人工智能課程教學(xué)改革的探討

王新梅+馮萍+羅文

摘 要：為提高人工智能課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，根據(jù)近幾年的教學(xué)經(jīng)歷和實踐過程，對該課程的教學(xué)內(nèi)容、模式及方法等幾個方面進(jìn)行研究，以期達(dá)到提高本課程教學(xué)質(zhì)量，使得學(xué)生在實踐中能夠掌握相關(guān)原理，運用相關(guān)技術(shù)解決相應(yīng)問題的目的。同時，希望對相應(yīng)的教學(xué)改革措施不斷完善，合理解決教學(xué)改革中存在的問題，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：人工智能；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)模式；教學(xué)方法

中圖分類號：G4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.18.062

近年來，人工智能的發(fā)展如火如荼，它的研究涉及信息論、控制論、數(shù)學(xué)、語言學(xué)等多學(xué)科，人工智能的興起也為各學(xué)科領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展和挑戰(zhàn)。目前，諸多高校在自動化、電子、計算機、機械等本科專業(yè)開設(shè)了該課程，本文將結(jié)合筆者近年來在該課程的教學(xué)實踐及過程中出現(xiàn)的問題，從教學(xué)內(nèi)容、方法、實踐教學(xué)這幾個方面進(jìn)行探索。

1 人工智能課程教學(xué)中的困難

該課程具有知識點多、涉及面廣、內(nèi)容抽象且更新快的特點。通過相關(guān)文獻(xiàn)的總結(jié)，結(jié)合自己近年的教學(xué)經(jīng)驗，筆者發(fā)現(xiàn)在該課程的教學(xué)過程中存在諸多問題：大部分教材過于理論化，且在內(nèi)容上涵蓋了很多抽象的理論、不易理解的算法；課堂教學(xué)方法及手段上又過于單一，這使得教學(xué)過程中學(xué)生的積極性不高；同時，實踐教學(xué)在課時量、實踐內(nèi)容和實踐方法上還有待提高；另外，人工智能授課的課時量、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實踐等方面的確定需結(jié)合各專業(yè)對該門課程的學(xué)習(xí)要求，所以，如何在各專業(yè)規(guī)定的課程學(xué)習(xí)時間內(nèi)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高課程教學(xué)質(zhì)量，需要大家一起思考和探索。

2 教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)

教學(xué)內(nèi)容的確定是課程的首要任務(wù)。如何選好教學(xué)內(nèi)容，需結(jié)合各專業(yè)對該門課程的教學(xué)要求，做到既能考慮學(xué)生們的基礎(chǔ)，又能便于他們在規(guī)定的課時內(nèi)完成該門課程的學(xué)習(xí)。由于目前人工智能的發(fā)展如火如荼，在世界范圍內(nèi)引起了諸多的關(guān)注和發(fā)展，課程的教學(xué)內(nèi)容上，除基本的基礎(chǔ)理論之外，也需包含人工智能領(lǐng)域的新發(fā)展和新動態(tài)。以自動化專業(yè)為例來說，在實際教學(xué)過程中，結(jié)合本課程與自動化專業(yè)間的聯(lián)系，在講解該課程的應(yīng)用開發(fā)時可考慮選擇與自動化相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)行介紹，即除講授基本的理論之外，學(xué)習(xí)拓展部分可添加課程在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機器學(xué)習(xí)、機器規(guī)劃等）方面的知識，結(jié)合近年來人工智能科學(xué)的快速發(fā)展，可以結(jié)合研究熱點學(xué)習(xí)智能計算和Agent等方面的知識。在教材選用上，本課程使用的是蔡自興和徐光祐教授執(zhí)筆編著的《人工智能及其應(yīng)用》。

對于想進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究的學(xué)生來說，除國內(nèi)相應(yīng)經(jīng)典的教材外，可以涉獵一些國外的經(jīng)典教材。國外教材更注重分析問題的思維方法、解決問題的應(yīng)用能力，這樣的方式對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力很有幫助；但針對國內(nèi)學(xué)生來說，理解某些內(nèi)容和背景比較困難，直接使用原版教學(xué)內(nèi)容會存在一定問題，需要有選擇性地挑選合適的內(nèi)容。

3 教學(xué)模式及教學(xué)方法的改革

3.1 針對第一堂課的教學(xué)改革

由前所述，該課程基本內(nèi)容的講解，會涉及很多抽象概念和算法，學(xué)生們往往感到不易接受，直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、學(xué)習(xí)效果和參與意識。所以上好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，比如第一堂課可以針對近年來人工智能界最有影響力的事件——AlphaGo（阿法狗）對弈傳奇圍棋棋手李世石。一直以來，作為最深奧玄妙的圍棋，在人類眼中認(rèn)為很難被機器征服，但生產(chǎn)AlphaGo的公司只是使用了機器學(xué)習(xí)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，便實現(xiàn)了這個人類以為的不可能；同時，AlphaGo具有一流的評估及運用技巧的能力。該事件對人工智能領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，也使得近年來深度學(xué)習(xí)成為新的熱點。通過該事件中有關(guān)情節(jié)的介紹，老師可以讓學(xué)生們更好地了解人工智能的目標(biāo)、意義，激發(fā)學(xué)生們探索人工智能的興趣。

《人工智能》課程的教學(xué)過程中，由于涉及較多的抽象概念、理論和算法，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣會慢慢減退。在教學(xué)過程中需通過多種途徑及方法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，例如采用啟發(fā)式教學(xué)方法，提高學(xué)生的主觀能動性及主動思考能力；采用實例教學(xué)法使學(xué)生直觀體驗算法的基本思想和過程；通過合適的實驗環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生通過看書、查資料、上網(wǎng)等多種渠道，了解和掌握某一算法的原理，并通過小組協(xié)作的方式完成相應(yīng)的實驗內(nèi)容，達(dá)到調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)研究熱情，提高學(xué)習(xí)效率的目的。

3.2 教學(xué)模式及教學(xué)方法的改革

3.2.1 實例教學(xué)法

該門課程講授中，很多內(nèi)容比較抽象，將這些難以闡述清楚的內(nèi)容用一些經(jīng)典或者有趣的實例進(jìn)行引入，會讓學(xué)生們?nèi)菀捉邮?。例如在講解狀態(tài)空間的知識表示時，以經(jīng)典的漢諾塔問題為例來講授，能讓該知識點的講授清晰易懂，從而使學(xué)生們能很快掌握該方法的原理；在講授狀態(tài)空間搜索方法時，針對經(jīng)典的旅行商問題，可以從寬度優(yōu)先搜索、深度優(yōu)先搜索、無代價寬度優(yōu)先搜索、無代價深度優(yōu)先搜索、有代價寬度優(yōu)先搜索、有代價深度優(yōu)先搜索等各搜索算法的原理出發(fā)，進(jìn)行旅行商問題的求解，并進(jìn)行搜索算法間異同點的分析，加深學(xué)生對這些算法的理解和掌握。此外，結(jié)合專業(yè)的研究應(yīng)用領(lǐng)域，以自動化專業(yè)為例，通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機器學(xué)習(xí)、機器規(guī)劃等方面的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生接觸并理解課程中的相應(yīng)知識如何應(yīng)用在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，運用智能控制的技術(shù)解決復(fù)雜的控制問題。這樣的實例教學(xué)方式可達(dá)到激發(fā)學(xué)生興趣，拓展學(xué)生的視野及思路，實現(xiàn)教學(xué)期望的目標(biāo)。

3.2.2 問題探討教學(xué)法

面向問題的啟發(fā)式教學(xué)近年來應(yīng)用在很多教學(xué)場合。在教學(xué)過程中，可以根據(jù)當(dāng)天的講授內(nèi)容，有意識地設(shè)計一些問題，讓學(xué)生思考，鼓勵學(xué)生們提出自己的見解。比如前段時間出現(xiàn)的“AlphaGo（阿法狗）對弈傳奇圍棋棋手李世石”事件，可以展開相應(yīng)的討論，比如人工智能應(yīng)該側(cè)重弱智能還是強智能？人工智能以后會不會代替人類甚至超越人類智能的極限？甚至討論的問題可以延伸到阿里云曝光的一段基于量子糾纏的大腦同步技術(shù)設(shè)想視頻。量子糾纏理論到現(xiàn)在是否是成熟的，有沒有漏洞？如何通過現(xiàn)有的技術(shù)實現(xiàn)量子糾纏態(tài)？老師可以組織進(jìn)行這樣的課堂探討及辯論。這樣不僅能活躍課堂氣氛、讓學(xué)生都參與進(jìn)來，也能提高他們學(xué)習(xí)的興趣。

3.2.3 任務(wù)驅(qū)動分解教學(xué)法

通過相應(yīng)的任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中掌握知識。一般通過提出任務(wù)→分解任務(wù)→獲得任務(wù)完成所需的方法步驟→適度講解結(jié)合自主及協(xié)作學(xué)習(xí)→完成任務(wù)→反饋、交流、總結(jié)的形式進(jìn)行。該教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊協(xié)作、創(chuàng)新等方面的能力。例如在介紹完狀態(tài)空間搜索的方法以后，可以針對旅行商、八數(shù)碼問題等，讓學(xué)生們自發(fā)形成小組選定需要完成的任務(wù)，之后選擇幾個小組進(jìn)行任務(wù)完成過程中所遇到的問題及解決方案形成的講述，并講解其所選方法在解決實際問題過程中的具體應(yīng)用過程，在此過程中，其他小組學(xué)生和教師可進(jìn)行交流和溝通，共同學(xué)習(xí)以加深對方法的理解。最后以論文的形式或程序設(shè)計的形式完成相應(yīng)應(yīng)用案例的小組論文。

以上的幾種教學(xué)方法在教學(xué)中可以交叉進(jìn)行。通過筆者近幾年的教學(xué)實踐，其優(yōu)勢已經(jīng)得到了相應(yīng)的驗證，該課程的教學(xué)質(zhì)量也得到了顯著提高。

4 教學(xué)改革中存在的問題

經(jīng)過以上的這些改革，筆者在課程講述中取得了一定的成績，但也需要同時重視此過程中存在的一些問題：

（1）處理好非計算機專業(yè)學(xué)生的教學(xué)問題。舉例來說，針對自動化專業(yè)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)人工智能課程的過程中，由于該門課程涉及到一些先修知識，如離散數(shù)學(xué)等，此部分內(nèi)容，自動化專業(yè)學(xué)生并未學(xué)過，知識儲備方面將有欠缺，該問題對于很多專業(yè)都將出現(xiàn)，所以需要認(rèn)真處理對待知識準(zhǔn)備的問題。

（2）本課程的考核方式以論文和實驗結(jié)合出勤率進(jìn)行考核，對于實驗部分，主要是采用實驗報告及應(yīng)用案例下的小組論文進(jìn)行的，小組論文可以比較客觀的考察部分學(xué)生掌握知識和完成任務(wù)的情況，但對大部分學(xué)生小組論文及實驗報告的考察，由于存在分組協(xié)作的關(guān)系，小組論文可能存在著濫竽充數(shù)的問題。同時實驗報告的完成，也可能存在相互幫忙的情況，這些對個人最終成績的評定帶來一定的困難。此外，在教學(xué)過程中實例選取會有一定的困難，太難或者太簡單達(dá)不到期望的教學(xué)效果。

5 結(jié)語

本文從人工智能課程教學(xué)的不足之處入手，對其不足之處進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法的改革，通過相應(yīng)的改進(jìn)措施取得了不錯的效果，但同時也需正視教學(xué)過程中存在的問題。希望在今后的教學(xué)過程中，對相應(yīng)部分的改革措施進(jìn)行不斷完善，合理解決教學(xué)改革中存在的問題，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

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