在中小学普及人工智能教育不仅需要合适的工具和课程，还需要本地的人工智能教学平台。各种人工智能实验的开展，都需要借助特定的软硬件环境支持。OpenHydra是在这一背景下推出的国产开源项目，用于搭建一个本地的人工智能教学平台。本文分析了中小学人工智能教学平台的核心功能，并介绍了在一台算力服务器上快速搭建OpenHydra的过程，最后对OpenHydra项目提出了新的期望。
当数据、算法和算力被公认为是人工智能时代的三驾马车时，这就意味着生物启发式方法（搭建深度神经网络并在数据中获取智能）已经成为人工智能最重要的研究范式。中小学人工智能教育需要密切围绕“模型”开展，不能仅停留在体验和应用模型层面，还要尝试收集数据并训练、部署模型，在亲历“智能从无到有”的流程中理解模型。令人惊喜的是，随着以Keras、XEdu为代表的人工智能学习和开发工具的出现，学生只要借助少量代码甚至不写代码就能训练出人工智能模型。如果拥有合适的数据，完全可以做到解决各种真实问题。
中小学人工智能教学平台的核心功能分析
1.算力分割管理
虽然借助XEdu一键安装包，在任何一台win7以上电脑上都可以开展人工智能教学，但是训练模型仅限于CPU环境，做对算力要求不高的机器学习和全连接神经网络的实验。至于基于卷积神经的图像分类和目标识别实验，没有支持CUDA（NVIDIA推出的通用并行计算架构）的GPU设备，一节课很难完成教学任务。从性价比和维护难度看，买一台算力服务器比为每一台学生电脑配置GPU的做法要更合适。
需要强调的是，人工智能教育并不是针对少数人的高端课程，大部分学校的人工智能课是面向一个班级开展的。因此，用于教学的算力服务器需要支持30～40人的并发量。一般来说，一块24G的显卡一般可以切分为4份来使用，这样一计算，支持一个班级至少需要2～4块显卡。即便如此，40人的班级还要分组，让2～3人使用1个GPU容器，毕竟GPU设备太贵了。
2.学习环境管理
目前，适合中小学生学习人工智能的环境有XEdu等。XEdu实际上是由MMEdu、BaseML、BaseNN和XEduhub等一系列Python库组成的，涵盖了Pytorch和sklearn等必备的人工智能学习框架。除此之外，Keras和PaddlePaddle也值得作为学习环境，完成一些特定的实验。为了避免Python库的版本冲突，这一平台最好能支持多个容器。
用OpenHydra搭建人工智能教学平台的过程
1.服务器软件准备
对于熟悉算力管理的高手来说，可以在K8S系统上直接安装OpenHydra的插件。对中小学来说推荐使用编译好的OpenHydra镜像文件来安装。只要将编译好的ISO文件烧录到U盘上，然后用这个U盘系统引导电脑启动，即可一步一步完成OpenHydra系统的安装。
2.启动服务器并设置IP地址
3.测试教学平台
在系统安装完成后，重启电脑后在显示器上看到如下图所示的信息，说明一切准备就绪，不需要再做任何操作，就可以开始上课了。
对学生而言，在OpenHydra上打开实验环境，将启动jupyter页面（如下图）。
对OpenHydra的更多功能期待
经过测试，OpenHydra的安装和配置简单，界面友好，很好地解决了算力分割的问题。但因为项目刚刚发布，还需要进一步完善。目前，OpenHydra社区汇聚了大量开源的AI开发工具和AI教学实践项目，尤其期待多方力量的加入，让这个系统能实现更多的功能。
1.支持更多的容器环境
如下图所示，目前OpenHydra的内置容器只有XEdu标准版，还需要加入Keras、PaddlePaddle的容器。即使XEdu版本也应该有IOAI版本（AIO奥林匹克专用）、不同的教材版本等。甚至一些用户数量较大的课程也可以封装为一个独立的版本。这些容器可以由管理员或者教师来手动更新，自由选择。
2.支持在线更新课程资源
目前，OpenHydra团队提供了课程模板，按照一定规范即可为这个项目提供标准课程。但是，人工智能的课程往往会内置特定的数据集，而深度学习的数据集都很多，少的数百张图片，多的数万张。那这些课程资源存放在哪里？如何更新？如果不设计在线增量更新的方式，肯定会限制后续的发展。
3.支持更多算力设备
4.支持各种教学插件开发
中小学一旦普及人工智能教育，各种需求就自然而然产生，如用户通用认证、数据标注、作业评价、特定的教学活动支持等，这些功能应该以插件的形式吸引有能力的企业创客和教师开发。
总结
钟柏昌教授提出，要开展中大型深度学习模型的训练和部署，除了利用云服务器外，未来开展大规模常态化人工智能课程教学，离不开学校本地服务器的算力资源，而这种算力资源要同时满足几十上百个模型的同步训练，又离不开算力资源的合理分割。人工智能的发展离不开教育，而教育需要更好的工具，OpenHydra项目不仅可以用于中小学，而且适用于一些规模较小的高校实验室。因此，我们对OpenHydra项目的发展充满了期待。
本文作者：
谢作如
浙江省温州科技高级中学
引用请注明参考文献：
谢作如.用OpenHydra搭建本地人工智能教学平台[J].中国信息技术教育，2024（07）：74-76.