人工智能專業(yè)的實踐教學體系改革探索

董昕，陳欣，蘭玉彬，鄧小玲

（華南農業(yè)大學 電子工程學院（人工智能學院），廣東廣州 510642）

近年來，為搶抓人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇，構筑我國人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢，按照黨中央、國務院的部署要求，國家各部門相繼出臺了各項政策?！吨袊圃?025》中提出，要以推進智能制造為主攻方向，促進制造業(yè)數字化、網絡化、智能化[1]。為充分發(fā)揮人工智能技術創(chuàng)新的引領作用，2016年，國家發(fā)展改革委、科技部、工信部、中央網信辦聯合制定印發(fā)了《“互聯網+”人工智能三年行動實施方案》，指出要著力突破若干人工智能關鍵核心技術，著力加強人工智能應用創(chuàng)新，促進人工智能在國民經濟社會重點領域的推廣，培育壯大人工智能產業(yè)[2]。2017年7月，國務院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要以加快人工智能與經濟、社會、國防深度融合為主線，以提升新一代人工智能科技創(chuàng)新能力為主攻方向，發(fā)展智能經濟，建設智能社會，維護國家安全[3]。為引導高等學校瞄準世界科技前沿，不斷提高人工智能領域科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和國際合作交流等能力，為我國新一代人工智能發(fā)展提供戰(zhàn)略支撐，教育部于2018年4月制定《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，提出到2025年，高校要在新一代人工智能領域科技創(chuàng)新能力和人才培養(yǎng)質量顯著提升；到2030年，高校要成為建設世界主要人工智能創(chuàng)新中心的核心力量和引領新一代人工智能發(fā)展的人才高地，為我國躋身創(chuàng)新型國家前列提供科技支撐和人才保障[4]。

自2018年首批高校獲教育部批準開設人工智能本科專業(yè)，到2022年，開設人工智能專業(yè)的高校從最初的35所發(fā)展到440所。目前人工智能在醫(yī)療、教育、交通、金融、制造業(yè)等多個領域有著廣闊的應用前景。基于應用型人才缺口巨大，高校要在新一代人工智能領域實現科技創(chuàng)新能力和人才培養(yǎng)質量顯著提升，這就要求高校不僅要注重學生理論知識的學習，還要提高學生的實踐動手能力，根據市場需求改革人工智能實踐教學，探索新的實踐教學模式，以培養(yǎng)高級應用型和算法型專業(yè)人才。

1 人工智能專業(yè)實踐教學改革的現實問題

華南農業(yè)大學積極響應國家號召，配合國家整體戰(zhàn)略部署，于2019年11月成立了人工智能學院，并于2020年3月獲批開設了人工智能本科專業(yè)。人工智能專業(yè)自2020年秋季開始招生，現只有大一、大二年級學生，人工智能實踐教學模式也始終在探索中前進。由于人工智能應用涉及的專業(yè)領域眾多,且學生的學科背景迥異,對人工智能產業(yè)認知不足,實踐教學的有效開展面臨諸多挑戰(zhàn)[5]。在探索制定人工智能實踐教學模式的過程中，發(fā)現了一些亟須解決的問題。

1.1 實踐課程安排不夠充分

由于人工智能專業(yè)是新開設專業(yè)，部分實驗室、實驗平臺仍在建設中。大一、大二學生開設實驗課程較少，學生在學習到專業(yè)知識后，不能及時地通過實踐來驗證，所學知識還停留在理論層面，不能與實際生產生活產生關聯，未能滿足學生學習的獲得感與成就感，降低了學生繼續(xù)深入探究鉆研的興趣和積極性[6]。

1.2 實踐課程銜接不夠緊密

人工智能專業(yè)學生的實踐課程由不同的教師負責，在從大一到大四的實踐內容中，實踐難度和深度是層層遞進的，學生通過每個學期的學習和實踐，將逐漸構筑起人工智能學科的知識體系結構[7]。但在實踐課程的授課過程中，任課教師發(fā)現學生對于前面學期應該掌握的理論、操作和方法存在沒有掌握的情況，或者出現任課教師對學生應該掌握的實踐內容了解不夠清晰的問題。

1.3 人才培養(yǎng)方向與企業(yè)需求沒有完成對接

高校面臨培養(yǎng)適應時代發(fā)展需求的實踐能力與創(chuàng)新能力并重的人工智能人才的挑戰(zhàn)[8]。華南農業(yè)大學電子工程學院（人工智能學院）多次開展“訪企拓崗促就業(yè)”專項行動，走訪畢業(yè)生所在企業(yè)和校友企業(yè)，由于人工智能專業(yè)沒有高年級學生和畢業(yè)生，學校、學院對人工智能專業(yè)契合度非常高的企業(yè)、校友的走訪相對欠缺，通過走訪企業(yè)所獲得的人才聯合培養(yǎng)、產教融合[9]、科研攻關等更多領域開展的合作更傾向于已有多屆畢業(yè)生的學科和專業(yè)。

2 “厚基礎，求創(chuàng)新，重實踐”的實踐教學體系

人工智能專業(yè)根據實踐教學模式探索中遇到的現實問題，結合學校、學院的實際情況，探索出了“厚基礎，求創(chuàng)新，重實踐”的實踐教學體系，正逐步應用到專業(yè)實踐教學改革中。

2.1 “厚基礎”——專業(yè)依托兩個國家級平臺和多個省部級平臺

專業(yè)擁有科技部“國家精準農業(yè)航空施藥技術國際聯合研究中心”、國家外國專家局、教育部立項的“精準農業(yè)航空應用技術研究學科創(chuàng)新引智基地（111基地）”兩個國家級平臺。還有廣東省智慧果園現代農業(yè)科技創(chuàng)新中心、廣東省科技廳“國際農業(yè)航空施藥技術聯合實驗室”、廣東省教育廳“農業(yè)航空應用技術國際聯合實驗室”等省部級平臺，辦公用房面積約3000平方米，研究服務場地用房面積近7000平方米，儀器設備超過3000萬元。目前，研究團隊的科研設施設備在國內處于領先水平，可為人工智能實踐教學建設提供堅實的保障。

2.2 “求創(chuàng)新”——創(chuàng)建人工智能實驗平臺，組建實踐教學核心團隊

為克服新專業(yè)有限的實驗條件，將實驗、實踐內容合理地布局在人工智能專業(yè)的培養(yǎng)計劃中，提高實踐環(huán)節(jié)占總學時的比例。華南農業(yè)大學人工智能專業(yè)與英特爾公司合作共建了Intel人工智能實訓室，搭建了基于Intel技術的AIReady人工智能開發(fā)實驗平臺。實驗平臺擁有超強算力的GPU集群的支撐，先進的云平臺技術擁有高并行、高吞吐、低時延的極致性能，平臺獨立的系統(tǒng)部署，使資源使用和運維的成本顯著降低。該實驗平臺內置課程、案例、數據集、教學視頻、教學課件、習題等海量資源，支持管理員、教師用戶、學生用戶、科研用戶四類用戶登錄使用，教師用戶可以選擇系統(tǒng)內置課程資源進行教學，也可以自定義創(chuàng)建內容、上傳教學資源到平臺分配給學生，平臺可以自動統(tǒng)計學生每日出勤率，學生可以使用平臺中的多種開源深度學習框架進行實踐訓練，上傳實驗報告、參與考試，平臺也會對考試成績進行分析統(tǒng)計。目前該平臺已在測試階段，將于2022年秋季學期廣泛應用于實踐教學。

教學團隊建設是實踐教學建設的架構，是提高教師實踐教學水平的重要抓手[10]。人工智能系組建了實踐教學核心團隊，由團隊負責人研究培養(yǎng)方案中的實踐課程體系，組織團隊教師研討培養(yǎng)方案和教學大綱，注意各課程之間的銜接，剔除不同實踐課程中的重復部分，考慮如何做好與教學模塊的銜接工作[11]，然后從整個培養(yǎng)方案的角度進行研討，為下一次人才培養(yǎng)方案修訂做好準備。

2.3 “重實踐”——建立校企協(xié)同育人機制[12]和本科生導師制

人工智能專業(yè)在電子工程學院的辦學基礎上，以人工智能為核心，以邊緣智能為特色，以智慧農業(yè)為引領，打造云、邊、端系統(tǒng)級人工智能教學體系，突出項目制的實踐教學特色，培養(yǎng)從AI應用到算法設計的全產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的急需人才。人工智能實踐教學平臺搭載了Intel的AINUC學習套件、開發(fā)套件和部署套件，華為的Atlas 200DK的人工智能開發(fā)套件，英偉達Jetson nano等邊緣智能開發(fā)套件等，為人工智能實踐教學提供了有力保障。

人工智能專業(yè)依托人工智能協(xié)會和無人機協(xié)會兩個學生課外學術組織開展實踐教學，人工智能協(xié)會承辦第一屆“Intel杯”華南農業(yè)大學人工智能大賽，舉辦人工智能知識競賽、智能駕駛挑戰(zhàn)賽等科技競賽，為學生課外實踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供團隊支撐，鼓勵學生積極參與學科競賽、科研項目，提高自主學習、自我發(fā)展和不斷創(chuàng)新的能力[13]，培養(yǎng)學生將專業(yè)知識、算法與技能融會貫通，能夠獨立發(fā)現問題，并利用所掌握的技術體系解決本學科或跨學科問題的能力。

為發(fā)揮教師在“三全育人”中的主導作用，引導專業(yè)教師更多地參與到本科生職業(yè)生涯發(fā)展規(guī)劃和就業(yè)創(chuàng)業(yè)的引導工作中，人工智能專業(yè)在全體學生中推行本科生導師制[14]，每位學生選擇專業(yè)教師作為自己的導師，導師指導學生學業(yè)學習、參加各類學科競賽、參與導師課題組研究、完成畢業(yè)設計等內容。本科生導師工作納入年度考核內容，制定了三個層次的考核指標體系，保證本科生導師制在實踐教學中發(fā)揮積極作用。

3 實踐教學體系改革的成效

人工智能專業(yè)教師依托兩個國家級平臺和省部級平臺，聯合承擔了多項國家和省級重點研發(fā)項目，在農業(yè)人工智能和無人裝備領域有著多年的研究基礎，主持了國家重點研發(fā)計劃專項“地面與航空植保高工效智能裝備（經費9600萬）”、廣東省重點領域研發(fā)計劃專項等多個重大項目，總經費超過1.5億元，已發(fā)表學術論文470余篇，其中SCI(EI)收錄論文280余篇，申請專利100余項，獲省部級以上科技獎勵科學技術獎4項，為實踐教學提供了良好的技術支撐和管理經驗。

人工智能實驗平臺的應用，提高了學生的實踐動手能力，學生通過平臺的鍛煉，對人工智能相關核心技術有了更直觀的感受，激發(fā)了學習的興趣[15]和成就感。實踐教學核心團隊通過完成各實踐課程的銜接工作，使學生能夠實現實踐課程間的平穩(wěn)過渡，形成完整的知識體系結構，顯著提高了人才培養(yǎng)的質量。

人工智能專業(yè)與Intel、科大訊飛、大疆、極飛科技、高科新農、泰迪、海瑞、軒轅等公司始終保持合作關系，與科大訊飛等企業(yè)合作，籌建人工智能創(chuàng)新工作室“雙創(chuàng)”工作平臺，以科技創(chuàng)新競賽和學術培訓為基礎，在本科生導師的指導下，大一、大二學生積極參加中國國際“互聯網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國大學生計算機設計大賽人工智能挑戰(zhàn)賽、全國大學生數學建模競賽等相關比賽，取得了一定成績，學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到進一步提高，實踐育人新模式初見成效。

4 結語

在當前的時代背景下，人工智能專業(yè)實踐教學的改革探索具有重要意義。本文以華南農業(yè)大學人工智能專業(yè)實踐教學的改革為例，分析本專業(yè)實踐教學所遇到的現實問題，為有效在實踐教學中培養(yǎng)學生工程實踐能力，構建了“厚基礎，求創(chuàng)新，重實踐”的實踐教學體系，依托兩個國家級平臺和多個省部級平臺，創(chuàng)建人工智能實驗平臺，組建實踐教學核心團隊，建立校企協(xié)同育人機制和本科生導師制，引導學生積極參與學科競賽，提高了人工智能專業(yè)學生在綜合素質、專業(yè)實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面的能力，在培養(yǎng)人工智能應用型人才上取得了初步成效。