應(yīng)用型課程智能交互式學(xué)習(xí)的教學(xué)研究與實(shí)踐

摘要：隨著國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》，“智能+”時(shí)代正式到來(lái)，它將對(duì)我們生活的方方面面進(jìn)行改變和沖擊。文章聚焦實(shí)際教學(xué)，把傳統(tǒng)教學(xué)和當(dāng)前人工智能背景相結(jié)合，探索智能+在教學(xué)中的應(yīng)用和落地，探索改善學(xué)生智能交互式學(xué)習(xí)的切實(shí)可行方案。

關(guān)鍵詞：人工智能;思維導(dǎo)圖;交互式學(xué)習(xí);大數(shù)據(jù)分析;Matlab

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）16-0231-02

（國(guó)發(fā)〔2017〕35號(hào)）[1]發(fā)布的關(guān)于印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》中指出人工智能已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，經(jīng)過(guò)60多年的演進(jìn)，特別是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級(jí)計(jì)算、傳感網(wǎng)、腦科學(xué)等新理論新技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展強(qiáng)烈需求的共同驅(qū)動(dòng)下，人工智能的加速發(fā)展，將會(huì)深刻改變和影響我們社會(huì)生活的方方面面。

另一方面，在實(shí)際調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)隨著信息網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)生獲取知識(shí)碎片化現(xiàn)象嚴(yán)重[2，3]，興趣記憶理解低下等問(wèn)題比較突出。傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式早已難以適應(yīng)當(dāng)前較快的節(jié)奏，海量信息造成注意力的轉(zhuǎn)移，指數(shù)倍增長(zhǎng)的信息轟炸等;本文主要聚焦實(shí)際教學(xué)，探索在智能教育方面進(jìn)行改革，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)弊端及學(xué)生缺乏智能學(xué)習(xí)方式等現(xiàn)象，提出切實(shí)可行方案。

一、概述

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》中將重點(diǎn)任務(wù)劃分為六個(gè)方面：構(gòu)建開(kāi)發(fā)協(xié)同的人工智能科技創(chuàng)新體系，培育高端高效的智能經(jīng)濟(jì)，建設(shè)安全便捷的智能社會(huì)，加強(qiáng)在人工智能領(lǐng)域的軍民融合，構(gòu)建泛再在安全高效的智能化基礎(chǔ)設(shè)施體系，前瞻布局新一代人工智能重大科技項(xiàng)目。在關(guān)于建設(shè)安全便捷的智能社會(huì)中提到了智能教育，即利用智能技術(shù)加快建立人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系。

目前大部分的授課方式仍屬于傳統(tǒng)教學(xué)，而傳統(tǒng)教學(xué)又屬于典型的被動(dòng)式教學(xué)，以教師直接講授為主，學(xué)生參與度較低，積極性和興趣被壓制。加上一些新的教學(xué)工具較少引入，造成部分不直觀和學(xué)生缺乏整體性理解的問(wèn)題。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)外也在探索一些新的教學(xué)方式，如當(dāng)前國(guó)際上比較流行的PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)法[4，5]，已經(jīng)取得了相當(dāng)不錯(cuò)的教學(xué)效果。PBL教學(xué)模式是一種將學(xué)生自學(xué)與導(dǎo)師指導(dǎo)相結(jié)合的小組教學(xué)法，和傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，PBL教學(xué)更傾向于以問(wèn)題為基礎(chǔ)、以學(xué)生為中心，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的交流能力并調(diào)動(dòng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，注重協(xié)作能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，能夠營(yíng)造一個(gè)輕松、主動(dòng)的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，對(duì)知識(shí)連通有一定的幫助。隨著智能技術(shù)的加速發(fā)展，如何更好地智能學(xué)習(xí)，交互性學(xué)習(xí)變得更加重要。

本文針對(duì)應(yīng)用型課程，在新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的指引下，結(jié)合部分當(dāng)前較為流行的PBL互動(dòng)教學(xué)手段，根據(jù)Matlab與工程計(jì)算課程方面的特點(diǎn)進(jìn)行研究。

二、方法

本節(jié)中，我們將結(jié)合實(shí)際課程教學(xué)，在提升學(xué)生的智能交互式學(xué)習(xí)方面提出兩項(xiàng)切合可行的智能技術(shù)應(yīng)用，并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐展開(kāi)詳細(xì)描述。

（一）思維導(dǎo)圖在教學(xué)中的應(yīng)用

思維導(dǎo)圖（Mind Mapping）由英國(guó)“記憶之父”Tony Buzan所創(chuàng)，思維導(dǎo)圖是一種表達(dá)發(fā)散性思維的圖形工具，通過(guò)一個(gè)中心點(diǎn)，不斷向外進(jìn)行擴(kuò)散然后形成若干關(guān)節(jié)點(diǎn)，而每一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)又成為下一級(jí)主題的中心點(diǎn)。它們借助不同顏色，從中心自然發(fā)散出來(lái)，其所采用的線條、符號(hào)、詞匯和圖像，均遵循一套簡(jiǎn)單、基本、自然、易被大腦接受的規(guī)則。這種教學(xué)模式使用的思維導(dǎo)圖，可以把一長(zhǎng)串枯燥的信息變成彩色的、容易記憶的、有高度組織性的圖，它與我們大腦處理事物的自然方式相吻合。

根據(jù)教學(xué)特點(diǎn)，從定義、作用、畫圖工具以及教學(xué)實(shí)踐四個(gè)方面展開(kāi)，可以有效地指導(dǎo)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用和落地。在Matlab與工程計(jì)算課程實(shí)踐中，可通過(guò)思維導(dǎo)圖對(duì)一些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的梳理，提高學(xué)生對(duì)編程實(shí)踐的興趣和熱愛(ài)，從而潛移默化地提高學(xué)生采用Matlab工具解決工程中的一些實(shí)際問(wèn)題;思維導(dǎo)圖的應(yīng)用可以幫助學(xué)生理解知識(shí)，進(jìn)而提升他們對(duì)整個(gè)課程的整體性理解，讓學(xué)生把從課本上學(xué)到的知識(shí)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)性的整理，結(jié)合上機(jī)實(shí)踐再總結(jié)，形成一個(gè)良性閉環(huán)，持續(xù)增強(qiáng)記憶;同時(shí)思維導(dǎo)圖在頭腦風(fēng)暴等環(huán)節(jié)的應(yīng)用，大大地提高了學(xué)生主動(dòng)積極提問(wèn)和回答的次數(shù)和效率，增強(qiáng)了大家的互動(dòng)和記憶;在課堂筆記、復(fù)習(xí)以及總結(jié)等其他各個(gè)方面也同樣起著重要的作用。

（二）大數(shù)據(jù)在教學(xué)中的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)變得越來(lái)越多，主流意識(shí)形態(tài)認(rèn)為大數(shù)據(jù)可以用來(lái)處理和解讀數(shù)據(jù)以及探尋數(shù)據(jù)背后包含的深層次信息，同時(shí)在體積龐大的數(shù)據(jù)量中，能夠快速挖掘出有應(yīng)用價(jià)值的數(shù)據(jù)。根據(jù)課程特點(diǎn)，一般將大數(shù)據(jù)可視化劃分為三個(gè)方面，數(shù)據(jù)源的產(chǎn)生或來(lái)源，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)清洗及大數(shù)據(jù)分析，最后數(shù)據(jù)的服務(wù)指導(dǎo)教學(xué)。

在實(shí)際的Matlab與工程計(jì)算課程教學(xué)中，我們引入大數(shù)據(jù)技術(shù);大數(shù)據(jù)的使用，是傳統(tǒng)的教育研究走向科學(xué)實(shí)證的重要工具，如我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中通過(guò)對(duì)學(xué)生日常Matlab習(xí)題答案的收集，將學(xué)生易錯(cuò)的試題和答案進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)和排序，可以清晰地找到哪些Matlab試題比較難和學(xué)生不易接受，然后針對(duì)相應(yīng)的題目進(jìn)行教學(xué)方法的改進(jìn)和引導(dǎo)，輔助一些有效的分析等加強(qiáng)學(xué)生的記憶，并定期將大數(shù)據(jù)分析得到的易錯(cuò)的問(wèn)題進(jìn)行會(huì)上頭腦風(fēng)暴討論，從而找到一種最優(yōu)的方案;我們還會(huì)對(duì)學(xué)生考試成績(jī)等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析并對(duì)往年學(xué)生反饋的情況等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

還會(huì)對(duì)大量分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)的迭代和存儲(chǔ)，對(duì)不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)清洗和整理，然后針對(duì)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行上述工作時(shí)可以采用比較流行的大數(shù)據(jù)分析工具，如hadoop等，并將分析出來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)一步存儲(chǔ)。

最后將分析后的數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)：大數(shù)據(jù)結(jié)果的使用，能讓我們從技術(shù)層面對(duì)結(jié)果進(jìn)行量化和顯現(xiàn)，如用得到的數(shù)據(jù)結(jié)果指導(dǎo)我們個(gè)性化化教學(xué)，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)關(guān)于本課程的一些優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)和案例，落實(shí)到教學(xué)中，從而為學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、考核評(píng)估、個(gè)性化指導(dǎo)等提供科學(xué)的依據(jù)。

在構(gòu)建一個(gè)智能學(xué)習(xí)，交互式學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系時(shí)，大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的使用，能有效地幫助我們洞察學(xué)生的真實(shí)情況，找到真正起作用的教育影響因素，進(jìn)而有效地幫助我們走向個(gè)性化教學(xué)并進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估。

三、結(jié)論

本文在人工智能的大背景下，分析了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》中關(guān)于智能教學(xué)方面的要求，探索如何在現(xiàn)有優(yōu)秀的PBL教學(xué)法基礎(chǔ)上，根據(jù)Matlab與工程計(jì)算實(shí)際課堂的相應(yīng)特點(diǎn)，引入思維導(dǎo)圖和大數(shù)據(jù)兩項(xiàng)智能技術(shù)，改善學(xué)生的智能教學(xué)和交互式學(xué)習(xí)。當(dāng)然結(jié)合不同的課程特點(diǎn)，除本文提到的方法外還可以引入其他的技術(shù)和工具來(lái)輔助教學(xué)。實(shí)踐證明：本文通過(guò)引入智能技術(shù)加快人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包括智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系的一個(gè)探索，通過(guò)引入新的技術(shù)和工具，與傳統(tǒng)教學(xué)手段相比，在面向應(yīng)用型的課程中培養(yǎng)學(xué)生智能交互式學(xué)習(xí)有效且得到了學(xué)生的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

[1]新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[EB/OL].國(guó)發(fā)〔2017〕35號(hào).

http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]吳建材，柯暢.碎片化時(shí)代高校教學(xué)改革的問(wèn)題和探索[J].時(shí)代教育，2015，（9）：250.

[3]馬陸亭.高等教育支撐國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新需有整體架構(gòu)[J].高等工程教育研究，2016，（1）：5-11.

[4]丁曉蔚，顧紅.“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)（PBL）”實(shí)施模型述評(píng)[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2011，34（1）：66-69.

[5]杜翔云，Anette，Kolmos，等.PBL：大學(xué)課程的改革與創(chuàng)新[J].高等工程教育研究，2009，（3）：11.

Teaching Research and Practice of Intelligent Interactive Learning Method on Application Course

RAO Huan-le

（School of Automation，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract：With the release of the state council's notice on the development plan for a new generation of artificial intelligence，the "intelligent +" times is officially coming，which will change and impact every aspect of our lives.This paper focuses on practical teaching，combines traditional teaching with current artificial intelligence background，explores the application and implementation of "intelligent +" in teaching，and studies feasible schemes to improve students' intelligent interactive learning.

Key words：artificial intelligent;mind map;interactive learning method;big data analysis;Matlab

收稿日期：2019-07-26

基金項(xiàng)目：杭州電子科技大學(xué)高等教育研究課題項(xiàng)：培養(yǎng)學(xué)生“智能+”思維的教學(xué)研究與實(shí)踐（YBJG201948）

作者簡(jiǎn)介：饒歡樂(lè)（1987-），女，講師，主要從事測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)教學(xué)和研究工作。