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1、黄井泉头歌教学研究中心2023年5月第 2 页内容纲要实践教学挑战实践科教环境典型应用示范123林子雨大数据课程应用示范高校人工智能课程应用示范第 3 页数据驱动的人工智能是第三次信息化浪潮的引擎7090800020104030信息化网络化智能化信息时代的三次浪潮集成电路的天花板数据海洋的天花板互联网数据驱动的机器学习第 4 页大数据技术与产业版图Big Data Landscape基础设施 NoSQL Hadoop NewSQL 集群服务 MPP 管理监控 图数据库 安全 存储 众包 数据转换 App开发 分析工具 分析平台 BI平台 机器学习 大数据搜索 商务分析 社会分析 非结构化数据
2、人工智能 分析工具 统计计算 数据可视化 日志分析应用领域 广告优化 媒体 营销 金融 法律 人力资源 政务 安全 教育 健康 工业 农业 大数据框架 数据流查询 数据存取 实时处理开源软件 统计工具 机器学习 数据市场数据源 产业数据源 传感器数据 孵化器 教育数据第 5 页人工智能技术与产业版图Artificial IntelligenceLandscape云计算系统 Google Oracle SkyTree IBM Amazon Cloudera基础设施 NVIDIA AMD Intel Qualcomm Microsoft Apple Inc开发工具 PyCharm Visual S
3、tudio IntelliJ IDEA IPython Jupyter Eclipse数据库与数据处理 Hadoop Bigstream Google AI Kafka Storm Kaggle计算平台与框架 Tensor Flow Paddle Paddle PyTorch Keras Mxnet NVIDIA CUDA数据可视化 Power BI Matplotlib Looker Pandas Alteryx Apache Drill 行业应用 Automotive Healthcare Cybersecurity RPA/BOTS NLP/NLU Assistants第 6 页数据科学
4、与大数据技术开设高校高校开设大数据课程Top10清华大学北京大学浙江大学国防科技大学北京航空航天大学 北京邮政大学 哈尔滨工业大学上海交通大学南京大学华中科技大学电子科技大学北京交通大学612+所高校大数据技术概论率与数理统计数据挖掘数据存储与管理信息可视化与可视分析高等数学集合与代数离散数学程序设计与算法大类基础课专业基础课专业核心课数据库原理数据结构全国高校数据科学与大数据技术专业开设情况通识类系统类平台类第 7 页信息技术类开设高校高校开设人工智能课程Top10北京大学中国科学院大学清华大学西安电子科技大学南京大学浙江大学哈尔滨工业大学复旦大学天津大学吉林大学南开大学上海交通大学346+
5、所高校人工智能导论数理统计机器学习原理及其应用深度学习原理及其应用模式识别原理高等数学概率论数据库原理线性代数程序设计与算法全国高校人工智能专业开设情况大类基础课专业基础课专业核心课通识类系统类平台类第 8 页从课程建设到专业建设知识讲解实践教学本科线上线下混合课程本科社会实践课程本科线下课程本科虚拟仿真课程本科线上课程高职精品课程.双万计划双高计划课程思政建设协同育人项目实验教学改革新型教材建设教学资源库建设虚拟教研室试点建设工程教育专业认证特色化示范性软件学院现代产业学院第 9 页挑战一 实践教学基础设施建设挑战ARM硬件固件操作系统云计算和大数据 应用开发工具类数据库技术产品用户市场产业
6、体系和人才体系需要全面打通:l 急需打通活动l 急需支撑平台需大力推进实践型课程运行平台创新:l 新型基础设施l 新型教育资源新生职业新人技术专家教育部教育厅学会联盟通识课程HR部门研发部门持续提升人员培训人才需求生态合作团队代谢创新创业人才招聘职业创新升级人才服务专业课程实践课程企业实习创新竞赛院校教育教学体系毕业生产业界教育界实验型课程虚仿型课程科研型课程产业型课程创新型课程第 10 页挑战二 实践型课程建设面临的挑战硬件固件开放技术架构操作系统技术体系云计算和计算机技术体系 应用开发工具类技术体系数据库技术体系用户市场产业技术产业方案仿真和计算工具体系技术覆盖难工具集成难教材配套难云计算
7、大数据物联网工业互联网区块链人工智能VR/AR智慧交通智慧能源智能制造智慧农业及水利智慧教育智慧医疗智慧文旅智慧家居智能政务行业应用领域大型工业领域新兴平台领域嵌入式领域关键基础领域实践型课程建设的技术支撑挑战:l 技术架构覆盖l 开发工具覆盖实践型课程建设的开发模式挑战:l 校企合作开发l 师生合作开发l 产教科教融合第 11 页挑战三 实践型课程应用面临的挑战工程实践项目真实系统真实应用在线运行在线评测教练结合多样化全栈化复杂性异构性融合理论与实践融合过程与效果融合线上与线下融合知识与能力产业平台科研平台教学平台教学资源实践型课程的实际应用挑战:l 引入教学条件l 引入教学活动实践型课程的
8、持续升级挑战:l 课程内容升级l 课程技术升级l 过程管理升级产业应用开放训练案例训练教学课堂课程改进难工具升级难数据汇聚难条件活动第 12 页内容纲要实践教学挑战实践科教环境典型应用示范123林子雨大数据课程应用示范高校人工智能课程应用示范第 13 页教育教学范式的拓展与升级现有教育体系技术单元视频范式互联网基础设施网络传播充分释放互联网的技术能量新型教育体系技术单元系统范式原理互联网基础设施网络传播互联网上的技术系统应得到有效利用系统系统系统体系结构教育+新技术教育+新业态教育+新模式系统范式内涵教育技术设施战略性升级第 14 页面向实践教学的软件开发群体化方法软件生产企业软件生产环境合同
9、驱动的软件生产活动软件创作创意驱动的软件创作活动软件开发涉众群体需求任务缺陷员工开发者经理极客大范围共享大众化协同持续性评估核心团队程序员第 15 页实践教学基本单元的体系结构硬件计算环境基础软件工具软件应用软件开发板编译优化测试数据硬件计算环境基础软件工具软件应用软件训练数据处理与存储系统训练数据硬件计算环境基础软件工具软件应用软件样本数据采集与标注系统数据治理硬件计算环境基础软件工具软件应用软件模型训练编译优化模型云化数字化第 16 页大规模开放在线实践平台技术原理面临挑战p“工具+技术+机器”有机组合?p 不同类型实践系统的快速构造?技术突破p 训练系统的通用体系结构p 开发与运维互操作
10、技术p 系统内组件的组合与连接方法提出了可重构软件体系结构,支持“软件+测试+工具+环境”的组合与连接,使训练系统具有可拆分、可评测、可演化、可传播等特性,为构建各类训练系统提供了通用参考模型。可配置运行环境工具平台软件代码开放在线实践训练系统开发运维任务自动化测试技术内容可重构软件体系结构云际化网络计算融合跨领域能力度量评测智能化导学分析决策第 17 页大规模开放在线实践平台技术原理面临挑战p 计算环境拓展?p 计算环境切换?p 并发性能优化?技术突破p 跨云资源调度p 多样化架构适配p 容器资源优化等可重构软件体系结构云际化网络计算融合跨领域能力度量评测智能化导学分析决策突破了云际化网络计
11、算融合系列关键技术,在跨云资源调度、多样化架构适配、容器资源优化等核心技术,为大规模实践系统运行与管理提供了高可靠支撑平台。第 18 页大规模开放在线实践平台技术原理面临挑战p 不同架构的评测?p 不同场景的评测?p 测试点的复用?技术突破p 通用测试框架p 多模态测试技术p 大规模测试程序库申请硬件资源构建运行环境部署实践项目测试目标系统查看运行结果输出评测结果启动评测框架运行目标系统实践系统评测框架可复用测试库提出了跨领域能力度量评测体系,支持对1000种以上开源技术架构的实践系统进行智能评测,累计500万行以上测试代码,实现了多维度多场景学习者能力的智能评测。可重构软件体系结构云际化网络
12、计算融合跨领域能力度量评测智能化导学分析决策第 19 页大规模开放在线实践平台技术原理面临挑战p 能力证据的提取?p 实践系统的推荐?p 工程问题的自动回答?技术突破p 实践系统智能推荐技术p 工程问题智能回答技术p 用户体验的图灵测试知识森林知识森林学习规划(强化学习路径生成)学习规划(强化学习路径生成)内容学生内容推荐(可解释的个性推荐)内容推荐(可解释的个性推荐)虚拟导师虚拟助教虚拟智能导师和助教虚拟智能导师和助教辅导答疑(可微可推理的问答)辅导答疑(可微可推理的问答)多模态数据多模态数据构建了智能化导学分析决策体系,支持对学习过程、训练过程、开发过程的全息记录,突破了智能导学、智能推荐
13、、智能问答等系列关键算法,构建了长周期图灵测试科学实验床。可重构软件体系结构云际化网络计算融合跨领域能力度量评测智能化导学分析决策第 20 页大规模开放在线实践平台技术原理在上述技术方向先后成功申报4项国家重点研发计划和新一代人工智能重大专项的课题支持,申请12项专利、43项软著。可重构软件体系结构云际化网络计算融合跨领域能力度量评测智能化导学分析决策第 21 页开放在线在线实践项目的应用形态实践项目特点所有编程语言所有开发工具所有运行环境打通教学课堂打通实践评测打通专业认证知识点讲解实战环境练习智能评测反馈第 22 页实践教学基本单元的应用形态:技术覆盖工程教育项目特点 所有编程语言 所有开
14、发工具 所有运行环境 教学课堂打通 过程评测打通 专业认证打通1、在线编程环境2、远程桌面环境3、远程命令行环境4、交互式笔记环境5、协同开发环境6、虚拟仿真环境RPA代码托管问题跟踪合并协作CI/CD质量分析第 23 页实践教学基本单元的应用场景:模式覆盖面向教学的项目毕业设计项目毕业设计选题毕业项目设计毕业项目展示毕业论文写作研究实验项目论文实验再现在线实验体验实验研究改进实验持续服务创新开发项目研究项目选题研究环境搭建项目代码开发项目应用服务第 24 页实践教学基本单元的应用场景:业态覆盖面向科教的自主软件工具的研发和升级。引入实践教学引入毕业设计引入科研项目推动产业应用教育部产学合作协
15、同育人项目全国高校计算机教育研究会教研课题CircuitJS1鲲鹏飞腾达梦麒麟金仓用友龙芯昇腾第 25 页实践教学基本单元的应用场景:科教覆盖面向工程教育的科教创新与研发体系。沉浸教学情境理解智能导学群体组织成效评测头歌在线科教支撑环境通用软件工程开发环境大数据平台人工智能平台数据探索方案设计环境评价算法设计项目部署成果发表数据治理模型开发模型测试模型应用工程应用项目场景配置第 26 页开放在线实践项目的集成开发环境第 27 页头歌人工智能专业课程体系人工智能基础人工智能数学概论数据挖掘与分析机器学习技术深度学习技术图像处理技术计算机视觉技术机器视觉开发数字语音处理与识别技术自然语言处理技术智
16、能应用系统开发综合案例 800+实验案例 20000+实践课程 200+快速增长中 第 28 页头歌大数据专业课程体系相关专业课程体系课程内容警务金融娱乐交通医疗工业传媒大数据+领域军用化工基础课必修课选修课教育体育影视商务电商旅游共享 计算机基础数据科学导论 数据采集与预处理大数据分析 大数据存储与管理数据挖掘物联网导论大数据安全人工智能导论机器学习基础深度学习数据结构操作系统数据库原理与应用程序设计离散数学数据仓库数据可视化数字可视化数据挖掘大数据分析与应用数据采集与预处理数据科学导论综合案例 400+实验案例 20000+题库数量 10000+快速增长中 第 29 页林子雨教授大数据专业
17、课程体系所有课程全部在头歌平台上线,涵盖授课视频、实验实训、讲义PPT、教学大纲等第 30 页内容纲要实践教学挑战实践科教环境典型应用示范123林子雨大数据课程应用示范高校人工智能课程应用示范第 31 页头歌大数据与人工智能专业平台与资源应用场景实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景练习类实践应用类实践综合性实践开放性实践实践课程:用在线计算机系统定义的课程第 32 页国防科技大学 大学计算大学计算|计算思维与工程能力训练2019年度国家一流在线课程实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景第 33 页清华大学计图(J
18、ittor)深度学习框架及实践课程构建了4个章节、27个实训项目,共计19个实践任务,有19所高校利用平台开设实验课堂。课程将全面、系统地介绍计图(Jittor)深度学习框架的基础模块、模型训练测试流程、基础网络结构编写、计算机视觉任务实现以及模型库的使用。由浅入深的Jittor深度学习框架丰富的实验挑战实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景第 34 页北京大学深度神经网络n 深度神经网络北京大学博雅特聘教授杰出青年基金获得者IEEE Fellow实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景第 35 页南京大学机器学习n
19、 机器学习理论与实践聚焦机器学习原理与实践,配套周志华教授机器学习,构建了6个章节、24个实训项目,共计65个实践任务,有130余所高校利用平台开设了237个实验课堂,超过8500名学生完成了课程实验或自主学习实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景第 36 页湖南大学计算与人工智能概论n 计算与人工智能概论创建17个课堂、覆盖全校21个专业类别,学生评测超过17万次,在线时间超过160万分钟多样化题型、规模化题库多样化题型、规模化题库一体化手段、智能化评测一体化手段、智能化评测国家级线上线下混合式在线课程实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实
20、验室建设场景教学成果建设场景第 37 页国防科技大学数据科学导论n 国防科技大学数据科学导论数据挖掘大学计算机基础数据挖掘计算机组成原理等等唐九阳 教授国防科技大学大数据工程专业负责人实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景第 38 页北京语言大学大数据可视化应用n 北京语言大学 大数据可视化应用初步(基于FineBIFineBI)、财务大数据可视化等等李吉梅 教授北京语言大学教育部课程思政教学名师实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景第 39 页林子雨教授大数据专业系列课程实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应
21、用场景实验室建设场景教学成果建设场景Python程序设计基础教程实验案例 125+视频教案 102+课程以领域应用问题作为实践主体,培养学生使用计算机解决实际应用问题的方法和技能第 40 页实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景大数据导论训练任务 210 个视频教案 107 个林子雨教授大数据专业系列课程提供通识课和专业课两个版本让学生能够系统的了解大数据专业知识体系,形成对大数据专业的整体认知第 41 页林子雨教授大数据专业系列课程实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景数据采集与预处理第 42 页林子雨教授大数据
22、专业系列课程实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景Spark 编程基础应用案例 23 个视频教案 100 个 实践项目 15 个提供Python和Scale两个版本第 43 页林子雨教授大数据专业系列课程实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场景Flink 编程基础(Scala 版)视频教案 98 个实践项目 8 个应用案例 26个培养学生使用Flink技术解决实际科研问题和未来从事大数据相关工作奠定基础第 44 页林子雨教授大数据专业系列课程实践课程建设场景实践教学应用场景科研创新应用场景实验室建设场景教学成果建设场
23、景大数据技术原理与应用视频教案 132 个案例贯穿式教学实训任务 280 个第 45 页哈尔滨工业大学-计算思维导论实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景哈工大战德臣教授,计算思维导论,2023101计划课程:计算思维导论实践课程与案例第 46 页上海交通大学现代操作系统实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景n 400余所院校开始使用和反馈。第 47 页南京大学数字逻辑与计算机组成原理实验实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景第 48 页华中科技大学-计算机组成原理实践课程建
24、设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景围绕计算机CPU设计构建了18个实训项目,共计131个实践任务,有942所高校利用头歌平台开设了实验课,顺利开展实验教学,46178余名学生完成了课程实验,并出版计算机组成原理配套教材第 49 页高校在线实践案例与课程的大规模教学应用流程实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景创建在线教学课堂发送实践项目/任务学生自主学习训练持续反馈持续教研1、创建教学课堂2、发送实践案例/任务4、持续反馈、持续教研3、学生自主学习训练边学边练边练边测边学边问边练边探第 50 页布置到课程班级实践课程建设
25、场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景在线实践教学大规模教学应用:实践任务管理选用实验任务第 51 页在线实践教学大规模教学应用:智能评测分析实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景实验作业自动批改自动形成大数据学习报告第 52 页在线实践大规模教学应用:代码多维分析实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景代码查重分析代码质量分析第 53 页在线实践教学大规模教学应用:测试考核 8大题型灵活组合 定时开考、收卷 自动阅卷 实时成绩分析统计 购物式选题组卷 题库随机抽题 智能录入考卷 试题批量
26、导入 线上不定时拍照 自定义IP限制 沉浸模式切屏监控 智能查重实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景第 54 页在线实践教学大规模教学应用:教学评测实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景第 55 页大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景选择模板修改参数启动环境修改系统保存环境科研开发环境自定义构建流程第 56 页创建项目提交代码分配任务项目管理在线测试大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练
27、场景实验室建设场景教学成果建设场景CI/CD企业级协同开发环境第 57 页大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景降低设计数据处理流程难度Web客户端,只要浏览器即可使用拖拽式流程设计拥有299种处理节点,足够应付各种ETL应用多种处理节点节点运行状态实时监测故障报警运行状态总览运维支持功能数据交付保证优先级队列数据缓冲和背压机制数据流QoS数据加密传输持久性队列设计支持集群部署,满足不同数据规模的处理集群部署设计专用大数据工程治理平台第 58 页大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场
28、景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景专用大数据可视化平台第 59 页大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景专用数据标注平台第 60 页大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景集成机器算法库分类算法、聚类算法、SVM支持AI框架Tensorflow、PyTorch、PaddlePaddle、sklearn等提高模型训练速度资源管理器支持文件、目录的管理即时反馈代码执行结果分段代码执行,结果直接显示模块化界面标签式管理窗口专用人工
29、智能一站式开发平台第 61 页大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景API数据互通API数据互通API数据互通计算资源.调度工具动态调度虚拟仿真实验环境开发环境仿真环境模型案例库模型设计组件软硬互联组件3D游戏引擎自主三维仿真建模虚拟仿真运行引擎沉浸式交互实操体验实验实训仿真推演专用虚拟仿真推演平台第 62 页大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景实验实践教学模式线下模式线上模式混合模式网院模式教科模式原创模式虚仿模式技术与服务模式运营
30、与发展模式机房模式科教模式数字化专业实验室建设模式第 63 页大数据与人工智能专业实践教学典型应用示范实践课程建设场景实践教学应用场景科研开发训练场景实验室建设场景教学成果建设场景教学改革项目教师能力证书创新大赛获奖学生能力证书各级教学成果深造就业案例课堂教学课程实验校企综合实训能力认证毕业实习就业推荐课程建设成果专业建设成果学生创新成果人才输出成果专业品牌成果竞赛培训第 64 页头歌实践教学环境的应用与价值分析服务2700家高校,支持200万以上师生实验教学与创新,含90%以上985和211高校,教育部发布首批推荐高校在线教学解决方案。在线课程+在线实践MOOC+MOOP示范推广产业规模产业
31、带动标准规范第 65 页头歌实践教学环境的应用与价值分析示范推广产业规模产业带动标准规范线上一流课程虚拟仿真一流课程线上线下混合课程高职精品课程超过3万名高校教师在头歌开展实践教学和实验创新。第 66 页头歌实践教学环境的应用与价值分析示范推广产业规模产业带动标准规范新型教材配套在线实验运行平台邮歌同赏工歌昂扬艾歌方兴清歌嘹亮高歌猛进华歌九章电歌铿锵业歌长鸿第 67 页头歌实践教学环境的应用与价值分析示范推广产业规模产业带动标准规范国家十四五规划要求推进教育新型基础设施建设,构建高质量教育支持体系。新型实践教育面对的是一个万亿级的数字化教育科技市场。2021年全国教育总投入近6万亿元 2020
32、年全国教育总投入为4.6万亿元,高教经费1.2万亿元 2021年全国教育总投入近5.8万亿元+教育领域扩大投资 职业与行业培训基础设施课程体系亟待升级千亿级市场第 68 页头歌实践教学环境的应用与价值分析鲲鹏飞腾达梦麒麟金仓用友龙芯昇腾联营联运型产业解决方案示范推广产业规模产业带动标准规范产品集成型产业解决方案第 69 页头歌实践教学环境的应用与价值分析示范推广产业规模产业带动标准规范2022年工信部从全国遴选了来自735家单位的1018个有效方案,其中336个方案进入总评答辩会。据最新消息,头歌拟入围2022年信息技术应用创新典型解决方案。第 70 页头歌实践教学环境的应用与价值分析示范推广
33、产业规模产业带动标准规范产教各界基于头歌研发的在线实践型课程的增长态势第 71 页头歌实践教学环境的应用与价值分析示范推广产业规模产业带动标准规范头歌团队作为主要执笔者或核心参与者,推动行业技术与产品升级。第 72 页科教数字化与智能化升级趋势之一科教平台数字化资源建设体系课程/实验资源建设体系仿真项目建设体系能力图谱建设体系智慧化教育服务体系在线课程/实验/教材体系在线教学/实验/教材体系在线分析决策体系在线化开发工具支撑体系云计算平台大数据平台人工智能平台知识图谱平台区块链平台软件开发工具平台第 73 页“智能化+自主化”的高校实践教学创新生态群体使能的实践教学智能+群体大数据使能的实践教学智能科教数字化与智能化升级趋势之二机器智能人类智能信息化数字化自主化信息化数字化自动化智能化自主化自动化智能化科教工具产教工具评价工具实践教学社会活动空间实践教学大数据/标注空间第 74 页推动高校大数据和人工智能专业建设数字化和实践化驱动计算机教学与科研模式升级