《人工智能》碩士課程的實踐與探索

☆ 王改花 傅鋼善

（陜西師范大學(xué)新聞與傳播學(xué)院，陜西西安 710062）

一、問題的提出

人工智能（Artificial Intelligence,AI）是計算機科學(xué)的一個分支，是一門研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、控制論、信息學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)等學(xué)科，是一門邊沿學(xué)科。通過文獻分析發(fā)現(xiàn)，隨著人工智能和教育技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外專家學(xué)者從教育技術(shù)的角度對人工智能展開了諸多研究，并取得了一定的成果，然而從教育技術(shù)學(xué)專業(yè)《人工智能》碩士課程的實踐角度來研究該內(nèi)容的文獻很少，且目前這門課程的教學(xué)效果還不甚理想，如何提高教學(xué)效果是迫切需要解決的問題。

二、當(dāng)前《人工智能》碩士課程存在的問題和課程改革的必要性

（一）當(dāng)前人工智能碩士課程改革的必要性

培養(yǎng)目標(biāo)是教育技術(shù)學(xué)專業(yè)與社會需求發(fā)生聯(lián)系的紐帶。教育技術(shù)學(xué)專業(yè)碩士研究生的主要就業(yè)方向是中小學(xué)信息技術(shù)和通用技術(shù)教師、教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，但根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前擔(dān)任高中“人工智能模塊”與“簡易機器人制作模塊”教學(xué)的師資力量參差不齊，專業(yè)教師缺乏。因此，如何提高教育技術(shù)學(xué)專業(yè)碩士研究生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力，使他們畢業(yè)后能夠直接勝任崗位工作，滿足用人單位的需求，成為教育技術(shù)學(xué)專業(yè)《人工智能》碩士課程設(shè)置的一個重要課題。

（二）當(dāng)前人工智能碩士課程的課程內(nèi)容與教育技術(shù)所需課程內(nèi)容不適應(yīng)

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前該課程的課程內(nèi)容與教育技術(shù)所需課程內(nèi)容不適應(yīng)。根據(jù)教育技術(shù)專業(yè)碩士研究生的培養(yǎng)目標(biāo)和就業(yè)需求，其所需要掌握的職前知識包括“人工智能初步模塊”與“簡易機器人制作模塊”的知識內(nèi)容、教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計的知識內(nèi)容——知識表示與訪問、學(xué)生錯誤的自動診斷、實現(xiàn)智能技術(shù)與超媒體技術(shù)的結(jié)合、Agent。因此，雖然人工智能研究的內(nèi)容很多，但對于教育技術(shù)來說并不需要全部研究，只需要研究與其相關(guān)的內(nèi)容即可。

（三）當(dāng)前人工智能碩士課程的教學(xué)方式單一

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前高師院校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)《人工智能》碩士課程的教學(xué)方式形式單一，絕大多數(shù)學(xué)校以選修課形式開設(shè)，且僅使用講授法來教學(xué)。但是，一方面，此課程內(nèi)容難度大、信息涵蓋量大、知識面廣，僅用單一的講授法不能很好地達到教學(xué)效果，相反抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面，人工智能作為一門技術(shù)課程，與實際應(yīng)用聯(lián)系得很緊密。例如：機器人制作，僅通過講授法學(xué)生只能學(xué)習(xí)到理論知識，而實踐的技能得不到相應(yīng)的培養(yǎng)，如何在將來從教中指導(dǎo)“簡易機器人制作模塊”的教學(xué)。

（四）當(dāng)前人工智能碩士課程的評價方式單一

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，教育技術(shù)學(xué)《人工智能》碩士課程的考核方式大多數(shù)是考查課，大多數(shù)是通過學(xué)期末的論文來評價，評價方式單一。

三、高師院校教育技術(shù)學(xué)《人工智能》碩士課程的實踐與探索

針對上述現(xiàn)狀和問題，陜西師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)專業(yè)在開設(shè)《人工智能》碩士課程時，從課程目標(biāo)、內(nèi)容體系、教學(xué)方式以及教學(xué)評價四方面進行了課程實踐和探索。

（一）課程目標(biāo)

根據(jù)社會需求、研究生學(xué)習(xí)特點、教育技術(shù)學(xué)科特點、人工智能課程本身特點，結(jié)合《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準（實驗稿）》，我們對該課程的課程目標(biāo)進行了如下修改：通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能描述人工智能理論的概念、發(fā)展過程、研究與應(yīng)用領(lǐng)域以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢；掌握人工智能的基本技術(shù)、原理、方法；會使用至少一種人工智能語言解決簡單問題，并能開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)、機器人、Agent。通過本課程的學(xué)習(xí)，啟發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用人工智能技術(shù)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。在學(xué)習(xí)完本課程后，學(xué)生能夠具備中小學(xué)信息技術(shù)教育中“人工智能初步模塊”與通用技術(shù)教育中“簡易機器人制作模塊”的教學(xué)能力，并能指導(dǎo)中小學(xué)生參加機器人比賽。同時教師要發(fā)現(xiàn)有特長的學(xué)生并對他們進行有針對性的后續(xù)教學(xué)。

（二）內(nèi)容體系

依據(jù)上述課程目標(biāo)建議，人工智能課程本身的學(xué)科知識體系、《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準》的課程內(nèi)容要求，結(jié)合教育技術(shù)碩士研究生的培養(yǎng)目標(biāo)、就業(yè)方向、學(xué)習(xí)特點等情況，我們對該課程的課程內(nèi)容進行了如下實踐：

專題一：基礎(chǔ)知識，需了解。人工智能概述包括人工智能的定義、發(fā)展過程、研究與應(yīng)用領(lǐng)域、目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。

專題二：支撐技術(shù)需重點掌握。包括知識表示、推理技術(shù)、搜索技術(shù)、人工智能語言（建議選擇Prolog語言）。

專題三：與教育技術(shù)相關(guān)特色知識，需有針對性的學(xué)習(xí)。人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域，重點講授專家系統(tǒng)、機器人、Agent，其他的應(yīng)用領(lǐng)域如智能感知、機器學(xué)習(xí)、自然語言理解、智能控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等以自學(xué)為主，學(xué)校和教師可以根據(jù)課程的實際情況選擇其他合適的內(nèi)容。

專題四：把人工智能前沿及發(fā)展趨勢等信息作為培養(yǎng)研究生科研素養(yǎng)的重要內(nèi)容。

圖1 高師院校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)《人工智能》碩士課程內(nèi)容體系

（三）教學(xué)方式

依據(jù)上述課程目標(biāo)和課程內(nèi)容建議、高中技術(shù)課程標(biāo)準的教學(xué)建議，結(jié)合教育技術(shù)學(xué)碩士研究生學(xué)習(xí)者特點，我們對該課程的教學(xué)方式進行了如下實踐：

1．混合式教學(xué)

即教學(xué)通過兩種方式實現(xiàn)：傳統(tǒng)班級授課與基于Moodle平臺的學(xué)習(xí)共同體相結(jié)合。這里的傳統(tǒng)班級授課并不是指呆板的傳統(tǒng)教授法，而是運用先進的教育理念、教學(xué)方法來設(shè)計課堂教學(xué)。

（1）對理論性知識，我們多采取啟發(fā)與互動的教學(xué)方法。

由于研究生已經(jīng)具備了較強的自學(xué)能力以及分析和解決問題的能力，因此教師在課堂教學(xué)中要積極采用啟發(fā)與互動的教學(xué)方法，把重點放在問題的由來、概念的形成、研究的思路與方法上，并通過介紹最新研究進展及研究熱點，把新理念、新思路、新方法和有待解決的問題引入到課堂上，引發(fā)學(xué)生積極的探討與思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以加深對知識的理解。

（2）對技能性知識，我們多采用傳統(tǒng)課堂和實驗教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法。

針對專題知識，通過基于項目、案例的學(xué)習(xí)展開教學(xué)。在傳統(tǒng)課堂上，采用討論與研究的方式，這種方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力；在實驗教學(xué)上，采用學(xué)生以團隊合作形式體驗或開發(fā)人工智能產(chǎn)品的方式開展，例如：陜西師范大學(xué)在學(xué)習(xí)“機器人”知識內(nèi)容時通過在人工智能實驗室體驗機器人產(chǎn)品并進行二次開發(fā)的方式進行。這種方法有助于對學(xué)生實踐能力和團隊合作能力的培養(yǎng)。

（3）基于Mmoodle平臺的學(xué)習(xí)共同體的形成。

首先，鼓勵學(xué)生在Moodle平臺上針對本節(jié)課所學(xué)習(xí)的知識，自己發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問題、感興趣的內(nèi)容，以及查閱到的優(yōu)秀資源等進行交流、分享、討論、協(xié)作，培養(yǎng)他們主動獲取知識的能力，以及利用所學(xué)知識解決實際問題的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。

其次，鼓勵學(xué)生通過Moodle平臺向同伴和教師展示個人或團隊的研究結(jié)果。這些研究結(jié)果是指學(xué)生通過基于問題的學(xué)習(xí)、基于主題的學(xué)習(xí)、基于項目的學(xué)習(xí)、基于案例的學(xué)習(xí)得到的學(xué)習(xí)成果，這一過程是一個完整的邏輯過程。例如：針對基于問題的學(xué)習(xí)，從“確定問題→分析問題→形成解決問題的假設(shè)→確定所需信息→對所收集的信息進行整理／整合／綜合→形成最終的解決方案”。在上傳作品后，一方面使其他學(xué)生看到同伴在學(xué)習(xí)過程中可取的方面和自己欠缺的方面，以此來反思自己的學(xué)習(xí)過程；另一方面對同伴上傳的作品給予評價和建議。針對教師和同伴的評價和建議，學(xué)生對原有作品反復(fù)地反思、改進和完善，從而形成最終作品?；贛oodle平臺的學(xué)習(xí)共同體的基本特征是開放、互動與交流，它的存在可以避免學(xué)習(xí)者間的孤獨感，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情，提高《人工智能》課程的教學(xué)質(zhì)量。

2．微格教學(xué)

即根據(jù)各學(xué)校的實際情況，學(xué)生按興趣自主選擇感興趣的模塊，組成團隊，分工合作，自主搜集資料、整理資料、備課、在微格教室講課、評課、反思。并將這一系列過程通過電子的形式可視化，通過Moodle平臺向同伴和教師展示研究結(jié)果。這一系列過程如同上述基于Moodle平臺的學(xué)習(xí)共同體的形成過程。

例如：陜西師范大學(xué)2010級教育技術(shù)學(xué)碩士研究生是通過如下步驟來完成這一教學(xué)過程的：①選擇模塊階段。在此階段，學(xué)生自主選擇了四大感興趣的模塊：Agent、專家系統(tǒng)、機器人、人工智能前沿，學(xué)生按興趣自主加入這四大模塊小組。②分工合作階段。在此階段，小組組長組織小組成員確定整個模塊的完整的知識體系，并通過分工來完整地呈現(xiàn)這一模塊的重點知識或?qū)W生感興趣的知識，并在講課前將所搜集整理的資料上傳到Moodle平臺供大家分享。③講課階段。學(xué)生轉(zhuǎn)化為教師，通過借助微格教學(xué)，每人進行15分鐘左右的課堂講授，一次課完整地呈現(xiàn)一個模塊內(nèi)容。④評課階段。在此階段，學(xué)生課后通過基于Moodle平臺的學(xué)習(xí)共同體針對講課情況進行自評、互評、小組間評、教師評價來實現(xiàn)教學(xué)評價環(huán)節(jié)，然后學(xué)生整理自評和互評，并在Moodle平臺上共享交流。同時學(xué)生通過吸取同伴在學(xué)習(xí)過程中可取的方面和完善自己欠缺的方面，對原有講課中不正確或不足的地方進行修正。⑤反思階段。反思不僅包括對微格教學(xué)的反思，還包括對學(xué)習(xí)這門課程的反思。在此階段，學(xué)生通過在Moodle平臺提交反思文檔來實現(xiàn)自我進步。⑥提交論文階段。在此階段，學(xué)生自主確定主題，寫一篇關(guān)于人工智能的論文，通過此階段提高碩士生科研的能力。

圖2人工智能教學(xué)方式

圖2 是《人工智能》教學(xué)方式圖，在此課程的教學(xué)中建議教師采用混合教學(xué)的方式進行，根據(jù)實際情況靈活地變更不同教學(xué)方法的組合。對于模塊1－5的課程內(nèi)容建議采用傳統(tǒng)課堂＋Moodle平臺的方式進行教學(xué)，對于模塊6－9的課程內(nèi)容建議采用傳統(tǒng)課堂＋實驗教學(xué)＋微格教學(xué)＋Moodle平臺的方式進行教學(xué)。

（四）教學(xué)評價

由于教育技術(shù)學(xué)《人工智能》碩士課程主要是以選修課形式開設(shè)，所以，對于碩士研究生而言,尤其要加強對實踐能力和思維能力的考核：①評價時要注意評價內(nèi)容的多元化，可主要依靠課堂參與度、學(xué)生在基于Moodle平臺的學(xué)習(xí)記錄（學(xué)習(xí)共同體中的發(fā)言活躍情況、分享優(yōu)秀資源情況）、實驗教學(xué)中表現(xiàn)情況（團隊合作、動手和創(chuàng)新情況）、微格教學(xué)中參與和表現(xiàn)情況、大作業(yè)質(zhì)量等進行綜合評價。②評價時要注意評價主體的多元化，主要指教師評價、學(xué)生評價、自我評價、專家評價。③評價時要注意評價方式的多元化，不僅要注重形成性評價，更注重過程性評價。

四、教學(xué)效果分析

筆者于2009年6月對參加此次課程實踐的教育技術(shù)學(xué)2010級碩士研究生進行了問卷調(diào)查和訪談，共發(fā)放問卷30份，回收29份，有效29份。調(diào)查結(jié)果如下：

（1）學(xué)生對“混合教學(xué)”和“單純講授教學(xué)”的教學(xué)效果評價比較。

（2）學(xué)生對“課程實踐對就業(yè)幫助程度”的態(tài)度。

（3）學(xué)生對“課程實踐”的滿意度。

圖3 學(xué)生對“混合教學(xué)”和“單純講授教學(xué)”的教學(xué)效果評價比較

圖4 學(xué)生對“課程實踐對就業(yè)幫助程度”的態(tài)度

圖5 學(xué)生對“課程實踐”的滿意度

從統(tǒng)計圖可以看出，這種針對教育技術(shù)學(xué)專業(yè)《人工智能》碩士課程的實踐與探索作為一次新的嘗試，的確取得了很好的效果，也很受學(xué)習(xí)者歡迎。

五、結(jié)束語

由于我們的時間和條件的限制，以及限于筆者水平和接觸面，本研究還有許多不足，尤其由于人工智能課程在教育技術(shù)圈內(nèi)尚屬于比較邊緣而且大家的理解還比較多元化的狀態(tài)，我們的教學(xué)實踐仍需要進一步的實踐檢驗。在下一步的研究中，我們將繼續(xù)追蹤高師院校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)碩士研究生從事人工智能相關(guān)研究的畢業(yè)生，獲得反饋信息，對教學(xué)實踐建議進行不斷調(diào)整和完善，從而為該課程的改革與完善提供實例借鑒。

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