“人工智能”課程實(shí)踐教學(xué)改革探索

王艷霞 段正杰 孫廣華

摘要：實(shí)踐教學(xué)是人工智能課程的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力起著很大的作用。本文闡述目前實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，指出集中式基礎(chǔ)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)不能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不能充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)性和創(chuàng)造力，提出多層次開(kāi)放式實(shí)踐教學(xué)模式，引入多元化學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)方法，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，從多方面提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)課質(zhì)量，幫助學(xué)生深入理解人工智能的基本概念和理論，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，也加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和科研能力。

關(guān)鍵詞：人工智能;實(shí)踐教學(xué);多元化學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)方法

中圖分類號(hào)：G642 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 論文編號(hào)：1674-2117（2015）08-0107-02

● 引言

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，被認(rèn)為是21世紀(jì)三大尖端技術(shù)之一。它是在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展及新思想、新觀點(diǎn)、新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的形勢(shì)下出現(xiàn)的一門學(xué)科，也是一門涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、系統(tǒng)論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等學(xué)科的交叉和邊緣學(xué)科。[1]人工智能從誕生以來(lái)，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，可以設(shè)想，未來(lái)人工智能帶來(lái)的科技產(chǎn)品，將會(huì)是人類智慧的“容器”。

人工智能學(xué)科研究的主要內(nèi)容包括知識(shí)表示、自動(dòng)推理和搜索方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和知識(shí)獲取、知識(shí)處理系統(tǒng)、自然語(yǔ)言理解、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能機(jī)器人、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)等方面。與其他計(jì)算機(jī)課程相比，人工智能課程知識(shí)點(diǎn)多、涉及面廣、內(nèi)容抽象，算法復(fù)雜，理論枯燥，無(wú)法引起學(xué)生的興趣，通常理論教學(xué)效果欠佳。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課堂內(nèi)容的實(shí)例化和延伸，可以讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)到人工智能的價(jià)值，充分激發(fā)學(xué)生潛能，極大提高學(xué)生的動(dòng)手能力，人工智能實(shí)驗(yàn)課是人工智能課程不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

● “人工智能”課程實(shí)踐教學(xué)的不足之處

現(xiàn)階段人工智能實(shí)踐課程主要不足之處表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

①主要采取集中式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。該方法能夠確保與課堂教學(xué)保持同步，便于統(tǒng)一進(jìn)度和統(tǒng)一管理，但這種集中式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不利于兼顧眾多不同層次水平學(xué)生的要求，也不能充分重視學(xué)生的個(gè)性發(fā)展。對(duì)于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，由于存在個(gè)體差異，籠統(tǒng)地對(duì)以班級(jí)為單位的學(xué)生采用相同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度和時(shí)數(shù)，并不能達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。[2][3]

②評(píng)價(jià)方式單一，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性。長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)以教師為主體，教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告定優(yōu)劣。該評(píng)價(jià)方式?jīng)]有注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程，無(wú)法體現(xiàn)學(xué)生對(duì)自身素質(zhì)評(píng)價(jià)的自主性和民主性，進(jìn)而教師忽略了學(xué)生的實(shí)踐過(guò)程，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的自律性，不能有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

● 多層次開(kāi)放式實(shí)踐教學(xué)模式

實(shí)踐教學(xué)不僅能傳授知識(shí)、驗(yàn)證理論、培養(yǎng)技能，而且相對(duì)于理論教學(xué)具有直觀性、實(shí)踐性、綜合性、設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性等特點(diǎn)。[4]學(xué)生到大三，雖然專業(yè)課程學(xué)習(xí)比較全面，但編程能力參差不齊，個(gè)體差異較大。一方面，教師很難把握該階段學(xué)生所具備的能力;另一方面，學(xué)生也不知道自己到底可以綜合運(yùn)用哪些知識(shí)來(lái)完成什么任務(wù)。現(xiàn)有的集中式實(shí)踐教學(xué)模式內(nèi)容過(guò)于單一，無(wú)法兼顧不同層次水平學(xué)生的要求，故不能很好地發(fā)揮所有學(xué)生的特長(zhǎng)，不能體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在人才培養(yǎng)過(guò)程中單純依靠課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需與教學(xué)、科研創(chuàng)新活動(dòng)相結(jié)合，為了拓展專業(yè)實(shí)踐范圍和方式，綜合現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和創(chuàng)新活動(dòng)，筆者提出了一種多層次開(kāi)放式的實(shí)踐教學(xué)模式。

這種模式是一種鼓勵(lì)式教學(xué)模式。教師制定統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)大綱，為學(xué)生提供具有多個(gè)不同層次（驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性）的系統(tǒng)案例供學(xué)生選擇。學(xué)生根據(jù)自己的興趣和能力選擇案例，在完成一部分內(nèi)容后，自己確定下一步目標(biāo)，在實(shí)踐過(guò)程中不斷提高自己的目標(biāo)。結(jié)果就是能力較差的學(xué)生選擇簡(jiǎn)單案例，能力強(qiáng)的學(xué)生可以完成較難的案例，不同層次的學(xué)生都有熱情參與，都有機(jī)會(huì)挑戰(zhàn)自己，提高動(dòng)手能力。

● 多元化學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)方法

傳統(tǒng)的學(xué)生實(shí)踐課程評(píng)價(jià)則以教師為主導(dǎo)，由教師對(duì)學(xué)生實(shí)施評(píng)價(jià)，學(xué)生被動(dòng)地接受評(píng)價(jià)及其評(píng)價(jià)結(jié)果，導(dǎo)致學(xué)生參與的主動(dòng)性、積極性不高。過(guò)程性評(píng)價(jià)[5]應(yīng)該貫穿學(xué)生實(shí)踐課程的整個(gè)過(guò)程，即需要采用多元化的評(píng)價(jià)方式，根據(jù)實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行多方面的評(píng)價(jià)。與傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)相比，多元化評(píng)價(jià)具有以下優(yōu)勢(shì)：第一，改變?cè)u(píng)價(jià)的功能，重在促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。第二，評(píng)價(jià)的內(nèi)容更加全面化。第三，評(píng)價(jià)的方法更加多樣化。第四，評(píng)價(jià)的主體更加多元化。多元化評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)主體的多元化，包含學(xué)生自評(píng)、同伴互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等，多元的評(píng)價(jià)主體不僅能從不同的視角發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、反饋信息，而且各主體均能從中受益。評(píng)價(jià)者與被評(píng)價(jià)者之間成了一種互動(dòng)的過(guò)程。[6]

1.注重評(píng)價(jià)過(guò)程

對(duì)于實(shí)踐課程不能僅僅以最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)報(bào)告為評(píng)價(jià)結(jié)果，還應(yīng)該將學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中的態(tài)度和相關(guān)過(guò)程結(jié)果納入評(píng)價(jià)考核中。另外，要對(duì)學(xué)生的自我評(píng)價(jià)、學(xué)生之間的互評(píng)和階段性成果進(jìn)行整理，并最終形成評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)結(jié)果體現(xiàn)過(guò)程評(píng)價(jià)不僅可以充分激發(fā)學(xué)生的自律性，還能調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

2.激勵(lì)性原則

在每個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中可以定期組織幾次對(duì)抗賽，充分發(fā)揮它的對(duì)抗性、趣味性的優(yōu)點(diǎn)，這樣大家通過(guò)比賽可以互相切磋、互相鼓勵(lì)、互相促進(jìn)。在開(kāi)展每次對(duì)抗賽的同時(shí)，可以讓每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組撰寫開(kāi)發(fā)報(bào)告，通過(guò)報(bào)告，可以檢驗(yàn)大家對(duì)人工智能理論的理解程度，也可以達(dá)到讓大家交流自己設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)的目的，在報(bào)告過(guò)程中，教師要對(duì)于那些有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)和技術(shù)應(yīng)用給予指導(dǎo)和肯定。

3.差異性原則

不同層次的系統(tǒng)案例設(shè)定滿足不同層次學(xué)生發(fā)展的需要。與此同時(shí)，在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上也要體現(xiàn)出每位學(xué)生為實(shí)現(xiàn)自我發(fā)展所付出的努力程度和難易程度。在學(xué)生選擇不同層次系統(tǒng)案例時(shí)，對(duì)于其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該了解。難度越大，則評(píng)價(jià)成績(jī)?cè)礁?，反之則略低。對(duì)于有創(chuàng)意的算法可給以加分或獎(jiǎng)勵(lì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)差異性的尊重和對(duì)全面發(fā)展的激勵(lì)。

● 結(jié)束語(yǔ)

人工智能是一門正在發(fā)展中的綜合性前沿學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)將人工智能從第一課堂延伸到第二課堂，活躍了氣氛，提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力。然而，現(xiàn)階段人工智能實(shí)踐課程主要以集中式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為主，并采用單一的學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)方法，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新研發(fā)動(dòng)力。因此本文提出多層次開(kāi)放式實(shí)踐教學(xué)模式，引入多元化學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)方法，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，從多方面提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)課質(zhì)量，幫助學(xué)生深入理解人工智能的基本概念和理論，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，也加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和科研能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡自興，徐光祐.人工智能及其應(yīng)用（第4版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2]段俊花，張森社，等.人工智能實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2013（19）：80-84.

[3]李鳴華，李欣.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與改進(jìn)策略研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2008（3）：8-10.

[4]于猛，單亦先，王紹蘭，等.構(gòu)建完善的實(shí)踐教學(xué)體系[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009（5）：126-128.

[5]謝琪.信息技術(shù)課程教學(xué)中學(xué)生成績(jī)的多元評(píng)價(jià)模式[J].學(xué)科教育，2002（6）.

[6]謝琪，劉向永.《信息技術(shù)教學(xué)法》課程多元化評(píng)價(jià)實(shí)踐[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2014（11）.

基金項(xiàng)目：本文系2014年浙江師范大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目“《人工智能》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究”的研究成果。