航天類專業(yè)“人工智能”課程的教學探索

沈秋+孔繁鏘

摘 要：隨著人工智能技術在航天領域的應用日益廣泛，航天類專業(yè)也都逐漸開設了人工智能的課程。而人工智能是一門知識點多、涉及面廣、內容抽象的交叉學科，因此，針對不同專業(yè)的學生應開展有針對性的教學。該文結合航天類專業(yè)的特點，對選修課程“人工智能”的進行新的教學模式的探索，采用課堂理論講解、課堂討論、課后調研相結合的方式進行教學，并在教學環(huán)節(jié)中緊扣人工智能在航天等領域的應用，進行理論聯(lián)系實際的學習和研究。

關鍵詞：航天類專業(yè) 人工智能 教學探索

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0155-02

面對航天科技迅猛發(fā)展，現(xiàn)代軍備技術快速提升，培養(yǎng)具有專業(yè)性的高素質航天類人才，是我國航天科技發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，也是航天重點高校面向并有效服務航天事業(yè)的歷史責任。航天類本科生的教育形式也需要突破傳統(tǒng)的方式，著重多樣性、前沿性、工程性，因此，該專業(yè)的各門課程教育都應該結合專業(yè)特點，探索新的教學模式。

人工智能自1956年誕生50多年以來，引起眾多科研機構、政府和企業(yè)的空前關注，已成為一門具有日臻完善的理論基礎、日益廣泛的應用領域和廣泛交叉的前沿學科。由于航天領域的特殊要求，人工智能在其發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的重要作用，各發(fā)達國家都相繼開展了人工智能與航天技術相結合的研究，致力于實現(xiàn)可重構的、具有容錯能力的、智能的飛行系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。因此，“人工智能”作為航天類專業(yè)的一門特色選修課，應結合專業(yè)特點展開更具有實用性和創(chuàng)新性的教學。

1 人工智能課程特點

一方面，“人工智能”是一門多學科交叉的綜合學科，它涉及計算機科學、數(shù)學、心理學、認知科學等眾多領域，具有知識點多、涉及面廣、內容抽象、不易理解、理論性強等特點，使得該課程的教學具有較大的靈活度和較高的難度。另一方面，“人工智能”是一門正在發(fā)展中的學科，具有較強的前沿性，計算機科學、信息科學、生物科學等相關學科的發(fā)展不斷的提出了許多新的研究目標和研究課題，使得人工智能的技術和算法也需要不斷更新，這在很大程度上增加了“人工智能”課程的教學難度。

2 航天類專業(yè)特點

首先，航天類專業(yè)具有較強的工程性。在專業(yè)的教學改革中有統(tǒng)一的特點，即強調要體現(xiàn)航天工程技術的綜合性、系統(tǒng)性， 注重培養(yǎng)復合型人才。其次，航天類專業(yè)具有一定的前沿性。因為航天飛行器作為現(xiàn)代高科技和多種學科技術綜合應用的結晶，應及時把現(xiàn)代先進科技融入到了專業(yè)基礎和專業(yè)類的課程教學中， 專業(yè)知識更新快成為又一特點；另外，航天類專業(yè)應注重實踐性教育。尊重個性和興趣，強調動手能力，實驗室對學生開放，要求學生自主地設計完成實驗，強調對學生設計理念和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。最后，航天類專業(yè)應重視產(chǎn)學合作。產(chǎn)學合作的目的在于推動學校與航天產(chǎn)業(yè)的持續(xù)全面合作，造就一支科學技術研究和工程實踐兼?zhèn)涞慕處熽犖椤?/p>

3 教學模式的探索

3.1 教材的選擇

人工智能作為一門新興的學科，其理論與方法都還在不斷的發(fā)展與完善中。就目前來看，關于人工智能的定義和范圍都沒有一個統(tǒng)一的標準，不同的教材所介紹的內容也不盡相同。在教材選用方面，需要綜合考慮專業(yè)特點和學生的知識背景。本課程主要針對航天類專業(yè)高年級本科生，該類學生具有一定的數(shù)學、計算機、信息論、通信理論等基礎知識，對航天應用的基本需求有初步的了解，因此，“人工智能”課程難度應該控制在中級，可以較深入的介紹人工智能的基礎算法和應用案例。

中南大學蔡自興教授積累了多年的教學與科研經(jīng)驗，借鑒了國內外其他專家和作者的最新研究成果，吸取了國內和國外人工智能領域學術書籍的長處，于1987年編寫了“人工智能及其應用”一書，該書根據(jù)人工智能學科的新發(fā)展不斷修訂，推出四個版本。本課程采用“人工智能及其應用（第4版）”，其中大部分內容適合本科生學習。另外，本課程還給學生提供其他一些參考書目，如N.J.Nilsson 的“Artificial Intelligence：A New Synthesis.Morgan Kanfmann”等經(jīng)典教材。

3.2 課堂教學形式的探索

“人工智能”課程內容較抽象，概念較為繁多，若采用單一的課堂講授的方式，學生容易概念混淆、理解不透，逐漸產(chǎn)生厭倦情緒，導致教學效果差。本文探索不同的課堂教學手段，根據(jù)不同內容采用不同的教學手段，有利于學生對課程內容的理解與吸收。另外，考慮到航天類的專業(yè)特點，突出課程內容的工程應用，增加研究性質的教學內容與形式，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

（1）課件采用圖文并茂的PPT。綜合利用文字、圖像、聲音、視頻等多種媒體表示方法，在介紹原理和概念時采用精辟的文字，介紹算法流程時采用圖像，介紹算法應用時采用視頻。在PPT中適當利用不同的字體、顏色或動畫來突出重點，細化流程，引導學生的思路，便于集中注意力接受重點內容。

（2）適當增加課堂討論與練習。對于人工智能的一些基本問題，可以引導學生進行調研和討論，來深化課程內容的了解，并提高學生的學習興趣；對于重要的算法和理論，可以增加課堂練習，讓學生實際動手進行公式的推導或演算，并在練習中分析學生對問題的理解程度，有針對性的增加講解或指導。

（3）適當采用類比的講解方式。對人工智能的不同學派，不同方方法，以及方法的不同應用，廣泛的采用類比的形式進行講解，不僅可以復習已學習的內容，也利于對新內容的理解。并且，通過對不同內容的比較總結相似點、區(qū)分不同點，可以避免概念的混淆，清晰的掌握課程內容。

（4）增加研究性教學。研究性教學強調通過問題來進行學習，有必要將實際應用案例或者授課教師的科研項目融入日常的教學工作中去，用“啟發(fā)式”、“案例式”教學激發(fā)學生“自主學習”能力。

3.3 課程內容的探索endprint