人工智能課程教學(xué)改革與實踐的幾點探索

張利群，曹楊，劉培勝

（遼寧石油化工大學(xué)計算機(jī)與通信工程學(xué)院，撫順113001）

0 引言

人工智能（Artificial Intelligence，AI）誕生至今已經(jīng)60 多年了，隨著人們對人工智能研究的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛并取得了顯著成果，人工智能的誕生和發(fā)展，已成為20 世紀(jì)最偉大的成就之一。近年來，特別是以谷歌Alpha Go 戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石的“世紀(jì)人機(jī)大戰(zhàn)”為代表的人工智能大事件，標(biāo)志著人工智能技術(shù)取得了新的突破，人工智能發(fā)展到了一個嶄新的階段，同時這些大事件將人們對人工智能的關(guān)注度推到了前所未有的高度。

我國對人工智能技術(shù)的研究與應(yīng)用高度重視，2017 年，國務(wù)院下發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，工業(yè)和信息化部下發(fā)了《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（2018-2020 年）》，2018 年，教育部下發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，這些文件指明了我國人工智能發(fā)展的計劃、目標(biāo)和方向。2020 年3月，教育部公布了2019 年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果，新增人工智能專業(yè)的高校達(dá)到了180所，新增數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的學(xué)校也達(dá)到了138 所，智能制造、機(jī)器人工程、智能科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)也都有數(shù)十所學(xué)校通過審批?！陡叩葘W(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》支持高校在專業(yè)建設(shè)方面，重視人工智能與計算機(jī)、控制、數(shù)學(xué)等學(xué)科專業(yè)教育的交叉融合，探索“人工智能+X”的人才培養(yǎng)模式。

在新形勢下，一些非計算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)計劃中，也開設(shè)了《人工智能》選修課。如何將非計算機(jī)專業(yè)的人工智能選修課開設(shè)好，為專業(yè)教育服務(wù)，成為我們?nèi)斯ぶ悄苷n程任課教師需要研究和探索的一個課題。

1 人工智能課程與專業(yè)緊密結(jié)合

人工智能就是用機(jī)器實現(xiàn)人類智能。因此，人工智能的目的就是如何使計算機(jī)系統(tǒng)變得像人一樣聰慧，使之能理解和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律。人工智能課程是一門涉及計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)、信息論、控制論等學(xué)科的交叉和邊緣科學(xué)，這也決定了人工智能課程包含的內(nèi)容是多方面的。目前人工智能教材有很多，無論是在教材的結(jié)構(gòu)編排還是在內(nèi)容組織上，都有很大差別。

教育包括知識、能力和素質(zhì)三個方面，知識是基礎(chǔ)、載體和表現(xiàn)形式，能力是智能化的知識及體現(xiàn)，素質(zhì)是這兩者的升華。這就要求我們?nèi)握n教師，要認(rèn)真研讀授課專業(yè)的培養(yǎng)計劃，了解該專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的專業(yè)知識和技能，結(jié)合課程教學(xué)大綱，確定授課內(nèi)容，并且要針對不同的專業(yè)，在內(nèi)容上要有所側(cè)重，真正做到課程與專業(yè)緊密結(jié)合。

以我校應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)為例，在知識的側(cè)重點上，針對應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)計劃和學(xué)生能力的培養(yǎng)要求，結(jié)合課程教學(xué)大綱，除了保留人工智能基礎(chǔ)的五大部分知識外，在人工智能當(dāng)前的一些主要研究、應(yīng)用領(lǐng)域方面，重點選擇介紹了機(jī)器學(xué)習(xí)內(nèi)容，并以應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)先修課《MATLAB 及其應(yīng)用》為基礎(chǔ)，實現(xiàn)和運用機(jī)器學(xué)習(xí)算法。這種教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重，不僅使得課程內(nèi)容與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)結(jié)合緊密，還使得MATLAB 課程有了實用場景，達(dá)到了人工智能理論與實踐完美結(jié)合，課程取得了非常好的教學(xué)效果，同時也完成了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)所規(guī)定的專業(yè)技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

2 構(gòu)建課程與競賽同建互融的教學(xué)模式

為了有效提升人工智能課程質(zhì)量，加強學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)，我們有目的引入了學(xué)科競賽，一方面是通過競賽促進(jìn)教師教學(xué)，另一方面是通過競賽促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在這個過程中，努力構(gòu)建課程與競賽同建互融的教學(xué)模式[1]。

2.1 競賽的選擇

近年來，教育行政主管部門對以中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為代表的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽高度重視，以遼寧為例，2020 年遼寧省普通高等學(xué)校本科大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽項目共計設(shè)置了104 項，供省內(nèi)高校選擇參加。隨著各種大賽的開展，學(xué)生在各種大賽中的獲獎情況也成為社會用人單位衡量學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的又一重要指標(biāo)。

目前，針對高校學(xué)生的各種大賽種類繁多，如何選擇與人工智能課程相關(guān)并且適合學(xué)生參加的大賽呢？幾年來的實踐，我們總結(jié)出所參加大賽要具備如下四個基本條件。①學(xué)生要有興趣，最好與日常生活相關(guān)，有一定知識積累和基礎(chǔ)。②競賽內(nèi)容要與人工智能課程緊密結(jié)合，并且適合學(xué)生專業(yè)水平實際。③參與面要廣，雖然參加省賽、國賽的隊員是少數(shù)，但是全體學(xué)生要一起參與選拔過程。④社會認(rèn)可。大賽最好由教育主管部門和專業(yè)學(xué)會主辦，不以盈利為目的，比賽客觀公正，比賽結(jié)果真實可信，用人單位和社會認(rèn)可。

基于這些條件，我們選擇了中國大學(xué)生計算機(jī)博弈大賽暨中國計算機(jī)博弈錦標(biāo)賽。計算機(jī)博弈競賽以學(xué)生喜聞樂見的、高對抗性的棋牌游戲為研究載體，以理論與實際系統(tǒng)構(gòu)建相結(jié)合為原則，旨在調(diào)動大學(xué)生學(xué)習(xí)與研究熱情，激發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新潛能。計算機(jī)博弈程序需要學(xué)生將人的思維過程通過計算機(jī)來實現(xiàn)，這就要學(xué)習(xí)如何處理與對策相關(guān)的問題，選擇最佳博弈策略，而這些內(nèi)容又與人工智能課程緊密銜接，兩者是相得益彰。

2.2 用計算機(jī)博弈競賽促進(jìn)教師教學(xué)

教師的教學(xué)方面包含諸多內(nèi)容，在“以賽促教”過程中，以下五個方面應(yīng)當(dāng)被作為重點，優(yōu)先考慮并認(rèn)真貫徹執(zhí)行。

（1）提高教師業(yè)務(wù)水平

教師教學(xué)水平、科研水平的高低直接決定教學(xué)質(zhì)量的高低，因此教師必須努力提高專業(yè)水平，特別是人工智能課程的任教水平，以便能擔(dān)當(dāng)起一個優(yōu)秀競賽指導(dǎo)教師的重任，指導(dǎo)學(xué)生在競賽中獲得理想成績。

（2）提升對知識的認(rèn)識

提升對“知識”這一概念的看法，知識既是目的，也是手段，知識就意味著能夠運用。只有當(dāng)知識成為精神生活的因素，占據(jù)人的思想，激發(fā)人的興趣時才能稱之為知識[2]。在人工智能課程教學(xué)過程中，不要使學(xué)生獲得的知識成為最終目的，而一定要成為手段，要在各種實際活動中，特別是計算機(jī)博弈競賽中活起來、用起來。

（3）充分了解學(xué)生

實踐已經(jīng)證明，教師要做好教學(xué)工作，必須要了解學(xué)生，可以從如下幾方面入手[3]。①要充滿愛心和信任，②要熟悉每個學(xué)生，③要善于觀察學(xué)生。只有了解學(xué)生，才能更好地實現(xiàn)普遍培養(yǎng)和重點選拔的有機(jī)結(jié)合，對全體學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)教學(xué)，在校賽選拔的基礎(chǔ)上，對參加和不參加計算機(jī)博以競賽的學(xué)生進(jìn)行分層教學(xué)，使不同層次的學(xué)生完成不同的教學(xué)要求和教學(xué)內(nèi)容，做到因材施教。

（4）教學(xué)方式與方法選擇

隨著信息化技術(shù)的普及和運用，目前可用的教學(xué)方式、教學(xué)方法及手段靈活多樣，特別是2019-2020 學(xué)年春季學(xué)期，受疫情影響，線上教學(xué)方式得以廣泛使用，并得到較系統(tǒng)地研究。而教學(xué)方法可歸納為兩類：一類是使學(xué)生初次感知知識和技能的方法；另一類是使知識得到進(jìn)一步理解、發(fā)展和深化的方法[2]。講授法、討論法、實驗法、演示法、案例法等教學(xué)方法在人工智能課程教學(xué)過程中都可以靈活運用，特別是討論法在對競賽選手的教學(xué)中非常適合，應(yīng)用最多。

（5）培養(yǎng)學(xué)生探究性學(xué)習(xí)方法

計算機(jī)博弈程序的設(shè)計過程就是由具體的感性的表象向抽象的過渡過程，既需要棋牌類知識，又需要人工智能的知識，學(xué)生需要付出大量的腦力勞動。在這個過程中，努力培養(yǎng)學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)方法。教師不是把已有的結(jié)論告訴學(xué)生，而是讓學(xué)生在實現(xiàn)博弈程序的過程中去探索、證明，只有這樣，知識才是靠學(xué)生積極、主動的努力獲取的，被掌握得扎實、牢固，并能被靈活運用。探究性學(xué)習(xí)方法對于培養(yǎng)計算機(jī)博弈競賽的選手是非常重要、可行的一種方法。

2.3 用計算機(jī)博弈競賽促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)

對于學(xué)生的學(xué)習(xí)，教師應(yīng)有意識地在以下三個方面重點指導(dǎo)和幫助學(xué)生。

（1）大力倡導(dǎo)個性化學(xué)習(xí)

個性化學(xué)習(xí)是指學(xué)生依據(jù)自身實際，按照自己的方式主動地進(jìn)行知識構(gòu)建的學(xué)習(xí)方式。倡導(dǎo)個性化學(xué)習(xí)有利于學(xué)生的創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，也有利于因材施教。受疫情影響，2019-2020 學(xué)年春季學(xué)期為學(xué)生個性化學(xué)習(xí)提供了非常好的契機(jī)，而目前線上非常豐富的學(xué)習(xí)資源，又為學(xué)生個性化學(xué)習(xí)提供了有力支撐。個性化學(xué)習(xí)側(cè)重點在于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以充分發(fā)揮自己的個性，按照自己的知識結(jié)構(gòu)和需求選擇學(xué)習(xí)計劃、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式。對于參賽的學(xué)生，教師更要因勢利導(dǎo)，對學(xué)生個性化學(xué)習(xí)從多角度、多層面進(jìn)行線上和線下指導(dǎo)。

（2）強化動手能力的培養(yǎng)

學(xué)生理論知識掌握得再好，如果實踐量不夠，學(xué)生是不能形成良好技能的。通過參加中國大學(xué)生計算機(jī)博弈大賽，使學(xué)生重視實踐環(huán)節(jié)，主動去鍛煉自己的動手能力，也必須增加實踐時間投入去完成計算機(jī)博弈程序。教師更要重視學(xué)生的實踐和訓(xùn)練，予以恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。在教學(xué)上，結(jié)合實際教學(xué)內(nèi)容，靈活使用“講練結(jié)合”的教學(xué)方法，切實把學(xué)生學(xué)會知識到應(yīng)用知識的過程落到實處。

（3）培養(yǎng)團(tuán)隊精神

團(tuán)隊精神是大局意識、協(xié)作精神和服務(wù)精神的集中體現(xiàn)，核心是協(xié)同合作。學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時，應(yīng)積極參加適合自身特點的各種科技活動。參加中國大學(xué)生計算機(jī)博弈大賽，學(xué)生能夠更好地構(gòu)建課內(nèi)外知識，在競賽中展現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)能力、知識儲備、表達(dá)能力，又由于比賽是團(tuán)體賽，更能培養(yǎng)同學(xué)間的合作能力及團(tuán)隊精神。

3 理解“課程思政”內(nèi)涵，教書育人

教育是國之大計、黨之大計?！罢n程思政”是相對于“思政理論課”而言的，就是說學(xué)校開設(shè)的所有課程都具有傳授知識、培養(yǎng)能力及思政教育功能，要將思政教育融入到學(xué)校的教育、教學(xué)活動之中，使“課程門門有思政，教師人人講育人”，即“所有教師都負(fù)有育人職責(zé)”，“所有課堂都有育人功能”。各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田。要把個人遵紀(jì)守法、把社會主義核心價值觀的要求、把實現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任融入各類課程教學(xué)之中，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[4]。

課程思政的教學(xué)目標(biāo)尺度要達(dá)到：在政治立場上使人明確堅定；在思想認(rèn)識上使人步步提升；在知識學(xué)習(xí)上使人豁然開朗；在情商提高上使人思維辯證；在生活常識上使人拓寬視野；在社會認(rèn)知上使人眼亮心明。教師在人工智能課程的講授過程之中，要積極納入諸多育人元素，如愛國情懷元素，秉承愛國傳統(tǒng)；奮斗精神元素，確立為崇高目標(biāo)終身奮斗理念；道德品行元素，確立立德樹人理念；中國故事元素，擴(kuò)大知識視野，確立人生觀；形勢政策元素，提升認(rèn)識社會、適應(yīng)發(fā)展趨勢的能力等[5]。

例如，在實際授課過程中，介紹我國2000 年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者，我國人工智能的先驅(qū)吳文俊院士，講解他的愛國情懷和奮斗精神，他提出的幾何定理的機(jī)器證明被國際數(shù)學(xué)界稱為“吳方法”，用他的中國故事元素，激勵學(xué)生，使學(xué)生樹立正確的人生觀。再比如，在人工智能的第一課，介紹我們國家對人工智能的發(fā)展規(guī)劃，讓學(xué)生認(rèn)識、了解社會，適應(yīng)社會發(fā)展的趨勢。

4 結(jié)語

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，人工智能課程內(nèi)容也在不斷地豐富和變化。而針對人工智能課程的教學(xué)改革也永遠(yuǎn)不會停止，無論是在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面，都需要廣大的人工智能課任課教師去探索和實踐，為新形勢下推動經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化加速躍升貢獻(xiàn)一份力量。