Seminar教學(xué)方法在人工智能課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

劉雅雅 楊睿涵

[摘 要] 隨著新一輪人工智能產(chǎn)業(yè)化研究熱潮的到來(lái)，教育領(lǐng)域?qū)τ谌斯ぶ悄苷n程教學(xué)方法的研究與日俱增。超星泛雅等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的搭建與應(yīng)用為高校人工智能課程的線上開(kāi)展提供了系統(tǒng)工具支持。在分析超星泛雅平臺(tái)特征的前提下，討論Seminar教學(xué)方法在人工智能課程教學(xué)過(guò)程中的具體應(yīng)用辦法，提出了人工智能Seminar研究課題選題的三項(xiàng)準(zhǔn)則，致力于促進(jìn)先進(jìn)教學(xué)方法在高校人工智能課程中的靈活應(yīng)用，提高人工智能課程的教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 人工智能; Seminar教學(xué)法;超星平臺(tái)

[基金項(xiàng)目] 2020年度國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)“基于區(qū)間二型模糊集的詞計(jì)算及決策方法研究”（62006154）（執(zhí)行年度：2021/01-2023/12）;2020年度上海市教育委員會(huì)上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃“課程思政改革要求下‘?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)在線教學(xué)方案設(shè)計(jì)”

[作者簡(jiǎn)介] 劉雅雅（1989—），女，安徽淮北人，博士，上海理工大學(xué)管理學(xué)院信息管理與信息系統(tǒng)系講師，主要從事智能信息處理研究;楊睿涵（2001—），女，江蘇泰州人，上海理工大學(xué)管理學(xué)院會(huì)計(jì)系本科生，研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚怼?/p>

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）08-0128-04? ? ? [收稿日期] 2020-10-20

一、引言

近年來(lái)，人工智能相關(guān)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)、政治、文化、生活等領(lǐng)域蓬勃發(fā)展[1，2]?，F(xiàn)有人工智能技術(shù)在為人民日常生活提供便利的同時(shí)，也為教育行業(yè)帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。這是由于人工智能的研究范疇非常寬泛，它所涵蓋的知識(shí)體系龐大，相關(guān)技術(shù)更新周期短，技術(shù)革新速度比以往任何時(shí)代更快速，這也就意味著相關(guān)教育教學(xué)配套方案必須及時(shí)更新。

在深度學(xué)習(xí)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)代的人工智能比基于傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)，以及基于人工設(shè)立規(guī)則的人工智能在諸多領(lǐng)域能夠取得更好的效果;因此，企業(yè)對(duì)于人工智能的產(chǎn)業(yè)化投入空前龐大。在教育領(lǐng)域，為了滿足當(dāng)代社會(huì)對(duì)于人工智能領(lǐng)域人才的需求，教育工作者需要及時(shí)、持續(xù)完善教育模式，發(fā)展與革新教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)方案;學(xué)校需要在保障與完善軟硬件配套教學(xué)設(shè)施的同時(shí)，加強(qiáng)人工智能師資隊(duì)伍建設(shè)，使得所培養(yǎng)的人才能夠契合市場(chǎng)對(duì)于人工智能領(lǐng)域人才的實(shí)際需求。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于人工智能教學(xué)方法的探討方興未艾[3-5]。在人工智能的研究熱潮推動(dòng)下，我國(guó)開(kāi)設(shè)人工智能相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高校不斷增加，目前實(shí)力強(qiáng)勁的學(xué)校主要包括清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交大、南京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和哈工大等。

2020年新型冠狀病毒的肆虐無(wú)疑對(duì)于中國(guó)的教育市場(chǎng)帶來(lái)了一場(chǎng)智能教學(xué)技術(shù)沖擊。為了不影響學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，許多高校緊急調(diào)整教學(xué)策略與方案，應(yīng)用了超星、雨課堂等一系列新的智能教學(xué)平臺(tái)。經(jīng)歷了半年的摸索，師資隊(duì)伍從疫情初期懵懵懂懂、在尚未做好充分準(zhǔn)備的情況下摸著石頭過(guò)河，逐漸變得有的放矢、游刃有余。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生逐漸適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的學(xué)習(xí)方式，教師也總結(jié)了許多行之有效的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)際教學(xué)發(fā)現(xiàn)，許多先進(jìn)的教學(xué)方法，例如Seminar教學(xué)法在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方面能夠取得良好的成效。那么，將現(xiàn)有的教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中所取得的經(jīng)驗(yàn)、方法進(jìn)行整理與分析，將其融入即將開(kāi)設(shè)的人工智能課程教學(xué)過(guò)程中去，以先進(jìn)的智能教學(xué)技術(shù)驅(qū)動(dòng)人工智能教學(xué)方案的落實(shí)，將為人工智能課程進(jìn)一步順利、有效開(kāi)展提供借鑒。

二、人工智能課程特征分析

根據(jù)學(xué)生層次的不同，研究生、本科生進(jìn)行人工智能課程學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)內(nèi)容有所區(qū)別。本科生人工智能課程的教學(xué)內(nèi)容“寬而粗”，側(cè)重于基礎(chǔ)概念知識(shí)的介紹，對(duì)于應(yīng)用方法只是進(jìn)行比較初步的普及。研究生人工智能課程的教學(xué)內(nèi)容“窄而精”，偏向于具體的知識(shí)點(diǎn)，在夯實(shí)理論基礎(chǔ)的前提下，側(cè)重于對(duì)具體應(yīng)用方法以及科學(xué)研究方法的介紹。依據(jù)教學(xué)重點(diǎn)的不同，教師在教材的選擇過(guò)程中應(yīng)注意識(shí)別教材的難度與深度。

2019年，上海理工大學(xué)人工智能專(zhuān)業(yè)獲批新增備案本科專(zhuān)業(yè)。自2020年秋季，上海理工大學(xué)管理學(xué)院開(kāi)設(shè)了人工智能本科課程，目前主要由信息管理與信息系統(tǒng)系教師承擔(dān)教學(xué)工作。為保障教學(xué)工作的順利開(kāi)展，學(xué)院成立了人工智能專(zhuān)業(yè)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，定期對(duì)人工智能課程的教學(xué)思路、策略進(jìn)行討論，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行商榷。結(jié)合教育對(duì)象的特征，該教學(xué)團(tuán)隊(duì)選擇了由樊重俊老師主編，管理學(xué)院教師施柏州、尹裴、劉臣等參與編著的教材《人工智能基礎(chǔ)與應(yīng)用》。

前面已經(jīng)提到過(guò)，人工智能本科課程的特征是內(nèi)容寬泛而基礎(chǔ)。結(jié)合現(xiàn)有的知識(shí)積累，我們認(rèn)為人工智能本科課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包含人工智能發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)、知識(shí)與知識(shí)表示、自動(dòng)推理與專(zhuān)家系統(tǒng)、搜索算法與智能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理與語(yǔ)音處理、機(jī)器人等。鑒于上海理工大學(xué)管理學(xué)院將獨(dú)立開(kāi)設(shè)計(jì)算及視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器人本科課程，這三門(mén)課在人工智能課程中的教學(xué)比重有所減輕，僅做簡(jiǎn)要介紹。在具體教授每一門(mén)課之前，教師需要應(yīng)用思維導(dǎo)圖幫助梳理各零散章節(jié)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而在內(nèi)容寬泛的前提下幫助學(xué)生把握學(xué)習(xí)脈絡(luò)。此外，考慮到人工智能課程具有非常典型的與時(shí)俱進(jìn)特征，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻了解人工智能的發(fā)展動(dòng)態(tài)，將最新技術(shù)研究及應(yīng)用成果的發(fā)展動(dòng)態(tài)帶進(jìn)課堂，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生形成學(xué)以致用的思維習(xí)慣。

三、超星平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)特征分析

本文中所提到的超星平臺(tái)，指的是超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。它的特征是克服了傳統(tǒng)“面授”教學(xué)的局限，能夠幫助實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、因材施教的教學(xué)管理模式，使得學(xué)生和教師跨時(shí)間、跨地域的互動(dòng)交流成為可能。在具體的教學(xué)過(guò)程中，教師通常通過(guò)事先布置任務(wù)點(diǎn)的形式進(jìn)行課堂教學(xué)。任務(wù)點(diǎn)包括課堂測(cè)評(píng)習(xí)題、觀看事先錄好的教學(xué)視頻等。教師可以設(shè)置教學(xué)視頻的開(kāi)放時(shí)間，系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)生觀看視頻的實(shí)際時(shí)長(zhǎng)做出統(tǒng)計(jì)。那么，利用超星平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)，教師很容易判斷哪些內(nèi)容學(xué)生理解起來(lái)比較困難，哪些內(nèi)容學(xué)生沒(méi)有興趣或者過(guò)于簡(jiǎn)單。一般來(lái)說(shuō)，觀看時(shí)長(zhǎng)與視頻時(shí)長(zhǎng)相同或接近，代表教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單，學(xué)生理解起來(lái)沒(méi)有難度;觀看時(shí)長(zhǎng)是視頻長(zhǎng)度的1.5～2倍，代表學(xué)生需要通過(guò)反復(fù)觀看，才能夠理解視頻中的教學(xué)內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，教師可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整課程難度，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)更有效率的學(xué)習(xí)。此外，通過(guò)應(yīng)用超星平臺(tái)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能，教師可以時(shí)刻對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行掌握，了解學(xué)生有沒(méi)有及時(shí)課堂簽到、有沒(méi)有及時(shí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)、作業(yè)的完成情況與正確率等。相較于線下教學(xué)，應(yīng)用超星平臺(tái)等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的主要優(yōu)勢(shì)在于智能化水平較高，免去人力統(tǒng)計(jì)所造成的時(shí)間浪費(fèi)。目前該平臺(tái)應(yīng)用的主要缺點(diǎn)在于教師無(wú)法對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測(cè)，無(wú)法了解到學(xué)生在聽(tīng)課過(guò)程中的表情，從而了解學(xué)生的情感體驗(yàn)，這也意味著一定程度的信息缺失。此外，如果課堂教學(xué)形式過(guò)于單一，應(yīng)用超星平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)的學(xué)生容易形成感官疲勞，反過(guò)來(lái)影響學(xué)習(xí)的效率。為了克服這種感官疲勞，需要應(yīng)用Seminar教學(xué)方法，通過(guò)豐富化課程組織形式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)生積極性。

四、Seminar教學(xué)方法的特點(diǎn)

Seminar教學(xué)方法[6，7]指代由教師為學(xué)生提供適當(dāng)?shù)难芯克夭?，由學(xué)生進(jìn)行自主研究和討論，并表述自己的觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與教師關(guān)于研究素材的共同探討，具有很強(qiáng)的師生互動(dòng)特征，并且能夠很大程度上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和積極性?！笆谌艘贼~(yú)不如授人以漁”，Seminar教學(xué)方法的應(yīng)用使得學(xué)生有機(jī)會(huì)體驗(yàn)通過(guò)自主搜索、討論、思考與總結(jié)獲取知識(shí)的滿足感。在高校教學(xué)過(guò)程中，需要依據(jù)學(xué)生的年紀(jì)高低設(shè)計(jì)Seminar研究素材或討論對(duì)象，低年級(jí)選題應(yīng)注重基礎(chǔ)知識(shí)的普及，高年級(jí)選題應(yīng)注重學(xué)生的思維發(fā)散、理論知識(shí)的應(yīng)用和實(shí)際問(wèn)題的解決。

五、Seminar教學(xué)方法在人工智能課程教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)Seminar教學(xué)方法在人工智能課程教學(xué)中的應(yīng)用，需要從教學(xué)內(nèi)容中剝離具體問(wèn)題形成研究課題，供學(xué)生分析、討論，繼而實(shí)現(xiàn)學(xué)生與教師的互動(dòng)?；谌斯ぶ悄苷n程的特征，筆者認(rèn)為這些研究課題的特征如下。

1.研究課題難度適中。過(guò)于簡(jiǎn)單的研究課題不容易調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而過(guò)于困難的研究課題會(huì)對(duì)學(xué)生的信心造成打擊。

2.時(shí)間占用量適宜。過(guò)于復(fù)雜的研究課題占用學(xué)生過(guò)多的課余時(shí)間，而目前高校學(xué)生的課程相對(duì)繁重;因此，如果研究課題過(guò)于耗時(shí)，可能會(huì)消磨學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，給學(xué)生造成負(fù)擔(dān)。

3.能夠引發(fā)學(xué)生對(duì)于人工智能課程的深度思考。設(shè)置研究課題的主要目的是為了加深學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容的理解，開(kāi)發(fā)學(xué)生的思維潛力，如果能夠在此過(guò)程中誘導(dǎo)出有研究?jī)r(jià)值或者有應(yīng)用價(jià)值的思想火花，并以此為基礎(chǔ)參加一些人工智能相關(guān)科技競(jìng)賽，則能夠提高學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效果。

接下來(lái)，我們將結(jié)合人工智能課程個(gè)別章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，給出Seminar教學(xué)法在人工智能課程教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用范例。

課程導(dǎo)入部分。由教師采用講授法普及人工智能的發(fā)展歷史，以及人工智能的主要研究領(lǐng)域。在講解過(guò)程中，引導(dǎo)同學(xué)思考人工智能學(xué)科的發(fā)展規(guī)律。依據(jù)上文總結(jié)的學(xué)生研究課題應(yīng)具備的三個(gè)特征，緒論部分的研究素材可以設(shè)置為當(dāng)代人工智能在各個(gè)研究領(lǐng)域的發(fā)展情況。具體作法是將同學(xué)進(jìn)行分組，每個(gè)小組成員通過(guò)網(wǎng)搜、問(wèn)卷等方式研究人工智能某一具體研究領(lǐng)域的發(fā)展情況，通過(guò)自主研究討論后，選擇小組代表以PPT報(bào)告形式在課堂上呈現(xiàn)研究結(jié)果。

知識(shí)表示。在知識(shí)表示部分，在教師講授知識(shí)和知識(shí)表示的基本概念之后，由分組后的學(xué)生研究一階邏輯謂詞、產(chǎn)生式、框架、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)等比較廣泛的知識(shí)表示方法，討論每種表示方法的優(yōu)缺點(diǎn)，由小組代表以簡(jiǎn)短PDF形式進(jìn)行報(bào)告，由教師對(duì)學(xué)生的講述做補(bǔ)充說(shuō)明，從而實(shí)現(xiàn)師生的共同探討。教師應(yīng)針對(duì)學(xué)生的講解情況，判斷哪一種方法是學(xué)生比較難掌握的、掌握不清的，酌情進(jìn)行補(bǔ)充講解。

自動(dòng)推理。為學(xué)生設(shè)置的研究素材包括分析常用幾種推理方式的特點(diǎn)，討論模糊性與隨機(jī)性的概念有什么區(qū)別，討論模糊推理的一般過(guò)程等。

為了使得Seminar教學(xué)法在人工智能課程教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮更好的效果，我們對(duì)上海理工大學(xué)管理學(xué)院的171名本科生進(jìn)行了調(diào)研，這些同學(xué)均擁有應(yīng)用超星平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并正在學(xué)習(xí)人工智能本科課程（個(gè)別沒(méi)有學(xué)習(xí)此課程，但對(duì)于教學(xué)內(nèi)容有所了解）。調(diào)查問(wèn)題設(shè)置為：①?gòu)母行云玫慕嵌?，你每學(xué)期愿意接受的Seminar教學(xué)研究討論次數(shù)是多少;②從理性思考的角度，你認(rèn)為每學(xué)期Seminar教學(xué)研究討論次數(shù)怎樣設(shè)置學(xué)習(xí)效果最好。調(diào)研結(jié)果如圖1a、圖2b所示。

由圖1圖2可知，無(wú)論從感性偏好還是從理性思考的角度，90%以上的學(xué)生認(rèn)為每學(xué)期的研究討論次數(shù)應(yīng)控制在1～4次或者5～8次。該調(diào)研帶來(lái)的啟發(fā)是Seminar教學(xué)法雖然能夠貫穿人工智能課程教學(xué)過(guò)程中，然而其應(yīng)用頻率不宜過(guò)高，以免影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，影響學(xué)生對(duì)于課程主脈絡(luò)的把握。筆者綜合教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，建議在人工智能課程教學(xué)過(guò)程中Seminar研究討論次數(shù)應(yīng)控制在每學(xué)期3～6次。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式下，可以由學(xué)生針對(duì)教師發(fā)放的研究課題制作報(bào)告視頻，由教師在超星泛雅平臺(tái)上進(jìn)行發(fā)放;在線下教學(xué)模式下，教師可以應(yīng)用超星泛雅平臺(tái)發(fā)放研究課題與相關(guān)資料，并通過(guò)在超星泛雅平臺(tái)發(fā)布課余活動(dòng)并布置作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的及時(shí)監(jiān)測(cè)。

六、結(jié)論

高校教育旨在夯實(shí)大學(xué)生理論基礎(chǔ)，提高學(xué)生的思維敏捷度與創(chuàng)造力。超星泛雅平臺(tái)等高新教學(xué)支持系統(tǒng)的應(yīng)用為高校教育提供便利的同時(shí)，不可避免地帶來(lái)了一些新的挑戰(zhàn)。在人工智能線上教學(xué)過(guò)程中，部分學(xué)生單純采用刷視頻的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師不容易了解學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。通過(guò)Seminar教學(xué)法在高校人工智能網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造意識(shí)，有助于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

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