基于案例教學的“人工智能”教學的實踐與探索

文章編號：1672-5913(2008)09-0053-02

摘要：本文結合教學實踐，從基于案例的教學及教學內容、教學手段、實踐教學等幾個方面探討了“人工智能”課程的教學。

關鍵詞：人工智能；案例教學；實驗和設計

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

1引言

“人工智能”課程涉及多個學科，內容龐雜、抽象、難以理解，學生往往有望而生畏的感覺，容易死記硬背，更不會應用于工程實踐。為了克服這些困難并更好地實現教學目標，就要在教學內容、教學方法、教學手段等方面進行相應的改革。近幾年，本文作者把案例和案例教學法用于“人工智能”課程的教學中，總結出以下幾點，供大家參考。

2選擇合適實效的教材，精心安排教學內容

2001年起，作者先后選用了國內外的多本教材，這些教材內容豐富、取材新穎，但在教學方面，這些教材都有一定的不足。比如，主要基于“符號處理”智能行為的觀點，注重思想、原理、方法和技術，大部分實例是解答式或推證式的，實現技術都基于Lisp或Prolog語言的。在教學過程中，作者感覺到這些實例與工程實踐有一定的距離，Lisp和Prolog并不是當前工程實踐中主流的開發語言，有較大的局限性，大部分學生也不太愿意努力學習掌握此工具，因此影響了教學效果。隨著“信號處理”智能行為(如神經網絡、模糊邏輯、進化計算和概率推理等)在工程實踐中的應用越來越普遍以及取得大量成功的事例，我們在近年來的教學中安排了更多這些方面的內容，作為主要的教學內容。

2007年9月起，作者選用了《人工智能：智能系統指南》(Negnevitsky M著，顧力栩、沈晉惠譯，機械工業出版社2007年出版，以下簡稱《指南》)作為教材。此書是一本較好的人工智能入門教材，詳細介紹了如何開發小型的基于規則和基于框架的專家系統、模糊專家系統、人工神經網絡、進化計算和混合智能系統等，書中的案例比較豐富，結合工程實踐，而且介紹了很多實用的工具包，只是在邏輯推理技術和搜索技術這兩方面的內容有所欠缺，需要加強。在教學過程中，作者以“必需、夠用”為度，“夠用、適度”為綱的宗旨，適當補充邏輯推理技術和搜索技術這兩方面的內容進行教學。

3加強案例教學，改革教學方法

3.1加強案例教學，激發學生學習興趣

2004年起，作者在教學方法和實踐教學環節上進行改革，主要以Java和Matlab作為實驗的主要環境，精心選擇案例和實驗設計開發工具包，對典型案例進行分析、講解和討論，結合案例的開發設計和實現，做到理論、設計、實現相結合，讓學生在學習過程中感覺到有用、有效、實際、實用、有趣，從而提高學習的積極性和主動性。

在教學過程中，案例準備是案例教學的基礎，要收集、整理必要的資料，選擇或開發合適的案例，比如參考教材《人工智能：一種現代方法》并利用其中基于JAVA的教學開發工具包AIMA。

在邏輯推理技術和搜索技術這兩方面的教學過程中，實驗設計和案例以AIMA為主。邏輯推理技術涉及很多的數理邏輯知識，有些顯得難以理解，并且往往讓學生感到比較枯燥，與學習“離散數學”時似乎沒有什么大的區別，學生的學習興趣就漸漸淡薄。為了盡量避免這種情況，在教學過程中結合AIMA中的案例來講解，使比較枯燥的知識以有效、實用和具體的形式表現出來，做到理論與實踐相結合，提高學生學習的興趣。比如，在講解搜索技術時，以“八皇后”問題為案例，結合AIMA中的設計實現，以講解和討論相結合的方式，學習盲目搜索、啟發式搜索等算法，使學生不僅能理解狀態空間的產生方法，而且能設計算法、實現算法，提高了學生的學習興趣和實踐能力。

在學習神經網絡、模糊邏輯、進化計算等方面的內容時，主要借助于Matlab提供的相關工具箱，實驗設計和案例也基于Matlab。Matlab的工具箱以易用、高效、可視化好為特點，在科學研究和工程實踐中有廣泛應用，在教學過程中，也要充分發揮這些優點。比如，在講解BP算法時，充分利用Matlab的工具箱，由簡單到復雜，從感知器到多層前饋網絡，結合一個個實例進行講解，在學生掌握基本的原理和方法后，重點講解和討論一個案例(如“數字字符識別系統”)，這樣可將理論、公式、算法、設計、實現有機結合，使得感性認識與理性認識相結合，理論與實際相結合，極大地調動了學生的學習興趣和積極性。

在講解專家系統這方面的內容時，以《指南》一書提供的內容和案例為主，這些案例淺顯易懂、結合實踐，較好地調動學生的學習興趣。

3.2注重實驗和設計，并運用多媒體教學

在教學過程中，適當開設一些實驗和設計，提高學生的動手能力。比如，講解了“八皇后”問題后，引導并要求學生去設計實現“八數字謎宮”或“野人與傳教士過河”等問題；講解TSP問題的遺傳算法解決案例后，指出編碼方案、初始種群大小、進化代數、交叉率、變異率等因素對求解結果的影響，并要求學生通過實驗的方式來分析、理解這些問題，并提出“有沒有更好的編碼方案？”，“有沒有另外的解決方案”等問題。

把學生的興趣激發后，課外學生會主動去查閱相關文獻、相互討論并實現他們所掌握的方案，設計實驗并分析實驗結果。通過學習和完成實驗，培養了學生善于鉆研和勇于創新的精神，提高了學生的實踐能力和創新能力。

在課堂教學中，要充分利用多媒體教學的優點，有效、生動地開展教學。采用了動畫課件、錄像教學、實物演示、網絡教學等豐富多彩的教學手段，激發學生對本課程學習的興趣和好奇心。如，在課堂上播放電影《人工智能》片斷、足球機器人比賽錄像片斷，工業、服務、娛樂等領域機器人工作錄像片斷等，提高學生的學習興趣、增強課堂教學效果，也讓學生初步了解人工智能技術的發展和應用。在講解一些難以理解的原理和較復雜的算法時，借助CAI課件，即可以生動形象地解釋原理，又可以增強教學內容層次感。利用多媒體教學，更好地講解案例的設計和實現代碼的分析，節省了板書的時間，增加和學生交流探討的時間，充實課堂，提高效率，再加上實際案例講解和開設適當的實驗，通過相互交流和討論，大大地加深學生對所學知識的理解、掌握和應用。

4結束語

實踐證明，將案例教學法運用到“人工智能”課程的教學中，較大地提高了學生的學習積極性，教學效果得到了明顯提高，但在許多方面仍然做得不夠，特別是在這幾方面需要我們繼續探討和實踐：

① 教學內容選擇；

② 案例選擇、案例準備和案例講解；

③ 實驗設計；

④ 項目的設計與分析工具選擇。

參考文獻

[1] 瑪格麗特.A.博登 編著. 劉西瑞，王漢琦 譯. 人工智能哲學[M]. 上海譯文出版社，2006.

[2] Nilsson N 著. 鄭扣根，莊越挺 譯. 人工智能[M]. 北京:機械工業出版社，2000.

[3] 陳愛斌. “人工智能”課程教學的實踐與探索[J]. 株洲工學院學報，2006，20(6):137-139.

[4] 韓麗娟，孫玉紅，李圣君. “人工智能”教程改革初探[J]. 電腦知識與技術：學術交流，2007，(7):222-223.

[5] 蔡自興，徐光佑. 人工智能及其應用[M]. 北京:清華大學出版社，2003.

[6] 廉師友. 人工智能技術導論(第二版)[M]. 西安電子科技大學出版社，2002.

[7] Negnevitsky M 著. 顧力栩，沈晉惠 譯. 人工智能：智能系統指南[M]. 北京:機械工業出版社，2007.

[8] Russells S， Norvig P 著. 姜哲，金奕江，張敏 等譯. 人工智能：一種現代方法(第二版)[M]. 北京:清華大學出版社，2004.

Practice and Exploration on the Case Study Teaching in Artificial Intelligence

Li Chun-gui， Wang Meng， He Chun-hua

(Department of Computer Engineering，Guangxi University of Technology，Liuzhou， 545006， China)

Abstract：Basing on practical teaching experiences，in this paper， there are a few aspects of “Artificial Intelligence” course teaching， such as case study teaching， teaching material， assistant teaching measures， experiments teaching are investigated， and then to reach the aim of improving the teaching quality and to train talent for social development．

Key words：Artificial intelligence；Case study teaching；Experiments and projects