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摘要：为了更好地构建和优化新工科背景下人工智能创新人才培养体系，文章首先分析了高校人工智能创 新人才培养现状，然后阐述了面向新工科的高校人工智能创新实验室建设，包括建设目标、建设规划、建设 内容、实践探索、预期效益。
人工智能是引领新一轮科技革命和产业变革的 战略性技术，能产生带动性很强的“头雁”效应，也是 实现跨越式发展、产业优化升级、生产力整体跃升的 重要战略资源。为了加强高校人工智能专业人才的培 养，近年来我国相继出台了一系列政策予以支持。2017 年，《新一代人工智能发展规划》[1]和《促进新一代人工 智能产业发展三年行动计划(2018—2020 年)》[2] 的印 发标志着人工智能产业开始上升为国家战略 。2018 年，教育部印发的《高等学校人工智能创新行动计划》 明确指出，要加快人工智能领域学科建设，加强人工 智能领域专业建设，加强人工智能领域人才培养，构 建人工智能多层次教育体系[3]。同时，国家将以人工智 能为代表的新一代信息技术作为“十四五”期间推动 经济高质量发展，建设创新型国家，实现新型工业化 、 信息化、城镇化和农业现代化的重要技术保障与核心 驱动力之一。
自 2019 年起，国内一批高校积极响应社会与产 业需要，相继开设了人工智能专业，有力推动了人工 智能人才体系的健全发展 。但是与我国人工智能产 业的高速发展及相关创新人才的井喷式需求增长相 比， 高校在人工智能创新人才培养方面却存在显著 滞后问题。而在新工科建设的新环境、新趋势和新要 求下，学生不仅要掌握人工智能专业相关理论知识， 更重要的是具备运用专业知识解决复杂人工智能工 程问题的实践能力，因此实践教学发挥着不可替代的 重要作用[4 -5] 。笔者认为，专业实验室建设是契合新 工科内涵并开展人工智能实践教学的重要基础，也是提升人工智能创新人才培养质量的有力保障 。为 此，本文拟在分析高校人工智能创新人才培养现状的 基础上，对面向新工科的高校人工智能创新实验室建 设进行探索。
一、高校人工智能创新人才培养现状
( 一)教学模式未能及时转变
新工科背景下，高校人工智能专业教学应紧密围 绕工程教育改革的新理念开展，着重培养学生的创新 思维和工程思维，提高学生运用专业知识分析和解决 复杂问题的能力 。虽然距离首批人工智能专业开设已 有几年时间，但该专业在人才培养过程中仍然存在着 “重理论，轻实践”的现象，教学模式未能及时转变。众 所周知，人工智能作为典型的新工科专业，具有极强 的跨学科综合性和较高的面向应用领域的知识运用 要求，其知识传递和综合能力培养需要通过大量实践 来完成，故传统的理论讲授为主的教学模式已经无法 适应人工智能创新人才培养的需要。
(二)缺乏完善的实践课程体系
目前，相当一部分高校的人工智能专业依托其原 有的计算机或自动化相关学科[6-7]，在实践课程的开设 方面往往过度依赖原有学科的实践课程体系，通过增 减部分课程完成课程体系的迁移，导致实践课程之间 缺乏系统性和完整性，难以形成“产、学、研、用”一体 化的有机体系，无法有效提升学生综合运用专业知识 解决复杂人工智能问题的能力。
(三)缺少专用实践环境支撑
由于场地和资金等方面的限制，部分高校无法为人工智能专业配备针对性的专用实践环境 。例如，依 托原有的软件开发、数据库、计算机网络、自动控制等 相关实践环境开展实践教学[8]，缺少专门的面向人工 智能实践要求开发的设备、平台、工具及数据资源，导 致对部分人工智能关键技术与能力的实践培养存在 缺失。
(四)综合性实践案例和复合型实训项目匮乏
人工智能专业相关知识与技术具有综合性强、发 展速度快等特点，高校往往难以独立设计出既与前沿 技术广泛融合又与行业需要紧密相关的应用案例和 实训项目 。仅仅凭借讲授型、验证型或简单设计型实 验内容，难以训练学生对不同课程和方向的知识技能 进行综合运用与延伸拓展的能力，也容易造成“产、学、 研、用”的脱节，在一些产业领域甚至造成了复合型人 才供给不足的局面。
面向新工科建设背景下人工智能创新人才培养 需要，本文拟围绕人工智能创新实验室建设开展研究 与探索，以便为解决上述问题提供有益参考。
二、面向新工科的高校人工智能创新实验室建设
笔者现结合山西大学(以下简称“我校”)，对面向 新工科的高校人工智能创新实验室建设加以论述。我 校于 2022 年 2 月获准增设人工智能专业， 该专业依 托计算机科学与技术学科，同年 6 月开始招生。此前， 计算机科学与技术学科已具备了面向计算机网络、大 数据、软件开发、数据库、体系结构与组成原理、算法 设计等多个课程群的专业实验室，基本能满足对人工 智能专业核心课程的实践教学支撑。为了加快人工智 能专业建设步伐， 进一步完善创新型基础设施构建， 促进创新型、复合型人才培养，深化“产、学、研、用”一 体化融合，我校开展了面向新工科的人工智能创新实 验室建设工作。
( 一)建设目标
我校结合当前人工智能产业需求和计算机科学 与技术学科发展优势，通过创新实验室的规划建设， 探索人工智能领域“产、学、研、用”一体化的人才培 养模式，促进人工智能专业发展与新工科建设内涵 进一步契合，加速培养具备人工智能技术应用开发、 数据算法、架构设计、系统管理与维护等能力的工程 应用人才 。第一，创新实验室建设将为本专业实践课 程的开设及综合实训项目的实施提供丰富的环境与 资源支撑，如实验方案、数据资源、算力资源、行业案例及模拟环境等 。第二，通过强化创新实验室建设， 丰富和改进实践教学内容， 促进实践教学体系进一 步完善，不断提升实践教学质量，切实保障实践教学 环节对培养学生知识运用与转化能力的积极作用 。 第三，依托创新实验室，为组织学生参加各类学科 竞赛及创新创业项目提供训练场地与竞赛资源保 障。第四，借助创新实验室提供的数据和算力资源， 进一步优化本专业教师开展科学研究和技术开发 时的仿真环境与技术工具，提升其服务地方经济发 展的能力 。第五，以创新实验室为平台，开展校企合 作、师资交流、实践资源开发等多种形式的产教融合 实践。
(二)建设规划
我校面向人工智能专业课程体系优化、教学科研 资源打造、校企合作、师资提升、实习实训、竞赛与认 证等多维度建设目标，进行了如下创新实验室建设规 划 。①面向新工科建设要求和产业人才需要，以人工 智能专业人才培养计划为指导，对专业课程体系进行 持续优化和不断完善 。②完成算力中心基础环境建 设，包括人工智能开发实验平台、科研平台、管理节点 平台、算力节点平台、网络交换设备等，为创新实验室 提供基础算力和应用环境保障。③完成人工智能学习 终端建设，包括人工智能学习套件、终端开发与模型 训练环境等边缘计算资源，为实践教学参与者提供资 源分配和实践环境支撑。④完成人工智能实践课程资 源建设，即围绕本专业核心课程及交叉复合类课程开 发实践教学资源，形成对人才培养方案的支撑 。⑤构 建人工智能综合实训平台， 包括自动驾驶实训平台、 工业产品缺陷检测套件、视频增强项目实训等，并在 相关技术领域内满足综合课程设计、学科竞赛、校企 合作、创新创业训练、科学研究等需要。
(三)建设内容
我校人工智能创新实验室建设内容主要包括课 程体系建设 、教学资源建设 、实验平台及 IT 环境建 设、实验终端环境建设、应用实训平台建设。
1.课程体系建设。立足当代创新人才培养需求，充 分发挥科研优势，我校人工智能专业构建了以“科学 精神、智能思维、创新能力”为核心的育人模式，不断 完善“厚基础、重实践、强特色”的创新型人才培养知 识体系，形成了“产教融合、学科交叉、国际合作”的良 好育人生态 。在创新实验室建设中， 我校立足人工智能产业岗位需求，以人才培养计划为指导，以新工科 创新人才培养为目标，对课程体系进行了修订，对课 程结构、学时分配、理论与实践比例、教学大纲、教学 内容等进行了调整和优化，使其紧密契合当前人工智 能领域专业人才需求和相关产业发展趋势。
2.教学资源建设 。我校通过科研团队与教学团队 双向互动，将学院科研成果深度融入人工智能专业课 程体系，不断丰富和完善教学资源建设，内容涵盖了 专业核心实践课程、自主选修课程及新工科项目制课 程 。面向专业核心实践课程，通过对教材、课件、重难 点、作业、实验、随堂测验试题、期末试卷等资源进行 整理、完善和综合，形成了丰富完备的核心实践课程 教学资源 。在自主选修课程方面，引入了英特尔原生 人工智能课程作为补充资源，为学生的专业知识拓展 和实践能力提升提供了广泛的选择空间。这些原生人 工智能课程涵盖算法设计、硬件构架及软件开发三个 方面的理论学习与项目实践，层层深入、步步递进。此 外， 选定 1—2 门专业核心课程开展新工科项目制课 程建设，以项目制为主导，采用“混合式课堂教学+研 讨教学+项目教学”的教学方式[9]，将人工智能核心教 学内容通过知识边界的重新划分、教学方式的改变及 核心知识考查方法的改革，形成一系列人工智能实践 教学精品资源。
3.实验平台及 IT 环境建设 。我校人工智能创新 实验室围绕专业课程体系， 以云服务模式构建综合 管理实验平台，即将硬件资源进行集中调度分配，实 现对大规模 CPU、GPU、DPU 等各类分布式算力的管 理， 同时利用容器技术对计算和存储资源进行虚拟 化，以智能调度的方式对外提供计算服务，并依托开 源分布式计算框架和深度学习框架实现对多种模型 的训练、推理和部署 。实验平台总体架构由物理基础 层、虚拟支撑层、教学资源层、业务应用层和用户接 口层构成 。物理基础层为整个平台提供底层硬件支 撑， 这些硬件资源的配置及数量决定了平台的最大 并发量 。虚拟支撑层使用 Kubernetes 管理 Service、 Computer、PVC、PV 等容器应用， 由 Docker 提供容器 环境支持，NFS 提供存储功能 。教学资源层提供课程 内容、实践案例、实验数据、教学视频、试题试卷、环 境镜像等各类资源，可提供支持 TensorFlow、Pytorch、 Caffe、Keras 等主流框架在内的实验环境[10]。业务应用 层提供资源监控、系统日志、用户管理、课程管理、实验管理、交互编程、进度保护、题库管理 、在线考试、 智能分析等功能 。用户接口层实现了用户权限和操 作环境的分配管理，为各类平台使用者提供管理、教 学、实验、科研等不同功能。
我校人工智能创新实验室的实践教学需要充足 的算力支撑，故需通过高性能管理节点、计算节点和 网络设备的集成构建实验室核心算力池， 以校园网 私有云形式为师生开展科学研究和实践教学提供资 源环境 。另外，管理节点提供云存储和统一资源调度 功能，计算节点配备先进的 NV 图形显示卡，提供强 大的算力保障 。此外，为提升 GPU 综合利用率，通过 GPU 池化技术实现对用户透明的算力资源分配、动 态管理和弹性扩展[11]。
4.实验终端环境建设 。我校人工智能创新实验室 创新性地使用了人工智能学习套件与边缘开发系统 协作的教师和学生终端建设模式。人工智能学习套件 基于 NUC 开发， 可实现 CPU、GPU、VPU 三种异构芯 片的融合，能满足对不同类型计算任务和模型训练的 本地化支持[12]。该套件内置大量丰富的实验案例、模型 和数据集等资源，可从实验模块、业务方向和难易程 度进行体系的规划分类 。 同时，我校配合部署边缘开 发系统，在课程资源、算力资源、实验环境、部署环境 等多个维度上实施“云端+边缘”的协作模式，大大提 升了实践教学、科学研究、竞赛实训等多种需求下实 验室资源的支撑能力和利用效率。
5.应用实训平台建设 。我校结合计算机科学与技 术学科发展优势和人工智能专业人才培养目标，以交 叉学科的前沿问题为主要内容，设计面向多学科融合 且具有探索性和创新性的实训项目，建设了“车路协 同和自动驾驶先导实训平台”“智能协作机器人及应 用实训平台”“AI 工业互联网综合实验平台”三个应 用实训平台。借助这些应用实训平台，通过多场景、全 过程的实践教学，能够帮助学生建立基于人工智能方 法解决复杂工程问题的思维，提高对多学科知识与专 业技能的综合应用能力。
(四)实践探索
我校人工智能专业始终坚持探索科教融合实践 路径，面向省内重点行业的人工智能应用需求，借助 创新实验室积极开展如下实践探索。
1.智慧环卫 。我校人工智能创新实验室面向城市 建筑垃圾产生、清运、消纳的全过程监督管理，围绕其中的监控预警、协同作业、智能决策、综合考评、分析 预测等主要任务，针对综合一体化大数据平台构建、 智慧化规划与调度、全域精准管控、演化趋势分析等 关键技术问题，运用人工智能理论、大数据技术及J2EE 开发技术实现了城市建筑垃圾智能化综合监管。
2.智慧科技服务 。我校人工智能创新实验室通过 校企合作，围绕科技服务中的科技咨询、技术转移、技 术推广、科技评估、技术孵化、科技信息交流等服务需 要和各类突出问题，基于科技大数据多源采集，以机 器学习、数据挖掘和自然语言处理技术为支撑，建立 基于企业需求和政策信息的精准推荐模型，构建企业 创新活跃度评价指标体系和评价模型，以实现科技服 务模式的智能化。
3.智慧矿山 。我校人工智能创新实验室面向矿山 场景，利用高清视频监控设备和 5G 网络采集传输井 下实时监控影像，借助机器视觉技术识别人员违规操 作、物品危险状态及设备运作情况等，及时发出监测 预警 。基于矿山物理空间的数字孪生与深度学习方 法，构建全矿山感知、边缘计算和数据驱动的智能矿 山体系，实现对矿井的远程全方位可视化监测，以及 对采矿机位置、速度、矿内环境及运行温度的实时感 知，以实现智能感知、智慧管控和智慧决策。
(五)预期效益
1.提升实践教学质量 。我校人工智能创新实验室 建设为实验实训、学科竞赛、科研训练等多种形式的 实践教学活动提供了强大的资源环境支撑，将显著提 升人工智能相关领域的实践教学质量及学生的实践 能力和创新水平，特别是有利于培养学生解决人工智 能复杂工程问题的能力。
2.优化人才培养体系 。我校人工智能创新实验室 在支撑人工智能专业实践教学的基础上，充分考虑了 与大数据、物联网、信息安全等先进技术的有机融合， 既能通过实验实训培养学生对“人工智能+X”知识与 技能的综合运用能力，又能紧贴技术发展前沿和企业 实际需求， 为学生的就业和深造打下坚实的实践基 础。换言之，创新实验室的建设将有利于不断完善“厚 基础、重实践、强特色”的创新型人才培养知识体系， 形成“产教融合、学科交叉”的良好育人生态。
3.深化科教融合。我校依托人工智能创新实验室， 开展科研团队与教学团队的双向互动，积极将科研成 果深度融入课程体系，将之转化为实践教学资源 。在 此基础上，深入推动科教融合，不断强化协同育人，聚焦人工智能领域科技前沿，立足山西经济转型发展需 要，构建以“科学精神、智能思维、创新能力”为核心的 育人模式。
三、结语
本文分析了新工科背景下高校人工智能创新人 才培养面临的问题，在此基础上以我校为例，对面向 新工科的高校人工智能创新实验室建设进行了论述。 我校以新工科建设内涵为指引， 面向课程体系优化、 教学科研资源打造、校企合作、师资提升、实习实训等 多个维度确立了建设目标， 开展了实验室建设规划， 接着围绕课程体系、教学资源、实验平台及 IT 环境、 实验终端环境、应用实训平台等建设内容讨论了实验 室建设方案，最后依托人工智能创新实验室，面向山 西经济转型发展需要开展一系列创新实践探索，对实 验室产生的预期效益进行了分析。本文为高校人工智 能专业创新实验室的建设提供了有益参考和示范，对 新工科背景下人工智能创新人才培养体系的构建和 优化也具有重要的积极意义。
参考文献：
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