創新型人工智能教學改革實踐性探索

曹冬梅

摘要：人工智能是計算機科學與技術專業的一門重要專業課程，是一門研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學科。探討就 3 個方面內容進行：啟發式傳授人工智能解決問題的非結構化的思想;成體系的實驗訓練;與畢業論文、學校大學生科研項目資助計劃、國家大學生創新性實驗計劃相對接的科研訓練。上述3 個方面層層遞進、環環相扣，是體系完整的創新型人工智能教學實踐。

關鍵詞：人工智能;理論傳授;實驗訓練;科研訓練

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是計算機科學與技術專業的一門重要專業課程，是一門研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學科。它研究如何用計算機模仿人腦所從事的推理、證明、識別、理解、設計、學習、思考、規劃以及問題求解等思維活動，并以此解決需要人類專家才能處理的復雜問題，例如咨詢、診斷、預測、規劃等決策性問題。人工智能是一門涉及數學、計算機、控制論、信息學、心理學、哲學等學科的交叉和綜合學科。

1 啟發式傳授人工智能解決問題的非結構化思想

現實世界的問題可以按照結構化程度劃分成三個層次：1）結構化問題，能用形式化（或稱公式化）方法描述和求解的一類問題;2）非結構化問題，難以用確定的形式來描述，主要根據經驗來求解;3）半結構化問題，介于上述兩者之間。一般說來，計算機專業的其他課程如網絡技術、數據庫技術、算法分析與設計等，都是求解結構化問題的基本技術。而人工智能技術則是解決非結構化、半結構化問題的有效技術。人工智能的教學可以讓學生在體驗、認識人工智能知識與技術的過程中獲得對非結構化、半結構化問題的解決過程的了解，從而達到培養學生多角度思維的目的

2 成體系的實驗訓練

獨立開展人工智能實驗課程，開發一批新型、富有創意的實驗案例庫，搭建一個創新實驗和虛擬學習社區平臺。人工智能實驗課程的特點是應用各種人工智能方法，根據問題的約束、結構、信息進行表示建模和計算機上實現，是與人工智能原理同步的實驗課程。學生必須掌握的人工智能的基本原理和計算機操作技能，它對于學生的知識、能力和綜合素質的培養與提高起著至關重要的作用，在整個教學過程中占有非常重要的地位，是計算機軟件、計算機應用、計算機網絡、軟件工程等專業的一門重要的必修專業課程。通過實驗，學生得到嚴格的訓練，能規范地掌握人工智能的基本理論和主要方法、基本問題求解技術，熟悉各種計算環境的基本使用。

在培養學生掌握實驗的基本操作、基本技能和基本知識的同時，努力培養學生的創新意識與創新能力。為實現這一目標，在課程內容安排上采用適量基本原理與方法的實驗內容為基本內容，增加一系列綜合性實驗和開放性創新實驗問題，在實驗內容方面更注重研究性實驗中的創新問題。實驗內容方面分為三個層次：基本原理的基礎性實驗、綜合實驗和研究性實驗。在后兩個層次的實驗中，部分引入人工智能課程小組團隊的最新科研成果，目的在于通過完成這些研究性實驗，培養學生獨立解決實際問題的能力，以提升學生的科研素質與創新意識。我們將這些設計實驗稱為新型實驗案例庫，它被放在人工智能課程小組網站上，以此搭建一個創新實驗和虛擬學習社區平臺。在培養學生掌握實驗的基本操作、基本技能和基本知識的同時，進一步培養學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的創新意識、創新精神和創新能力，為學生今后從事科研、教學或企事業單位的分析檢驗以及新技術的研發工作打下扎實的基礎。

3 課程學習與畢業論文，科研訓練相結合

人工智能技術在一定程度上代表著信息技術的前沿和未來，通過學習和體驗人工智能的知識和技術，學生能夠在一定程度上了解信息技術發展的前沿知識，這有助學生開闊視野、培養興趣，為今后繼續深造或走向社會奠定堅實的基礎。人工智能的理論和方法廣泛應用于數據挖掘、機器學習、模式識別、圖像處理中，這些內容既是高年級的后續課程，又是現在熱門的研究方向。學習和深刻理解人工智能的理論、方法和應用，對后續課程學習以及今后的研究具有重要的意義。我院規定大學三年級的學生開始聯系畢業論文指導導師，同時確定畢業論文的研究方向，提前進行科研實踐，以培養實踐能力和研究素質。人工智能課程正好是大三高年級開設的專業課，因此，我們把課程實驗及設計與同學的興趣相結合，引導學生，并提煉和形成學生的畢業選題和課外的科研方向，它是提高本科生研究創新能力的有效手段。基于新的教學實踐，很多學生的選題都與上述歸納的人工智能若干算法相關，如算法本身的研究和改進，或是算法在各領域，如數據挖掘、圖像處理等的應用。在我們的科研能力訓練計劃中，一批項目和課題，如混合神經網絡的研究與應用、差分演化算法研究與應用、基于協同訓練的推薦系統等，分別受到國家和學校本科生科研項目立項資助。一批三四年級的本科生以第一作者身份在國內核心期刊、國際會議和期刊上發表學術論文，這激發了學生的科研興趣，使學生體會到了創新的樂趣。總之，課程學習與畢業論文、學校大學生科研項目資助計劃、國家大學生創新性實驗計劃相對接的科研訓練，極大地提升了學生的創新能力和科研基本素質。

4 結語

針對人工智能的課程特點，我們積極開展研究型教學、研究型學習，提高大學生的學習能力、實踐能力和創新能力的研究與實踐。我們的教學研究與實踐主要內容包括三個方面：啟發式傳授人工智能解決問題的非結構化的思想;成體系的實驗訓練;以及與畢業論文、學校大學生科研項目資助計劃、國家大學生創新性實驗計劃相對接的科研訓練。這三個主要方面，層層遞進、環環相扣，是體系完整的創新型人工智能教學實踐，新的改革和實踐在教學中取得了令人滿意效果。

參考文獻：

[1] 李波. 人工智能背景下中職會計專業的實踐教學改革探索[J]. 中國商貿， 2019， 000（012）：244-245.

[2] 宋來. 人工智能推動教育改革的實踐探討[J]. 產業與科技論壇， 2018， 017（010）：199-200.

[3] 蘇娟. 人工智能背景下高職物流專業實踐教學改革探索[J]. 現代營銷：經營版， 2018， 312（12）：248.

[4] 鄭群， 李耀峰. 關于人工智能在教學管理中的改革與實踐探索[J]. 計算機產品與流通， 2018（06）：231-232.

[5] 王湘蓉， 李成玉. 人工智能教育托起教育未來——西安市人工智能教育實踐探索[J]. 教育家， 2019.

（作者單位：遼源職業技術學院）