創(chuàng)新型人工智能教學(xué)改革實(shí)踐性探索

曹冬梅

摘要：人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，是一門研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科。探討就 3 個(gè)方面內(nèi)容進(jìn)行：啟發(fā)式傳授人工智能解決問題的非結(jié)構(gòu)化的思想;成體系的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練;與畢業(yè)論文、學(xué)校大學(xué)生科研項(xiàng)目資助計(jì)劃、國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃相對接的科研訓(xùn)練。上述3 個(gè)方面層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，是體系完整的創(chuàng)新型人工智能教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：人工智能;理論傳授;實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練;科研訓(xùn)練

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，是一門研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科。它研究如何用計(jì)算機(jī)模仿人腦所從事的推理、證明、識別、理解、設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)、思考、規(guī)劃以及問題求解等思維活動，并以此解決需要人類專家才能處理的復(fù)雜問題，例如咨詢、診斷、預(yù)測、規(guī)劃等決策性問題。人工智能是一門涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、控制論、信息學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)等學(xué)科的交叉和綜合學(xué)科。

1 啟發(fā)式傳授人工智能解決問題的非結(jié)構(gòu)化思想

現(xiàn)實(shí)世界的問題可以按照結(jié)構(gòu)化程度劃分成三個(gè)層次：1）結(jié)構(gòu)化問題，能用形式化（或稱公式化）方法描述和求解的一類問題;2）非結(jié)構(gòu)化問題，難以用確定的形式來描述，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來求解;3）半結(jié)構(gòu)化問題，介于上述兩者之間。一般說來，計(jì)算機(jī)專業(yè)的其他課程如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、算法分析與設(shè)計(jì)等，都是求解結(jié)構(gòu)化問題的基本技術(shù)。而人工智能技術(shù)則是解決非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的有效技術(shù)。人工智能的教學(xué)可以讓學(xué)生在體驗(yàn)、認(rèn)識人工智能知識與技術(shù)的過程中獲得對非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的解決過程的了解，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生多角度思維的目的

2 成體系的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練

獨(dú)立開展人工智能實(shí)驗(yàn)課程，開發(fā)一批新型、富有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)案例庫，搭建一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)平臺。人工智能實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)是應(yīng)用各種人工智能方法，根據(jù)問題的約束、結(jié)構(gòu)、信息進(jìn)行表示建模和計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，是與人工智能原理同步的實(shí)驗(yàn)課程。學(xué)生必須掌握的人工智能的基本原理和計(jì)算機(jī)操作技能，它對于學(xué)生的知識、能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提高起著至關(guān)重要的作用，在整個(gè)教學(xué)過程中占有非常重要的地位，是計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件工程等專業(yè)的一門重要的必修專業(yè)課程。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得到嚴(yán)格的訓(xùn)練，能規(guī)范地掌握人工智能的基本理論和主要方法、基本問題求解技術(shù)，熟悉各種計(jì)算環(huán)境的基本使用。

在培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的基本操作、基本技能和基本知識的同時(shí)，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在課程內(nèi)容安排上采用適量基本原理與方法的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為基本內(nèi)容，增加一系列綜合性實(shí)驗(yàn)和開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)問題，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面更注重研究性實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新問題。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面分為三個(gè)層次：基本原理的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)。在后兩個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)中，部分引入人工智能課程小組團(tuán)隊(duì)的最新科研成果，目的在于通過完成這些研究性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力，以提升學(xué)生的科研素質(zhì)與創(chuàng)新意識。我們將這些設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)稱為新型實(shí)驗(yàn)案例庫，它被放在人工智能課程小組網(wǎng)站上，以此搭建一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)平臺。在培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的基本操作、基本技能和基本知識的同時(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，為學(xué)生今后從事科研、教學(xué)或企事業(yè)單位的分析檢驗(yàn)以及新技術(shù)的研發(fā)工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3 課程學(xué)習(xí)與畢業(yè)論文，科研訓(xùn)練相結(jié)合

人工智能技術(shù)在一定程度上代表著信息技術(shù)的前沿和未來，通過學(xué)習(xí)和體驗(yàn)人工智能的知識和技術(shù)，學(xué)生能夠在一定程度上了解信息技術(shù)發(fā)展的前沿知識，這有助學(xué)生開闊視野、培養(yǎng)興趣，為今后繼續(xù)深造或走向社會奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。人工智能的理論和方法廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、圖像處理中，這些內(nèi)容既是高年級的后續(xù)課程，又是現(xiàn)在熱門的研究方向。學(xué)習(xí)和深刻理解人工智能的理論、方法和應(yīng)用，對后續(xù)課程學(xué)習(xí)以及今后的研究具有重要的意義。我院規(guī)定大學(xué)三年級的學(xué)生開始聯(lián)系畢業(yè)論文指導(dǎo)導(dǎo)師，同時(shí)確定畢業(yè)論文的研究方向，提前進(jìn)行科研實(shí)踐，以培養(yǎng)實(shí)踐能力和研究素質(zhì)。人工智能課程正好是大三高年級開設(shè)的專業(yè)課，因此，我們把課程實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)與同學(xué)的興趣相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生，并提煉和形成學(xué)生的畢業(yè)選題和課外的科研方向，它是提高本科生研究創(chuàng)新能力的有效手段?；谛碌慕虒W(xué)實(shí)踐，很多學(xué)生的選題都與上述歸納的人工智能若干算法相關(guān)，如算法本身的研究和改進(jìn)，或是算法在各領(lǐng)域，如數(shù)據(jù)挖掘、圖像處理等的應(yīng)用。在我們的科研能力訓(xùn)練計(jì)劃中，一批項(xiàng)目和課題，如混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用、差分演化算法研究與應(yīng)用、基于協(xié)同訓(xùn)練的推薦系統(tǒng)等，分別受到國家和學(xué)校本科生科研項(xiàng)目立項(xiàng)資助。一批三四年級的本科生以第一作者身份在國內(nèi)核心期刊、國際會議和期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文，這激發(fā)了學(xué)生的科研興趣，使學(xué)生體會到了創(chuàng)新的樂趣。總之，課程學(xué)習(xí)與畢業(yè)論文、學(xué)校大學(xué)生科研項(xiàng)目資助計(jì)劃、國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃相對接的科研訓(xùn)練，極大地提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研基本素質(zhì)。

4 結(jié)語

針對人工智能的課程特點(diǎn)，我們積極開展研究型教學(xué)、研究型學(xué)習(xí)，提高大學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐。我們的教學(xué)研究與實(shí)踐主要內(nèi)容包括三個(gè)方面：啟發(fā)式傳授人工智能解決問題的非結(jié)構(gòu)化的思想;成體系的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練;以及與畢業(yè)論文、學(xué)校大學(xué)生科研項(xiàng)目資助計(jì)劃、國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃相對接的科研訓(xùn)練。這三個(gè)主要方面，層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，是體系完整的創(chuàng)新型人工智能教學(xué)實(shí)踐，新的改革和實(shí)踐在教學(xué)中取得了令人滿意效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李波. 人工智能背景下中職會計(jì)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革探索[J]. 中國商貿(mào)， 2019， 000（012）：244-245.

[2] 宋來. 人工智能推動教育改革的實(shí)踐探討[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇， 2018， 017（010）：199-200.

[3] 蘇娟. 人工智能背景下高職物流專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革探索[J]. 現(xiàn)代營銷：經(jīng)營版， 2018， 312（12）：248.

[4] 鄭群， 李耀峰. 關(guān)于人工智能在教學(xué)管理中的改革與實(shí)踐探索[J]. 計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通， 2018（06）：231-232.

[5] 王湘蓉， 李成玉. 人工智能教育托起教育未來——西安市人工智能教育實(shí)踐探索[J]. 教育家， 2019.

（作者單位：遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院）