人工智能實訓室解決方案

人工智能實訓室解決方案一、研究背景（一）國家戰(zhàn)略近年來,隨著人工智能相關技術的快速發(fā)展,其對社會和經濟的影響力日益凸顯。我國政府高度重視人工智能的發(fā)展,并多次將其發(fā)展方向和規(guī)劃策略納入國家政策。具體來看:2015年以來,人工智能發(fā)展被列入多個國家政策文件。2017年,國家《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》提出要大力推動人工智能技術在教育領域的應用,覆蓋教學、管理、資源建設等方面。2020年,科技部發(fā)布的《關于科技創(chuàng)新支撐復工復產和經濟平穩(wěn)運行的若干措施》政策文件強調,要大力推動5G、人工智能等關鍵核心技術的研發(fā)與攻關,以支撐經濟社會發(fā)展，加強重大科技項目的實施和支持力度。（二）產業(yè)發(fā)展據(jù)工信部、艾媒數(shù)據(jù)中心相關數(shù)據(jù)顯示，隨著國家政策對人工智能的傾斜，以及5G等相關基礎技術建設的發(fā)展突破，我國人工智能產業(yè)發(fā)展進入強烈的爆發(fā)式增長。從產業(yè)融資的反應看，2014年以來，相關產業(yè)的融資規(guī)模就不斷在擴大，2018年達到了最高峰，2020年人工智能相關產業(yè)的融資規(guī)模達到1402億元。數(shù)據(jù)表明，我國人工智能相關產業(yè)已經吸引了大批資本的注入，可見未來發(fā)展趨勢非常迅猛。從人工智能核心產業(yè)規(guī)劃角度分析，數(shù)據(jù)表明，在2019年我國人工智能核心產業(yè)規(guī)模就已超過510億元，預計在2025年將達到4000億元，未來有望發(fā)展為全球最大的人工智能市場。（三）人才需求根據(jù)工信部發(fā)布的《人工智能產業(yè)人才發(fā)展報告（2019－2020年版）》，我國目前處于人工智能技術發(fā)展的強勁時期，與AI技術相關企業(yè)數(shù)量不斷增加，相關人才的需求量巨大，崗位與人才的供需比例嚴重不平衡。在之前的四年中，AI相關崗位的人才需求量年均增長74%。《人工智能產業(yè)人才發(fā)展報告（2019－2020年版）》的數(shù)據(jù)表明，當前AI相關企業(yè)崗位需求量靠前的為算法研究崗、應用開發(fā)崗和實用技能崗等，占整體相關技術崗位人才需求量的12.2％、19.8％、34.8％，但相對應的人才供需比僅為0.13、0.17、0.98。中國就業(yè)培訓技術指導中心與阿里在2020年7月23日聯(lián)合發(fā)布了《新職業(yè)在線學習平臺發(fā)展報告》，報告顯示，未來5年新職業(yè)人才需求龐大，預估人工智能技術服務人才需求近500萬。人工智能相關企業(yè)提供的崗位主要有算法研發(fā)崗、產品經理崗、實用技能崗、應用開發(fā)崗等，人工智能企業(yè)對各類人才需求不均衡。就崗位結構而言,實用技能崗需求量最大,達34.8%,但求職者對這類崗位的意向僅12.5%。原因在于,實用技能崗多為操作類工作,門檻較低,適合大專背景的應用型人才。相反,算法研發(fā)、產品經理等崗位門檻較高,需求量雖小但受求職者歡迎。這反映出當前人工智能人才結構與企業(yè)需求不匹配的局面。展望未來,高職院校作為應用技術人才的主要輸出渠道,應聚焦培養(yǎng)適應實用技能崗需求的大批人才,以有效緩解這一結構性矛盾,更好地服務人工智能產業(yè)發(fā)展。（四）學習群體高職院校以培養(yǎng)應用型、技能型人才為主,服務區(qū)域經濟發(fā)展。然而,互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、AR／MR等新一代信息技術的快速發(fā)展,正在深刻改變人類的思維方式、工作模式以及生活學習方式。作為“00后”一代的高職學生,他們從小就接觸互聯(lián)網(wǎng),學習渠道和方式更加開放和多樣。這給高職院校的人才培養(yǎng)和教學模式帶來了挑戰(zhàn)。一方面,需要順應學生獲取信息途徑多元化的特點,改進教學內容和形式;另一方面,還要圍繞培養(yǎng)應用型、技能型人才的定位,讓教學更契合新經濟發(fā)展對人才的需求。只有做好這兩點,高職院校才能在新技術和新環(huán)境下發(fā)揮自身優(yōu)勢,繼續(xù)為區(qū)域經濟培育所需人才。二、當前高職院校人才培養(yǎng)模式目前高職院校人才培養(yǎng)模式有以下幾種。（一）產學研相結合這種人才培養(yǎng)模式的重點是圍繞行業(yè)和企業(yè)的需求來運行,遵循市場規(guī)律。其最關鍵的是要推動學校和企業(yè)之間的合作,實現(xiàn)資源的共享和共用。這種模式培養(yǎng)的人才,更加符合市場和企業(yè)的實際需要,培養(yǎng)效果比較突出。相比傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式,這種與行業(yè)、企業(yè)密切合作的模式,可以讓學校了解企業(yè)對人才的準確需求,設計出切合需求的課程體系、教學內容和教學方法。同時企業(yè)也可以直接參與人才培養(yǎng),提供實習崗位、項目合作等,使學生在校期間就接觸實際工作。這種校企合作的人才培養(yǎng)模式,可以有效提高人才培養(yǎng)的針對性和適用性。（二）工學相結合這種人才培養(yǎng)模式強調理論學習和實踐訓練的結合。具體來說,學生先要在學校系統(tǒng)地學習專業(yè)知識,掌握扎實的理論基礎。在牢固掌握理論基礎后,學生才會被安排到企業(yè)進行為期一定時間的實踐鍛煉。在企業(yè)實踐中,學生既要運用所學理論知識解決實際問題,也要學習企業(yè)的運行模式、專業(yè)技能等。通過這種理論聯(lián)系實際的學習方式,學生可以更好地消化吸收書本知識,將知識內化為解決實際問題的能力。這樣交替進行的理論學習和實踐鍛煉,可以幫助學生得到全面和系統(tǒng)的知識訓練,既掌握專業(yè)理論,又鍛煉實際工作能力,是這種人才培養(yǎng)模式的重要特色。（三）“訂單式”模式這種人才培養(yǎng)模式的運作是,相關企業(yè)會向學校提供用人計劃,并與學校根據(jù)企業(yè)的人才需求共同制定培養(yǎng)目標和教學計劃。采用這種模式培養(yǎng)的學生,畢業(yè)后多由相關企業(yè)直接接收使用。這種模式的優(yōu)點是可以針對企業(yè)的實際需求培養(yǎng)人才,使學生畢業(yè)后可以順利就業(yè)。但也存在一定缺點:1.學生學習的知識和技能較為單一、專業(yè)化,針對性強但系統(tǒng)性欠缺。2.過于依賴某一企業(yè)的需求,如果企業(yè)需求變化,學生所學知識和技能可能無法適應其他崗位。3.學生缺乏必要的通識知識和綜合素質的培養(yǎng)。因此這種模式還需要與通識教育等相結合,使學生既具備專業(yè)技能,也具有一定廣度和綜合素質,以適應就業(yè)環(huán)境的變化。（四）“現(xiàn)代學徒制”模式這種人才培養(yǎng)模式的最大特點是學校和企業(yè)的深度合作。首先,教師和企業(yè)師傅聯(lián)合對學生進行教學,將理論知識和實際技能很好結合,更注重技能的傳授和培養(yǎng)。其次,學校和企業(yè)共同根據(jù)需求制定人才培養(yǎng)目標和具體培養(yǎng)方式。企業(yè)提出實際需求,學校設計系統(tǒng)的課程體系,雙方共同制定考核標準。再次,課程標準規(guī)范化,圍繞提升學生技能水平設計,使之直接適應企業(yè)需求。通過這種深度合作模式,學校企業(yè)資源高度共享,教學內容貼近企業(yè)實際,有效培養(yǎng)了企業(yè)急需的技能人才。它是校企合作的最深入的體現(xiàn)形式,達到了人才培養(yǎng)的最佳效果。三、人工智能技術服務專業(yè)人才培養(yǎng)“新”模式我國人工智能（AI）技術服務專業(yè)是2019年教育部首次增設的目錄外新專業(yè)，從2020年開始招生，高職院校的人才培養(yǎng)模式是堅持以人才培養(yǎng)為核心，以人工智能技術應用為重點，在“重基礎、重實踐、重素質”的傳統(tǒng)教學基礎上，結合專業(yè)認知及“1＋X證書”制度，以學生能力遞進為目標，并以人工智能實訓室和工程訓練中心兩大平臺為依托，學校、學生、培訓機構、企業(yè)四方協(xié)同，創(chuàng)建課程＋項目、課內＋課外、課程＋創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的多融合機制，形成“一認知、一制度、兩平臺、多融合”人才培養(yǎng)的新模式（見圖1）。

圖1“一認知、一制度、兩平臺、多融合”人才培養(yǎng)模式（一）專業(yè)認知貫穿全過程針對人工智能技術服務專業(yè),可以構建分階段的專業(yè)認知體系:1.新生階段:利用新生專業(yè)體驗活動,讓學生初步了解專業(yè)。2.實習階段:組織學生到企業(yè)或培訓機構開展為期一周的認知實習,直觀感受專業(yè)。3.全方位認知階段:組建人工智能創(chuàng)新實驗班,通過校內專業(yè)技能大賽、行業(yè)專家講座、技能大賽等多種形式,全面深入了解專業(yè)知識和技能。一、學校與企業(yè)合作舉辦校內專業(yè)技能大賽，以賽促學，通過競賽對專業(yè)有深入認知。二、不定期舉辦專家講座，引入行業(yè)專家，讓學生對AI＋專業(yè)有更多的認知。三、將職業(yè)院校技能大賽作為專業(yè)能力提升的重要手段，進一步提升AI＋專業(yè)體系的認知。4.跟崗實習階段:進行為期2周的企業(yè)跟崗實習,對專業(yè)崗位有較深入的認知。5.頂崗實習階段:進行為期3個月的頂崗實習,全面、深入地認識專業(yè)工作。（二）“1＋X證書”制度貫徹執(zhí)行“1＋X證書”制度，要求學生在獲取學歷證書的同時，獲取相應專業(yè)的職業(yè)技能證書。教育部職業(yè)技術教育中心在2020年6月發(fā)布了《第四批職業(yè)教育培訓評價組織及職業(yè)技能等級證書名單》，其中包括的人工智能技術服務專業(yè)面向的行業(yè)領域的1＋X證書如表1所示，證書涵蓋了數(shù)據(jù)、語音、平臺應用、運維等方向。根據(jù)此名單，可與相關企業(yè)進行溝通合作，確定職業(yè)技能證書，并制定相應的專業(yè)課程，支持學生考取證書。表1第四批職業(yè)教育培訓評價組織及職業(yè)技能等級證書名單——人工智能相關序號1科大訊飛股份有限公司；證書名稱：人工智能語音應用開發(fā)；2北京百度網(wǎng)訊科技有限公司；證書名稱：人工智能語音應用開發(fā);3科大訊飛股份有限公司；證書名稱：人工智能深度學習工程應用;4曙光信息產業(yè)股份有限公司;證書名稱：人工智能系統(tǒng)平臺實施;5北京新奧時代科技有限責任公司;證書名稱：人工智能前端設備應用;6中科寒武紀科技股份有限公司;證書名稱：智能計算系統(tǒng)實踐與應用;7阿里巴巴（中國）有限公司;證書名稱：城市大腦平臺應用與運維;8騰訊云計算（北京）有限責任公司；證書名稱:人機對話智能系統(tǒng)開發(fā);（三）多融合培養(yǎng)機制1、課程＋項目。整合資源，通過項目進行課程教學，利用人工智能實訓平臺進行項目化教學，在課堂中仿真項目實現(xiàn)，獲取課題知識；通過企業(yè)導師，引入真實項目案例，進行實踐教學。2、課內＋課外。擴大第二課堂,組織興趣小組、科技社團等,吸引對人工智能感興趣的學生。通過各種課外活動,開展專業(yè)知識和技能的拓展學習,如舉辦專題講座、組織參觀交流、開展項目實訓等。將課內系統(tǒng)學習和課外拓展活動有機結合,共同提高學生的專業(yè)能力。鼓勵學生參加各種職業(yè)技能大賽,檢驗課內外學習成效,增強就業(yè)競爭力。3、課程＋創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。充分認識人工智能的交叉性質,與其他專業(yè)進行多維度融合,形成AI+系列專業(yè)群。按照學校專業(yè)優(yōu)勢,從各專業(yè)選取技能突出的學生組建工作坊、創(chuàng)新訓練營。實行導師制,引導學生從認知專業(yè)、學習技術,到技術創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)實踐。通過課程學習和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐的深度融合,使學生在創(chuàng)新中學習,在學習中創(chuàng)新。4、四方協(xié)同。學校與企業(yè)通過現(xiàn)代學徒制和產業(yè)學院,共同制定課程和培養(yǎng)方案,安排學生在企業(yè)跟崗和頂崗實習。學生在企業(yè)實習中接受實際崗位培訓,達到崗位要求后可直接就業(yè)。學校與培訓機構合作開設崗前培訓班,幫助學生獲取職業(yè)技能證書。培訓機構根據(jù)崗位要求,對學生進行專項技能培訓。四方共同參與培養(yǎng),學校提供理論基礎,企業(yè)培養(yǎng)實際能力,培訓機構擴充技能,學生全面成長。（四）兩大平臺人工智能技術服務專業(yè)可以依托兩個平臺開展多融合教學:1.人工智能實訓室-負責理論與實踐教學,進行項目化和案例化教學。2.工程訓練中心-包含培訓中心和學創(chuàng)中心兩個部分。(1)培訓中心-負責學生的職業(yè)資格證書培訓和考試。(2)學創(chuàng)中心-負責項目服務和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等產教融合教學。通過兩個平臺的協(xié)同運作,可以更好地開展“課程+項目”“課內+課外”“課程+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”等多種融合式的人才培養(yǎng)模式。兩個平臺各自承擔不同教學任務,相互配合支持,為學生提供全方位的知識技能培養(yǎng)。這是實施多融合教學機制的有力保障。（五）項目驅動、能力遞進可以建立這樣的專業(yè)能力遞進培養(yǎng)模式:第一二學期:通過公共基礎課和專業(yè)基礎課,進行專業(yè)初步認知,培養(yǎng)基礎能力。第三四學期:通過專業(yè)核心課和專業(yè)拓展課、頂崗實習,進行專業(yè)能力培養(yǎng),并組織各種實踐活動,拓展專業(yè)視野。學生初步將理論轉化為實踐，通過校內競賽、職業(yè)技能大賽、專家講座等活動，增強學生實踐能力，擴展專業(yè)視野，主要提升其專業(yè)能力。第五學期:通過校內外實習,使學生在實際環(huán)境中運用所學知識,提高專業(yè)能力。第六學期:進行頂崗實習,全面鍛煉專業(yè)技能,達到崗位要求,提高就業(yè)競爭力。通過知識、能力和實踐的循序漸進,使學生從專業(yè)認知到具備職業(yè)所需的綜合能力,實現(xiàn)bys做中學,促進專業(yè)能力的持續(xù)成長。這種以專業(yè)能力遞進為目標的培養(yǎng)模式,可以有效提高人才培養(yǎng)質量。四、人工智能技術服務專業(yè)人才培養(yǎng)方案（一）培養(yǎng)目標培養(yǎng)兼具知識與技能,適應智能行業(yè)發(fā)展需求的創(chuàng)新型、實用型復合人才。1.掌握信息科學、數(shù)據(jù)科學基礎知識和基本技能。2.熟練運用大數(shù)據(jù)、機器學習、深度學習、神經網(wǎng)絡等核心技術。3.面向智能產業(yè)和服務領域,適應智能系統(tǒng)開發(fā)、實施、維護和智能產品售前售后等崗位。4.知識結構符合產業(yè)需求,技能達到崗位要求。5.既具備扎實的理論基礎,又擁有強大的技術應用能力。（二）課程體系設計根據(jù)培養(yǎng)目標,構建公共基礎課和專業(yè)課兩大模塊。專業(yè)課分為基礎課、核心課和拓展課。1.公共基礎課:提供人文社科、思想政治等基礎教育。2.專業(yè)基礎課:學習計算機基礎、數(shù)學基礎等輔助知識。3.專業(yè)核心課:算法、算力、數(shù)據(jù)三大要素,從基礎到實踐,通過項目學習核心技術。4.專業(yè)拓展課:開設新技術、新應用等拓展模塊,拓寬知識面。5.根據(jù)人工智能實現(xiàn)要素設計課程體系,從基礎到提高,從簡單到復雜,循序漸進。6.理論教學和項目實訓相結合,知識與技能雙管齊下。（三）形成“五步閉環(huán)”運行模式2020年是第一屆人工智能技術服務專業(yè)招生，作為一個新興的專業(yè)，在新的人才培養(yǎng)模式中，應結合實際發(fā)展逐步完善，按照擬定人才培養(yǎng)目標我們擬定了“五步閉環(huán)”的運行機制：實施專業(yè)認知、設計課程體系、提升職業(yè)能力、評價教學效果、閉環(huán)循環(huán)，形成“五步閉環(huán)”運行模式。擬定人才培養(yǎng)目標，是結合實際技術的發(fā)展情況，確定人才培養(yǎng)模式及目標；實施專業(yè)認知，讓專業(yè)認知貫穿教育全過程，從基礎到深入，逐步理解人工智能技術服務專業(yè)的實際運用；設計課程體系，是結合實際技術發(fā)展與高職學生的接受程度，制定適應學生學習的課程體系；提升職業(yè)能力，是通過現(xiàn)代學徒制、產業(yè)學院、工程實訓中心等，利用技能競賽、培訓學習、項目實訓等方法，提升學生的實踐能力和崗位能力；評價教學效果，是在按照人才培養(yǎng)方案實施后，對學生獲得的知識與能力、就業(yè)情況、價值觀等的綜合評價?！拔宀介]環(huán)”模式實現(xiàn)了目標制定、專業(yè)學習、能力培養(yǎng)和質量評估的系統(tǒng)化和閉環(huán)化。每個環(huán)節(jié)既是對上一環(huán)節(jié)的繼承和發(fā)展,也是對上一環(huán)節(jié)的檢驗和反饋。前一個環(huán)節(jié)的輸出成果,會作為后一個環(huán)節(jié)的輸入依據(jù)。形成目標引領、知識傳遞、能力生成、質量監(jiān)控的閉環(huán)迭代。各環(huán)節(jié)相互制約、促進、完善,使培養(yǎng)模式不斷優(yōu)化。整個過程是一個循序漸進、密不可分的系統(tǒng)工程。閉環(huán)運行可確保人才培養(yǎng)質量持續(xù)提升,適應產業(yè)發(fā)展需求。這種閉環(huán)互動的培養(yǎng)模式,能夠促進新專業(yè)的快速成長和持續(xù)進步。人工智能實訓室建設方案人工智能實訓室的主要功能是為AI學習者提供一個仿真的訓練環(huán)境,讓學習者可以通過各種交互方式與AI系統(tǒng)進行溝通和訓練。實訓室需要具備以下功能:1.語音交互功能-實訓室需要具備語音識別和語音合成功能,可以與學習者進行語音對話。學習者可以通過語音命令控制AI系統(tǒng),AI系統(tǒng)也可以用語音的方式回答問題。2.自然語言處理-實訓室的AI系統(tǒng)需要具備自然語言理解和生成的能力,可以解析學習者的語音輸入,理解其意圖,并用自然的語言形式作出回應。3.視覺交互-實訓室可以包含攝像頭,可以讓AI系統(tǒng)分析場景和學習者的動作,支持基于視覺的交互。4.知識庫-實訓室需要包含知識庫,提供AI系統(tǒng)所需的各類知識,包括常識知識和專業(yè)知識,以支持與學習者的交互。知識庫還需要不斷擴充和優(yōu)化。5.情感識別-實訓室的AI系統(tǒng)還需要具備一定的情感識別能力,可以分析學習者的語調和表情,判斷其情感狀態(tài)。6.交互記錄和分析-實訓室需要記錄下學習者與AI系統(tǒng)的所有交互內容,并進行分析,找出交互中的問題,不斷優(yōu)化AI系統(tǒng)。7.可視化顯示-實訓室可以包含大屏幕,展示AI系統(tǒng)的工作流程、知識庫內容、交互分析等信息的可視化效果。8.仿真場景-實訓室可以設置不同的仿真場景,模擬教室、商店、醫(yī)院等環(huán)境,測試AI系統(tǒng)在不同場景下的交互效果。9.評估與反饋-實訓室需要提供評估與反饋功能,可以測試學習者的掌握程度,并給出相應的反饋建議。人工智能AI實訓平臺人工智能AI實訓平臺是一種用于人工智能學習和訓練的仿真平臺。它可以通過模擬各種實際場景和交互環(huán)境,讓學習者對話、操作或訓練人工智能系統(tǒng),提高AI系統(tǒng)的智能水平。該設備主要包含語音識別模塊、自然語言處理模塊、語義理解模塊、知識庫、視覺感知模塊、運動控制模塊等組件。它可以進行語音交互、圖像識別、場景理解、語義解析、運動規(guī)劃等功能。學習者可以通過語音或文字提出問題,設備會作出回答;可以讓設備看圖說話;也可以設置虛擬場景,讓設備進行交互和操作。該設備會記錄并分析所有交互數(shù)據(jù),找出設備的問題并不斷優(yōu)化。它還可以根據(jù)學習者的水平進行個性化訓練和評估。具備情感識別能力的設備還可以分析學習者的情緒狀態(tài)。使用可視化界面可以更直觀地顯示設備的工作過程。這種仿真實訓設備可以使AI學習者在安全的虛擬環(huán)境中與智能系統(tǒng)進行交互,提高學習效果。它是人工智能教學和研發(fā)中非常有價值的一種工具。(二）人工智能教學實訓云平臺人工智能教學實訓云平臺通過微服務架構實現(xiàn)了功能模塊的精準劃分,可以針對不同的教學需求進行個性化的功能組合。平臺采用了虛擬化技術,支持動態(tài)配置虛擬機的硬件資源,可以根據(jù)人工智能教學的不同階段彈性部署GPU、CPU、內存等虛擬資源?；陂_放的公有云,平臺實現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的全棧云解決方案,使得用戶可以按需獲得計算、存儲、網(wǎng)絡等資源。該云平臺支持人工智能各學科的在線教學、實訓、練習、互動等全流程應用,提供了專業(yè)的人工智能開發(fā)環(huán)境和工具,學生可以在云端環(huán)境進行算法編程、模型搭建、數(shù)據(jù)分析