人工智能實驗室建設研究
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摘要:通過對新工科背景下，專業人才培養的方向和目標的分析，結合目前的實驗教學效果和實驗室教學資源情況，探討構建人工智能方向的科學研究和實踐教學相結合的實驗體系，以硬件平臺資源為基底，以人工智能復合型實驗室為載體，以培養跨界復合型人才為目標。同時人工智能實驗室的構建也體現在實驗室的建設和管理中，為其提供技術上的支持。
關鍵詞:人才培養;實驗室;人工智能復合型
引言
為了適應應用型本科院校在新工科背景下的發展，我院對人工智能實驗室的建設正在規劃部署中。人工智能實驗室依托計算機科學與技術專業，學院投入大量人力和物力，建設新工科下的人工智能方向的實踐教學和科學研究相結合的實驗體系［1］。本科院校的教育也同當前國家經濟的發展緊密結合，包括教育的內容、形式、教育方式等。應用型本科院校以學生為主體，注重培養學生的能力、提高學生全面發展，以適應經濟的發展趨勢［2］。本實驗室為數字化、智能化的開放式實驗室，引進先進的計算機技術和人工智能技術等相關技術，實驗資源將開放式，為學生提供一個數字化和智能化的開放式實驗室平臺［3］。教師和學生可以通過此實驗室完成教學任務以及科研探討。如何通過當前的人工智能技術和計算機硬件資源，構建一個開放式的人工智能實驗室，是當前實驗室構建中遇到的最重要的問題［4］。通過調研本院實驗室的建設和發展情況，提出應用型高校建設人工智能實驗室的設計規劃和實施方案，具有一定的參考價值［5］。
1實驗室現狀分析
面對新工科人工智能方面人才的急切需求，如何能培養出具有地區經濟發展的新工科人才是本專業建設中的最重要的問題［6］。應用型本科院校要將專業特色同地方經濟結合，培養適應新工科下的復合型寬口徑專業人才。通過產教融合、實踐教學，有效推進人才培養質量。目前人工智能相關課程的實驗實訓多數通過軟件模擬仿真，缺少大量的行業數據或者案例，不能達到很好的教學效果。學生無法理解抽象的數據背后的原理和應用，更無法學以致用。我校現有的實驗實訓教學資源都是陳舊的硬件設備，基本不能適應人工智能相關課程的需求和技術的發展，所以建設人工智能實驗室迫在眉睫［7］。本專業課程開設了人工智能、智能信息處理、機器學習等課程，《人工智能》是人工智能相關課程的理論知識課程;《智能信息處理》是人工智能應用方面的課程;《機器學習》是一門多領域交叉學科，涉及概率論、統計學、逼近論、凸分析、算法復雜度理論等多門學科。人工智能的應用領域有機器視覺、語音識別、自然語言處理、圖片分類等。目前人工智能的相關實驗課均在機房教學，使用的教學設備均為臺式計算機，軟件平臺為常用的教學軟件。
2人工智能實驗室建設方案
實驗室建設在布局和規劃過程中，一定要定位在本專業的人才培養方案上，根據人才培養的目標，瞄準新工科下當地經濟和科學發展的前沿問題，方可有規模、有計劃、有目標的建設。根據人工智能相關課程的人才培養方案，結合人工智能相關課程的實驗環境需要，規劃出集課程內容、實踐教學案例、實驗教學環境一體的人工智能實驗室，涉及到實驗室的硬件資源、實驗教學資源、實驗軟件平臺等［8］。
2．1人才培養方案
該平臺從實踐教學和科學研究兩個方面進行建設，通過該平臺，學生在新工科的人才培養體系中具有了創新創業的能力。目前已開設的《計算智能實訓》、《智能信息處理實訓》課程，由于實驗資源的陳舊，實驗的綜合性、創新性、實踐性相對薄弱，缺乏理論聯系實際的案例訓練，導致在培養學生應用人工智能理論知識來解決實際問題的應用能力比較欠缺。對此，2019版計算機科學與技術專業人才培養方案中提出本專業針對國家“實施大數據發展行動，加強新一代人工智能研發應用”發展戰略和山西數字經濟發展規劃對計算機科學與技術人才的需求，培養具備自然科學知識、人文綜合知識和計算機科學理論，掌握計算機軟件硬件系統的協同設計、應用開發、運營維護的方法和技術，接受大數據技術和人工智能的基礎訓練，具有工程實踐、組織管理與知識創新能力的應用型技術人才［9］。實踐教學建立以課程實驗教學為基礎，課程設計、綜合實驗、實驗項目開發和專業實習為補充，畢業設計為重點，競賽為引導的多層次實踐教學內容體系，如圖1所示。該體系將理論知識與實踐應用很好的結合，有效提高學生的興趣和應用能力，培養學生的創新意識。從而專業知識、創新能力得到不斷的提高。該體系中的平臺建設包括學科平臺、專業平臺和通識平臺。人工智能實驗室建設就是專業平臺的建設。
2．2硬件資源
我校欲構建“大數據與智能計算”實驗平臺，該平臺包括大數據和計算智能的相關課程，包括理論知識驗證、科研開發、提供大量的數據集和軟件系統，為地方經濟發展助力。實驗實訓平臺包括三層，分別是基礎層、服務層、交互層。基礎層使用虛擬化技術管理;交互層為用戶提供友好界面;服務層為用戶交互接口。交互層客戶端可直接在平臺操作，無需配置繁瑣的本地環境，隨時隨地在線流暢使用［10］。交互層支撐所有人工智能和大數據相關的專業課程的教學與實踐，統一管理在線資源。例如課程管理、各科目考試題目、在線答疑、教學視頻播放等功能，同時具有代碼批判功能。該平臺為人工智能以及大數據等相關課程的學習提供專業學習模塊，包括實驗課程、實訓課程、實訓項目、實訓開發等內容。資源庫為學生和教師提供了實驗的資源和軟件平臺。為了更好的培養專業人才，資源庫建設的目標就是形成“大數據與智能計算”能力的標準培養體系。人工智能實驗資源有實驗指導書、源代碼、數據集、硬件資源、軟件平臺等。人工智能和大數據相關的課程有人工智能基礎、Python、智能計算、數據挖掘等。實訓環節可設置一些圖像識別、貝葉斯分類數據、專家診斷系統等，可以結合企業或者專業領域的資源或者數據集，設置實訓環節。通過人工智能實驗室建設提供的平臺，學生可以在整個培養階段學習項目實踐、數據分析、提高創新、學習的能力。
2．3方案特色
一門課僅需一臺服務器。基于虛擬機多用戶共享，和CPU/GPU計算資源的動態調度技術，極大節約計算資源，一臺服務器支撐300人同時在線實驗。軟件平臺與硬件耦合，并且可以獨立建設、獨立維護和更新換代;平臺對專業課全面覆蓋，可支持人工智能課程體系內所有課程的教學與實驗;輕松自檢教學和實驗資源，拋棄傳統的教學與實驗資源固化;試驗環境基于B/S模式，覆蓋人工智能通識課程。人工智能實驗室建設，是應用型高校實驗室建設的趨勢。人工智能實驗室根據本專業人才培養的目標需要而設定，能夠解決傳統實驗室的弊端，實現實驗室的智能化、數字化、有序化，并且為專業人才的培養奠定了堅實的基礎。
3人工智能技術在實驗室管理中的應用
傳統的實驗室管理，環境完全靠管理員人為控制和調節，實驗室對環境的要求比較高，可通過人工智能技術實現實驗室溫度、濕度智能控制，從而對設備的損害降低，延長實驗儀器和設備的使用周期。系統采集實驗室各項參數信息通過互聯網更新到實驗室網絡平臺上，通過云計算，利用人工智能技術對智能終端的大量數據進行分析，對各個信息通道的實際傳輸數據進行數據分析和數據挖掘。例如實驗室的窗戶、電源、通風口等部位，一旦有數據異常，就會對實驗室的安全造成威脅。因此，可利用人工智能技術將錄像機嵌入顯示設備，提高聯網監控功能。從而更加靈活、直觀管理實驗室。同時可以裝置感煙探測器，一旦有煙霧濃度達到設定值，系統自動控制并提醒，保證實驗室的安全。實驗室的考勤登記信息，可以通過電子眼攝像頭識別進出人的面部信息和數據庫中信息對比，對采集數據進行統計和管理，方便人員管理。如果采集到的面部數據為實驗室管理人員，則有相應的自動識別功能，例如:“開電源、關電源”。利用人工智能技術實現智能配電。當發電不足或者斷電情況下，利用太陽能，系統會智能識別，自動切換為正常電壓，從而不影響正常的教學工作。
4結語
人工智能實驗室的建設，不僅滿足了學生在人工智能、機器學習、智能計算等專業課上的實訓教學，同時也為教師提供了科學研究的平臺，是學生和教師共用的復合型實驗室。人工智能實驗室的建設不僅可以應用到教學和科研管理中，同時可以將人工智能技術應用于實驗的安全管理中，將實驗室設備與管理實現自動化和智能化，為實驗室建設和日常的管理工作提供了技術上的支持。
參考文獻
［1］梁華．面向新工科的人工智能教學科研復合型實驗室體系建設［J］．實驗技術與管理，2019，36(7):265－269．
［2］楊念．淺談高校人工智能實驗室建設的研究［J］．電子制作，2019，16(18):67－68．
［3］張衛明，王紅梅．高校實驗室設備智能化管理模式探析［J］．實驗室研究與探索，2018，37(1):247－251．
［4］狄宴如．淺析人工智能技術運用于實驗室管理的研究［J］．化工管理，2018，24(13):69－70．
［5］施燕琴．高校實驗室的自動化、信息化、開放式管理系統［J］．實驗室研究與探索，2017，36(9):236－239．
［6］劉瓊．對虛擬仿真實驗室建設的再認識———基于“第三屆高等學校國家級實驗教學示范中心建設研討會暨虛擬仿真技術與教學資源建設論壇”［J］．中國醫學教育技術，2017，31(2):162－165．
［7］任光輝，付威，吳金棟，等．面向新工科的高校實驗平臺建設模式研究［J］．實驗技術與管理，2018，35(11):194－197．
［8］唐朝暉，吳元喜．基于虛實融合的智能實驗室開放管理系統［J］．實驗技術與管理，2017，34(10):226－229．
［9］陳浪城，杜青平，邱偉青，等．“新工科”背景下高校實驗室安全教育改革與實踐探索［J］．實驗技術與管理，2018，35(8):260－262．
［10］史俊偉．高校開放式教學實驗室綜合評價體系與方法研究［J］．實驗室科學，2017，20(6):159－162．
作者：周任軍 王文晶 單位：山西大學商務學院信息學院
