“課賽”融合的人工智能學(xué)科人才培養(yǎng)模式教學(xué)探索

張建磊

摘? 要：人工智能是當(dāng)下科技發(fā)展的主流趨勢，涉及了多個(gè)行業(yè)的發(fā)展。人工智能學(xué)科的人才培養(yǎng)因此成為高等教育的重中之重。如何讓學(xué)生能學(xué)有所成、學(xué)以致用，是人才培養(yǎng)的新目標(biāo)。鑒于人工智能學(xué)科的特點(diǎn)，如何將課本理論知識和實(shí)際應(yīng)用有效結(jié)合，可以看作是提升人工智能學(xué)科學(xué)生綜合能力的重要環(huán)節(jié)。本文以提高人工智能學(xué)科課程的“教-學(xué)”質(zhì)量為根本目的，探索融合課本知識和學(xué)科競賽的課程建設(shè)。近兩年的教學(xué)實(shí)踐也表明，充分利用課堂時(shí)間，用競賽活動(dòng)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，有望實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)、學(xué)以致用的人工智能學(xué)科人才的教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì) 教學(xué)探索? 人工智能? 學(xué)科競賽

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（b）-0124-03

Exploration on the Teaching Mode of Talent Training of Artificial Intelligence Subject Based on the Integration of "Course Competition"

ZHANG? Jianlei

（College of Artificial Intelligence， Nankai University， Tianjin， 300371? China）

Abstract： Artificial intelligence is the mainstream trend of current scientific and technological development， involving the development of many industries. Therefore， the talent training of artificial intelligence has become the top priority of higher education. How to make students succeed and apply what they have learned is the new goal of talent training. In view of the characteristics of artificial intelligence， how to effectively combine the theoretical knowledge of textbooks with practical application can be regarded as an important link to improve the comprehensive ability of students in artificial intelligence. With the fundamental purpose of improving the "teaching learning" quality of artificial intelligence curriculum， this study explores the course construction integrating textbook knowledge and discipline competition. The teaching practice in recent two years also shows that making full use of classroom time， using competition activities to mobilize students' learning interest and exercise their ability to integrate theory with practice is expected to achieve the teaching goal of cultivating artificial intelligence talents with strong practical ability and learning for application.

Key Words： Teaching exploration; Teaching design; Artificial intelligence; Course competition

黨的十八大以來，我國的高等教育改革和發(fā)展取得了很多成就，也日益步入新的發(fā)展階段，對國家發(fā)展和民族復(fù)興的貢獻(xiàn)逐漸增強(qiáng)。從某種意義上說，我國正在從高等教育大國向高等教育強(qiáng)國邁進(jìn)。在2016年“全國高校思想政治工作會議”上，習(xí)近平總書記指出：“我們對高等教育的需要比以往任何時(shí)候都更加迫切，對科學(xué)知識和卓越人才的渴求比以往任何時(shí)候都更加強(qiáng)烈。黨中央作出加快建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科的戰(zhàn)略決策，就是要提高我國高等教育發(fā)展水平，增強(qiáng)國家核心競爭力。”

在當(dāng)前激烈的國際競爭環(huán)境下，國家的發(fā)展對人工智能人才的需求變得更加迫切，加強(qiáng)培養(yǎng)人工智能人才是重中之重的任務(wù)。2017年7月8日，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，這為我國發(fā)展人工智能提供了思路和方向。近年來，人工智能技術(shù)已經(jīng)逐步開始在多個(gè)行業(yè)落地，被納入國家發(fā)展戰(zhàn)略。2018年，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中明確提出要“加強(qiáng)新一代人工智能研發(fā)應(yīng)用”，這就要求教育工作者積極了解人工智能技術(shù)和其發(fā)展趨勢，升級課堂授課和考試方式、實(shí)現(xiàn)技能教育和市場需求的有效鏈接、快速更新知識結(jié)構(gòu)等。

1? 人工智能學(xué)科人才培養(yǎng)中存在的問題

到目前為止，已經(jīng)有很多高校設(shè)置了人工智能學(xué)科的相關(guān)專業(yè)，部分高校還成立了人工智能學(xué)院[1-3]。在人工智能學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)的探索中，我國的高等院校已經(jīng)取得了一定的成果，為國家和行業(yè)培養(yǎng)輸送了一些符合社會發(fā)展需要的人工智能專業(yè)人才，為推動(dòng)我國人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)[4]。但是，現(xiàn)階段我國高等教育機(jī)構(gòu)對人工智能專業(yè)的人才培養(yǎng)仍然處于摸索階段，所以仍然存在很多值得探索和改進(jìn)的地方。例如，有些高校開設(shè)的人工智能專業(yè)或設(shè)置的人工智能學(xué)院，是在原有的計(jì)算機(jī)專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)、智能科學(xué)技術(shù)等專業(yè)的整合劃分，課程的設(shè)定也多建立在這些相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)上[5]。

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。因此，人工智能學(xué)科所包含的系統(tǒng)的知識體系和課程結(jié)構(gòu)，不是所有的高等院校都能完善、準(zhǔn)確、切實(shí)可行地設(shè)立的。

在現(xiàn)有的人工智能學(xué)科成立和設(shè)置的條件下，人工智能的技術(shù)不能完整地由課程來實(shí)現(xiàn)，課程與課程之間可能關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，專業(yè)課程實(shí)用性欠佳，難以形成完善的科學(xué)知識體系等[6]。這種現(xiàn)實(shí)的背景，容易導(dǎo)致人工智能學(xué)科的人才理論基礎(chǔ)不夠完善和扎實(shí)，進(jìn)而影響他們在工作崗位上的學(xué)以致用、融會貫通和創(chuàng)新能力。另外，多數(shù)院校的人工智能學(xué)科開設(shè)的專業(yè)課程中，存在與實(shí)際應(yīng)用的脫鉤。課本或課堂上的知識以傳統(tǒng)的模型、算法等知識為主，教師為了教學(xué)而教學(xué)，對學(xué)生的學(xué)以致用的引導(dǎo)欠缺。這樣容易導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)完課堂知識后，不懂如何解決實(shí)際問題。即使他們在課程結(jié)課時(shí)取得的期末成績不錯(cuò)，但僅僅限于課堂知識。

2? 課賽融合背景下人工智能人才培養(yǎng)的探索

針對人工智能學(xué)科人才培養(yǎng)和課堂教學(xué)中可能存在的這些問題，也在進(jìn)行探索。在人工智能學(xué)院的學(xué)科背景下，為學(xué)生開設(shè)了集群智能控制專業(yè)課。鑒于在水中機(jī)器人大賽的參賽經(jīng)驗(yàn)，試著將競賽與專業(yè)課程相互融合，在“課賽融合”的新模式下提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。興趣是最重要的學(xué)習(xí)動(dòng)力。在競賽中認(rèn)識到實(shí)際問題，在課堂知識中找尋對應(yīng)的理論工具，在相互融合中提高學(xué)生的動(dòng)手能力，是初步設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)。

當(dāng)下，學(xué)科競賽種類和名目很多?！罢n賽融合”不是盲目地選擇一個(gè)競賽，將其融合到課堂教學(xué)的規(guī)劃中，而是要以此門專業(yè)課程的培養(yǎng)任務(wù)為指導(dǎo)綱領(lǐng)。因此，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)基礎(chǔ)上，提出和采用“課賽融合”的新模式，要有科學(xué)的教學(xué)規(guī)劃和思路設(shè)計(jì)。核心目的是用學(xué)科競賽的實(shí)踐活動(dòng)推動(dòng)略顯枯燥和晦澀的理論學(xué)習(xí)。一般來說，競賽的內(nèi)容和題目設(shè)計(jì)都來源于實(shí)際問題，如仿真機(jī)器魚搶球大作戰(zhàn)比賽、仿真機(jī)器魚雙魚協(xié)作過孔、機(jī)器魚水上垃圾清理等。一方面，學(xué)生容易理解這些與實(shí)際問題相關(guān)聯(lián)的題目，也就產(chǎn)生了興趣。另一方面，一個(gè)實(shí)際問題的解決，容易讓學(xué)生對此類實(shí)際問題的解決有了思路啟發(fā)，能夠提高他們?nèi)跁炌ǖ哪芰?。這是競賽問題的參與和設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，略枯燥的課本知識無法帶來的效果。

多次參與這種競賽類問題的設(shè)計(jì)和解答，有助于提升學(xué)生的自信心，促進(jìn)他們較快成長為人工智能領(lǐng)域的專業(yè)人才。而不是帶著略枯燥的課本知識，毫無鍛煉過的解決實(shí)際問題的能力，步入工作崗位后再從零開始學(xué)習(xí)學(xué)以致用。值得注意的是，單純地參加學(xué)科競賽，沒有課堂理論知識的支撐，頂多只是參賽經(jīng)驗(yàn)的積累，達(dá)不到真正追求的學(xué)以致用的能力。

因此，需要再強(qiáng)調(diào)的是，“課賽融合”的新模式中，競賽為輔，課堂教學(xué)為主。用競賽去發(fā)現(xiàn)可以解決的實(shí)際問題，用競賽來提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，用競賽來提高學(xué)生的動(dòng)手能力。同時(shí)，競賽可以反哺課堂教學(xué)這也是很重要的一點(diǎn)。通過在競賽中遇到的新問題、發(fā)現(xiàn)的新的解決思路、碰到的解決問題的瓶頸，都可以補(bǔ)充到課堂教學(xué)的學(xué)習(xí)與討論中。通過此種方式的互動(dòng)，學(xué)生會變被動(dòng)為主動(dòng)，增加了學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量，將這門專業(yè)課程的學(xué)習(xí)變得生動(dòng)而豐滿。

3? 課賽融合背景下人工智能學(xué)科人才培養(yǎng)的探索

在教學(xué)實(shí)踐中，本院已經(jīng)開展了此類“課賽融合”的新模式。科學(xué)地選擇學(xué)科競賽，有針對性地讓學(xué)生參與實(shí)際問題的解決，同時(shí)保證課堂教學(xué)的主體地位不動(dòng)搖，是本院的核心教學(xué)原則。具體而言，是在開設(shè)的人工智能專業(yè)課——集群智能控制課程中，將國際水中機(jī)器人大賽的題目與課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合。集群智能控制涉及的主體是多自主體的智能協(xié)作。

課堂教學(xué)以理論知識講解為主，以機(jī)器魚智能體的實(shí)驗(yàn)和水中競賽為輔，開展教學(xué)探索與設(shè)計(jì)。之所以選擇機(jī)器魚，是因?yàn)楫?dāng)下普通種類的機(jī)器人，大多數(shù)學(xué)生都接觸過或聽說過。而因?yàn)闄C(jī)器魚應(yīng)用范圍是在水下，相比傳統(tǒng)的機(jī)器人，更能吸引學(xué)生的興趣。以他們?yōu)槔?，在課堂上講授機(jī)器魚群的智能協(xié)作及存在的科學(xué)問題。同時(shí)，也積極引導(dǎo)學(xué)生參與國際水中機(jī)器人大賽。競賽的題目選擇，力求與課程知識點(diǎn)緊密結(jié)合，并能引導(dǎo)理論與實(shí)際問題的融合。值得注意的是，在此要考慮學(xué)生所處的年級和其知識儲備，給予適當(dāng)引導(dǎo)，否則容易占用學(xué)生的較長學(xué)習(xí)時(shí)間去找尋知識，也容易挫傷他們的自信心。通過在實(shí)踐中的摸索，學(xué)生能更深刻理解所涉及的知識點(diǎn)和技術(shù)方法，達(dá)到了教學(xué)目的。

除此之外，在探索知識講解和競賽融合的過程中，要注意時(shí)間的分配，也要慎重選擇對應(yīng)的學(xué)科競賽。如果時(shí)間分配不合理，往往會導(dǎo)致課堂知識講解和競賽活動(dòng)的天平失衡，影響大學(xué)專業(yè)課程的開展和進(jìn)行。這將嚴(yán)重影響教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃的進(jìn)行，影響學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和掌握，非常不恰當(dāng)。競賽類的活動(dòng)只是課堂教學(xué)的輔助。通過競賽可以提供給學(xué)生見識實(shí)際問題的機(jī)會，得到對于實(shí)際問題的切實(shí)理解，提高將枯燥和抽象的理論知識深化為解決實(shí)際問題的能力，這是核心所在。一方面，學(xué)生對于脫離實(shí)際的單調(diào)和枯燥的課堂知識的理解，只有在解決實(shí)際問題中才能得到提高和深化。另一方面，離開了課堂理論知識的學(xué)習(xí)和理解，面對實(shí)際問題將沒有頭緒，不知道選擇何種理論工具作為支撐。實(shí)際問題的解決，離不開理論知識和工具的掌握，離不開扎實(shí)的課堂學(xué)習(xí)。因此，作為工科的課堂教學(xué)和知識儲備，課堂教學(xué)和競賽最好的融合方式是相輔相成，有機(jī)結(jié)合，不能顧此失彼，也不能打破教學(xué)為主的平衡。

4? 結(jié)語

在當(dāng)下人工智能學(xué)科人才培養(yǎng)的需求下，積極探索“課賽融合”的模式，以其促進(jìn)學(xué)生學(xué)的質(zhì)量與用的能力。通過競賽題目提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過競賽活動(dòng)提高學(xué)生的動(dòng)手能力，通過競賽反哺的課堂教學(xué)培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)的人工智能人才。總之，拋開單調(diào)而枯燥的“填鴨式”教學(xué)，用心地探索提高教與學(xué)的質(zhì)量、學(xué)與用的能力的教學(xué)模式，是高校教師義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。

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