高校智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教學(xué)方式探析

張丹　焦李成　尚榮華

摘要：如何促進(jìn)智能科學(xué)與技術(shù)教學(xué)方式的改革是培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、高層次的智能科學(xué)與技術(shù)人才的基本途徑。文章從教學(xué)理念、教學(xué)素材、教學(xué)方法3方面對當(dāng)前智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科課堂教學(xué)效果、人才培養(yǎng)方法等進(jìn)行剖析，并有針對性地提出相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：智能科學(xué)與技術(shù)；興趣導(dǎo)向；逆向教學(xué)

0引言

智能科學(xué)與技術(shù)是信息科學(xué)與技術(shù)的核心、前沿與制高點(diǎn)，也是整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系的頭腦中樞，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的引領(lǐng)和示范，是現(xiàn)代社會（包括經(jīng)濟(jì)、社會、文化、民生、國防等）走向智能化的主導(dǎo)技術(shù)支柱。在越來越激烈尖銳的國際競爭環(huán)境中，智能科學(xué)與技術(shù)水平已經(jīng)成為一個(gè)國家綜合國力與科技實(shí)力的標(biāo)志。智能科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展和智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的人才培養(yǎng)，不僅僅是智能科學(xué)與技術(shù)研究與教育本身的事情，更是關(guān)系到整個(gè)社會智能化發(fā)展優(yōu)劣的大事情，也是關(guān)系到整個(gè)國家強(qiáng)弱興衰的大事情。

科技發(fā)展，關(guān)鍵在于人才。在新的發(fā)展機(jī)遇下，國家對智能科學(xué)與技術(shù)專門人才的需求更加旺盛。因此，如何促進(jìn)智能科學(xué)與技術(shù)教學(xué)方式的改革是培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、高層次的智能科學(xué)與技術(shù)人才的基本途徑。智能科學(xué)與技術(shù)教學(xué)方式的改革，不僅發(fā)展智能科學(xué)與技術(shù)本身，而且對受教育者創(chuàng)新能力的提高也至關(guān)重要。

目前，網(wǎng)絡(luò)的普及與全社會信息化程度的提高，對我國人才培養(yǎng)提出了更高的要求，特別是高校在課堂教學(xué)方面，部分原有教材及培養(yǎng)模式亟待調(diào)整。以智能科學(xué)與技術(shù)為代表的前沿新興學(xué)科，在學(xué)科發(fā)展途徑、應(yīng)用技術(shù)轉(zhuǎn)化及從業(yè)人員年齡、成長環(huán)境等方面，均與很多傳統(tǒng)學(xué)科存在較大的差異，而使用傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行人才培養(yǎng)，也出現(xiàn)了一些水土不服的現(xiàn)象。

1教學(xué)理念的改變

相對于傳統(tǒng)學(xué)科，智能科學(xué)與技術(shù)從業(yè)人員平均年齡顯現(xiàn)出年輕化的特點(diǎn)，且由于從業(yè)人員及學(xué)生普遍年齡較輕，在他們的成長過程中，外在環(huán)境相對寬松，自由、平等的理念在他們的成長過程中不斷被提及和強(qiáng)化。傳統(tǒng)“教師講、學(xué)生聽”的演講式講授方式雖然能夠在一定時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生了解大量信息，但學(xué)生接收到的大部分信息只停留在記憶層面，很難上升到理解層面，導(dǎo)致學(xué)生只是被動的“填鴨式”接受。

在科技發(fā)達(dá)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的今天，人們不是自投羅網(wǎng)就是被網(wǎng)羅其中，知識獲取的渠道不再局限于紙質(zhì)媒介和言傳身教，更多來自于電子資源及網(wǎng)絡(luò)媒介，教師和學(xué)生獲取知識的途徑及資源差異越來越小，在知識量、閱歷等方面縮小了師生間的差距，師生之間傳統(tǒng)的信息不對稱差距逐步縮小，導(dǎo)致教師在知識積淀上沒有了絕對優(yōu)勢。

與此同時(shí)，逐步深入青年學(xué)生內(nèi)心的自由、平等觀念對中國傳統(tǒng)的尊師重道思想帶來了不小的沖擊。在當(dāng)今開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，針對新興時(shí)代的學(xué)生，傳統(tǒng)習(xí)俗中的師長觀念由于知識獲取渠道的平等化而缺乏強(qiáng)有力的現(xiàn)實(shí)支撐，教師的身份權(quán)威性和知識權(quán)威性都受到了不同程度的質(zhì)疑，繼續(xù)使用“填鴨式”“訓(xùn)導(dǎo)式”教學(xué)方式，將會事倍功半。

因此，針對新興學(xué)科，一線教師需要進(jìn)行教學(xué)理念上的修正，特別是教師應(yīng)順應(yīng)培養(yǎng)對象的整體特點(diǎn)，基于自由和平等的觀念進(jìn)行自我定位，以交流討論式代替居高臨下布施式的教學(xué)觀念，充分與學(xué)生打成一片，以便更好地調(diào)動學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動思考和主動學(xué)習(xí)。

2教學(xué)素材的改進(jìn)與提高

當(dāng)今時(shí)代是知識爆炸的時(shí)代，科學(xué)技術(shù)日新月異，新知識、新成果層出不窮，特別是智能科學(xué)與技術(shù)這一前沿學(xué)科，正在向理論創(chuàng)新和大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用發(fā)展，新理論、新方法不斷被提出并驗(yàn)證，新模型、新實(shí)例、新應(yīng)用不斷產(chǎn)出。

“教學(xué)素材對教育理念的滲透發(fā)揮著重要作用，它已經(jīng)成為促進(jìn)或阻礙教學(xué)模式轉(zhuǎn)變的活躍而關(guān)鍵的要素。隨著新時(shí)代知識的快速更新?lián)Q代和知識面的不斷拓寬，教學(xué)素材是否優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)不僅僅是包含多少知識，更重要的是包含多少最新的知識；不僅僅是傳遞解決問題的方法，更重要的是傳遞超前、新穎的解決問題的方法。

當(dāng)今學(xué)生知識涉獵面廣，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也為他們提供了很好的平臺，如果他們已經(jīng)獲取的知識及應(yīng)用的先進(jìn)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過課本素材羅列的知識，將會極大地削弱他們對本學(xué)科的興趣，進(jìn)而影響課堂教學(xué)效果。

此外，作為智能科學(xué)與技術(shù)這一前沿學(xué)科的教學(xué)素材，必須體現(xiàn)出時(shí)代性、開放性、多元性與全面性。因此，教學(xué)過程中所采用素材的改進(jìn)和提高，應(yīng)該向著不斷更新、與時(shí)俱進(jìn)的方向靠攏，教師應(yīng)該不斷將最新理論、最新方法、最新應(yīng)用融合于一線基礎(chǔ)教學(xué)過程中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中始終緊跟前沿技術(shù)的發(fā)展，在未來工作中能更快、更好地融入行業(yè)中。

3教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變

目前，學(xué)生群體主要為90后，高校即將迎來00后，他們成長過程中的家庭環(huán)境和社會環(huán)境與早期學(xué)生相比更為平等和寬松，他們的學(xué)習(xí)需求也由目標(biāo)導(dǎo)向型逐步演化為興趣導(dǎo)向型。因此，如何激發(fā)學(xué)生的興趣，進(jìn)而以興趣為基礎(chǔ)激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力，將是教學(xué)效果事半功倍的途徑。

青年學(xué)生正處于思維高度活躍的階段，他們往往對新興成果和前沿?zé)狳c(diǎn)有著超過常人的關(guān)注，如何巧妙而有效地將這種關(guān)注轉(zhuǎn)化為針對本學(xué)科的興趣，進(jìn)而反向推導(dǎo)出基礎(chǔ)理論并讓學(xué)生消化、吸收，就成為一線教師面臨的重要問題。

從1997年國際象棋大師卡斯帕羅夫和電腦“深藍(lán)”第一次人機(jī)大戰(zhàn)開始，智能科學(xué)與技術(shù)迅速躋身科技前沿?zé)狳c(diǎn)，且經(jīng)久不衰。2016年3月，Alpha Go再次燃起人工智能之火，經(jīng)過媒體的推波助瀾，成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)，大大增強(qiáng)了智能科學(xué)與技術(shù)的關(guān)注度。而青年學(xué)生作為最容易追趕潮流的群體，自然對此類熱點(diǎn)趨之若鶩。

作為智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的一線教師，應(yīng)把握和利用社會輿論的潮流以及學(xué)生心理的律動，及時(shí)以此熱點(diǎn)為突破口，吸引學(xué)生的興趣，引起共鳴，進(jìn)而進(jìn)行反向推導(dǎo)相關(guān)基礎(chǔ)理論并加以詳解。

例如，教師以Alpha Go為課堂開篇討論，引導(dǎo)學(xué)生思考，并說明Alpha Go的核心原理是深度學(xué)習(xí)。在這個(gè)實(shí)例中，Alpha Go模擬人類下棋的推理與思考過程，其中推理過程通過搜索樹來搜索可能的棋局，思考過程通過兩個(gè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定可能的搜索方向和評估棋局，這兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括：

（1）落子選擇器（policy network），這是一種深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主要通過當(dāng)前棋盤布局預(yù)測下一步走棋位置的概率。

（2）棋局評估器（value network），與落子選擇器具有相似的結(jié)構(gòu)，主要在給定棋子位置的情況下，輸出雙方棋手獲勝的可能性，從而對棋局進(jìn)行評估。

如此，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生了解搜索樹及搜索算法，也可以從深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到普通神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，講解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到深度學(xué)習(xí)的發(fā)展過程。這樣就可以將學(xué)生對Alpha Go本身的興趣，巧妙地引導(dǎo)到對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)概念和原理方面，以此強(qiáng)化學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握。

同時(shí)，開放式的考核方式也是促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新、使教學(xué)方法適應(yīng)新時(shí)代的一種有效途徑。對于本學(xué)科感興趣的話題，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生多談自己的思路和想法；對于開放式課題，應(yīng)給學(xué)生提供展示的舞臺，鼓勵學(xué)生分享自己在查找資料、解決難點(diǎn)、編程過程中的心得體會，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性；將這些考核成績按比例計(jì)入學(xué)生課業(yè)總成績中，充分肯定學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4結(jié)語

教學(xué)成效是設(shè)計(jì)和構(gòu)建教學(xué)方式的基本出發(fā)點(diǎn)，教師應(yīng)該結(jié)合學(xué)生需求從學(xué)習(xí)成效、教學(xué)技巧、教學(xué)內(nèi)容上總體把握教學(xué)方式閣，采用不同于傳統(tǒng)講授方式的逆向教學(xué)（如圖1所示），使其滿足和順應(yīng)新一代青年學(xué)生的心理認(rèn)同需求和學(xué)習(xí)需求，將新理論、新應(yīng)用不斷融入基礎(chǔ)教學(xué)中，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

教師首先要以教學(xué)理念的改變?yōu)榛A(chǔ)，能夠在教學(xué)之外深入學(xué)生群體，真正了解學(xué)生對本學(xué)科的興趣所在，以便有的放矢；其次，改變先講授基礎(chǔ)、再推導(dǎo)應(yīng)用的講授方式，在教學(xué)素材中加入新興成果和科技前沿?zé)狳c(diǎn)，以此吸引學(xué)生關(guān)注，反推出新成果或熱點(diǎn)需具備的基礎(chǔ)知識，并展開討論和講解。這兩點(diǎn)相結(jié)合，可以真正做到吸引學(xué)生興趣、關(guān)注熱點(diǎn)技術(shù)、投入基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的教學(xué)過程，可以實(shí)現(xiàn)符合學(xué)生期望的興趣導(dǎo)向型教學(xué)模式。

作為一門前沿學(xué)科，智能科學(xué)與技術(shù)的教學(xué)方式要與時(shí)俱進(jìn)、不斷完善，教師要注重培養(yǎng)自己在教學(xué)過程中的引導(dǎo)能力，充分挖掘吸引學(xué)生的教學(xué)素材，鼓勵學(xué)生開拓創(chuàng)新，不斷加強(qiáng)動手能力，為不斷提高智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的人才培養(yǎng)質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（編輯：孫怡銘）