助力區(qū)域企業(yè)智能化發(fā)展的人工智能專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方法研究＊
——以“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘”課程為例

何巖

(寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315300)

0 引言

從2019 年至2021 年，共有346 所高校開設(shè)了人工智能本科專業(yè)，涵蓋了研究型、技術(shù)開發(fā)型、應(yīng)用型及維護(hù)等各個(gè)層次的人才培養(yǎng)，這將極大滿足我國(guó)對(duì)人工智能人才的需求缺口。人工智能專業(yè)應(yīng)用型人才應(yīng)具有寬廣的知識(shí)面、掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，能將理論與實(shí)踐恰當(dāng)結(jié)合，辯證地、創(chuàng)造性地應(yīng)用所掌握的知識(shí)指導(dǎo)并解決工程實(shí)際問題[1]。

人工智能專業(yè)課程涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域，主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容包括機(jī)器學(xué)習(xí)的理論和方法、深度學(xué)習(xí)框架、自然語言處理技術(shù)、語音處理與識(shí)別技術(shù)、視覺智能處理技術(shù)、國(guó)際人工智能專業(yè)領(lǐng)域最前沿的理論方法等。課程均有一定的難度和深度，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)理論、算法研究有較高的要求。如何恰當(dāng)?shù)钠ヅ淙斯ぶ悄軐I(yè)的基本理論知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)具有良好科學(xué)素養(yǎng)、能在人工智能領(lǐng)域從事科學(xué)研究與工程開發(fā)，解決機(jī)器學(xué)習(xí)與數(shù)據(jù)分析中的工程應(yīng)用型問題的人才，是應(yīng)用型本科人工智能專業(yè)建設(shè)的重點(diǎn)，需要不斷探索。

1 課程現(xiàn)狀及存在的問題分析

要培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人工智能人才，在專業(yè)課程的實(shí)施中，需要探索行之有效的實(shí)踐教學(xué)模式和方法，從而能夠促進(jìn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)與課外實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主實(shí)踐興趣，幫助學(xué)生提高工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的目的，為服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展做好人才儲(chǔ)備[2]。

“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘”課程是人工智能專業(yè)的專業(yè)課程，屬于綜合性專業(yè)課程。前期專業(yè)課程有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、人工智能概述、機(jī)器學(xué)習(xí)算法。課程要求學(xué)生掌握數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用，明確數(shù)據(jù)挖掘過程，在掌握了數(shù)據(jù)挖掘算法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)并用數(shù)據(jù)挖掘算法解決具體問題。然而經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)校的“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘”課程仍沿用傳統(tǒng)的理論為主、實(shí)踐為輔的模式，課程內(nèi)容主要是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和算法基本原理，主要面向?qū)W生講授分類、聚類算法、回歸方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，在實(shí)踐中多以獨(dú)立的算法實(shí)現(xiàn)為主，缺乏綜合的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)建及在此基礎(chǔ)上數(shù)據(jù)挖掘算法的綜合運(yùn)用[3]。

在實(shí)際的工程實(shí)踐中，解決一個(gè)問題需要將同類的不同方法進(jìn)行對(duì)比、優(yōu)化，生成序列化模型，并根據(jù)數(shù)據(jù)源的規(guī)模設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)采集方案、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、離線計(jì)算和實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)。作為一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘”課程需要改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)觀念，需要結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展特色，以本地促進(jìn)企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型為契機(jī)，將企業(yè)需求引入課堂，改變教學(xué)內(nèi)容與智能產(chǎn)業(yè)一線實(shí)際脫節(jié)的現(xiàn)狀。

2 課程的立體化實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

⑴深入地方開展調(diào)研，明確課程實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)。

近幾年來，各制造業(yè)密集型城市的數(shù)字經(jīng)濟(jì)、電子商務(wù)等新經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)蓬勃發(fā)展。以慈溪市為例，慈溪市全面深化企業(yè)智能化改造，加快智能工廠數(shù)字化車間建設(shè)，構(gòu)建“設(shè)備數(shù)字化、生產(chǎn)線數(shù)字化、車間數(shù)字化、工廠數(shù)字化、企業(yè)數(shù)字化、產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化、數(shù)字化生態(tài)”的典型范式[4]。同時(shí)，政府也需要用數(shù)字化手段，充分發(fā)掘慈溪高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、環(huán)杭州灣創(chuàng)新中心、觀海衛(wèi)智能家電產(chǎn)業(yè)園等重點(diǎn)區(qū)域企業(yè)間協(xié)同放大效應(yīng)[5]。結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展目標(biāo)，課程的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)確定為：能夠設(shè)計(jì)針對(duì)數(shù)字智能化工程問題的解決方案，開發(fā)滿足特定需求的系統(tǒng)、軟件、硬件或工藝流程，體現(xiàn)與社會(huì)、健康、安全、文化等因素的協(xié)調(diào)一致發(fā)展的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

⑵在調(diào)研基礎(chǔ)上，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化實(shí)踐內(nèi)容，修改考核評(píng)價(jià)方式。

在前期調(diào)研并與企業(yè)充分溝通的基礎(chǔ)上，課程從原來的教師講解、學(xué)生跟練的簡(jiǎn)單模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)線、實(shí)踐線和評(píng)價(jià)線并行遞進(jìn)的模式，如圖1所示。這種模式的順利開展，得力于慈溪市有豐富的、有創(chuàng)新思維的中小型家電企業(yè)、制造企業(yè)。

圖1 實(shí)踐教學(xué)多線并行模式

在多線并行遞進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)模式中，知識(shí)作為課程的基礎(chǔ)貫穿課程實(shí)施的始終。教師以一個(gè)企業(yè)為實(shí)踐教學(xué)背景，從調(diào)研到設(shè)計(jì)，再到逐步實(shí)施，為學(xué)生全面展示一個(gè)工程的實(shí)施模板。學(xué)生以小組為單位，選定一個(gè)合作企業(yè)，以其為實(shí)踐背景，模擬教師的調(diào)研、設(shè)計(jì)和實(shí)施過程，運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)，解決不同情境下的問題。同時(shí)，在實(shí)踐教學(xué)中，增加課內(nèi)小組競(jìng)賽和階段答辯環(huán)節(jié)，教師通過學(xué)生在不同階段的任務(wù)完成情況、小組競(jìng)賽成績(jī)、答辯成績(jī)對(duì)課程進(jìn)行總體評(píng)分。課程在實(shí)施中，增加實(shí)踐教學(xué)比例，修改教學(xué)方法和課程考核方式，突出體現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力的提升水平。

⑶“競(jìng)賽與合作”相結(jié)合，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

課程也積極引入國(guó)內(nèi)外知名的大數(shù)據(jù)智能競(jìng)賽題目，將其分解為小型的課題或項(xiàng)目，作為階段考核任務(wù)發(fā)布給小組去完成。通過學(xué)習(xí)過程的知識(shí)積累、實(shí)踐技能積累，再通過資料調(diào)研、建立模型、搭建相匹配的系統(tǒng)、提煉結(jié)論等諸多環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。通過答辯和辯論的形式，鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力和思辨能力。不少學(xué)生通過分解后的模擬競(jìng)賽拓寬了視野，增長(zhǎng)了知識(shí)、見識(shí)。

3 課程實(shí)踐教學(xué)實(shí)施效果

課程的實(shí)踐教學(xué)改革過程從最開始的舉步維艱，到后來學(xué)生之間主動(dòng)傳幫帶，學(xué)生主動(dòng)性、積極性有明顯提高。在課程的實(shí)施過程中，學(xué)生從開始的怯于參與企業(yè)調(diào)研，到后期主動(dòng)與企業(yè)進(jìn)行方案溝通，從開始對(duì)知識(shí)的死記硬背，逐漸能根據(jù)問題主動(dòng)從知識(shí)點(diǎn)獲取解決方案，學(xué)生在實(shí)踐中，交流溝通能力、分析問題、解決問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都有明顯提升。以數(shù)據(jù)采集任務(wù)為例，在實(shí)踐教學(xué)改革之前，學(xué)生在校內(nèi)的實(shí)驗(yàn)中，覺得海量消息處理機(jī)制是可有可無的。直到有一組學(xué)生為一家小家電在線營(yíng)銷部門設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集方案，在周年慶促銷活動(dòng)中遭遇了數(shù)據(jù)堵塞，才意識(shí)到數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性是所有功能的基礎(chǔ)保障。

課程中的競(jìng)賽、辯論和答辯環(huán)節(jié)，一方面加強(qiáng)了課程的過程控制，促進(jìn)學(xué)生按期完成項(xiàng)目任務(wù)，同時(shí)也促進(jìn)學(xué)生全面地提升專業(yè)技術(shù)能力，在實(shí)踐課程實(shí)施過程中，學(xué)生獲得了極大的集體榮譽(yù)感和成就感。

4 結(jié)束語

應(yīng)用型本科院校對(duì)人才的培養(yǎng)立足于服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。人工智能專業(yè)“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘”課程的實(shí)踐教學(xué)改革以此為基本出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合區(qū)域數(shù)字化智能化發(fā)展，鼓勵(lì)學(xué)生走出去，將課程的知識(shí)點(diǎn)融入到企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)方案設(shè)計(jì)中，為企業(yè)及社會(huì)服務(wù)的同時(shí)也促進(jìn)了學(xué)生自身能力的提升。下一步，將更細(xì)粒度量化學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)過程，進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)體系。