融合理論與應(yīng)用的人工智能教學(xué)改革分析

呂照民

摘? 要：本文從人工智能課程理論與應(yīng)用相融合的方向出發(fā)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐過程中的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)高校學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)對(duì)目前情況下人工智能課程所存在的問題進(jìn)行現(xiàn)象分析。探索并發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在專注度不高、學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)等問題，并提出解決此類問題的理論方法，促進(jìn)人工智能教育的進(jìn)步與變革，培養(yǎng)出順應(yīng)當(dāng)前時(shí)代發(fā)展、滿足社會(huì)需求的復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：人工智能? 教學(xué)改革? 教學(xué)方法? 學(xué)習(xí)興趣

xAbstract： This article starts from the direction of the integration of artificial intelligence curriculum theory and application， combines the experience in the teaching practice process， and analyzes the problems existing in the artificial intelligence curriculum under the current situation according to the learning characteristics of college students. Explore and discover that students have problems such as low concentration and low interest in learning. We propose theoretical methods to solve these problems， promote the progress and transformation of artificial intelligence education， and cultivate compound talents that conform to the development of the current era and meet social needs.

Key Words： Artificial intelligence; Teaching reform; Teaching method; Learning interest

人工智能是引領(lǐng)世界未來、改變?nèi)蚋窬值膽?zhàn)略技術(shù)，人工智能的迅猛發(fā)展迫切需要人工智能教育的及時(shí)跟進(jìn)。人工智能教育水平的高低決定了一個(gè)國家在世界新一輪科技革命中所處的地位，具有極其重要的意義[1]。近年來，人工智能AI （Artificial Intelligence）成為全世界范圍內(nèi)非常熱門的專業(yè)和研究方向，各大高校、公司均投入大量資源成立人工智能學(xué)院，培養(yǎng)、培訓(xùn)學(xué)生及相關(guān)從業(yè)人員。我國在人工智能基礎(chǔ)研究和創(chuàng)新方面，仍然存在很大缺口。根據(jù)高盛《全球人工智能產(chǎn)業(yè)分布》報(bào)告統(tǒng)計(jì)，2017年全球新興人工智能項(xiàng)目中，中國占據(jù)51%，數(shù)量上已經(jīng)超越美國。但是，全球人工智能人才儲(chǔ)備方面，中國卻只有5%左右[2]。人工智能與各界尤其是教育界的融合成為各界人士所關(guān)注的重點(diǎn)。目前，很多研究給予人工智能對(duì)教育及學(xué)校形態(tài)的影響以關(guān)注，探討其困境與出路[3]。

1? 人工智能教育的重要意義

人工智能課程是一門應(yīng)用性與綜合性極強(qiáng)的學(xué)科，其知識(shí)內(nèi)容可適用于多種專業(yè)及場(chǎng)景。在這門學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中，涵蓋了邏輯推理、公式推導(dǎo)等多層次知識(shí)，對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力和高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有較高的要求。是現(xiàn)代教育體系中不可缺失的一門課程，為解決復(fù)雜問題和智能控制提供了有效的途徑。有助于推進(jìn)我國高水平素質(zhì)教育的發(fā)展。人工智能教育發(fā)展有如下幾點(diǎn)重要意義。

（1）加強(qiáng)了師資隊(duì)伍專業(yè)素養(yǎng)。

人工智能作為較為新穎的新興學(xué)科，可以開拓教師隊(duì)伍的視野，給相關(guān)研究?jī)?nèi)容提供一條嶄新道路，提供了科學(xué)研究多樣性與靈活性，促進(jìn)教師主動(dòng)積極的更新自己的知識(shí)體系，接觸并了解人工智能原理，通過對(duì)先進(jìn)技術(shù)的靈活使用，與所研究方向做到合理結(jié)合。也可以開設(shè)面對(duì)教師隊(duì)伍的人工智能課程，可以與社會(huì)前沿技術(shù)進(jìn)行同步與更新。

（2）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

學(xué)習(xí)熱情不是天生的，是在學(xué)習(xí)過程中逐步形成的，在學(xué)習(xí)中獲得成就感、滿足感，掌握一個(gè)科學(xué)高效的學(xué)習(xí)方法是關(guān)鍵，在學(xué)習(xí)的過程中，如果方法不得當(dāng)，學(xué)習(xí)嚴(yán)重受挫，學(xué)生會(huì)對(duì)課程學(xué)習(xí)失去興趣，甚至產(chǎn)生討厭的情緒。人工智能內(nèi)容豐富，方法多樣，目前高校學(xué)生的上課專注度與課程內(nèi)容、教師授課存在正比關(guān)系。傳統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容較為統(tǒng)一，難以激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)較為被動(dòng)。通過人工智能教學(xué)改革，可以將目前學(xué)術(shù)界前沿知識(shí)理論進(jìn)行傳授，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，認(rèn)識(shí)到一個(gè)全新的、多元的人工智能課程。用人工智能的應(yīng)用價(jià)值來調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，通過聯(lián)系實(shí)際，解決學(xué)習(xí)、生活中的問題，讓學(xué)生感到生活中處處有人工智能，彰顯人工智能知識(shí)的魅力。激起學(xué)生學(xué)好人工智能的欲望，讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)此課程并不只是為了應(yīng)付考試而已，而是在生活有很大的實(shí)用價(jià)值。如此進(jìn)行教學(xué)，學(xué)起來學(xué)生會(huì)產(chǎn)生親切感、真實(shí)感，從而激發(fā)高校學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的積極動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣。并且由于人工智能課程的稀缺性，除高校外并不是非常普及，容易使學(xué)生產(chǎn)生成就感，促進(jìn)人工智能課程的順利開展。

（3）加強(qiáng)學(xué)生解決問題的能力。

以人工智能為核心的“新一代技術(shù)革命”正在掀起，成為社會(huì)又一次全新變革與發(fā)展的開端。作為高校學(xué)生，學(xué)習(xí)人工智能課程可以對(duì)自己的思維方式產(chǎn)生極大的轉(zhuǎn)變，面對(duì)一個(gè)待解決的復(fù)雜問題，或許使用人工智能的思維可以巧妙的轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單問題，如目標(biāo)檢測(cè)、故障診斷等人工智能應(yīng)用，極大的減輕了人工勞動(dòng)，提高了工作學(xué)習(xí)效率，高校學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能課程后，將人工智能理論融合與應(yīng)用，面對(duì)當(dāng)前課題所遇到的問題，為解決問題提供多一條思路，節(jié)約時(shí)間成本，在時(shí)間就是價(jià)值的今天，人工智能的意義不言而喻。

2? 人工智能教學(xué)的現(xiàn)狀與問題

現(xiàn)在許多高校都開展了人工智能課程，作為一門新興學(xué)科，一定伴隨著教育方法的不斷改革創(chuàng)新，目前在教學(xué)過程中存在下述幾個(gè)問題。

（1）學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)。

人工智能課程內(nèi)容包含數(shù)學(xué)計(jì)算、向量分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建等復(fù)雜內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力，高等數(shù)學(xué)能力都是不小的挑戰(zhàn)，往往會(huì)出現(xiàn)學(xué)生并不是不認(rèn)真學(xué)，而是基礎(chǔ)知識(shí)的不扎實(shí)導(dǎo)致學(xué)而不精的情況。不斷深入的學(xué)習(xí)如走天梯一般一層接著一層，不能出現(xiàn)漏學(xué)、錯(cuò)學(xué)的情況，為了學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量與教師的教學(xué)熱情，在教學(xué)改革中應(yīng)該解決此類問題。

（2）沒有將理論與應(yīng)用相融合。

面對(duì)新興學(xué)科一般都存在的問題——理論融合應(yīng)用，在人工智能課程中也依然存在，長(zhǎng)期以來，高等學(xué)?？偸敲鎸?duì)理論與應(yīng)用相脫節(jié)的批評(píng)之聲。無論是在工科專業(yè)，抑或是師范類專業(yè)，都能聽到類似的批評(píng)。高校雖然也一再努力接近實(shí)踐，比如推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研一體化、建設(shè)實(shí)踐基地等，但理論與實(shí)踐脫節(jié)的問題依然存在。美國教育家舍恩等人在20世紀(jì)70年代就注意到這一問題，發(fā)現(xiàn)了“實(shí)踐性知識(shí)”的存在，將此視為縮小理論與實(shí)踐鴻溝的關(guān)鍵。所謂實(shí)踐性知識(shí)，是與理論知識(shí)相對(duì)應(yīng)的概念，是指在實(shí)踐中形成的、實(shí)際指導(dǎo)實(shí)踐工作的知識(shí)。作為一門理論性高的課程，實(shí)踐性知識(shí)較少，實(shí)踐性知識(shí)扎根于應(yīng)用之中，在課堂中如何把應(yīng)用融合于理論，并不是一件簡(jiǎn)單的事情，如果缺乏對(duì)“實(shí)踐”過程和實(shí)踐機(jī)制的認(rèn)識(shí)，所謂的理論與實(shí)踐結(jié)合只能是流于形式[4]。所以在人工智能授課過程中，理論與應(yīng)用如何相融于教師來說是一個(gè)嚴(yán)峻的問題。

（3）學(xué)生的參與度不夠。

上一點(diǎn)問題中提到，人工智能是一門理論性極高的課程，這意味著課堂中往往是教師在講臺(tái)上授課，學(xué)生在臺(tái)下進(jìn)行聆聽，查閱資料、自我思考與鉆研的時(shí)間并不多。不管是什么知識(shí)，只有自身真正的參與其中，才能夠更好的將課本、課件中的知識(shí)為自己所用，遇到不懂的地方不再按部就班的填寫答案，而是在互聯(lián)網(wǎng)中主動(dòng)尋找知識(shí)來源、進(jìn)行課程知識(shí)外的系統(tǒng)完善，培養(yǎng)出高水平人才。而如何解決這一問題，教師們一直在進(jìn)行探索，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與度。

3? 人工智能在教學(xué)改革中的應(yīng)用與實(shí)踐

世界一流大學(xué)在人工智能課程內(nèi)容設(shè)置根據(jù)不同國家的教育體系設(shè)置，肯定會(huì)有不同，我們結(jié)合中國教育體系設(shè)置，根據(jù)工科學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、基礎(chǔ)技能，認(rèn)為應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)。

（1）提高課程選課門檻。

選擇人工智能課程之前，學(xué)生應(yīng)當(dāng)通過高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等課程考試。眾所周知人工智能課程內(nèi)容包含數(shù)學(xué)計(jì)算、向量分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建等復(fù)雜知識(shí)，若學(xué)生未掌握基本計(jì)算能力而進(jìn)行人工智能課程的學(xué)習(xí)，可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)度緩慢、專業(yè)問題難以理解的困難。

（2）課程教學(xué)應(yīng)注意理論與應(yīng)用的融合。

人工智能課程包括知識(shí)表示、基礎(chǔ)算法、機(jī)器視覺等內(nèi)容，許多同學(xué)在在課程結(jié)束之后，能夠了解此類知識(shí)，但并不能將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于自身專業(yè)、研究方向，如何將知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)工具，是教學(xué)改革所要研究的重點(diǎn)。對(duì)于工科專業(yè)的學(xué)生來說，人工智能能應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，課程中教師可以將相關(guān)人工智能處理案例附加于對(duì)應(yīng)章節(jié)的學(xué)習(xí)中去，使學(xué)生不僅理解基本方法，也明白該方法在實(shí)際工作中的應(yīng)用，這樣理論與應(yīng)用的融合加深學(xué)生的學(xué)習(xí)深度，提高學(xué)習(xí)興趣。

（3）加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立解決人工智能問題的能力。

教師可以在課程教學(xué)過程中提出相關(guān)基礎(chǔ)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生使用不同的人工智能方法、查閱文獻(xiàn)資料對(duì)該問題進(jìn)行解決，并制作ppt于課前面向同學(xué)進(jìn)行分析與展示。由于往常課程教學(xué)中，常見教師從頭至尾含辛茹苦進(jìn)行課程講解，但學(xué)生參與度不高，處于被動(dòng)接受的環(huán)境。巴爾扎克認(rèn)為：“打開一切科學(xué)的鑰匙，都無異議的是問號(hào)?！痹诮虒W(xué)過程中，學(xué)生只有對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生疑問，學(xué)習(xí)才有積極性和主動(dòng)性，才會(huì)開動(dòng)腦筋，想方設(shè)法去解決問題。若教師巧妙地設(shè)問，可以以問促學(xué)，以學(xué)促思，從而在質(zhì)疑中引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，誘發(fā)學(xué)生思維動(dòng)機(jī)的問題。如此能夠有效激發(fā)學(xué)生探究意識(shí)和學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生產(chǎn)生渴望探究新知識(shí)的良好心理狀態(tài)，從而主動(dòng)的深入學(xué)習(xí)。而讓學(xué)生去解決一個(gè)課程相關(guān)的問題，可以加強(qiáng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料的能力，提高學(xué)生獨(dú)立思考能力與學(xué)習(xí)興趣，師生之間的交流程度也大幅提高。同時(shí)將學(xué)生作為教學(xué)主體，將教師從原本的知識(shí)傳授者變成教學(xué)引導(dǎo)者，幫助學(xué)生能夠進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高[5]。

4? 結(jié)語

人工智能的發(fā)展是隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步而變化[6]，在社會(huì)的不斷發(fā)展中應(yīng)用之處越來越多，人工智能教育的改革也十分重要，教師如何教好，學(xué)生如何學(xué)好，是兩個(gè)需要不斷細(xì)化的問題。習(xí)總書記談過：“教育興則國家興，教育強(qiáng)則國家強(qiáng)?！备叩冉逃且粋€(gè)國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志。習(xí)總書記在不同場(chǎng)合多次強(qiáng)調(diào)發(fā)展教育的重要意義，為教育強(qiáng)國的建設(shè)指明了方向。作為高校教育中的重要一環(huán)，高校教師應(yīng)該積極配合學(xué)校的總體方針，認(rèn)真思考如何使用豐富的教學(xué)手段，增強(qiáng)教學(xué)深度，將理論融合于應(yīng)用，完善學(xué)生的知識(shí)體系與實(shí)踐能力，使得人工智能在發(fā)展中不斷更新，在社會(huì)中發(fā)揮更大的作用，培養(yǎng)出適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和社會(huì)需求的復(fù)合型人才，走好中國特色社會(huì)主義道路，為社會(huì)主義現(xiàn)代化貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉永，胡欽曉.論人工智能教育的未來發(fā)展：基于學(xué)科建設(shè)的視角[J].中國電化教育，2020（2）：37-42.

[2] 周鋆，曾平，杜振國，等.世界一流大學(xué)研究生培養(yǎng)模式討論——以人工智能課程為例[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2018，40（S1）：102-106.

[3] 李嘉琳.論人工智能對(duì)學(xué)校教育的影響[D].沈陽：沈陽師范大學(xué)，2020.

[4] 陳洪捷.為什么我們做不好“理論結(jié)合實(shí)踐”[N].中國科學(xué)報(bào)，2020-06-02（7）.

[5] 亓靜.人工智能背景下《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程的教學(xué)改革分析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2020，16（12）：151-152.

[6] 貴向泉，高禎，李立，等.“新工科”背景下人工智能教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2020（15）：129-131.