新工科時(shí)代“人工智能”課程教學(xué)模式探討

吳秦 宋曉寧 楊金龍

[摘 要] 對于高等學(xué)校來說，最重要的使命便是人才培養(yǎng)。新工科時(shí)代的到來，對高等學(xué)校人才培養(yǎng)提出了全新的要求。培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，是高校教育工作者面臨的嶄新任務(wù)。以“人工智能”課程為例，分析當(dāng)前課程教學(xué)中存在的問題，從啟發(fā)式理論教學(xué)、理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐課教學(xué)、各類資源的有效使用、靈活多樣的師生互動(dòng)等方面，探討如何從傳統(tǒng)的教學(xué)模式向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新型教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力、提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力。新的教學(xué)模式不僅適用于“人工智能”課程，也適用于計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)的其他理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程。

[關(guān)鍵詞] 新工科時(shí)代;人工智能;創(chuàng)新型人才;人才培養(yǎng);高等教育

[基金項(xiàng)目] 2020年度江南大學(xué)國家級一流課程培育立項(xiàng)項(xiàng)目“人工智能”;2021年度江南大學(xué)課程思政示范專業(yè)培育專項(xiàng)

[作者簡介] 吳 秦（1978—），女，江蘇宜興人，博士，江南大學(xué)人工智能與計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授，主要從事計(jì)算機(jī)視覺研究;宋曉寧（1975—），男，江蘇南京人，博士，江南大學(xué)人工智能與計(jì)算機(jī)學(xué)院教授，主要從事人工智能、模式識(shí)別研究;楊金龍（1981—），男，江蘇連云港人，博士，江南大學(xué)人工智能與計(jì)算機(jī)學(xué)院副教授，主要從事信號處理研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）34-0131-04? ?[收稿日期] 2021-04-22

一、引言

高等教育是社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，高等教育的發(fā)展對一個(gè)國家的科技、軍事、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等都具有至關(guān)重要的作用。對于任何一所大學(xué)來說，最重要的使命便是人才培養(yǎng)。2017年，教育部發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》。建設(shè)發(fā)展新工科，要著眼于高等教育改革發(fā)展全局，把握高校人才培養(yǎng)工作的新形勢新任務(wù)[1]。新工科時(shí)代，要培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[2]。為了實(shí)現(xiàn)這一人才培養(yǎng)目標(biāo)，我們理應(yīng)以最新的理念來引領(lǐng)高校的課程教學(xué)模式改革。

筆者結(jié)合自身多年在高校講授“人工智能”課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析了國內(nèi)“人工智能”課程的現(xiàn)狀及存在的問題。從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、各類課程資源的利用和師生互動(dòng)等方面探討如何對“人工智能”課程教學(xué)模式進(jìn)行改革，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際動(dòng)手能力，如何提升學(xué)生分析和解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力，以實(shí)現(xiàn)新工科時(shí)代創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標(biāo)。

二、“人工智能”課程教學(xué)的主要問題

新工科背景下，課程的教學(xué)方法及教學(xué)內(nèi)容應(yīng)圍繞工程教育改革的新理念開展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際動(dòng)手能力，提高學(xué)生運(yùn)用掌握的知識(shí)分析問題和解決問題的能力。然而，國內(nèi)高校目前的“人工智能”課程教學(xué)通常存在如下問題。

1.課程內(nèi)容方面，人工智能涉及面廣，涵蓋的知識(shí)點(diǎn)多，內(nèi)容抽象。如何改革教學(xué)方法、設(shè)計(jì)更合理的教案，將知識(shí)點(diǎn)以更形象生動(dòng)、更易接受的方式傳授給學(xué)生，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，需進(jìn)一步探討和研究。

2.應(yīng)用方面，存在理論教學(xué)與具體實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象。如何有效的將最新應(yīng)用案例嵌入課堂內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，也非常重要。

3.實(shí)踐方面，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容枯燥乏味，實(shí)驗(yàn)難度大，缺乏有效的指導(dǎo)。如何合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)踐積極性，也是值得我們深入思考的問題。

4.課程資源方面，大部分教師通常采用以某一本教科書為主，輔以若干參考教材的模式，而且國內(nèi)的教材通常以理論內(nèi)容為主，缺乏生動(dòng)的應(yīng)用案例，存在理論與實(shí)際脫節(jié)的現(xiàn)象。有些高校使用的教材甚至是10年以前的教材，完全與人工智能領(lǐng)域的最新發(fā)展相脫節(jié)。如何選擇最新、最優(yōu)秀的課程資源，也是需要考慮的內(nèi)容。

三、啟發(fā)式的理論教學(xué)

“人工智能”課程包含的內(nèi)容非常廣泛，涉及知識(shí)表達(dá)、問題求解方法、推理技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、機(jī)器人等多方面的前沿科技，而講授課程時(shí)不可能全面深入講解所有內(nèi)容。因此，需要結(jié)合專業(yè)背景、時(shí)代特征有針對性地講解。在教學(xué)模式方面，則需要摒棄一味向?qū)W生灌輸知識(shí)的觀念，從單純的知識(shí)傳授教學(xué)向理論與創(chuàng)新實(shí)踐并重的啟發(fā)式教學(xué)轉(zhuǎn)變，推動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

1.為有效利用課堂時(shí)間，課前的準(zhǔn)備就顯得頗為重要。為此，我們特意為本校的“人工智能”課程錄制了每個(gè)章節(jié)的MOOC視頻，并將相應(yīng)的MOOC資源發(fā)布在人工智能課程的網(wǎng)站，在每節(jié)課后給學(xué)生布置下次課程內(nèi)容相關(guān)的MOOC視頻。這樣，學(xué)生在上課前通過觀看對應(yīng)章節(jié)的MOOC視頻，快速了解下節(jié)課即將講述的基本內(nèi)容，從而提升課堂的授課效率。我們在布置MOOC視頻學(xué)習(xí)任務(wù)的同時(shí)，也會(huì)給學(xué)生布置一些問題，這些問題并不要求學(xué)生在上課前就找到答案，而是讓學(xué)生帶著問題看視頻、帶著問題進(jìn)課堂，學(xué)生在上課的過程中就會(huì)變得更加積極主動(dòng)。

2.在課程內(nèi)容講授方面，很多教師往往偏重于講解理論知識(shí)，如基本概念、基本定義、基本定理的證明。由于比較抽象，學(xué)生聽起來通常覺得枯燥乏味，加之有些理論比較抽象，學(xué)生往往望而生畏，對課程本身也就失去了興趣。如果我們在講授理論知識(shí)時(shí)，能夠先描述一下相關(guān)的簡單案例，再引入相應(yīng)的理論知識(shí)，那么學(xué)生就可以將案例里面的內(nèi)容和理論知識(shí)相對應(yīng)，學(xué)習(xí)起來就會(huì)輕松很多。在講完理論知識(shí)以后，又可進(jìn)一步引入相對深入的典型案例，通過典型案例的分析進(jìn)一步加深學(xué)生對理論更深層次的理解。

3.在教學(xué)模式方面，課程教學(xué)應(yīng)該更注重對學(xué)生的引導(dǎo)。摒棄“填鴨式”“教科書式”的教學(xué)模式，探索更加開放的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考問題、分析問題，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。例如，在講“人工智能問題求解方法”這一章時(shí)，可以在講解具體的問題求解算法前先給出一個(gè)具體的實(shí)際應(yīng)用問題：假設(shè)學(xué)生在假期打算出去游玩，那么通常他們會(huì)通過百度地圖輸入出發(fā)地和目的地，尋找一條路徑。給出這一案例以后，先讓學(xué)生思考“如果你是百度地圖搜索的開發(fā)人員，你會(huì)用什么樣的方法尋找出發(fā)地和目的地之間的路徑？”從而引入盲目的圖搜索算法。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步讓學(xué)生思考如何找到最優(yōu)路徑，從而引入A*搜索算法。這些問題的提出，自然而然就會(huì)引發(fā)學(xué)生的積極思考，并且會(huì)讓學(xué)生感受到課程內(nèi)容的實(shí)用價(jià)值，從而對課程的學(xué)習(xí)更主動(dòng)。事實(shí)上，我們認(rèn)為，只有培養(yǎng)學(xué)生對課程的喜愛，使學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)具有內(nèi)在的驅(qū)動(dòng)力，才會(huì)使得學(xué)生有學(xué)習(xí)積極性。