人工智能課程教學(xué)改革實踐

汪 洋，史金昌

（黃淮學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 駐馬店 463000）

人工智能課程教學(xué)改革實踐

汪 洋，史金昌

（黃淮學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 駐馬店 463000）

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，是一門研究運用計算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科，是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿學(xué)科。本文分析了人工智能課程的現(xiàn)狀，闡述了人工智能課程的教學(xué)理念，給出了人工智能課程的教學(xué)方法，并闡述了如何通過這一課程的教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

人工智能；教學(xué)；創(chuàng)新；實踐

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，是一門研究運用計算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科，是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿學(xué)科，也是信息科學(xué)技術(shù)中發(fā)展最快的學(xué)科之一。面對智能科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和智能技術(shù)應(yīng)用的迅速普及，人工智能課程的教學(xué)亟待更新與改革。教師是教學(xué)活動的直接組織者和實施者，在教學(xué)中發(fā)揮著極其重要的作用。教師自己的教育觀念、教育思想、教學(xué)方法以及自己的情感，無時無刻不在影響著學(xué)生。課程教學(xué)改革，最主要的是教師教育觀念的轉(zhuǎn)變。計算機(jī)相關(guān)課程的教學(xué)是具有創(chuàng)新因素的一類教學(xué)活動，而人工智能課程的教學(xué)是更具有創(chuàng)新因素的一類教學(xué)活動。本文總結(jié)了人工智能課程多年的教學(xué)經(jīng)驗，從分析人工智能課程的現(xiàn)狀開始，探討人工智能課程的教學(xué)理念及人工智能課程的教學(xué)方法的改革。

1 人工智能教育現(xiàn)狀

人工智能自提出之日起，就帶著人類很多美好的愿望。1950年10月，圖靈在他的《機(jī)器能思考嗎？》論文中駁斥了機(jī)器不能思維的觀點，提出了“機(jī)器思維”概念，預(yù)言機(jī)器會具有像人一樣的思維能力。人工智能技術(shù)及其應(yīng)用，作為信息技術(shù)的前沿領(lǐng)域，對社會經(jīng)濟(jì)和發(fā)展的影響越來越大。許多國家意識到在教育領(lǐng)域開展人工智能教育的必要性，努力把人工智能列入技術(shù)類教育的教學(xué)內(nèi)容中。目前人工智能課程正在逐步得到推廣。

在我國，由于師資、設(shè)備等條件的制約，目前尚未在中學(xué)開設(shè)專門的人工智能課程。隨著科教興國與教育信息化步伐的加快，近年來我國愈來愈重視人工智能知識的啟蒙教育。2001年12月，中國人工智能學(xué)會正式成立了教育工作委員會，并于2002年10月在北京召開了“第一屆全國人工智能教育學(xué)術(shù)研討會”，會議主題為“信息時代的智能教育”。該會議討論的內(nèi)容包括國內(nèi)外人工智能教育的現(xiàn)狀及我國人工智能教育改革的問題，還包括在普通高等學(xué)校中開展人工智能基礎(chǔ)教育的問題，關(guān)于試辦人工智能本科專業(yè)等一系列與人工智能教育相關(guān)的問題。這意味著我國的人工智能教育已經(jīng)走出大學(xué)計算機(jī)專業(yè)的象牙塔，將在大眾化、普及化層面躍上一個新的臺階。面對智能科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和智能技術(shù)應(yīng)用的迅速普及，人工智能課程的教學(xué)亟待更新與改革。

2 人工智能課程的教學(xué)理念

目前計算機(jī)已經(jīng)在學(xué)習(xí)、工作、生活等各個領(lǐng)域成為人們強(qiáng)有力的助手，甚至到了與人密不可分的程度，它以其高速度為人類帶來了更高的效率。但更重要的是，計算機(jī)要有智能，因為高速的計算機(jī)不足以解決復(fù)雜的問題。在人工智能的教學(xué)過程中，教師要讓學(xué)生樹立機(jī)器能思考、計算機(jī)有智能的信念。

第一，適應(yīng)智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，把人工智能放在智能科學(xué)技術(shù)的大背景下更新教學(xué)內(nèi)容。從概念上講，傳統(tǒng)的人工智能是指在計算機(jī)上用人工方式實現(xiàn)的智能，它是一種狹義人工智能概念。而智能科學(xué)與技術(shù)則是指包含自然智能、人工智能、計算智能、集成智能、分布智能等在內(nèi)的廣義人工智能的概念。我們的改革方向是，保持人工智能基本理論方法的核心地位，不斷擴(kuò)大其外延，使其盡量反映智能科學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展，例如計算智能、分布智能等。

第二，適應(yīng)智能技術(shù)應(yīng)用普及的需要，更新和增加人工智能新技術(shù)。隨著信息技術(shù)和信息平臺的發(fā)展，智能技術(shù)也在不斷發(fā)展。如，隨著網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程，傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)技術(shù)已不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)這種分布式環(huán)境，因此我們逐步把傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)內(nèi)容更新為先進(jìn)的專家系統(tǒng)，極大地增加了專家系統(tǒng)技術(shù)的先進(jìn)性和適用性。

3 人工智能課程教學(xué)方法改革

教學(xué)方法是保證完成教學(xué)內(nèi)容、實施能力培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)，選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法有助于教學(xué)內(nèi)容的完成和學(xué)生能力的培養(yǎng)。在人工智能教學(xué)改革過程中，教師要重視第一堂課的教學(xué)設(shè)計，采用先進(jìn)的教學(xué)理念，結(jié)合課程內(nèi)容特點，選擇啟發(fā)與互動、討論與研究的教學(xué)方法，同時注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新素質(zhì)。

3.1 第一堂課的教學(xué)改革

常規(guī)教學(xué)都是按部就班地講本學(xué)科的地位、作用和任務(wù)等。按這種常規(guī)的方法講授，學(xué)生很快就開始精力分散，提不起興致。第一堂課的首要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對本學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。上好第一堂課可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，使他們以后的學(xué)習(xí)收到事半功倍的效果。所以，要改革常規(guī)，第一堂課從“三個一”開始。

(1) 一部電影：興趣是最好的老師，通過各種手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，使學(xué)生想學(xué)?？鬃诱f：“知之者，不如好之者；好之者，不如樂之者?！彼麖?qiáng)調(diào)的是興趣。興趣就是學(xué)生積極探索某種事物的認(rèn)識傾向。鑒于此，第一次課不要急于講解理論，而是讓學(xué)生觀看美國科幻電影“機(jī)器管家”的相關(guān)片斷，片中的機(jī)器人安德魯不僅有非凡的創(chuàng)造力，甚至還能表達(dá)情感。借助自身的自學(xué)能力和男主人教他的人類知識，安德魯成為能工巧匠，很會創(chuàng)造東西。通過電影中有關(guān)情節(jié)的介紹，教師讓學(xué)生更好地了解人工智能的目標(biāo)、意義，激發(fā)學(xué)生探索人工智能的興趣。

(2) 一個故事：古印度的一個智慧寓言故事——酋長與乞丐。乞丐提出在一個方塊上橫豎分別畫8條線，分出來64個格子，乞丐讓酋長在第一個格子里面放一粒谷，第二個格子放第一個格子的兩倍的谷子，也就是兩個，第三個格子也放第二個的兩倍，也就是四個，所以是1、2、4、8、16、32、64這樣一直往下放，放滿64個格。把這64個格子按照這個規(guī)律來放滿，就等于是 20+21+…+263≈1019。要放這么多的谷粒，若人去放，速度比較慢。如果我們用一個計算機(jī)往格子中放谷粒，計算機(jī)以每秒 3× 109的速度放谷粒，即一秒鐘可以放30億粒，要把整個格子放滿，需要 3× 109秒，而 3× 109秒正好是 100年。計算機(jī)運算速度這么快，還需要100年，作為普通人的酋長更是不可能達(dá)到乞丐的要求。面對一些稍微復(fù)雜的帶有智能性的問題，計算機(jī)只有高速度是解決不了，需要具有人類的智能（人工智能）才能解決。

(3) 一個實例：1997年5月11日，人機(jī)世紀(jì)大戰(zhàn)終于降下了帷幕，隨著國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫敗給了IBM公司的一臺機(jī)器，“深藍(lán)”的大名早已家喻戶曉，婦孺皆知?？ㄋ古亮_夫和“深藍(lán)”之戰(zhàn)，證明了圖靈的預(yù)言。國際象棋的走法有一個統(tǒng)計數(shù)，共有10123種走法。計算機(jī)跟對方下棋，每走一步，如果把各種可能都試一下，試完以后找一個最好的策略來走步，這樣它要把所有可能的步數(shù)都要試遍的話，理論上講它要用10104個世紀(jì)。所以，計算機(jī)光靠高速度沒有智能不行，有很多問題的解決需要速度也需要聰明，要有智能才行。所以，人類發(fā)明了計算機(jī)還不夠，還得要去研究人工智能。

3.2 啟發(fā)與互動、討論與研究的教學(xué)方法

人工智能是由腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、邏輯學(xué)、信息科學(xué)技術(shù)等多學(xué)科交叉所形成的一個新興邊緣學(xué)科。目前，國內(nèi)外對人工智能的研究存在著狹義和廣義兩種觀點。狹義人工智能通常是指以符號智能為主體的傳統(tǒng)人工智能概念。廣義人工智能通常是指包含自然智能、符號智能、計算智能、集成智能和分布智能等在內(nèi)的智能科學(xué)技術(shù)概念。本課程主要基于廣義人工智能的概念，從原理、方法、技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用等不同方面，對人工智能進(jìn)行科學(xué)的探討。

對理論性知識，我們多采取啟發(fā)與互動的教學(xué)方法講授，這有助于對學(xué)生理解能力和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。例如，我們在講啟發(fā)式搜索算法時，讓學(xué)生親自操作黑白棋游戲，并給以及時啟發(fā)引導(dǎo)。學(xué)生將具體的黑白棋游戲與抽象難懂的搜索算法聯(lián)系起來，逐步化解了搜索算法的難度，活躍了思維。學(xué)生通過“玩”黑白棋游戲，理清了自己在走棋時的思路。我們還讓學(xué)生通過查找人機(jī)博弈的資料，了解人機(jī)博弈研究的進(jìn)展，了解編寫人機(jī)博弈程序的復(fù)雜程度。

傳授技能性知識，更多的要求是實踐，而在課堂上則可采用討論與研究的教學(xué)方法，它有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。專家系統(tǒng)是人工智能領(lǐng)域的重要組成內(nèi)容，也是該領(lǐng)域發(fā)展得較為成熟的部分。為了縮小現(xiàn)實與理想之間的矛盾，在講專家系統(tǒng)時，教師可事先收集人類專家給病人診斷治療病情的錄像資料和有關(guān)自然界各類植物介紹的錄像資料。在專家系統(tǒng)內(nèi)容的教學(xué)中，通過討論、研究和協(xié)作，我們讓學(xué)生在感受什么是專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上既了解有關(guān)專家系統(tǒng)的基本知識，又能利用專家系統(tǒng)外殼自行開發(fā)一個簡易的專家系統(tǒng)，由此既增強(qiáng)學(xué)生對人工智能的認(rèn)識，又促進(jìn)他們解決問題的能力，培養(yǎng)他們的發(fā)散性思維能力和社會合作能力。

3.3 利用第二課堂，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新

原教育部部長周濟(jì)在《名師頌》序中指出：質(zhì)量是大學(xué)的生命，創(chuàng)新是大學(xué)的靈魂。我們一直重視對學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)意識的培養(yǎng)，為培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神，積極探索，大膽改革，利用我校開辟的“第二課堂”實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，開創(chuàng)性地將學(xué)生第二課堂實踐教學(xué)納入本科教學(xué)人才培養(yǎng)方案，形成了別具風(fēng)格的人才培養(yǎng)體系，走出了一條實踐特色鮮明的應(yīng)用型人才培養(yǎng)之路。

提倡創(chuàng)新，不但教師要善于提出問題，對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)和引導(dǎo)，而且要鼓勵學(xué)生提出問題，發(fā)表見解，培養(yǎng)學(xué)生想提問題、敢提問題和會提問題的愿望和能力。在人工智能課程的教學(xué)活動中，我們利用第二課堂，充分發(fā)揮網(wǎng)上信息資源和網(wǎng)上軟件資源的作用，讓學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，擴(kuò)展了學(xué)生的思路，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。課堂和課余相互補(bǔ)充，相輔相成。作為教師，不能低估學(xué)生的想象能力和探索能力，相反要鼓勵學(xué)生發(fā)揮想象力。愛因斯坦曾說：“想象力比知識重要?！必S富的想象力必然為創(chuàng)新提供更多的機(jī)會。讓學(xué)生去盡情地想，彼此互相討論，拓展思維。學(xué)生會帶著問題，借助各種途徑去查閱大量的文獻(xiàn)，然后幾個人一組一起撰寫一篇文章來闡述自己的理解。這樣不但鍛煉了學(xué)生運用前面所學(xué)知識解決問題的能力，還鍛煉了他們查閱文獻(xiàn)撰寫論文的能力，培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊精神及創(chuàng)新能力。3.4 強(qiáng)化素質(zhì)培養(yǎng)，注重能力評價

目前學(xué)界都在大力倡導(dǎo)考試方法的改革。一方面，這樣可以打破以往應(yīng)試教育的弊病，另一方面，也可以使學(xué)生從繁重的死記硬背中解脫出來。比如可以讓學(xué)生自主選題、自己調(diào)研和書寫論文，鼓勵學(xué)生從多方面、多角度考慮問題，多提新穎問題。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

結(jié)合人工智能課程的特點，我們作了這樣一些調(diào)整：在考試的題型上打破傳統(tǒng)的選擇、填空、問答等形式，選擇以考察理解應(yīng)用為目的的論述題，試題沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)答案。這樣做的目的是讓學(xué)生運用所學(xué)知識充分發(fā)表自己的觀點和見解。為全面考察學(xué)生的真實水平，我們加強(qiáng)了平時成績的考核比重，在平時教學(xué)過程中，讓學(xué)生寫一些心得體會、小論文等，成績記入平時成績。學(xué)生在平時查資料的過程中，既拓寬了知識面，開闊了視野，發(fā)散了思維，強(qiáng)化了能力素質(zhì)，又避免了一次考試定成績的狀況。這樣，既迫使學(xué)生重視平時的學(xué)習(xí)思考，也減少了有些學(xué)生想通過考試作弊完成學(xué)習(xí)任務(wù)的僥幸心理。

人工智能教學(xué)進(jìn)入了一個新階段，中國人工智能教育教學(xué)研究和改革任重而道遠(yuǎn)。用先進(jìn)的教學(xué)理念和方法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和能力，是人工智能課程教師義不容辭的責(zé)任和不斷追求的目標(biāo)。作為大學(xué)老師，一定要引領(lǐng)學(xué)生前進(jìn)，要給學(xué)生留有適當(dāng)?shù)目臻g，讓他們學(xué)會自主學(xué)習(xí)、主動思考。實踐證明，教學(xué)內(nèi)容的選擇，教學(xué)過程的設(shè)計，教學(xué)方法的采用，都會直接影響教學(xué)效果和教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。因此，認(rèn)真研究各校的具體情況，綜合各院校改革的成功經(jīng)驗，制定適合本學(xué)校具體情況和富有特色的改革方案，切實提高教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)是我們今后努力的方向。

[1] 張劍平．關(guān)于人工智能教育的思考[J]．電化教育研究，2003(1)：24―28．

[2] 杜海瓊，張劍平．基于 Prolog的人工智能課程教學(xué)探索[J]．中國電化教育，2008(11)：88―91．

[3] 電腦博弈傳奇[EB/OL]．(2006-3-30)[2010-10-15]．http://www.ezeem.com/Forum/read.asp?id=1217&no=10572775.

[4] 馬鳴遠(yuǎn)．人工智能與專家系統(tǒng)導(dǎo)論[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2006．

[5] 張飛，黃治國，汪洋．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與實踐[J]．天中學(xué)刊，2010，25(5)：87―88．

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1006-5261(2011)05-0093-03

2010-11-05

汪洋（1969―），女，河南汝南人，副教授，碩士．

〔責(zé)任編輯 葉厚雋〕