類能夠滿足不同層次學(xué)生的需求。與此同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目所涉及的技術(shù)特征，項(xiàng)目庫中依次包括：計(jì)算機(jī)視覺精選項(xiàng)目、自然語言處理精選項(xiàng)目、推薦系統(tǒng)精選項(xiàng)目和論文復(fù)現(xiàn)項(xiàng)目。前三者都是與基礎(chǔ)入門理論課程中的主要內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)的，選取這些項(xiàng)目可以有效解決學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)之后沒有對(duì)應(yīng)實(shí)踐環(huán)節(jié)所導(dǎo)致的對(duì)知識(shí)一知半解的問題，消除缺乏深刻體會(huì)的傳統(tǒng)授課模式所帶來的弊端。

此外，項(xiàng)目還包括千星項(xiàng)目，所謂千星repo項(xiàng)目是指受到教師或者學(xué)生廣泛關(guān)注的精品項(xiàng)目，此類項(xiàng)目以其代表性和實(shí)用性為特征受到廣泛推薦，也為實(shí)驗(yàn)教師選擇項(xiàng)目提供了重要的依據(jù)。

四、科研關(guān)聯(lián)度

如何將授課內(nèi)容和科研緊密結(jié)合起來，一直是困擾教師和研究生的重要問題，如果無法解決該問題，就很有可能出現(xiàn)研究生完成了一學(xué)年的課程，卻覺得仍然無法駕馭科研，甚至連科研的門都沒有摸到的現(xiàn)象，這不但會(huì)打擊學(xué)生的自信心和降低科研熱情，更有可能導(dǎo)致高年級(jí)學(xué)生告誡低年級(jí)學(xué)生課程無用，從而進(jìn)一步降低了授課教師的熱情，造成死循環(huán)。

為了解決此類問題，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容項(xiàng)目中創(chuàng)建一節(jié)介紹百度AI Studio項(xiàng)目庫，其中還要包含論文復(fù)現(xiàn)項(xiàng)目。這類項(xiàng)目解決了研究生所最關(guān)心的課程與科研的相關(guān)度的問題，確保學(xué)生們能夠利用課程所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行科研，在科研的過程中鞏固課程所學(xué)習(xí)的知識(shí)。當(dāng)學(xué)生覺得課程所傳授的內(nèi)容對(duì)其科研有幫助，方能對(duì)該課程重視，這不但會(huì)進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和科研興趣，最終提升其編程能力，而且還提升了教師的責(zé)任感和榮譽(yù)感，從而實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，達(dá)成以教學(xué)促進(jìn)科研，又以科研提升教學(xué)水平的效果。

五、提升興趣

人們常說“興趣是最好的老師”，由此可見在學(xué)習(xí)和科研過程中，興趣是多么的重要，如果學(xué)生有了興趣，那么學(xué)習(xí)的枯燥和科研的艱難就少了一半，如果學(xué)生有了自信，那么很多看似復(fù)雜的實(shí)際科研題目就變得簡單了。

為了提升興趣，百度AI Studio為教師和學(xué)生所準(zhǔn)備的項(xiàng)目庫中的內(nèi)容十分貼近現(xiàn)實(shí)需求，再次不妨列舉幾個(gè)：《一個(gè)垃圾分類項(xiàng)目帶你玩轉(zhuǎn)飛槳》顯然是針對(duì)近年來國家和社會(huì)對(duì)于干濕垃圾分類問題所設(shè)計(jì)的。該項(xiàng)目主要用到了百度飛槳框架，利用卷積類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)的；單從《七夕脫單“神助攻”，AI教你寫情詩、說情話》項(xiàng)目的名稱就調(diào)動(dòng)了學(xué)生的好奇心，其本質(zhì)用到了百度飛槳框架，利用LSTM類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過自然語言處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果之一為“七夕，牽著你的手，唱著愛的歌謠，順著幸福軌道，拋棄憂傷煩惱，望著星空祈禱，愿和你幸福到老。親愛的，七夕情人節(jié)快樂！”，你看，工科男女是不是也突然變得不那么呆板，還有點(diǎn)小可愛。

通過上述例子，我們發(fā)現(xiàn)人工智能的強(qiáng)大，同時(shí)，我們也意識(shí)到學(xué)習(xí)科研可以充滿趣味，因?yàn)榕d趣是最好的老師。

六、算力資源

進(jìn)行《人工智能》類課程教學(xué)，有一點(diǎn)無法回避的問題，那就是算力資源，而且是較高配置計(jì)算機(jī)的算力資源，而這又與學(xué)校和學(xué)院的投入息息相關(guān)，沒有真金白銀的投入，那么再有經(jīng)驗(yàn)豐富的教學(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)資源、密切的科研關(guān)聯(lián)度以及高漲的學(xué)習(xí)興趣，一切都沒有辦法實(shí)現(xiàn)，畢竟巧婦難為無米之炊，而要求研究生準(zhǔn)備硬件，無疑也加重了學(xué)生們的家庭負(fù)擔(dān)，提高了學(xué)習(xí)成本，所以算力資源也就成為很多高校研究生“人工智能”類課程壓垮駱駝的最后一根稻草。

為了解決該問題，百度AI Studio為通過身份驗(yàn)證的高校教師提供了充足的算力，只要授課教師在開課時(shí)向百度公司申請，就能夠獲得3個(gè)月有效的500小時(shí)的算力，同時(shí)，根據(jù)選課學(xué)生人數(shù)，為學(xué)生提供100小時(shí)的算力，對(duì)于一門36學(xué)時(shí)乃至72時(shí)的課程，無論是課上演示還是課下學(xué)習(xí)都是十分充足的。此外，如果學(xué)生每天登陸，還會(huì)獲得1日內(nèi)有效的8小時(shí)的算力，此外，即使這些時(shí)長都用完了，那么百度AI Studio平臺(tái)還提供無限時(shí)長的低配置算力供同學(xué)們研究項(xiàng)目。這些舉措確保學(xué)生在學(xué)習(xí)和科研時(shí)不會(huì)受困于稀缺的算力。此外，由于計(jì)算是由云平臺(tái)提供的，而本地設(shè)備只需要進(jìn)行成果展示，所以任何可以瀏覽網(wǎng)頁的電腦都能夠勝任教學(xué)任務(wù)。

七、課程建設(shè)成果

雖然采用AI Studio只有近一年的時(shí)間，但是教學(xué)成果是顯著的。以最近兩屆研究生為例：2019級(jí)主要是利用MATLAB或者Python實(shí)現(xiàn)了手寫字的識(shí)別，而2020級(jí)則已經(jīng)能夠單獨(dú)使用Python進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像分類，利用YOLO方法實(shí)現(xiàn)電力線絕緣子的故障分類，利用卷積類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線電信號(hào)調(diào)制方式識(shí)別，而在課程結(jié)束后，也已經(jīng)開始了相關(guān)論文的撰寫工作。在評(píng)課過程中，學(xué)生們反饋“該課程雖然很累，但是切實(shí)學(xué)到了知識(shí)”，作為高校教師，還有比這個(gè)評(píng)價(jià)更令人欣喜的么？

結(jié)語

研究生課程的建設(shè)重點(diǎn)是提升研究生教學(xué)的質(zhì)量，但是更為重要的是為國家培養(yǎng)科技人才。在高校中應(yīng)用和推廣本國的人工智能框架更是關(guān)系到科技自主的問題，是中美科技戰(zhàn)的核心問題。江蘇師范大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院的“人工智能”課程授課團(tuán)隊(duì)以科技獨(dú)立為己任，淺析教學(xué)過程中的經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)，故而本團(tuán)隊(duì)也會(huì)進(jìn)一步深入研究、不斷探索該課程建設(shè)的新思路和方法。