人文元素
——“人工智能”公選課程教學(xué)催化劑

付榮榮 孟 宗 張玉燕 劉永紅

(燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院， 秦皇島 066004)

人工智能幾經(jīng)沉浮，以AlphaGo為標(biāo)志事件掀起人工智能的又一輪學(xué)習(xí)熱潮[1-2]。人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展也在改變?nèi)藗兊纳罘绞剑虼硕靡恍┤斯ぶ悄苤R(shí)對(duì)于當(dāng)今大學(xué)生是十分必要。這種大環(huán)境下，很多高校紛紛將人工智能相關(guān)課程列入教學(xué)計(jì)劃中[3-5]。針對(duì)非人工智能專業(yè)的學(xué)生，也面向高年級(jí)學(xué)生開設(shè)了相應(yīng)的選修課。這種現(xiàn)狀對(duì)于“人工智能”選修課的教學(xué)提出了現(xiàn)實(shí)的要求：課程本身的內(nèi)容具有一定的難度，同時(shí)作為一門公選課，教師所面向的是來自各個(gè)學(xué)院的同學(xué)，他們的基礎(chǔ)和專業(yè)背景都各不相同，公選課的講授，最重要的是要提高學(xué)生們對(duì)于課程學(xué)習(xí)的興趣，讓不同專業(yè)學(xué)生都能理解。而原有的“人工智能”課程教學(xué)更加重視理論的教學(xué)和技術(shù)能力的培養(yǎng)，對(duì)“人工智能”課程當(dāng)中所蘊(yùn)含的人文元素的關(guān)注是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，人文元素在“人工智能”的教學(xué)中一直被忽視的[6]。人文元素作為思政元素的一部分，對(duì)于增強(qiáng)知識(shí)代入感，對(duì)于教學(xué)效果的提升是十分必要的催化劑。在教學(xué)中的重要性已經(jīng)被廣泛接受，因此“人工智能”公選課中更應(yīng)該重視融入人文元素。

1 教學(xué)內(nèi)容拓展

將人文元素融入到“人工智能”公選課的教學(xué)中對(duì)于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性具有重要作用，尤其是非人工智能相關(guān)專業(yè)的學(xué)生。教師在授課過程中如果長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行專業(yè)知識(shí)的講授，會(huì)將一部分基礎(chǔ)較差的或者專業(yè)背景較不相關(guān)的學(xué)生拒之門外，導(dǎo)致教學(xué)效果不盡人意。引入人文元素對(duì)于教師對(duì)課堂節(jié)奏的把控，課堂氣氛的調(diào)動(dòng)具有重要作用，也是應(yīng)對(duì)原有“人工智能”課程教學(xué)的特殊需求，是使教學(xué)效果進(jìn)一步提升的催化劑。

于是，在原有教學(xué)工作的基礎(chǔ)上，將從以下兩個(gè)方面進(jìn)一步對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行充實(shí)和改進(jìn)：

1)以科學(xué)史教學(xué)充實(shí)課程教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生形成課程思維方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和對(duì)課程知識(shí)的認(rèn)同感。

在“人工智能”課程教學(xué)中，引入一些科學(xué)史內(nèi)容，為學(xué)生勾勒出人工智能發(fā)展的基本輪廓和主要路徑[7]。力求通過通俗的語言解釋清楚方法背后的意義：每種方法都有其誕生的背景和應(yīng)用場(chǎng)景。這樣的講解內(nèi)容會(huì)受到學(xué)生歡迎，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2)高效利用課堂時(shí)間，提供更多的學(xué)習(xí)資料和資源，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程細(xì)節(jié)及外沿知識(shí)等課堂知識(shí)的深入理解。

“人工智能”的學(xué)習(xí)難點(diǎn)在于理解智能學(xué)習(xí)算法的原理，其中涉及大量的公式。所以如何能通俗易懂地把原理解釋清楚將成為課程后續(xù)優(yōu)化的主要內(nèi)容之一。課程所涉及原理的地方是人工智能中的算法原理推導(dǎo)。這需要進(jìn)一步收集實(shí)例，并且找到形神兼?zhèn)涞念惐取?/p>

2 教學(xué)實(shí)施

怎樣能使公選課的課堂更高效、更有趣，使來自不同專業(yè)的學(xué)生都能學(xué)在其中，樂在其中，這需要在授課中充實(shí)教學(xué)內(nèi)容并改進(jìn)教學(xué)方法，課程本身生動(dòng)有趣才是提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、扎實(shí)學(xué)業(yè)基礎(chǔ)的關(guān)鍵。在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)和講解方式上，努力將抽象理論知識(shí)與生活實(shí)際結(jié)合，與學(xué)生比較熟悉的工程知識(shí)結(jié)合，讓知識(shí)更生動(dòng)，增加課堂的人情味。

一方面，以科學(xué)史教學(xué)充實(shí)課程教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生形成課程思維方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和對(duì)課程知識(shí)的認(rèn)同感。在講解感知器算法時(shí)，會(huì)以其鼻祖感知器算法提出者的個(gè)人命運(yùn)為背景，介紹提出者羅森布拉特與學(xué)術(shù)對(duì)手明斯基在感知器算法的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論，講解感知器算法從盛到衰再從衰到盛的曲折命運(yùn)，以及對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究史上里程碑式的地位，如圖1所示。進(jìn)一步帶領(lǐng)學(xué)生思考，其曾經(jīng)衰落的原因，再體會(huì)其如何掙脫自身缺陷，啟發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，實(shí)現(xiàn)了逆襲，由衰再次到盛的經(jīng)歷。借此告訴學(xué)生，不破不立，人生起伏的道理。

圖1 人工智能發(fā)展歷史從感知器到深度學(xué)習(xí)

另一方面，利用寶貴的課堂時(shí)間，會(huì)力圖通過通俗的語言解釋方法背后的意義，了解每種方法的誕生背景、應(yīng)用場(chǎng)景，然后掌握這種方法是如何起作用的。找到形神兼?zhèn)涞念惐?，給出結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的知識(shí)內(nèi)容。比如在利用優(yōu)化方法推導(dǎo)判別分析模型的時(shí)候，以“不畏浮云遮望眼”引出講解內(nèi)容。在講解集成學(xué)習(xí)的時(shí)候，用“三個(gè)臭皮匠賽過諸葛亮”來揭示集成學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)。講解特征降維的時(shí)候，會(huì)指出其實(shí)質(zhì)是好刀用在刀刃上的道理。在特征計(jì)算的時(shí)候，通過“海岸線的長(zhǎng)度問題”引出分形-混沌特征的講解。以相對(duì)淺顯的知識(shí)為載體，講授人工智能理論背后的思想、方法和觀點(diǎn)。

這樣類似的人文元素會(huì)滲透到教學(xué)的各部分內(nèi)容中去，增加了理工知識(shí)的人情味，用一種有溫度的形式呈現(xiàn)出腳踏實(shí)地的理工學(xué)科知識(shí)，會(huì)增加課堂魅力，提高教學(xué)效果。

3 教學(xué)評(píng)價(jià)

人文元素的引入給“人工智能”課程的教學(xué)加入了一劑催化劑，這給原有理工專業(yè)課向更多其他專業(yè)學(xué)生普及提供了一個(gè)新的教學(xué)思路。針對(duì)學(xué)生對(duì)于“人工智能”課程的感興趣程度，在兩輪的教學(xué)中進(jìn)行了問卷調(diào)查。問卷設(shè)計(jì)了非常感興趣、有興趣、一般、沒興趣和完全沒興趣五檔選項(xiàng)。根據(jù)MyCos教學(xué)質(zhì)量管理平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生們的反饋分布在非常感興趣、有興趣和一般三檔選項(xiàng)里，如圖1所示。在融入人文元素之前，興趣度一般的同學(xué)占比15.79%，有興趣的同學(xué)占比52.63%，非常有興趣的同學(xué)占比31.58%，如圖2(a)所示；與之形成對(duì)比的是，在融入人文元素之后，興趣度一般的同學(xué)占比4.76%，有興趣的同學(xué)占比36.51%，非常有興趣的同學(xué)占比58.73%，如圖2(b)所示。

(a) 融入人文元素以前的興趣度分布

(b) 融入人文元素以后的興趣度分布圖2 融入人文元素前后對(duì)選課學(xué)生興趣度調(diào)查結(jié)果(數(shù)據(jù)來自MyCos教學(xué)質(zhì)量管理平臺(tái))

調(diào)查數(shù)據(jù)結(jié)果可以明顯地看到，融入人文元素以后學(xué)生對(duì)于“人工智能”課程的興趣度數(shù)據(jù)的分布明顯向右側(cè)傾斜，興趣度一般和有興趣兩檔選項(xiàng)的學(xué)生數(shù)分別降低了11.03%和16.12%，選擇非常有興趣的學(xué)生數(shù)上升了27.15%，證明許多學(xué)生對(duì)于“人工智能”課程的興趣得到顯著的提升。

4 結(jié)語

融入“人文元素”使人工智能課堂更具人情味，使知識(shí)更具溫度，學(xué)生對(duì)于“人工智能”選修課課程的教程的學(xué)習(xí)興趣得到了大幅提升，這對(duì)于“人工智能”學(xué)效果的提高具有積極意義。使學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)人工智能技術(shù)的感性認(rèn)識(shí)。促進(jìn)學(xué)生全面思考，進(jìn)一步拓展學(xué)生視野和知識(shí)面，持續(xù)推進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)。同時(shí)，應(yīng)該就人文元素在課程教學(xué)中的角色和作用給予準(zhǔn)確的定位，對(duì)于課程教學(xué)本身而言人文元素并不是起決定作用。正如題目所言，人文元素是課程教學(xué)的一劑催化劑，起到的是催化教師所教和學(xué)生所學(xué)二者的反應(yīng)速度和反應(yīng)效果。適度的引入具有積極的意義，而過多則本末倒置，造成課堂時(shí)間的浪費(fèi)。