關于教育技術專業《人工智能》課程教學方法的探討

樸姬順，吳芬芬

陜西師范大學新聞與傳播學院，西安 710062

關于教育技術專業《人工智能》課程教學方法的探討

樸姬順，吳芬芬

陜西師范大學新聞與傳播學院，西安 710062

隨著科技飛速發展，人工智能技術應用不斷擴延，其涉及的學科領域也愈來愈多。同時，在教育技術學專業課中開設人工智能初步模塊也已迫在眉睫。文章從國內外《人工智能》課程發展現狀出發、分析了存在的問題，并對我國教育技術學專業該課程的教學方法做了探討。

人工智能;教育技術;教學方法

《人工智能》是計算機科學與技術專業重要的基礎課程，在許多高校的本科生和研究生中都開設了該課程。它是20世紀50年代后期興起的利用計算機模擬人類智力活動的學科，是計算機科學的一個分支，也是一門被廣泛應用的交叉學科和前沿學科。主要研究如何用計算機模擬人腦所從事的推理、證明、識別、理解、設計、學習、規劃以及問題求解等思維活動［1］，實現某種程度或某些方面的“機器思維”［2］。因此，它可以應用在教育系統中，作為教育系統的教育技術手段和方法，且研究成果在教育技術領域的應用也得到了人們的廣泛重視。

但人工智能教材涵蓋許多智能算法及相關理論，在教學過程中會涉及到很多抽象的理論和復雜的算法，而書本中的應用實例大多是紙上談兵，導致學生學習該課程的興趣不高。其次，該課程通常在高年級本科生中開設，因學生面臨很大的就業壓力，大多急于求成，渴望實踐經驗。所以，結合學生現實情況，激發學生的學習興趣，提高他們的動手能力和實踐能力是專業課程教學需要考慮的問題。因此，該文通過相關內容研究和分析，以期為教育技術學專業的教師和學生找到更好的教與學方法提供思考。

1 國內外《人工智能》課程開設狀況

1.1 國外狀況

英國是較早開展人工智能基礎教育的國家之一。不少中學或大學開設了《人工智能》課程，并通過組織和開展相關教育競賽活動來擴展和延伸人工智能教育。同時，蘇格蘭執行教育部組織相關部門，通過網站等形式向師生提供包括人工智能在內的各類課程的教學資料和文件。

另外，在美國中學的信息技術課程中，“通過人工智能來進行訓練與教學”曾被作為教學目標之一。在高中階段，信息技術課程內容包含了“人工智能概論”，要求“使學生認識人工智能的意義及其應用，以及人工智能可能對人類社會造成的各種影響”。美國各州還根據各自教育特點和目標，對人工智能教育內容也有不同要求。例如:威斯康星州頒布的信息技術素養學術標準模型中，將人工智能教育的內容作為“媒體與技術”層面對12年級學生的一個要求，要求學生能夠“認識代理、專家系統或人工智能的例子(如搜索引擎、語法檢查器、語音識別、機器翻譯)”。

就總體而言，國外包括人工智能教育在內的中學信息技術教育呈現多樣化發展的格局。以美國為例，現階段的中學信息技術教育課程的開設大致分為以下幾類［3］:

第一，旨在培養學生信息技術技能與意識的內容。這方面知識主要有:①信息加工與應用。使學生學會使用各種信息資源(包括文本、數據、圖像、聲音等)與計算機軟件和工具;②信息技術系統概論。從包括計算機在內的各種信息技術產品的軟件和硬件介紹起，使學生對信息技術系統形成一個全面完整的認識，對日常工作和生活中使用的各種信息技術產品的組成和功能有所了解，并初步掌握其使用方法;③人工智能概論。使學生認識人工智能的意義及其應用，并介紹自動化系統、機器人、虛擬現實技術等。使學生認識大量運用信息技術以及人工智能對人類社會造成的各種影響。

第二，計算機程序設計的內容。通過學習計算機語言、編寫程序，使學生學會使用計算機等信息技術產品完成一定任務，培養邏輯運算和抽象思維能力。

1.2 國內狀況

一直以來，我國高校把人工智能作為計算機、自動化等信息類專業的一門重要課程，開課對象為本科生和研究生。隨著人工智能技術在社會各領域的應用越來越廣，一些非工科院校也開始設置人工智能相關專業，也有更多系列的人工智能相關課程供學生學習。但該課程的開設并不理想，因為許多學校開設的《人工智能》課程內容都是純理論的，讓學生聽得很乏味，并沒有真正結合實踐。由于多方面的原因，導致了教學目標的偏離。因此，許多專家學者不得不考慮如何開設這門課，以及如何利用現有資源開設該課。

陜西師范大學新聞與傳播學院籌備開設《人工智能》課程已經有很長時間，在這個過程中，我們積累了一些經驗。但仍然存在著許多問題。這是由于《人工智能》具有知識點多、牽涉面廣，需要較好的數學基礎和較強的邏輯思維能力等特點。教育技術本科學生先修課程包括數學、數據結構算法、計算機語言基礎、教育技術理論等基礎課程。在教育技術應用領域，如何把握人工智能課程特點，幫助學生找到好的學習方法，充分發揮自己的能力，提高學習興趣成為我們教學研究過程中的主要目標。

2 存在問題

目前，該課程教育正處于探索階段。受學校師資水平、軟硬件設備與人工智能教育相關中文資源貧乏等條件制約，我國在教育技術專業開設《人工智能》課程還存在以下問題:

2.1 教學條件參差不齊

開設好人工智能課程，就要求安排更多的實踐課程和活動來增強課程趣味性，讓師生切實體會到人工智能對我們生活的影響。這些活動大部分要求上機操作或利用網絡資源來學習交流，這就對教學條件提出了較高要求，尤其是在一些偏遠、條件落后的農村開設人工智能課程存在兩大困難:

2.1.1 硬件性能要求 人工智能課程中有較多的實踐課程需要教師和學生利用網絡資源，使用計算機進行操作。這就需要學校配備計算機網絡教學機房，若其性能較差，就會延長學生在線進行人機對話的時間;一旦遇到網絡堵塞，不僅浪費上課時間，而且大大降低學生的學習興趣。

2.1.2 軟件性能要求 為了降低成本，學校可以利用互聯網上提供的免費下載軟件和在線教學網站等進行實踐教學，可大大減少自研開發軟件和軟件維護費用，但一旦遇到網絡不通、網絡擁擠或在線網站停止服務等，將無法使用網絡資源進行教學。可見，軟件的依賴性較強也存在很大問題。

2.2 對人工智能科學認識不足

2.2.1 學生認識上的誤區 提及人工智能，給大多數學生的感覺是一門神秘、遙不可及的科學。很多學生認為人工智能技術是很高深的科學，離我們現實生活有一定距離，研究和接觸這門學科是少數科學家的事情，從而對該學科的關注程度不高。其實，人工智能是一門逐漸成長的學科，它將應用在我們生活的方方面面。我們應在教學中讓學生更多地體驗人工智能的魅力所在，吸引學生對該學科的學習興趣。

2.2.2 教師對人工智能學科開設存在偏見 一些從事該學科教學的教師沒有接觸過人工智能方面的知識，在接觸過后被其中深奧難解的知識所嚇倒，認為即使開設了這門課程也不易被學生接受;而一些在大學接觸過人工智能課程的教師則認為，其理論枯燥乏味、知識內容艱深，不適合放在學生階段開設，而適合用于科研、比賽等。

2.3 一線教師經驗不足

在我國大學教育中，開設人工智能專業課程的大學為數不多，師范類院校更是甚少。從事人工智能領域的專業人才輸出少，所以缺乏具備一定知識結構、有專業素養的教師來擔任該課程的教育。另外，絕大多數一線教師并沒有接受過《人工智能》課程的專業培訓，對授課內容的重點把握不住，教學目標不明確，在授課形式上也沒有前人經驗可尋，這就給一線教師帶來了極大挑戰。

總之，在《人工智能》課程開設方面存在如下問題:①課程知識覆蓋面狹小，深度研究達不到;②課程教學過程設計只是單調的理論型，完全依賴于課件內容，學生的實踐操作很少，沒有完全啟發學生思考的積極性;③教學方法單一，沒有很好地強調團隊協作能力;④教師或學校對該門課認識不夠。因此，尋找一個更好的教學方法去幫助學生學和教師教是目前最關注的問題，否則很可能會影響到以后該門課程的進展。

3 應對策略

3.1 可視化的教學設計與演示程序開發

教學設計就是對教學活動進行系統計劃的過程，是教什么(課程內容)及怎么教(組織、方法、策略、手段及其他傳媒工具的使用等)的過程［4］。人工智能的理論知識需要通過課程設計的實踐環節來加深理解、付諸使用。人工智能理論課程的知識內容大多只是涉及問題的模型、方法、推理的技術、搜索的策略，對于如何在具體應用問題上靈活使用則不可能全面闡述，也無法在課堂上具體展示［5］。對于學生，由于《人工智能》課程中相關智能理論算法為其重點、難點教學內容，而這些復雜算法課本中也只是通過一些簡單的圖表來說明，不是很直觀，使得學生理解困難［6］。例如:寬度優先、深度優先及A*算法的教學過程中，各節點的擴展順序及其Open表、Closed表的變化，教師通常將過程做成固定的動畫，無法演示各種初始條件或不同參數下搜索算法的狀態和變化，效果不甚理想。為此，有專家學者專門開發了搜索算法演示系統，能夠讓學生在更改初始狀態情況下，體驗不同算法各節點的擴展順序。在博弈樹搜索教學過程中，有專家學者開發了中國象棋演示程序，通過剖析代碼講解，讓學生深刻體會極大極小方法、Alpha－Beta剪枝的相關原理。在專家系統教學過程中，則通過開發可視化的動物識別系統來演示專家系統各個部分的作用和開發過程。

3.2 啟發式的教學和活動式的教學

教學過程中可以用活動引導教學的方式，注重讓學生在實踐活動中了解人工智能的內容，體會人工智能的魅力，以激發其對人工智能的學習興趣，為后面的基礎理論學習打好基礎［7］。例如:在講解人工智能概念時，教師可通過古今中外一些生動的實例和故事揭示人類對于自身智能的思考和對智能拓延的渴望，從而加深學生對智能和智能機器的理解，引發更深入的探索。再如:在介紹人工智能發展時，可通過介紹一些典型的歷史人物和史實，使學生體會該學科從孕育到產生再到發展所經歷的艱辛。對于“模式識別”領域的學習可以根據不同識別方法的特點，就有多種教學方法的靈活運用。如列舉光學字符識別在現代物流行業的廣泛應用，指紋識別在刑偵、身份辨認方面的應用等［8］，使學生明白技術的社會價值，也激發他們對新技術的探索和未來生活的追求。

同時，還可給學生提供一些適當的網絡環境，使學生能夠獨立查找相關資料，完成實踐與思考中的問題，注意對學生進行啟發式教育，引導合理準確地表述自己的觀點和看法，提高分析問題和解決問題的能力。如利用因特網及局域網環境將有關人工智能的電子圖書或紙質圖書、影視作品(電影或紀錄片)等供學生參考。教師還應將教學重點放在引導學生如何去“體會”、“好奇”、“喜歡”這門學科，了解該學科與其他學科在研究問題、解決問題方法上的新特之處，拓展學生思維。

3.3 項目教學方法

項目教學多用于理工科研究生培養教學過程中，導師布置給一個團隊一個項目工程，由學生自行組織并完成。項目主題可根據日后專業可能面臨的問題而定，或根據當前社會最熱門的話題而定，再由學生自行分組，制定計劃。由于項目內容為假定，所以不能實施，但可依據學生提交的項目計劃書來評判每組成果好壞，評價工作由師生共同完成。比如一個項目題為:明日汽車。教師先利用多媒體播放幾款新型汽車式樣、介紹概況、相關原理等，再由學生自行完成，一段時間后上交計劃書。學生在準備計劃書的過程中，分工協作，有的負責搜索品牌、廠家情況;有的負責制作市場銷售統計表，收集不同類型車輛間優缺點以便進行比較等，最后經過團隊的共同努力完成一份高質量的設計計劃書。然后在課堂上由團隊中的一名代表運用多媒體進行展示和講解，由教師與其他學生根據計劃書質量和講解內容來投票決定成績。正是這種生動活潑的教學實踐活動，培養了學生對該課程學習的濃厚興趣，體現了學習的創造性和主動性。因此，具有自主協作、探索創新特點的項目教學模式得到了學生一致好評。

教育對經濟社會發展的重要作用無需贅言，但教育實踐仍給我們許多警示。今天的教育仍存在許多不足，如傳統教育下學生缺乏主動探索、創新、知識管理、解決問題的能力，教師重復勞作、社會人力資源浪費等缺陷。而人工智能在教育領域中的應用，將極大優化和改善教學質量，激發學習者學習動機，克服學習過程中的焦慮自卑感，提高學習者在創新、知識管理、問題解決等方面的綜合能力，減少社會人力資源成本的浪費。雖然人工智能的教育研究取得了長足發展，但目前許多理論上功能完美的智能教學系統在實踐上還沒有完全成功，還有待專家們的繼續深入研究。

［1］張劍平.關于人工智能教育的思考［J］.電化教育研究，2003，(1):25

［2］張宏麗，田振清，孫沛.教育技術專業《人工智能》課程教學改革探索［J］.中國科教創新導刊，2010，(17):87

［3］賈積有.國外人工智能教育應用最新熱點問題探討［J］.中國電化教育，2010，(7):282

［4］李志厚.國外教學設計研究現狀與發展趨勢［J］.外國教育研究，1998，(1):6-10

［5］陳昭炯，葉東毅.人工智能課程設計問題的探討［J］.計算機教育，2010，(15):6

［6］李朝峰.人工智能課程的可視化教學設計［J］.南通紡織職業技術學院學報:綜合版，2010，(3):9

［7］張劍平.人工智能技術與問題解決［J］.中小學信息技術教育，2003，(10):6

［8］夏燕萍.《初識人工智能》教學設計與反思［J］.中國電化教育，2007，(11):99

On the teaching methods of Artificial Intelligence course for educational technology specialty

Piao Jishun，Wu Fenfen
College of Journalism and Communication，Shaanxi Normal University，Xi＇an 710062

With the rapid development of science and technology，the application of artificial intelligence technology constantly spread out，involving an increasing number of disciplines.Meanwhile，it has become imminent to offer preliminary artificial intelligence module in specialized courses of educational technology.This article first introduces the present situation of development of the course Artificial Intelligence athome and abroad，then analyzes the existing problems and discusses the teaching methods of this course for educational technology specialty.

artificial intelligence;educational technology;teachingmethod

G40-057

:A

:1004-5287(2012)04-0393-03

2012-02-20

樸姬順(1967-)，女(朝鮮族)，西安人，副教授，主要研究方向:教育游戲與動漫。

吳芬芬(1986-)，女，河南焦作人，碩士研究生在讀，主要研究方向:教育游戲與動漫。

電話:15291694118;E-mail:xuefeifei1204@126.com