應(yīng)用型人工智能專業(yè)實踐能力培養(yǎng)研究＊

呂新榮，江左文

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

0 引言

隨著人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，通過應(yīng)用牽引推動人工智能技術(shù)落地已經(jīng)成為行業(yè)共識。近期科技部等六部門印發(fā)《關(guān)于加快場景創(chuàng)新以人工智能高水平應(yīng)用促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》[1]，推動人工智能技術(shù)在智能工廠、農(nóng)場、商業(yè)、教育等十個領(lǐng)域的示范性應(yīng)用。

目前我國開設(shè)人工智能相關(guān)專業(yè)的高校都在積極探索實踐能力培養(yǎng)的方法[1-7]。例如北京交通大學(xué)的鮑鵬等設(shè)計了一個由課程實訓(xùn)體系、學(xué)期實訓(xùn)體系和畢業(yè)設(shè)計體系等三個體系組成的人才培養(yǎng)模式[4]；溫州大學(xué)的全力等針對地方應(yīng)用型高校特點，圍繞人工智能專業(yè)核心能力設(shè)計專業(yè)課程體系[5]；湖南大學(xué)的許瑩等充分利用各種知名企業(yè)提供的實踐平臺，如頭歌、華為、百度等，設(shè)計多元化的實踐教學(xué)體系，為學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)提供有力支撐[6]；大連理工大學(xué)的姚翠莉等通過搭建校企多學(xué)科交叉培養(yǎng)平臺，培養(yǎng)學(xué)生利用人工智能技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力[7]。

我校是一所地方應(yīng)用型本科院校，人工智能專業(yè)定位是為地方產(chǎn)業(yè)提供人工智能系統(tǒng)設(shè)計、實施、維護(hù)等技術(shù)服務(wù)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。應(yīng)用型人工智能技術(shù)人才，不僅需要掌握扎實的人工智能理論和技術(shù)，還要能理解必要的行業(yè)基礎(chǔ)知識，學(xué)習(xí)中需要融合計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號處理、控制等多個領(lǐng)域知識。傳統(tǒng)的以模擬或者仿真為主的實踐教學(xué)已不適合當(dāng)前應(yīng)用型人才實踐教學(xué)，非常有必要按照產(chǎn)教融合的最新要求，以能力產(chǎn)出為導(dǎo)向設(shè)計新型的實踐能力培養(yǎng)模式。

1 應(yīng)用型人工智能專業(yè)實踐能力培養(yǎng)思考

與傳統(tǒng)面向通用場景的人工智能技術(shù)人才不同，面向具體應(yīng)用場景的應(yīng)用型人工智能技術(shù)人才面對的是非常復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)問題，需要具備復(fù)雜性、創(chuàng)造性、負(fù)責(zé)任的、與情境密切相關(guān)的綜合實踐能力。目前我校面向具體應(yīng)用場景的專業(yè)實踐能力培養(yǎng)還存在以下問題。

⑴實踐能力培養(yǎng)環(huán)境與真實產(chǎn)業(yè)環(huán)境有差距

理論知識的教學(xué)可以在教室中進(jìn)行，實踐能力的培養(yǎng)卻需要一個具體的工程實踐場景。由于學(xué)校教學(xué)采用的工程實踐場景通常都是由專業(yè)教師設(shè)計，而教師在設(shè)計過程中會有意無意地去掉許多難以設(shè)計但實際工作中卻非常重要的場景。這種原因在于面向具體應(yīng)用場景的人工智能項目非常復(fù)雜，而學(xué)校的資源條件往往難以支撐教師去構(gòu)建真實的工作環(huán)境。這就導(dǎo)致學(xué)校提供的實踐教學(xué)情境限制了工程實踐教學(xué)內(nèi)容的復(fù)雜性與真實性，進(jìn)而降低了學(xué)生對解決實際復(fù)雜工程問題的參與和理解。

⑵非技術(shù)性實踐能力培養(yǎng)比較薄弱

工程師的職業(yè)實踐表明非技術(shù)性工作往往在現(xiàn)實的工程項目中占有很高的比重[2]。完成一個面向具體場景的人工智能工程項目，需要工程師具備良好的客戶溝通、團(tuán)隊合作、主動學(xué)習(xí)等非技術(shù)性實踐能力，例如在實際項目中如何正確理解客戶的意圖、如何和其他專業(yè)人員建立良好合作關(guān)系等?，F(xiàn)有的專業(yè)實踐能力培養(yǎng)主要集中于技術(shù)性能力的培養(yǎng)，對非技術(shù)性能力的培養(yǎng)重視不夠，這導(dǎo)致培養(yǎng)的畢業(yè)生在進(jìn)入實際工程項目后會出現(xiàn)無從開展工作的窘境。

⑶專業(yè)實踐能力考核方法有待改進(jìn)

現(xiàn)有課程考核還是以考察理論知識為主，對實踐能力的考核不夠重視。主要原因在于實踐能力考核的條件、題目和批改都比理論知識復(fù)雜。課程考核是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)成果的主要手段，為了推動專業(yè)實踐能力培養(yǎng)的科學(xué)性和規(guī)范性，需要對現(xiàn)有的課程考核辦法進(jìn)行改革，借鑒企業(yè)項目考核方式，以實踐成果作為實踐能力考核的主要方式，以成果質(zhì)量作為評價實踐能力培養(yǎng)水平的主要方式。

2 應(yīng)用型人工智能專業(yè)實踐能力培養(yǎng)實施

為了解決應(yīng)用型專業(yè)實踐能力培養(yǎng)存在的問題，我校人工智能專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊在實踐能力培養(yǎng)內(nèi)容體系、培養(yǎng)模式和實踐支撐條件等方面進(jìn)行了一些探索實踐。

2.1 構(gòu)建成果導(dǎo)向的進(jìn)階式專業(yè)實踐能力體系

專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)首先是要分析對應(yīng)崗位所需能力結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。通過學(xué)校和企業(yè)專家的共同分析得出校畢業(yè)生從事崗位的核心實踐能力主要包括四種：編程能力、機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用能力、深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用能力和智能系統(tǒng)開發(fā)能力。

明確了實踐能力培養(yǎng)內(nèi)容后，借鑒成果導(dǎo)向教育理論和能力成長規(guī)律，構(gòu)建了應(yīng)用型人工智能專業(yè)學(xué)生的專業(yè)實踐能力進(jìn)階圖。各項能力的具體培養(yǎng)內(nèi)容、階段以及產(chǎn)出成果如圖1 所示。學(xué)生在第一學(xué)年需達(dá)到專業(yè)的編程能力標(biāo)準(zhǔn)。編程能力的水平通過常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的實現(xiàn)、Web 應(yīng)用程序開發(fā)或移動終端程序開發(fā)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)檢索程序等三個具體任務(wù)進(jìn)行測評。第二學(xué)年學(xué)生需要掌握機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用能力，該項能力通過在知名的公開數(shù)據(jù)集上實現(xiàn)常用監(jiān)督學(xué)習(xí)模型和無監(jiān)督學(xué)習(xí)模型等具體任務(wù)進(jìn)行測評。第三學(xué)年學(xué)生需要掌握深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用能力，該項能力分為從零開始實現(xiàn)一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和利用常用深度學(xué)習(xí)開發(fā)框架實現(xiàn)一個人臉識別之類的應(yīng)用程序兩個任務(wù)進(jìn)行測評。第四學(xué)年，學(xué)生需要掌握智能系統(tǒng)開發(fā)能力，該階段學(xué)生需要完成工業(yè)視覺檢測、智能物聯(lián)網(wǎng)或者商務(wù)智能系統(tǒng)等其中一個項目。項目的整個實施過程都會作為考核內(nèi)容。

圖1 應(yīng)用型人工智能技術(shù)專業(yè)實踐能力進(jìn)階圖

每個階段的測評要求“真題真做”，即教學(xué)團(tuán)隊和企業(yè)專家共同制定考核題目，這些考核題目要求來源于企業(yè)實際項目，學(xué)生作品的評價也要按照項目質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2.2 設(shè)計“三域聯(lián)動”的應(yīng)用型人工智能專業(yè)實踐能力培養(yǎng)模式

實踐能力培養(yǎng)需要理論知識學(xué)習(xí)和工程項目實踐，還需要良性競爭環(huán)境。為此，團(tuán)隊設(shè)計了一個“學(xué)習(xí)域、工作域、競賽域”聯(lián)動的實踐能力培養(yǎng)模式。

⑴學(xué)習(xí)域

教學(xué)團(tuán)隊利用智慧教室和人工智能實訓(xùn)室，為學(xué)生構(gòu)建一個先進(jìn)的專業(yè)學(xué)習(xí)域。人工智能實訓(xùn)室通過與國內(nèi)知名的人工智能行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)軍企業(yè)合作共建。課程建設(shè)團(tuán)隊全程緊密參與實訓(xùn)室的建設(shè)，確保能夠滿足應(yīng)用型人工智能人才培養(yǎng)目標(biāo)要求。所有設(shè)備和實訓(xùn)內(nèi)容貼合人工智能應(yīng)用技術(shù)崗位工作過程，滿足基于工作過程的課程教學(xué)需要。在這個域中，學(xué)生通過項目式專業(yè)課程學(xué)習(xí)，在教師的指導(dǎo)下打牢專業(yè)的理論基礎(chǔ)和掌握專業(yè)基本技能。

⑵工作域

工作域主要包括校內(nèi)實習(xí)基地、工作室和校外實習(xí)工廠。那些需要行業(yè)應(yīng)用背景知識的課程教學(xué)和實踐內(nèi)容可以在這個工作域中更好地開展教學(xué)。通過與企業(yè)專家共同設(shè)計難度螺旋式提升的實際生產(chǎn)項目，學(xué)生可以更好地掌握企業(yè)生產(chǎn)所需的新技術(shù)和新工具，并將自己在學(xué)習(xí)域中掌握的理論知識和實際生產(chǎn)內(nèi)容建立映射關(guān)系，努力用理論去解釋生產(chǎn)問題以及如何將實際生產(chǎn)問題轉(zhuǎn)變成理論問題。

⑶競賽域

競賽域不同于前面的教學(xué)域和工作域，不需要專門的工作空間。良性競爭意識和團(tuán)隊合作能力是學(xué)生在未來工作中需要具備的職業(yè)素養(yǎng)。這類職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)在傳統(tǒng)的課程教學(xué)和實踐中較難實施。而由各級官方機(jī)構(gòu)主辦的學(xué)術(shù)競賽由于人數(shù)限制大部分同學(xué)難以參加。競賽域可以有效改善傳統(tǒng)課程的缺陷和現(xiàn)有學(xué)術(shù)競賽的限制。通過學(xué)習(xí)企業(yè)生產(chǎn)競賽的考核方式，在課程的實踐項目教學(xué)中，引入小組競賽，要求所有同學(xué)參與，鼓勵大家合作和競爭，構(gòu)建一個良性競爭氛圍。同時競賽域也包括各級專業(yè)學(xué)術(shù)競賽。在這個域中，學(xué)生在利用專業(yè)知識和技能迎接各種競賽挑戰(zhàn)的同時，培養(yǎng)自己的良性競爭意識、團(tuán)隊合作意識、工程質(zhì)量意識。

2.3 搭建應(yīng)用型人工智能專業(yè)實踐能力培養(yǎng)支撐平臺

為了實施“三域聯(lián)動”實踐能力培養(yǎng)模式，通過與學(xué)校兄弟專業(yè)共同合作，團(tuán)隊打造了一個由網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、在線競賽平臺、智能制造平臺組成的實踐能力培養(yǎng)支撐平臺。

⑴人工智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是與北京知名人工智能企業(yè)合作開發(fā)。該教學(xué)平臺上有豐富的課程和數(shù)據(jù)集，涵蓋了人工智能專業(yè)所以技術(shù)課程。通過利用虛擬化技術(shù)，該平臺可以通過模擬40 臺服務(wù)器和必要的顯卡允資源供學(xué)生進(jìn)行在線編程實踐。

⑵人工智能在線競賽平臺

建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺時同步開發(fā)在線競賽平臺。競賽平臺努力體現(xiàn)游戲通關(guān)理念，將核心技術(shù)的編程實現(xiàn)轉(zhuǎn)化為一個個通關(guān)挑戰(zhàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。企業(yè)一些真實需求也發(fā)布在競賽平臺，鼓勵學(xué)生組成團(tuán)隊進(jìn)行揭榜挑戰(zhàn)。

⑶人工智能智能制造平臺

與寧波地區(qū)知名的智能制造企業(yè)合作，在校內(nèi)實習(xí)基地共建了一條智能制造生產(chǎn)線。基于這條生產(chǎn)線構(gòu)建包括智能工廠、智慧家居等人工智能示范應(yīng)用場景，為學(xué)生打造一個與真實人工智能工作崗位一致的工作場景。

3 結(jié)束語

專業(yè)實踐能力是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的核心內(nèi)容。本文通過分析我校人工智能專業(yè)實踐能力培養(yǎng)方面存在的問題，重構(gòu)了實踐能力培養(yǎng)體系，構(gòu)建了一個“三域聯(lián)動”的實踐能力培養(yǎng)模式，為應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)提供了一些實踐經(jīng)驗。在后續(xù)的工作中，專業(yè)還將在研究產(chǎn)教融合理論和其他兄弟院校成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，繼續(xù)深化和完善實踐能力培養(yǎng)模式。