人工智能综合实践教学的探讨与研究

梁志贞 杨小冬

摘要： 根据人工智能综合实践教学的特点， 结合人工智能应用型人才培养的具体要求，从综合实践的教学目标、构建实验教学平台、师资队伍和评价体系等角度进行探讨综合实践教学的必要性，目的是提高学生学习人工智能的积极性，从而将知识和实际应用相联系，达到培养学生的工程能力和创新能力。

关键词：人工智能;综合实践;实验平台;评价体系

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）14-0173-02

1 引言

随着人工智能在智能交通、智慧矿山、智慧教育等多个领域的应用及迅速发展，人工智能的实施离不开大量的应用型人才。 高等学校作为高层次人才培养的重要阵地，开展人工智能综合实践教学是培养应用型人才的最基本的途径。2018年教育部颁布了《高等学校人工智能创新行动计划》[1]。 行动计划明确指出要加强高等院校对人工智能的创新能力的教育。 面对当前人工智能发展的良好机遇，高等院校正在不断加强基础学科的投入、新工科的发展和应用型人才培养方面的优势，促进人工智能与高等教育紧密结合、为高等教育的深化改革提供新的途径。 人工智能综合实践教学的改革随着各个高校人工智能课程的增加而被广泛关注[2-4]。为了满足社会对人工智能应用型人才的需求，本文以中国矿业大学的人工智能综合实践课程为例，给出实践教学的具体实施方案。 通过这些措施激发学生对人工智能技术的兴趣并有效推动学生参与人工智能应用项目的热情， 结合个人特点寻找创新的实践课题。 这在一定程度上提高了学生的知识创新和实践能力，从而为以后的相关领域的学习奠定了良好的基础。

中国矿业大学计算机科学与技术学院开设了人工智能及相关课程，且学院的学生一般具备良好的编程能力，对人工智能相关算法能较快地编程且验证相关的算法。 计算机学院的学生毕业后也能从事与人工智能相关的领域的工作，如：智慧矿山监控，智慧矿山的车辆自动检测等。为了让学生更好地掌握人工智能等相关课程的知识，以及能够利用相关知识在公司、 煤矿企业等从事与人工智能相关的工作， 本课程从综合实验教学环节进行了多层次的改革， 结合本校学生的实际情况，对人工智能课程上的理论进行了实践性转化，且对每个实践项目进行可视化的软件实现， 并通过应用案例展示人工智能的在煤矿企业的应用过程。结合VC++、C、Python等语言编程实现相应的算法， 使学生能较好地掌握人工智能理论知识，满足当前社会的应用型人才的需求，使学生的就业竞争力得到加强。

2 人工智能综合实践教学的教学目标

人工智能综合实践教学强调知识的灵活应用，但这并不否定理论课的教学， 尤其是对于计算机专业的本科教育， 具备一定的理论知识是大学教育的培养目标之一， 理论知识的掌握也是实践教学的必要基础。 在人工智能综合实践教学中，学生已经完成人工智能的相关理论课的学习，学生对人工智能的相关概念、研究方法有一定的认识， 学生需要借助后续的综合实践教学环节增强对人工智能知识的理解。 以人工智能综合实践能力为导向， 形成以 “人工智能” 为主线的新颖的实践教学体系，根据本院人工智能专业的培养目标， 构建 “人工智能的教学实验平台” 的实践体系。将人工智能的相关技术引入到综合实践教学中， 形成了以“人工智能” 为导向的工程模式结构， 让学生结合煤矿企业中的实际问题去主动学习人工智能知识， 从而促进学生系统地掌握已经学习过的知识和技能， 这有利于学生将各种人工智能知识灵活运用到实际问题， 进一步激发学生的学习人工智能的热情，提高综合实践教学的教学效果。人工智能综合实践教学体现在多个方面：人工智能综合实践的平台的搭建、师资队伍的建设、学生课题的划分和评价体系等环节。

3 人工智能综合实践教学的实施方案

3.1 借助矿山数字化教育部工程研究中心，打造人工智能综合实践教学实验室

矿山数字化教育部工程研究中心隶属于中国矿业大学计算机科学与技术学院。 通过计算机应用技术、软件工程、 信息安全等学科建设该工程中心。 该中心以矿山数字化和智慧矿山为主要目标，已经建立三个重要方向的产业化平台。 综合实践教学体系形成需要相关实验室的有力支撑，在人工智能实验室建设方面，目前根据计算机学院大数据专业和人工智能专业的需要，结合矿山数字化教育部工程研究中心和资源优势，打造了人工智能综合实践教学的专门实验室。 目前矿山数字化教育部工程研究中心提供了大数据处理实验平台、 深度学习等几个实验平台。 这几个平台提供了实践项目的许多完整案例、 实验项目的说明书、实验项目的相关教材及实验项目的具体实施办法。 学生可在专业机房完成相关的人工智能综合实践实验，并通过这些具体综合实践项目来锻炼和培养分析问题和解决问题的能力。 同时通过这些实践训练有助于提高学生学习人工智能的兴趣、增强成就感，以及加深对人工智能理论知识的理解。 在综合实践教学方面，不仅提供学生一些验证性的实验，而且要求学生主动参与开发综合性实验的设计。 首先让学生在课前完成大部分验证性的实验，让他们弄清一些具体函数的实施策略，并提供自己编写的代码，这样能加深对相关算法的理解。让学生在这基础上自主设计自己感兴趣的综合实践项目， 并上机测试各个模块，发现综合实践中存在的问题再分析原因，直到实现相应的目标，以锻炼学生的软件开发能力。

3.2  “雙导师” 制的实践教学师资队伍

在人工智能应用型人才培养中， 学校与企业合作是应用型师资队伍建设中必不可缺少的部分。 要增强高校人工智能教学队伍的素质， 以及师资队伍的有效建设与稳定发展，学校每年外派老师参加人工智能相关课程的培训。 为充分发挥煤矿企业人才资源优势，整合学校与煤矿行业的有关资源， 聘请煤矿企业技术人员担任本学院的指导老师。 重视“双师型”人才的培养， 同时增强对“双导师” 师资队伍的培养的力度，通过组织教师暑期赴煤矿企业参观学习， 外派部分老师赴煤矿企业挂职工作以及推动学校老师积极参与煤矿企业的研发项目等， 增加教师的企业工作经历并让教师了解煤矿中遇到的实际问题。

3.3 成立课题小组和组织学科竞赛

根据学生的不同兴趣，在人工智能综合实践教学中，根据相关课题的需要，把學生划分成不同的课题小组，让他们选择感兴趣的课题。 成立的课题小组有深度学习小组、 计算机视觉小组、自然语言处理小组等。这些小组的课题与企业的一些项目密切相关。 各个小组的成员都在一定程度上对该方向的问题有较为深入的认识。 尽管对某些实际问题的认识可能存在一定的难度，但是通过在小组成员间进行讨论可加深对实际问题的认识。 综合实践的内容就是对以前知识的概括和总结， 这对于本科期间的学习也是非常重要的。 通过特定项目的实施，包括良好界面的设计，容易扩充的功能以及成果的演示，可以生动形象展示以前学过的人工智能的理论知识，使学生更深入理解人工智能的知识点。通过参与项目的开发， 发挥学习者的主观能动性， 激发学生学习人工智能相关课题的兴趣， 进一步理解人工智能的诸多抽象概念， 运用人工智能的基本原理解决实际问题。为了进一步提高学生的工程创新能力， 学院还积极组织人工智能专业学生参加与人工智能相关学科的竞赛，如“挑战杯” “蓝桥杯”“互联网 + 创新创业大赛” 等赛事。

3.4 实践教学的教学管理与评价

为保证教学的规范性， 我们制定了综合实践教学各个环节规范性的教学文件，其中包括教学大纲和教学管理规定/规范、实验操作说明书、综合实验平台的实训手册、项目设计任务书和指导书、项目任务指导书和项目的日期安排等;同时在综合实践教学内容方面，邀请兄弟高校富有经验的教师对进行指导，以及煤矿技术人员对具体实践项目提供相关的意见和建议。对学生的结题报告的评价采用了小组答辩的形式。 此外，根据煤矿行业的标准、煤矿企业人才的能力标准或职业等级考试相关的内容进行课题的设计， 从而确保培养出来的学生符合煤矿企业的实际需求。

4 总结

通过人工智能综合实践教学环节有助于增强学生对人工智能理论知识的理解和掌握， 从而提高学生的逻辑分析能力和解决现实世界实际问题的能力。 人工智能综合实践教学有助于提高学生之间的团队协作能力，充分发挥他们的聪明才智和创新精神。 人工智能综合实践教学有助于开阔学生的视野，培养学生参与科研的兴趣， 以及激发对人工智能技术追求。

参考文献：

[1]教育部.关于印发《高等学校人工智能创新行动计划》的通知[EB/OL].[2018-04-03].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s7062/201804/t20180410_332722.html.

[2] 刘永，胡钦晓.论人工智能教育的未来发展：基于学科建设的视角[J].中国电化教育，2020（2）：37-42.

[3] 姚琳，石志国.人工智能课程体系与教学方法研究[J].中国大学教学，2019（10）：19-22.

[4] 王旭，周晋，李双寿.人工智能实践教学的创新探索[J].教育教学论坛，2021（4）：73-77.

收稿日期：2021-06-23

基金项目：中国矿业大学计算机学院教学研究项目2020年（序号1）

作者简介：梁志贞（1976—）， 男， 山东省莒县人， 副教授， 博士，主要研究方向为人工智能技术及其应用;杨小冬（1972—），男，江苏省徐州人，副教授，博士，主要研究方向为人工智能技术及其应用。