人工智能专业的实践教学体系改革探索

董昕，陈欣，兰玉彬，邓小玲

（华南农业大学 电子工程学院（人工智能学院），广东广州 510642）

近年来，为抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑我国人工智能发展的先发优势，按照党中央、国务院的部署要求，国家各部门相继出台了各项政策。《中国制造2025》中提出，要以推进智能制造为主攻方向，促进制造业数字化、网络化、智能化[1]。为充分发挥人工智能技术创新的引领作用，2016年，国家发展改革委、科技部、工信部、中央网信办联合制定印发了《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》，指出要着力突破若干人工智能关键核心技术，着力加强人工智能应用创新，促进人工智能在国民经济社会重点领域的推广，培育壮大人工智能产业[2]。2017年7月，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，提出要以加快人工智能与经济、社会、国防深度融合为主线，以提升新一代人工智能科技创新能力为主攻方向，发展智能经济，建设智能社会，维护国家安全[3]。为引导高等学校瞄准世界科技前沿，不断提高人工智能领域科技创新、人才培养和国际合作交流等能力，为我国新一代人工智能发展提供战略支撑，教育部于2018年4月制定《高等学校人工智能创新行动计划》，提出到2025年，高校要在新一代人工智能领域科技创新能力和人才培养质量显著提升；到2030年，高校要成为建设世界主要人工智能创新中心的核心力量和引领新一代人工智能发展的人才高地，为我国跻身创新型国家前列提供科技支撑和人才保障[4]。

自2018年首批高校获教育部批准开设人工智能本科专业，到2022年，开设人工智能专业的高校从最初的35所发展到440所。目前人工智能在医疗、教育、交通、金融、制造业等多个领域有着广阔的应用前景。基于应用型人才缺口巨大，高校要在新一代人工智能领域实现科技创新能力和人才培养质量显著提升，这就要求高校不仅要注重学生理论知识的学习，还要提高学生的实践动手能力，根据市场需求改革人工智能实践教学，探索新的实践教学模式，以培养高级应用型和算法型专业人才。

1 人工智能专业实践教学改革的现实问题

华南农业大学积极响应国家号召，配合国家整体战略部署，于2019年11月成立了人工智能学院，并于2020年3月获批开设了人工智能本科专业。人工智能专业自2020年秋季开始招生，现只有大一、大二年级学生，人工智能实践教学模式也始终在探索中前进。由于人工智能应用涉及的专业领域众多,且学生的学科背景迥异,对人工智能产业认知不足,实践教学的有效开展面临诸多挑战[5]。在探索制定人工智能实践教学模式的过程中，发现了一些亟须解决的问题。

1.1 实践课程安排不够充分

由于人工智能专业是新开设专业，部分实验室、实验平台仍在建设中。大一、大二学生开设实验课程较少，学生在学习到专业知识后，不能及时地通过实践来验证，所学知识还停留在理论层面，不能与实际生产生活产生关联，未能满足学生学习的获得感与成就感，降低了学生继续深入探究钻研的兴趣和积极性[6]。

1.2 实践课程衔接不够紧密

人工智能专业学生的实践课程由不同的教师负责，在从大一到大四的实践内容中，实践难度和深度是层层递进的，学生通过每个学期的学习和实践，将逐渐构筑起人工智能学科的知识体系结构[7]。但在实践课程的授课过程中，任课教师发现学生对于前面学期应该掌握的理论、操作和方法存在没有掌握的情况，或者出现任课教师对学生应该掌握的实践内容了解不够清晰的问题。

1.3 人才培养方向与企业需求没有完成对接

高校面临培养适应时代发展需求的实践能力与创新能力并重的人工智能人才的挑战[8]。华南农业大学电子工程学院（人工智能学院）多次开展“访企拓岗促就业”专项行动，走访毕业生所在企业和校友企业，由于人工智能专业没有高年级学生和毕业生，学校、学院对人工智能专业契合度非常高的企业、校友的走访相对欠缺，通过走访企业所获得的人才联合培养、产教融合[9]、科研攻关等更多领域开展的合作更倾向于已有多届毕业生的学科和专业。

2 “厚基础，求创新，重实践”的实践教学体系

人工智能专业根据实践教学模式探索中遇到的现实问题，结合学校、学院的实际情况，探索出了“厚基础，求创新，重实践”的实践教学体系，正逐步应用到专业实践教学改革中。

2.1 “厚基础”——专业依托两个国家级平台和多个省部级平台

专业拥有科技部“国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心”、国家外国专家局、教育部立项的“精准农业航空应用技术研究学科创新引智基地（111基地）”两个国家级平台。还有广东省智慧果园现代农业科技创新中心、广东省科技厅“国际农业航空施药技术联合实验室”、广东省教育厅“农业航空应用技术国际联合实验室”等省部级平台，办公用房面积约3000平方米，研究服务场地用房面积近7000平方米，仪器设备超过3000万元。目前，研究团队的科研设施设备在国内处于领先水平，可为人工智能实践教学建设提供坚实的保障。

2.2 “求创新”——创建人工智能实验平台，组建实践教学核心团队

为克服新专业有限的实验条件，将实验、实践内容合理地布局在人工智能专业的培养计划中，提高实践环节占总学时的比例。华南农业大学人工智能专业与英特尔公司合作共建了Intel人工智能实训室，搭建了基于Intel技术的AIReady人工智能开发实验平台。实验平台拥有超强算力的GPU集群的支撑，先进的云平台技术拥有高并行、高吞吐、低时延的极致性能，平台独立的系统部署，使资源使用和运维的成本显著降低。该实验平台内置课程、案例、数据集、教学视频、教学课件、习题等海量资源，支持管理员、教师用户、学生用户、科研用户四类用户登录使用，教师用户可以选择系统内置课程资源进行教学，也可以自定义创建内容、上传教学资源到平台分配给学生，平台可以自动统计学生每日出勤率，学生可以使用平台中的多种开源深度学习框架进行实践训练，上传实验报告、参与考试，平台也会对考试成绩进行分析统计。目前该平台已在测试阶段，将于2022年秋季学期广泛应用于实践教学。

教学团队建设是实践教学建设的架构，是提高教师实践教学水平的重要抓手[10]。人工智能系组建了实践教学核心团队，由团队负责人研究培养方案中的实践课程体系，组织团队教师研讨培养方案和教学大纲，注意各课程之间的衔接，剔除不同实践课程中的重复部分，考虑如何做好与教学模块的衔接工作[11]，然后从整个培养方案的角度进行研讨，为下一次人才培养方案修订做好准备。

2.3 “重实践”——建立校企协同育人机制[12]和本科生导师制

人工智能专业在电子工程学院的办学基础上，以人工智能为核心，以边缘智能为特色，以智慧农业为引领，打造云、边、端系统级人工智能教学体系，突出项目制的实践教学特色，培养从AI应用到算法设计的全产业链环节的急需人才。人工智能实践教学平台搭载了Intel的AINUC学习套件、开发套件和部署套件，华为的Atlas 200DK的人工智能开发套件，英伟达Jetson nano等边缘智能开发套件等，为人工智能实践教学提供了有力保障。

人工智能专业依托人工智能协会和无人机协会两个学生课外学术组织开展实践教学，人工智能协会承办第一届“Intel杯”华南农业大学人工智能大赛，举办人工智能知识竞赛、智能驾驶挑战赛等科技竞赛，为学生课外实践与创新创业提供团队支撑，鼓励学生积极参与学科竞赛、科研项目，提高自主学习、自我发展和不断创新的能力[13]，培养学生将专业知识、算法与技能融会贯通，能够独立发现问题，并利用所掌握的技术体系解决本学科或跨学科问题的能力。

为发挥教师在“三全育人”中的主导作用，引导专业教师更多地参与到本科生职业生涯发展规划和就业创业的引导工作中，人工智能专业在全体学生中推行本科生导师制[14]，每位学生选择专业教师作为自己的导师，导师指导学生学业学习、参加各类学科竞赛、参与导师课题组研究、完成毕业设计等内容。本科生导师工作纳入年度考核内容，制定了三个层次的考核指标体系，保证本科生导师制在实践教学中发挥积极作用。

3 实践教学体系改革的成效

人工智能专业教师依托两个国家级平台和省部级平台，联合承担了多项国家和省级重点研发项目，在农业人工智能和无人装备领域有着多年的研究基础，主持了国家重点研发计划专项“地面与航空植保高工效智能装备（经费9600万）”、广东省重点领域研发计划专项等多个重大项目，总经费超过1.5亿元，已发表学术论文470余篇，其中SCI(EI)收录论文280余篇，申请专利100余项，获省部级以上科技奖励科学技术奖4项，为实践教学提供了良好的技术支撑和管理经验。

人工智能实验平台的应用，提高了学生的实践动手能力，学生通过平台的锻炼，对人工智能相关核心技术有了更直观的感受，激发了学习的兴趣[15]和成就感。实践教学核心团队通过完成各实践课程的衔接工作，使学生能够实现实践课程间的平稳过渡，形成完整的知识体系结构，显著提高了人才培养的质量。

人工智能专业与Intel、科大讯飞、大疆、极飞科技、高科新农、泰迪、海瑞、轩辕等公司始终保持合作关系，与科大讯飞等企业合作，筹建人工智能创新工作室“双创”工作平台，以科技创新竞赛和学术培训为基础，在本科生导师的指导下，大一、大二学生积极参加中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛、中国大学生计算机设计大赛人工智能挑战赛、全国大学生数学建模竞赛等相关比赛，取得了一定成绩，学生创新创业能力得到进一步提高，实践育人新模式初见成效。

4 结语

在当前的时代背景下，人工智能专业实践教学的改革探索具有重要意义。本文以华南农业大学人工智能专业实践教学的改革为例，分析本专业实践教学所遇到的现实问题，为有效在实践教学中培养学生工程实践能力，构建了“厚基础，求创新，重实践”的实践教学体系，依托两个国家级平台和多个省部级平台，创建人工智能实验平台，组建实践教学核心团队，建立校企协同育人机制和本科生导师制，引导学生积极参与学科竞赛，提高了人工智能专业学生在综合素质、专业实践、创新创业等方面的能力，在培养人工智能应用型人才上取得了初步成效。