人工智能專業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，為搶抓人工智能發展的重大戰略機遇，構筑我國人工智能發展的先發優勢，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。《中國制造2025》中提出，要以推進智能制造為主攻方向，促進制造業數字化、網絡化、智能化[1]。為充分發揮人工智能技術創新的引領作用，2016年，國家發展改革委、科技部、工信部、中央網信辦聯合制定印發了《“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[2]。2017年7月，國務院印發了《新一代人工智能發展規劃》，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新能力為主攻方向，發展智能經濟，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新、人才培養和國際合作交流等能力，為我國新一代人工智能發展提供戰略支撐，教育部于2018年4月制定《高等學校人工智能創新行動計劃》，提出到2025年，高校要在新一代人工智能領域科技創新能力和人才培養質量顯著提升；到2030年，高校要成為建設世界主要人工智能創新中心的核心力量和引領新一代人工智能發展的人才高地，為我國躋身創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，到2022年，開設人工智能專業的高校從最初的35所發展到440所。目前人工智能在醫療、教育、交通、金融、制造業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新能力和人才培養質量顯著提升，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，以培養高級應用型和算法型專業人才。

1 人工智能專業實踐教學改革的現實問題

華南農業大學積極響應國家號召，配合國家整體戰略部署，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。人工智能專業自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領域眾多,且學生的學科背景迥異,對人工智能產業認知不足,實踐教學的有效開展面臨諸多挑戰[5]。在探索制定人工智能實踐教學模式的過程中，發現了一些亟須解決的問題。

1.1 實踐課程安排不夠充分

由于人工智能專業是新開設專業，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 人才培養方向與企業需求沒有完成對接

高校面臨培養適應時代發展需求的實踐能力與創新能力并重的人工智能人才的挑戰[8]。華南農業大學電子工程學院（人工智能學院）多次開展“訪企拓崗促就業”專項行動，走訪畢業生所在企業和校友企業，由于人工智能專業沒有高年級學生和畢業生，學校、學院對人工智能專業契合度非常高的企業、校友的走訪相對欠缺，通過走訪企業所獲得的人才聯合培養、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生的學科和專業。

2 “厚基礎，求創新，重實踐”的實踐教學體系

人工智能專業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，求創新，重實踐”的實踐教學體系，正逐步應用到專業實踐教學改革中。

2.1 “厚基礎”——專業依托兩個國家級平臺和多個省部級平臺

專業擁有科技部“國家精準農業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“精準農業航空應用技術研究學科創新引智基地（111基地）”兩個國家級平臺。還有廣東省智慧果園現代農業科技創新中心、廣東省科技廳“國際農業航空施藥技術聯合實驗室”、廣東省教育廳“農業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 “求創新”——創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的培養計劃中，提高實踐環節占總學時的比例。華南農業大學人工智能專業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內置課程資源進行教學，也可以自定義創建內容、上傳教學資源到平臺分配給學生，平臺可以自動統計學生每日出勤率，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方案中的實踐課程體系，組織團隊教師研討培養方案和教學大綱，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]，然后從整個培養方案的角度進行研討，為下一次人才培養方案修訂做好準備。

2.3 “重實踐”——建立校企協同育人機制[12]和本科生導師制

人工智能專業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，以智慧農業為引領，打造云、邊、端系統級人工智能教學體系，突出項目制的實踐教學特色，培養從AI應用到算法設計的全產業鏈環節的急需人才。人工智能實踐教學平臺搭載了Intel的AINUC學習套件、開發套件和部署套件，華為的Atlas 200DK的人工智能開發套件，英偉達Jetson nano等邊緣智能開發套件等，為人工智能實踐教學提供了有力保障。

人工智能專業依托人工智能協會和無人機協會兩個學生課外學術組織開展實踐教學，人工智能協會承辦第一屆“Intel杯”華南農業大學人工智能大賽，舉辦人工智能知識競賽、智能駕駛挑戰賽等科技競賽，為學生課外實踐與創新創業提供團隊支撐，鼓勵學生積極參與學科競賽、科研項目，提高自主學習、自我發展和不斷創新的能力[13]，培養學生將專業知識、算法與技能融會貫通，能夠獨立發現問題，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。

為發揮教師在“三全育人”中的主導作用，引導專業教師更多地參與到本科生職業生涯發展規劃和就業創業的引導工作中，人工智能專業在全體學生中推行本科生導師制[14]，每位學生選擇專業教師作為自己的導師，導師指導學生學業學習、參加各類學科競賽、參與導師課題組研究、完成畢業設計等內容。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揮積極作用。

3 實踐教學體系改革的成效

人工智能專業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項目，在農業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計劃專項等多個重大項目，總經費超過1.5億元，已發表學術論文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過渡，形成完整的知識體系結構，顯著提高了人才培養的質量。

人工智能專業與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，與科大訊飛等企業合作，籌建人工智能創新工作室“雙創”工作平臺，以科技創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+”大學生創新創業大賽、中國大學生計算機設計大賽人工智能挑戰賽、全國大學生數學建模競賽等相關比賽，取得了一定成績，學生創新創業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，人工智能專業實踐教學的改革探索具有重要意義。本文以華南農業大學人工智能專業實踐教學的改革為例，分析本專業實踐教學所遇到的現實問題，為有效在實踐教學中培養學生工程實踐能力，構建了“厚基礎，求創新，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，創建人工智能實驗平臺，組建實踐教學核心團隊，建立校企協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學生在綜合素質、專業實踐、創新創業等方面的能力，在培養人工智能應用型人才上取得了初步成效。