精益求精建設人工智能精品課程

劉麗玨　陳白帆　王　勇　余伶俐　蔡自興

人工智能是計算機科學與技術專業的16門核心課程之一,也是計算機科學與技術專業中一門不可替代的重要課程。

中南大學開設人工智能課程已有25年歷史,2003年該課程更是被評為全國高等學校首批精品課程。此后,在國家教育部、湖南省教育廳和學校的支持與指導下,以蔡自興教授為首的教學隊伍一直繼續堅持精品課程的建設。在5年多的建設過程中,一直堅持求新求變的思想,使得本精品課程又登上了一個新的臺階,并通過建設取得了一些新的經驗和體會。

1 深化教學改革,不斷提高教學質量

教學改革是課程建設和學科發展的生命線。經驗告訴我們,要不斷提高教學質量,就不能固步自封,吃老本,而必須不斷深化教學改革,加大課程建設和教材建設力度,不斷改進教學方法。

(1) 搞好精品課程建設,發揮示范作用

把人工智能國家級精品課程放在優先建設的位置,講究教學質量,推進教學改革是本課程一直堅持的教學理念。首屆國家級精品課程評選時,還很少有其他課程采用網絡教學,而我們的課程就已經建設了完善的網絡教學平臺并被國家教育部評為優秀網絡課程,這有助于充分發揮國家級精品課程的示范作用。在此后的建設過程中,我們堅持每年都對網絡課程和教學課件進行改進和更新,在國內發揮了應有的示范作用。

為開拓學生眼界,追蹤國際前沿研究,這幾年我們加強了對雙語教學的研究和實踐,采用多種方式堅持漢英雙語教學。經過實踐我們體會到,英語教學比例要根據教學內容和學生英語水平而定,其檢驗標準是學生的接受程度與學習效果,并根據這一點來適時調整雙語教學中英語對漢語的比例。

(2) 編著立體配套教材,為教學改革服務

根據學科和課程的發展及教學改革的需要,我們十分重視教材建設,不斷更新人工智能課程教材內容,使其具有系統性、新穎性、實用性和可讀性等特色,所編優秀教材處于國內領先地位。

在過去5年建設過程中,在原有的信息類本科生教材的基礎上,又增加了研究生教材、網絡課程教材和管理類通用教材,形成了多層次、多專業、多平臺的立體配套教材共4個版本,以適應學生的不同層次要求。這些教材已為高水平課程建設和學科建設作出了重要貢獻。

(2) 創新教學方法,開展多種形式教學

近年來,我們學習和推廣了教學名師在長期教學實踐中形成的“以趣導課、以疑啟思、以法解惑、以律求知”的教學模式和教學方法,并不斷摸索和實踐,采取了多種形式的教學方式,包括多媒體教學、雙語教學、網絡教學、智能系統物理實體演示、課堂討論會、論點辯論會、學術研討會以及網上實驗等現代化教學方法,取得了優良的教學效果。在課程講授中盡力做到生動形象,富有啟發性,從而充分激勵學生的學習積極性和主動性,發揮獨立思考和創新思維,多方位培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。

要取得良好的教學效果,首先要培養學生的學習興趣,使學生主動參與學習。如何充分激發學生們的學習熱情,發揮其主觀能動性是我們一直在探索的問題。我們在教學實踐中多次開展辯論會、討論會等活動,通過讓學生自己動手查資料,分析整理,提出自己的觀點,使學生全方位地接觸所學課程,在此過程中培養學生的研究能力,真正實現師生互動。在課程中我們還經常請來在科研工作中擔任主要任務的教師和博士生給本科生介紹最前沿的科學動態,激發學生對科學研究的興趣。更進一步,我們在研究生教學方面通過舉辦學術研討會,讓學生接觸學科前沿,自己查閱資料和動手寫科技論文,并在研討會上宣讀討論,培養獨立研究能力,為將來的研究工作打下基礎。許多本科生和研究生在討論會上有十分突出的表現。這種課堂學術研討活動深受廣大學生歡迎。

(4) 教學與科研結合,以科研促進教學

對于高等教育來說,教學與科研始終是相互促進,不可分割的。我們認識到,要提高師資水平和教學質量,就必須鼓勵教師開展科學研究,處理好教學與科研的關系。要以教學為中心,以科研促進教學。通過科研實踐,提高教師的學術水平和教學起點。教師只有站得高,才能看得遠;只有看得遠,才能明確方向和目標。本精品課程立項后,我們每年都有意識地組織學生參觀實驗室,向他們介紹最新的科研進展,培養學生的科學精神和科研素質;同時吸收部分學生直接參與到科研工作中來,提高他們分析和解決實際問題的能力;本科生的畢業設計題目也直接與科研工作掛鉤,讓學生真正學以致用;支持青年教師參加科研和各種技術培訓,不斷提高他們的科研能力和教學能力,從而有力地推動了教學科研的相互促進和協調發展。

2 構建立體式教學平臺,實現教學相長

(1) 建設前沿交叉學科的多類型教學資源

教學資源是教學質量的重要保證,通過多年的積累和長期努力,我們已擁有大量立體配套式的教學資源,除了針對計算機、智能科學與技術和自動化專業的系列教材外,還有面向軍隊的智能決策的教材,面向人工智能初學者和研究人員的工具書《人工智能辭典》。大量教參、教研論文、科研論文、多媒體課件、雙語課件、網絡課件、視頻錄像、習題庫、試題庫、虛擬實驗室等都包含在我們的教學資源中。

(2) 開發富有特色的網絡教學平臺,實現個性化教學

網絡教學能夠拓展學生的學習空間,使學生能夠在不受地域和環境限制的情況下主動學習和繼續學習。我們的《人工智能網絡課程》上網使用已經7年了。該網絡課程具備向導學習、交互式和情景化學習、多媒體支持、學習評價、智能答疑、全文搜索、虛擬算法實驗等功能。特別是在向導學習、個性化以及算法實驗上,采用了人工智能技術本身來實現人工智能網絡課程,具有網絡化、智能化和個性化等顯著的特色和先進性,得到專家和同行的認可和肯定。如今我們的網絡教學平臺已不斷得到更新和擴展,學習內容不斷完善,學生們不僅可通過網絡進行學習、實驗,并能通過網絡提交作業和報告,與老師進行交流。網絡課程的使用,促進了本課程教學改革,更好地調動了學生的學習興趣和主動性,深受學生歡迎。

(3) 建立開放式的網絡實驗平臺

理論聯系實際永遠是教學過程中不可或缺的重要部分,讓學生發揮主動性,學以致用,從而加深對課堂接受知識的理解,培養學生的實踐能力,使他們能夠學以致用,是我們開發實驗平臺的目的。為此,我們在2005年開發了一個網絡虛擬實驗室,在這個實驗室中,通過動畫演示,學生能夠直觀地看到課堂上講到的多種算法和方法的具體實現步驟和運行結果,還能夠自己動手,創建新的實驗環境和實驗數據,建立自己的實驗。網絡實驗平臺中對每個實驗的目的、要求、實驗報告的形式內容都作出了詳細的闡述和要求,網絡的開放環境使得學生可以在寢室、家里、機房,甚至在機場、車站、碼頭隨時進行實驗,不受時間和地點的限制。

在實驗教學內容的設計上,注重培養學生的研究能力和創新能力。首先,實驗項目的開設,經過了嚴格的考慮,使之具備研究性和綜合性。其次,實驗目標有明確的設計探討要求,要求學生帶著問題和任務進行實驗。再者,充分采用虛擬實驗方式進行實驗,大大提高了學生的興趣,提供了分析和探討智能算法的很好平臺。

直觀生動的實驗演示和個性化的實驗設置增加了學生對實驗的興趣,充分調動了學生的積極性和創造性。通過實驗教學,學生能夠理論聯系實際,驗證和加深對所學理論知識和概念的理解,有利于提高學生的學習興趣和主動性。

3 構建富于創新的教學隊伍

教學人才資源是教學的第一資源。堅持科學發展觀和以人為本的思想,組建一支結構合理、愛崗敬業、不斷創新的教學隊伍是精品課程建設不斷持續發展的重要保證。

(1) 名師牽頭,結構合理

自精品課程立項以來,在多年的建設實踐中,我們逐步建立了一支由國家級教學名師牽頭,以中青年教師為骨干,學歷、學位、職稱和年齡結構合理的教學隊伍,以保證教學和教改工作的可持續發展。此外,任課教師圍繞創新型人才培養,以提高人才培養質量為核心,以促進學生的成才為目標,討論并設定了明確、可行的課程教學改革目標。

(2) 抓好隊伍建設,不斷提高整體素質

建立一支愛崗敬業、富有戰斗力的高素質教學隊伍是出色完成教學任務和提高課程教學質量的根本保證。我們的教學隊伍中,從帶頭人到成員,都堅持在教育第一線親自執教,傳道、授業、解惑,做好本職教學工作,都秉承熱愛黨的教育事業,熱愛教學工作、熱愛學生。教學骨干和主講教授具有較高的學術造詣和豐富的教學經驗,其他教師也有較好的教學功底和較強的教學能力,他們團結協作, 精益求精地認真做好每一環節的教學工作。

(3) 注重青年教師培養,保證可持續發展

青年師資隊伍建設是關系到教學隊伍后繼有人和學科可持續發展的戰略問題。我們一直注重對青年教師的培養,經常安排經驗豐富的老教授去聽年輕教師的課,對其提出建設性意見,幫助青年教師盡快成長。同時也安排青年教師去聽老教師的課,繼承老教授的優良傳統,學習講課經驗和技巧,發揚老教師“傳幫帶”的作用。此外,還建立了嚴格的獎懲制度、青年教師學科前沿知識定期匯報制度、青年教師培訓制度、外出參加學習學術活動及進修制度等,并鼓勵青年教師參加博士學位學習,從而加強對青年教師的培養。我們還特別注意鼓勵在職博士研究生參加課程建設,如參加部分課堂教學和網絡課程開發。這樣做,有利于青年教師的培養和成長,充分發揮了他們的生力軍作用。

本精品課程建設也面臨一些值得研究和解決的問題,例如,如何進一步搞好教學資源建設、更好地進行中外教學和教材比較,以及編寫供非重點院校使用的教材等都是我們下一步要考慮的問題。同時,人工智能作為一門高度融合的交叉科學,其發展速度迅速,不斷有新理論、新問題涌現出來。我們的人工智能教學既要注重基礎理論知識,又要緊跟學科發展的步伐,勢必要求對課程內容進行不斷更新,這對我們的教學資源和教師素質都提出了更高的要求。對精品課程的建設步伐一刻也不能停止,教學改革的道路仍然很長,精品課程建設及其教學改革沒有最好,只有更好。