进阶科教融合20济南超算赋能新一代信息

思考和探索

国家超级计算济南中心

背景

随着新一代信息技术的迅猛发展，以云计算、大数据、人工智能、高性能计算为代表的新一代信息技术已经广泛应用于金融、电信、能源、政务、医疗等在内的各行各业，对人类的社会生产和生活产生了重大而深远的影响。

为保证信息技术产业的良性发展，国家非常重视对新一代信息技术教育的支持。截至目前，全国共审批通过六百多所高校建设数据科学与大数据技术专业，两百多所高校建设大数据管理与应用专业，三百多所高校建设人工智能专业。近日，教育部印发了《高等学校人工智能创新行动计划》，把高端人才培养作为人工智能发展的重中之重。伴随着新一代信息技术和产业的不断发展，将会对高校在新一代信息技术相关专业和方向上的人才培养提出更高更迫切的需求。

在高校开展新一代信息技术相关专业的教学过程中，实验实训教学是一个非常重要的教学环节。据调研，某高校信息学院本科“大数据技术原理与应用”课程，实验与理论教学课时比接近2：1。然而，高校在开展实验实训教学过程中，还存在缺少大规模分布式实验环境，实验的时间、地点不灵活，缺乏真实行业数据集，急需综合实训教学资源等痛点和难点问题。这些问题极大限制了实践教学的成效，也在一定程度上影响了新一代信息技术人才培养和高校办学质量。

实践教学的探索

科教深度融合既是世界科学技术发展的趋势，也是世界一流大学，一流学科建设的必然选择。年，教育部曾在发布的《高等学校“十三五”科学和技术发展规划》中明确指出“科教融合是现代高等教育的核心理念“。为支撑国家和山东省重大战略需求、增强经济社会发展创新力，全力进阶科教融合2.0势在必行。

国家超级计算济南中心（以下简称“济南超算”）作为国家级的科研机构，承担着科研和教学两种角色，深知目前高校在新一代信息技术教学方面的痛点和难点。因此，济南超算近年来积极探索科研与教学深度融合，使用科教融合的理念，解决教学实践过程中的问题，并形成了“实践平台+教学资源”的一体化实践教学解决方案。解决方案包含两个成果：水滴实验营在线实践教学平台和综合实践案例教学资源。

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成果一：水滴实验营在线实践教学平台

（1）使用济南超算强大的算力和资源作为支撑。济南超算建有山河超级计算云平台、神威E级原型机和山东省云计算中心等大科学装置，可以为水滴实验营提供超大规模的计算、网络和存储资源，解决了高校学生集中上课时，实验资源同时供给的问题。目前水滴实验营可以同时支持人在线同时实验。

（2）在线支持完整的教学实践过程。水滴实验营拥有MOOC和实验实训两大模块，可以支撑高校师生从理论教学、课后实验、学期实践、技能大赛、毕业设计等一系列的教学实践过程，为在校师生提供方便、灵活的在线教学和学习的功能。

（3）致力于打造课程生态。所有在水滴实验营注册的用户，都可以成为平台资源的生产者，为平台提供包括视频资源、课程资源、实验资源、案例资源等。通过平台方进行资源的成果转化和维护，保障优质成果的持续改进和发展。

（4）拥有丰富的产品线。目前，水滴实验营已经形成了以公有云服务为主，私有云产品、托管云产品、云桌面产品为辅的系列产品线，可以根据高校的需求不同，提供多种不同的解决方案。

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成果二：综合实践案例教学资源

济南超算有丰富的科研项目经历，目前也有大量的在研科研项目。科研项目是各类前沿技术的综合应用，通过对科研项目的脱敏、抽象、拆分，可以形成相关技术领域的多个综合实训案例，为不同专业、不同学生提供综合实训环节的支撑。

例如，山东省计算中心在研的山东省重点研发计划（重大科技创新工程）项目——《病理人工智能应用软件研发及产业化》，该项目涉及到三个主要的研究内容：（1）构建PB级海量异构病理数据的存储平台；（2）研究病理识别算法，并研发病理大数据及智能分析云平台；（3）建设病理生物样本与数据训练资源库。通过对该科研项目的脱敏、拆分、抽象，产生了四个可以应用于计算机相关专业实践教学的综合实训案例。并且覆盖了云计算、云存储、人工智能和软件工程领域。

从省重点研发计划项目中抽象出来的《基于Matlab+Python+Tensorflow的食管早癌病理图像智能分类案例》,以该案例为例，经历了人工智能科研项目中的主要研发流程，分别是：数据准备、模型设计、模型训练、模型测试及发布。

本案例涉及癌症病理图像采集、标注、预处理，深度学习模型训练、测试、发布等处理流程及编程操作，涵盖跨平台的Matlab软件、Python语言、Tensorflow深度学习框架的综合运用，可以实现食管早癌病理图像等级的智能分类，帮助大数据、人工智能专业学生进行计算机视觉与图像识别的实践使用。

目前综合实践案例教学资源涵盖了编程语言、操作系统基础、网络基础、云计算、大数据、人工智能、高性能计算等技术领域。平台共上线五十余门综合实践案例。

成果推广及应用

“实践平台+教学资源”的一体化实践教学解决方案在齐鲁工业大学的应用过程中成果显著，并成功推广应用到其他高校。

（1）水滴实验营支持了两期厦门大学举办的全国高校大数据课程教师培训交流班；

（2）水滴实验营支持了四次中科院空天研究院在斯里兰卡、老挝、越南举办的遥感技术服务培训，为卫星遥感大数据服务“一带一路”建设作出了贡献。

（3）水滴实验营在线支撑了重庆邮电大学、杭州师范大学、南阳师范学院、电子职业技术学院、龙岩学院和齐鲁工业大学的老师学生在线上课学习，并在疫情期间免费提供实训教学服务，实现了“停课不停学”的要求

（4）济南超算联合山东计算机学会连续承办了三届“济南超算杯”山东省大学生大数据智能大赛，共吸引了省内外各个高校支参赛队伍参加比赛，参赛学生达到了人。

（5）先后为齐鲁工业大学、山东大学、山东建筑大学、山东财经大学、哈工大威海分校、山东电子职业技术学院、南阳师范学院、重庆邮电大学等学校共计余人提供专业课程实验和项目实训服务，提供资源近万CPU核和内存，总机时小时。

总结

习近平总书记强调：“因应信息技术的发展，推动教育变革和创新，构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系，建设‘人人皆学、处处能学、时时可学’的学习型社会，培养大批创新人才，是人类共同面临的重大课题。”

信息技术的快速发展不仅深刻影响和改变着人们的生产生活方式，也为构建服务全民终身学习的教育体系提供了新引擎。新时代，济南超算还将继续探索科教产融合的方式，充分利用信息技术，为高等教育现代化助力，为进阶科教融合2.0作出贡献，构造更加完善的科研实践育人体系！

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