北京航空航天大学:创新计算认知式高级图论学习模式

2020年4月26日—2021年4月25日,北京航空航天大学与北京百度网讯科技有限公司合作进行高级图论:面向人工智能图学习的新理论教学与实践体系构建项目,李建欣担任项目负责人。

据了解,围绕国家人工智能发展战略,图学习已成为计算机理论教育教学的新需求。本项目联合百度深度开展产学合作协同育人,主要取得了以下成果:

1.创新了计算认知式的高级图论学习模式,构建人工智能图学习的理论教学体系,强化培养学生计算思维和解决大规模复杂工程建模能力。

针对面向新一代人工智能、大数据等国家战略,以及理论基础教学对离散数学新型图论学习需求,课程团队结合在《图论》教学经验以及人工智能、大数据领域的研究积累,通过将验证程序等引入到理论教学,创新了计算认知式的高级图论学习模式。构建了计算机本科专业必修课教学《高级图论》教学体系,重构了高级图的表征、关系和运算理论教学内容,增设了面向人工智能、大数据的图表征、图学习、图计算等的先进理论教学知识,培养学生计算逻辑思维,提升大规模工程建模能力,夯实从事重大基础理论研究的基础。

2.建立了结合国家重大工程和应用的高级图论实践体系,形成教学资源和实训的“两库一平台”,强化高级图论课程在计算机理论与实际复杂应用间的桥梁作用。

图论是社会治理、智慧交通等领域关键离散数学知识,传统教学内容局限于图论基础理论方法,教师往往手工示范小规模示意图,与真实场景中亿级图规模计算理论方法有质的变化。本项目依托团队在深度学习国家工程实验室、大数据与智能高精尖创新中心等承担的交通、航空航天等重大工程任务,凝练典型案例,形成教学资源库、实践案例库和500多个知识点的实训认知平台的“两库一平台”。依托北航在线教学平台及百度飞桨图学习框架PGL搭建了高级图论智能教学实践环节,以主动计算认知方法,具象化了案例间的内在知识关联,从全局层面引导学生对图论中的算法与应用场景的认知,培养学生运用图论理论知识对重大工程和应用问题建模的能力,增强学生未来主动服务国家核心技术攻关的意识。

3.基于新理论教学与实践体系,形成面向新型理论教学的产学合作协同育人模式,强化高素质专门人才的培养。

围绕《高级图论》的新理论教学与实践体系构建,本项目通过组建教学团队和指导委员会,依托百度飞桨和AI Studio实现典型算法模型的共建共享,形成社交、交通等6大典型场景的智能图应用模型,已在百度AI平台部署开放。设计了一套教学团队成员协同教学与评估平台,具备了可持续的课程知识体系、教学案例设计,及学习效果检测、跟踪、反馈等核心教学活动的协同能力。基于共建课程与实践体系,加强深度学习国家工程实验室等的持续共建,为培养引领经济社会发展需要的高素质专门人才奠定基础。并借助新工科联盟、中国计算机学会、国家教指委等逐步在其他理论课程推广经验。

本项目围绕基础课程教学教育需求,实施教学内容和课程体系改革项目,形成面向人工智能图学习的新理论教学与实践体系,已投入到离散数学、科研课堂等教学,学生包括计算机、软件、人工智能等专业;以图学习和计算作为理论基础和科研实践支撑,项目团队指导本科生和研究生参与国内外科技创新实践和竞赛活动,获得包括华为杯全国智能设计大赛一等奖,第七届中国互联网+创新创业大赛北京赛区一等奖、全国知识图谱与语义计算大会CCKS专项一等奖和技术创新奖,全国大学生计算机博弈大赛一等奖、以及世界人工智能大会(WAIC)云帆奖;团队与马殿富教授共同编著1本教材《离散数学及其应用—Python建模与实现》入选计算机类教学指导委员会推荐的系统能力培养教材;并受邀报告推广,教师培训,实现实践资源共建共享,产教融合,成果创新性强,改革效果显著。

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