基于华为ModelArts的“人工智能”课程教学改革与实践-以东莞理工学院为例

引言人工智能技术是计算机技术中的重要分支，随着互联网、高性能计算平台等信息技术的快速发展，极大促进了人工智能技术的落地与实用化。现阶段人工智能与智能制造、自动驾驶、语音图像处理等相结合，推动了新工科人才培养向智能化、自动化和类人化等目标转变［1］，人工智能技术已进入与产业融合发展的新阶段。《中国新一代人工智能科技产业发展报告2021》中提到，人工智能与实体经济的深度融合涉及一系列互补性创新，人工智能和三次产业技术之间的重新组合将掀起新一轮科技创新浪潮，是国内创新循环的重要组成部分［2］。面对产业如此迅猛的发展，市场对相关专业的人才需求也是与日俱增。为此，教育部在《高等学校人工智能创新行动计划》中指出，将大力推动高校完善人工智能领域人才培养体系，重视人工智能与计算机、控制、数学等学科专业教育的交叉融合，探索“人工智能+X”的人才培养模式［3］。作为理工科类的地方本科院校，积极响应国家号召，以产业和技术发展的最新成果为导向，不断完善人工智能人才的培养模式，成为当前新工科学科建设活动的重要任务之一。因此，该论文以东莞理工计算机科学与技术学院“人工智能”课程为例，结合华为一站式AI开发平台ModelArts，在课程内容、教学方法和考核指标三个方面进行了教学创新模式的探索。一、“人工智能”课程现状人工智能（ArtificialIntelligence,AI）是引领未来的新兴战略性技术，是驱动新一轮科技革命和产业变革的重要力量［4］。“人工智能”是当今信息领域发展最快的热点方向之一，通过该课程的学习能够帮助学生掌握AI发展现状，灵活运用相关知识解决科学研究中遇到的实际问题，进而获得应用开发能力及科研创新能力。（一）课程特点目前学院开设的“人工智能”课程有48学时（学时有限），但这门课程的知识点非常丰富（见图1），涉及非常新的前沿技术，同时要求修读学生具备计算机编程基础和数学基础。因此，为激发学生的学习兴趣，对“人工智能”课程开展多方面、多角度的混合式教学，帮助学生参与到获取知识的全过程，达到提升学习深度的目的。图1“人工智能”（AI）课程范畴（二）学生特点东莞理工学院是一所致力于培养社会发展需要的高素质应用型人才，努力建设特色鲜明的高水平应用型地方大学。作为学校重点发展的学科，计算机科学与技术学院目前采用“低年级厚基础深化学科能力，高年级重技术强化产业应用”的大类培养思路。具体方案是在高考招生录取时，学院按照计算机类统一招生，入学后前三学期进行基础知识培养后再进行专业分流，分流后进入不同专业，然后按照相应专业的培养目标完成课程。“人工智能”课程是计算机学院的专业选修课。近两年，为更好地了解学生的情况，在开课前会对学生进行问卷调查（见表1）。调研原因是修读该课程的学生可能会来自不同的专业（主要是计算机科学与技术、数据科学与大数据专业，以及我校不分专业、个性化和多元化培养模式的杨振宁创新班“杨班”），他们的编程能力和数学基础参差不齐。表1近两年选修课程的学生课前问卷调查情况从上表的问卷结果来看，95%以上的学生对内容方面有着较高期待。在教学方法上，学生更倾向于自己动手参与项目实践。这些课前的调查数据为课程内容和教学方式的改革提供了指导性方向。（三）课程教学中存在的问题现阶段主要是以教师为中心的教学模式不利于学生积极性和实践主动性的锻炼，同时可能会阻碍学生创造性的发挥，这对于培养学生独立思考和解决问题的能力是十分不利的。因此，为了提升教学效果，培养高素质人才，同时结合课前的学情分析，该课程如何结合科技发展进行积极改革成为一个紧迫的问题。二、课程教学改革方案和实践针对以上分析的问题，该论文主要从课程的内容设计、教学方法和考核指标三个角度展开教学改革，同时进行相关的教学实践。（一）课程内容的设计在课程内容上，从学科特点出发，重点解决如何兼顾理论知识和技术前沿的问题，同时在课堂中引入结合时代热点的思想政治教育，从而实现多角度全方位育人。具体的实施方案分为以下两点。1.紧随科技前沿，不断优化课程内容。针对课程内容多且新的问题，课程开展基于华为ModelArts人工智能平台，采用“自由的线上学习+有指导的线下学习+整体性学习体验”的混合式教学模式。混合式教学通过设计教师讲解、个人实践、小组讨论三种类型的活动，利用优学院线上教学平台构建混合式生态社区让学生自主学习，使学生具有主动学习、自我反思提升的能力，同时帮助学生更好地把握AI领域的发展动态。教学内容划分为基础和实践两大模块、其中理论重点讲授AI基础，难度安排由浅入深，确定课程的内容包括机器学习、深度学习及自然语言处理等理论知识。实践应用则充分利用华为ModelArts人工智能平台，ModelArts的理念是让AI开发变得更简单、更方便。“一站式”是指AI开发的各个环节，包括数据处理、算法开发、模型训练、模型部署等都可以在ModelArts上完成，具体如图2所示。同时，还提供多种开发环境、多种操作流程和模式，方便开发者编码扩展，快速构建模型应用［5］178，鼓励学生开展线上创新实验。图2ModelArts：一站式AI开发平台2.紧跟时代热点，融入思想政治教育。培养人才不仅是培养专业技能，在思想政治教育方面的培养也同等重要。为此，在整个教学活动的过程中以严谨的科学态度，以芯片产业的重要性、工匠精神和数据源头合法合理为核心主线，从诚实守信、社会责任感、爱国主义情怀等多角度将计算机科学与思想政治教育紧密联系起来，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观。此外，课程中使用到的华为AI开发框架及人工智能计算平台，也会极大地增强学生对民族企业的认同感，提升学生的民族自豪感和文化自信。（二）教学方法上的改革针对课时有限与内容多的矛盾，同时为了兼顾各个层次学生，课程教学采用混合式的教学方法。授课过程中将课前、课中和课后，线上线下，授课教学、实践教学和研讨教学进行全方位混合。线上（优学院平台）+线下的教学方式既可以弥补学时不足的问题，也可以让不同层次的学生根据自身水平分配学习时间。每个实验项目的设计都是富有特色且与实际应用场景密切相关的经典应用。项目分为两种：（1）5次常规实验，学生通过练习理解模型构建及训练的流程；（2）开放性实验，赋予学生更大的自由度，仅提供数据集和目标，学生独立完成模型搭建、训练及评估。（三）课程的考核指标改革本课程采用“课堂参与度+实验报告+期末考查”的形式（见表2），重点考查其理解和动手编程的能力。表2学生成绩组成三、课程教学改革效果从近两次选课和学生评教数据来看，此次教学改革成效良好。此外，为进一步了解教学效果，每次结课时从学习态度、专业知识和综合提升三个方面共八个子项目进行相应的问卷调查（见表3）。表3关于教学效果的问卷调查数据从表3可以看出，学生普遍认为在专业知识方面得到的提升最大，其次是独立思考能力和表达能力都有较多的收获。这跟前面提到的课程改革的初衷是一致的，也进一步反映了教学改革的措施是有效的。这得益于在实施课程教学改革的过程中，充分调动了学生的积极性，实现了师生共同研讨和学生彼此合作交流的良好互动式教学。结语近年来，在算力大幅提升和大数据快速发展的助力下，人工智能正处在一个蓬勃发展并持续