研究生人工智能系列課程教學(xué)改革思路探析

杜航，吳克宇，杜振國，成清

（國防科技大學(xué) 系統(tǒng)工程學(xué)院，湖南 長沙）

在21世紀(jì)社會、科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展下，人工智能的出現(xiàn)推動人類社會進(jìn)入全新時代，人工智能技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上改變了以往傳統(tǒng)信息技術(shù)，帶來了新的發(fā)展動力，人工智能的作用原理主要參照人類大腦思維，實(shí)現(xiàn)的一種模擬智能機(jī)器。研究生作為國家建設(shè)的高水平人才，需要為其提供更加完善的人工智能系列課程教學(xué)，從而全面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。對此，本文提出了一系列教學(xué)改革方法，希望可以為構(gòu)建研究生人工智能系列課程，提供參考。

一 研究生人工智能系列課程教學(xué)改革構(gòu)思

（一） 積極建設(shè)課程、團(tuán)隊(duì)、教材

研究生人工智能系列課程教學(xué)的改革，最為基本的就是課程，這是學(xué)科實(shí)施的主要載體，也是教師進(jìn)行知識傳授的重要途徑，因此，非常有必要提高對課程建設(shè)的重視度，進(jìn)而助推教學(xué)改革。而教師作為研究生接受知識的主要實(shí)施者，在改革進(jìn)程中，有必要組建一支高素質(zhì)的教學(xué)隊(duì)伍，這是保證人工智能相關(guān)課程得以有效傳播、發(fā)展的重要保障[1]。所以，有必要建立完善的團(tuán)隊(duì)合作機(jī)制，通過多方努力，共同完成人工智能系列課程教學(xué)改革，使得計(jì)算機(jī)和自動化兩個專業(yè)可以充分發(fā)揮優(yōu)勢助推人工智能系列課程，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)形式等方面進(jìn)行改革。學(xué)校需要加強(qiáng)對青年教師的培養(yǎng)，可以通過開展課程試講活動的方式，為每位教師提供學(xué)習(xí)機(jī)會，挖掘自身優(yōu)勢，學(xué)會改變不足，從他人教學(xué)中學(xué)習(xí)更加高效的方法，最終獲得良好的教學(xué)效果，為有效落實(shí)研究生人工智能系列課程教學(xué)改革打好基礎(chǔ)。除此之外，教材作為教學(xué)重要工具之一，教材需要重新修改、編寫，做到與時俱進(jìn)，在其中加入最新的領(lǐng)域研究方向，結(jié)合實(shí)際需求以及市場變化，舍去一些過時的內(nèi)容，將科研作為基礎(chǔ)，從而為研究生進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究提供參考，做好方向引領(lǐng)工作。

（二） 有效融合各學(xué)科

在人工智能領(lǐng)域發(fā)展中，最為突出的特點(diǎn)就是多學(xué)科交叉，這也是推動當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要因素。因此，對于人工智能課程的改革，首先需要清楚的是，其與現(xiàn)代科學(xué)的各個分支都存在緊密關(guān)聯(lián)，其中涵蓋了很多領(lǐng)域知識，內(nèi)容非常豐富?；诖?，在實(shí)際教學(xué)改革過程中，教師不僅要教授學(xué)生基礎(chǔ)性的理論知識，更要提高研究生對其他領(lǐng)域知識的擴(kuò)充與融合，促使研究生認(rèn)識到其他學(xué)科知識對人工智能的影響，同時也全面提高了對人工智能在生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域中的應(yīng)用認(rèn)知，這樣可以在很大程度上，促使研究生了解到該領(lǐng)域最前沿的技術(shù)，掌握人工智能發(fā)展動向。通過多學(xué)科交叉，不僅可以有效拓寬學(xué)生視野，延伸知識，同時，也可以更好地融入其他專業(yè)領(lǐng)域知識，對研究生學(xué)習(xí)、實(shí)踐起到重要作用[2]。

（三） 構(gòu)建實(shí)踐性教學(xué)

對研究生而言，在科研的道路上，具備一定的創(chuàng)新能力顯得尤為重要，但僅僅具備理論創(chuàng)新能力還不足，更重要的是，可以將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，這不僅實(shí)現(xiàn)了理論知識的應(yīng)用，同時也通過實(shí)踐進(jìn)一步驗(yàn)證了理論，對提升研究生“研”與“學(xué)”能力起到了重要作用。因此，對于人工智能系列課程教學(xué)改革，需要強(qiáng)化實(shí)踐部分的教學(xué)，為研究生提供足夠的交流、合作、學(xué)習(xí)機(jī)會，促使學(xué)生可以提高自主性，積極參與到實(shí)踐學(xué)習(xí)中，在提高實(shí)踐能力的同時，進(jìn)一步提升研學(xué)精神?；谖覈刭|(zhì)教育背景下，改變以往的學(xué)習(xí)方式，最為主要的目標(biāo)就是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新精神，提高實(shí)踐能力，與此同時，也培養(yǎng)了研究生的科學(xué)思維品質(zhì)，引導(dǎo)其在實(shí)踐中，要敢于質(zhì)疑，提出問題，促使其形成個性化表達(dá)方式，有效提高理解能力[3]。此外，教師也可以引入實(shí)際的機(jī)器人，輔助講解人工智能知識，借助實(shí)物的方式，激發(fā)研究生研究興趣，從而有效推動研究生自主參與積極性，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐的意識，養(yǎng)成良好的科研習(xí)慣。

（四） 全面改革課堂教學(xué)模式

精品課程的實(shí)施需要通過一定的途徑，而課堂教學(xué)作為教師落實(shí)教學(xué)方案的主要陣地，課堂教學(xué)模式對課程實(shí)施效果，學(xué)生接受情況起到直接的影響。從本質(zhì)上講，教學(xué)過程主要就是教師與學(xué)生相互交流、互動，進(jìn)而產(chǎn)生知識的過程。因此，如何提高人工智能課堂教學(xué)成效，對教師提出較高要求，需要明確培養(yǎng)目標(biāo)，即培養(yǎng)研究生的獨(dú)立性、自主性，提升其分析能力、探究能力、解決問題能力，逐步形成具有個性化的研學(xué)方式。教師需要引導(dǎo)研究生學(xué)會主動構(gòu)建屬于自己的知識與能力結(jié)構(gòu)，為日后研學(xué)做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備。所以，在課堂教學(xué)模式上，需要積極改變以往講授式、灌輸式方式[4]，而是多應(yīng)用啟發(fā)式、互動式教學(xué)模式，培養(yǎng)研究生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)其主觀能動性，從而有效發(fā)揮出教師引導(dǎo)、指導(dǎo)的作用。此外，針對一些科研項(xiàng)目，教師需要引導(dǎo)研究生學(xué)會在課后擴(kuò)展研究方向，能夠自主查閱資料，獨(dú)立思考，養(yǎng)成科學(xué)研究的態(tài)度。

二 研究生人工智能系列課程教學(xué)改革實(shí)踐

（一） 立足專業(yè)，有機(jī)融合人工智能課程

人工智能的實(shí)現(xiàn)目的是賦予機(jī)器人類智力，所以，如何借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，讓其具備人類大腦的思維、智能行為是關(guān)鍵。在人工智能課程設(shè)計(jì)中，其中涉及到了多學(xué)科領(lǐng)域，比如數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、控制論等，鑒于此，研究生人工智能課程設(shè)置，同樣也需要涵蓋這些內(nèi)容。但是從當(dāng)前人工智能教材看，結(jié)構(gòu)編排、內(nèi)容組織等方面，各不相同[5]。從教育體系看，其中涉及到知識、能力、素質(zhì)三方面的教育，所以，針對研究生人工智能課程的設(shè)置，非常有必要認(rèn)真研讀授課專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃，全面了解并掌握該專業(yè)研究生需要具備的專業(yè)知識、技能，在此基礎(chǔ)上結(jié)合教學(xué)大綱確定授課內(nèi)容，形成具有針對應(yīng)的專業(yè)性人工智能課程。

例如，對于數(shù)學(xué)專業(yè)的研究生，在開展人工智能課程教學(xué)中，教師需要從數(shù)學(xué)專業(yè)內(nèi)容出發(fā)，按照專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃、學(xué)生需要具備的能力，有側(cè)重點(diǎn)的設(shè)計(jì)課程教學(xué)大綱，可以保留人工智能基礎(chǔ)部分知識，而后重點(diǎn)講解人工智能目前的一些主要研究、應(yīng)用領(lǐng)域等知識，可以側(cè)重講解機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)容[6]，在此基礎(chǔ)上，以應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的《MATLAB及其應(yīng)用》為依托，引導(dǎo)研究生實(shí)現(xiàn)和運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法。通過此種側(cè)重教學(xué)內(nèi)容設(shè)置方式，使得人工智能教學(xué)更加具有針對性，對研究生專業(yè)能力的提升起到重要作用，同時，也豐富了本專業(yè)學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了人工智能理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，極大的提升了教學(xué)效果。

（二） 創(chuàng)新競賽與課堂互融的教學(xué)模式

1.依據(jù)學(xué)情選擇競賽。近幾年，在“互聯(lián)網(wǎng)+”不斷發(fā)展下，相關(guān)教育部門提高對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的高度重視，試圖通過多種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，最終成為對社會有用之人。進(jìn)而學(xué)生的獲獎情況也成為用人單位衡量其職業(yè)素質(zhì)的重要指標(biāo)之一[7]。從當(dāng)前高校各種大賽實(shí)施情況看，類型多種多樣，針對人工會智能課程的競賽如果選擇，成為了相關(guān)教育者需要思考的問題。

針對研究生課程學(xué)習(xí)情況，總結(jié)了幾點(diǎn)：①根據(jù)研究生興趣選擇，盡量貼近生活實(shí)際，同時可以進(jìn)行知識積累。②競賽的具體內(nèi)容需要充分結(jié)合人工智能課程內(nèi)容，同時還需要契合研究生專業(yè)水平。③競賽要實(shí)現(xiàn)全體學(xué)生的參與，保證所以學(xué)生都可以融入到競賽氛圍中。④競賽需要具備一定的社會認(rèn)可度，不能盈利，需要保證競賽的客觀性、公正性、真實(shí)性，得到用人單位和社會認(rèn)可。綜合這些條件，可以選擇“中國計(jì)算機(jī)博弈錦標(biāo)賽”。該比賽主要是以高對抗性的棋牌游戲?yàn)檠芯枯d體，需要參賽選手要積極應(yīng)用理論與實(shí)際系統(tǒng)，對參賽者的創(chuàng)新能力是一種考驗(yàn)。當(dāng)中的計(jì)算機(jī)博弈程序，則需要參賽者借助計(jì)算機(jī)體現(xiàn)出人的思維過程，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要學(xué)生能夠處理相關(guān)問題，找到最佳博弈策略。這一內(nèi)容，使得專業(yè)課程與人工智能課程實(shí)現(xiàn)了緊密銜接[8]。

2.提升教師教學(xué)綜合能力。

（1）提高業(yè)務(wù)水平。教師的教學(xué)水平會直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)成果，因此，作為研究生教師，非常有必要提升自身專業(yè)水平、業(yè)務(wù)能力。加強(qiáng)人工智能課程教學(xué)能力，這樣才可以更好地指導(dǎo)學(xué)生參與競賽，提升其科研能力，在競賽中獲得理想成績[9]。

（2）提升知識認(rèn)識。教師不僅需要具備專業(yè)的教學(xué)能力，同時也需要提升自身知識認(rèn)知，這就意味著可以將知識運(yùn)用到實(shí)踐中，可以起到培養(yǎng)學(xué)生的目的。在人工智能課程教學(xué)過程中，教師不僅需要幫助學(xué)生學(xué)會如何獲取知識，更要培養(yǎng)學(xué)生可以將知識作為一種解決問題手段的能力，這樣才可以在計(jì)算機(jī)博弈競賽中得以充分利用，理論結(jié)合實(shí)踐活起來、用起來[10]。

（3）全面掌握學(xué)生情況。良好的教學(xué)模式構(gòu)建，需要教師全面了解掌握學(xué)生情況，才可以有效實(shí)施對應(yīng)的教學(xué)策略。這需要教師做到熟悉每個學(xué)生、學(xué)會觀察學(xué)生，為實(shí)際教學(xué)提供參考，從而形成針對性的教學(xué)，對參加和不參加計(jì)算機(jī)博以競賽的學(xué)生實(shí)施分層教學(xué)，做到因材施教，進(jìn)而滿足不同層次的學(xué)生學(xué)習(xí)需求。

（4）合理選擇教學(xué)方式方法。教學(xué)方式方法的運(yùn)用，是推動課程變革的重要途徑，改變教學(xué)方式，最為根本的目的在于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高積極性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。通過適宜的教學(xué)方式，可以在很大程度上提高學(xué)生參與度，可以推動課程教學(xué)進(jìn)一步改革。

而人工智能課程的性質(zhì)，促使其教學(xué)過程運(yùn)用新技術(shù)，新方式、新手段，這樣才可以激發(fā)學(xué)生興趣，從而有效激發(fā)學(xué)生在課堂上與教師進(jìn)行互動，提高學(xué)習(xí)成效。比如，教師可以開展辯論、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，或者實(shí)施慕課、雨果課堂等方式。運(yùn)用學(xué)生感興趣的方式，激發(fā)其參與性，從而提高教學(xué)的效率[11]。

（5）培養(yǎng)學(xué)生探究能力。根據(jù)計(jì)算機(jī)博弈程序的設(shè)計(jì)過程，需要感性表象思維，過渡到抽象隱性思維，不僅僅需要棋牌類知識，同時還需要體現(xiàn)出人工智能化，這對參賽者腦力勞動提出了挑戰(zhàn)。因此，教師需要側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會探究性學(xué)習(xí)方法，并不是直接將結(jié)論告知學(xué)生，而是啟發(fā)學(xué)生自主思考、探究、分析、證明，通過這一過程，學(xué)生才可以真正掌握知識學(xué)習(xí)方法，并靈活地運(yùn)用到實(shí)際中[12]。

3.借助競賽促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。

（1）實(shí)施個性化學(xué)習(xí)引導(dǎo)。研究生人工智能課程不同于普通高校學(xué)生集中式學(xué)習(xí)方式，其學(xué)習(xí)更具有靈活性，獨(dú)立性較強(qiáng)，需要研究生具備一定的個性化學(xué)習(xí)能力，形成自己獨(dú)有的學(xué)習(xí)方式，這樣才可以進(jìn)行自主知識構(gòu)建學(xué)習(xí)。因此，教師在實(shí)際教學(xué)過程中，需要做到因材施教，注重引導(dǎo)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)，從而有效培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。結(jié)合2020年的新冠疫情，全國實(shí)施的線上學(xué)習(xí)，為研究生實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)提供了良好契機(jī)，學(xué)生可以自主利用線上資源，充分發(fā)揮自己的個性，以自己的方式總結(jié)知識結(jié)構(gòu)，制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)計(jì)劃、內(nèi)容、方式等。而對于要參賽的學(xué)生，教師可以引導(dǎo)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)，全面實(shí)施線上和線下多層次的指導(dǎo)。

（2）增強(qiáng)實(shí)踐能力。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，即使具備非常扎實(shí)的理論知識基礎(chǔ)，但毫無實(shí)踐能力，這并不能成為人才。當(dāng)今社會需要的是實(shí)踐型、復(fù)合型、具有綜合能力的人才，因此，學(xué)生需要通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，落實(shí)掌握的知識，提升技能。對于參加大賽的學(xué)生，教師應(yīng)當(dāng)使學(xué)生意識到提高自身實(shí)踐環(huán)能力的重要性，而后自主積極的鍛煉動手能力。教師可以設(shè)計(jì)一些實(shí)踐和訓(xùn)練項(xiàng)目，通過學(xué)生實(shí)際操作，給予指導(dǎo)，采用“講練結(jié)合”的教學(xué)方法，使得學(xué)生可以運(yùn)用理論知識，同時，也通過實(shí)踐驗(yàn)證理論，全面提升其綜合能力。

（3）培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識。一個科研項(xiàng)目的順利完成，一定是整體團(tuán)隊(duì)合作的力量與成果，并非是個人的成績，可見，團(tuán)結(jié)意識，合作能力的重要性。對此，教師需要培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識，鼓勵其積極參與到各種科技活動中，在實(shí)踐中構(gòu)建課內(nèi)外知識，展現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)能力、表達(dá)能力，與此同時，也培養(yǎng)自己的合作能力，提升集體意識感[13]。

（三） 迎合“課程思政”落實(shí)教書育人

課程思政是當(dāng)前各專業(yè)課教師開展課程教學(xué)的新理念和新模式。在此背景下，將其融入研究生人工智能系列課程教學(xué)中各個環(huán)節(jié)中,如何找到“契合點(diǎn)”是當(dāng)前教學(xué)改革需要思考的問題。將“課程思政”滲透到研究生人工智能系列課程中，并不是完全取代專業(yè)課程教學(xué)目標(biāo)，按照思想政治教育模式實(shí)施教學(xué)。其本質(zhì)主要是發(fā)揮德育教育作用，在課程建設(shè)中體現(xiàn)出人文價(jià)值，從思想、精神層面實(shí)施指導(dǎo)，進(jìn)而有效構(gòu)建出“三全育人”模式教育工作，促使研究生愛國主義、思想品德、誠實(shí)守信、創(chuàng)新意識等得到培養(yǎng)與提升。例如，在實(shí)際授課過程中，教師可以引入科技領(lǐng)域的先進(jìn)人物，比如我國人工智能的先驅(qū)吳文俊院士，其獲得2000年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎。向?qū)W生講解其先進(jìn)事跡，促使學(xué)生感受到吳文俊院士的愛國情懷、拼搏奮斗精神。吳文俊院士提出的“幾何定理的機(jī)器證明”被譽(yù)為“吳方法”，通過實(shí)際事例，促使學(xué)生可以感受到我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升、強(qiáng)大，進(jìn)而有效提升學(xué)生民族自豪感，同時，也有效增強(qiáng)學(xué)生振興國家的責(zé)任感。再比如，在人工智能課程第一課時，教師可以借助多媒體設(shè)備，系統(tǒng)化、動態(tài)化介紹國家對人工智能的發(fā)展規(guī)劃，幫助學(xué)生全面認(rèn)識、了解社會發(fā)展趨勢，促使學(xué)生樹立明確的科研方向，并逐步落實(shí)到實(shí)踐中。

三 結(jié)語

總之，在人工智能技術(shù)不斷發(fā)展與應(yīng)用下，需要人工智能課程內(nèi)容也要與時俱進(jìn)，從教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面積極進(jìn)行改革，由于我國人工智能還處于發(fā)展、探索過程中，所以，人工智能課任課教師也需要積極探索、實(shí)踐，積極嘗試多種教學(xué)方式，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生更好地認(rèn)知智能化社會發(fā)展趨勢，進(jìn)而促使學(xué)生了解人工智能發(fā)展，明確自身發(fā)展方向，力爭為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化加速躍升貢獻(xiàn)一份力量。