面向新工科的《人工智能導論》課程教學模式探索

王鵬鳴 郭懋軒

摘要：《人工智能導論》課程是高校低年級學生了解人工智能的經典理論、近期發展的新理論、新方法和應用實例的重要途徑。然而，在該課程教學過程中普遍存在著一些問題。本文針對這些問題，系統地提出了四種提升學生學習興趣的教學方法，通過調整與優化教學體系和教學內容，加強課程立體化建設和系列教材研究，改革與創新教學模式和教學方法，運用多樣化的教學手段和考核方式，已經在教學中取得了良好的效果。

關鍵詞：人工智能導論;教學模式;新工科

一、引言

人工智能是研究如何使計算機模擬人類思維過程、智能行為及其規律的一門學科，處于計算機科學與技術和新時代科技發展的最前沿，其成果已經對人們的工作、學習和生活方式產生了很大的影響。

《人工智能導論》課程主要介紹利用計算機來模擬感知、推理、學習、思考、規劃等人類智能所涉及的一些理論和方法，以及使用這些理論和方法解決一些需要用人類智能才能解決的問題（應用實例）。在新工科背景下，通過這門課程的學習，能夠使學生系統地了解人工智能的基本概念、基本原理、基本方法和一些智能算法，同時培養學生面對實際問題時，應用人工智能的思維和方法解決問題的能力。

二、存在問題

在《人工智能導論》課程教學過程中，普遍存在著如下幾個問題：

1）課程前期所需的知識儲備較多，課程研究性較強。

2）教學內容陳舊，課程內容覆蓋較窄，難以適應社會對信息人才的大量需求。

3）學生的學習興趣和課堂參與度不高，其原因主要是學生的前沿知識探索較少，導致理論聯系實際的能力較弱，主動創新驅動力不足。

4）考核方法不合理，無法全面了解學生的掌握程度。

三、教學模式探索

（一）調整與優化教學體系和教學內容

需要進一步把握課程性質和教學目的，調整本課程教學體系優化教學內容，讓學生以有限的時間學到人工智能的基礎知識和基本方法[1，2]。另外，在選擇和確定教學內容時必須兼顧基礎知識和新興技術，注意與相關課程（如離散數學、數據結構、概率論、自動控制原理、Matlab系統仿真、面向對象的編程技術等）的鏈接，密切理論與實際的關系，通過課堂講授和課外訓練，注意學生能力培養，提高他們的學習效果和整體素質。

為激發學習積極性，針對學生喜歡聽奇聞軼事、想象力豐富的心理特點，通過在教學內容中增加一些與教學內容有關的故事或者趣事來吸引其注意力，輔助思維并豐富聯想，使學生在愉悅中完成學習，通過這些故事，不但傳授了知識，也活躍了課堂氣氛。例如人類智能的計算機模擬與人機大戰，問題規約法與老和尚說教，模糊理論與禿頭悖論。

（二）加強課程立體化建設和系列教材研究

為了配合教材教學和自學，需要在已有教學經驗和教學成果積累的基礎上，制作高質量的教學課件和完整的教學視頻錄像，并刻錄成光盤隨書供學生使用;同時需要開設網絡課程，以更好地調動學生的學習興趣和主動性，促進本課程的教學改革。主教材、電子教案、教學視頻錄像、網絡課程及教學資料庫等在內的課程立體化建設，都需要符合二十一世紀高校教學的要求，支持教師提高教學手段現代化的水平，更貼合學生的學習需求。

與此同時，需要精心制作課件教案。教學過程中，利用大屏幕投影的優勢，將一些需要教師在黑板上動態演示的過程制作成FLASH動畫，既可以在課堂上演示，也可以由學生在課后自己觀摩，目的在于使人工智能抽象的知識形象化，便于學生理解。例如通過動畫和視頻來演示抽象的概念、算法和過程，包括機器人軌跡跟蹤、機器人臂取物、足球機器人比賽、倒立擺控制、“人工魚”等錄像片段，以及智能調度軟件、語音識別系統、指紋識別系統、動物識別系統等軟件演示。

此外，還可以提供網絡資源，向學生提供一些人工智能學科的專業網站，有助于有興趣的學生更多的了解本學科的前沿信息。

（三）改革與創新教學模式和教學方法

鼓勵學生參與課堂討論、布置讀書報告和課外實驗、以問題為導向的啟發式教學、專題討論/辯論等形式，通過多種途徑激發學生的學習興趣[3]。在教學過程中，可以適當增加一些實驗和設計，提高學生分析問題的能力和實際動手能力。比如，講解知識的產生式表示法時，給出產生式的概念和基本表示形式之后，可以通過“野人與傳教士過河”問題來說明產生式表示法的具體應用過程;講解計算智能的進化計算部分時，給出進化算法的幾種具體形式和算法流程之后，可以通過中國旅行商問題（CTSP）來說明算法求解問題的過程。教師在教學過程中，可以根據需要，選擇一些合適的應用實例進行分析。

人工智能中的許多問題，有的似是而非，有的引人入勝。在教學中，有意識的提出相關問題，提請學生思考，鼓勵學生提出自己的猜想和解決方案。然后逐步進入教材中的解決方案，啟發學生求解這些問題，并進行分析和比較，從而強化學生學習的主動意識和參與意識，提高學生的學習積極性。

此外，還可以組織課堂辯論，討論的議題包括人工智能的應用前景和其他比較等有爭議的問題。如可用議題“機器的反叛——機器的智能會超越人類嗎？”。讓學生在圖書館或者從網上查閱相關資料，明確自己的論點并準備證據材料，并在課堂上進行辯論。這類辯論無所謂輸贏，旨在通過這種活動，增進學生思考。教學中，還可以充分利用多媒體教學的特點，如讓學生觀摩電影《終結者》系列、《人工智能》、《黑客帝國》等，增強學生對人工智能的直觀感受，提高課堂教學效果。學生對這些問題展開激烈的爭論，能夠激發他們的學習潛能，明確學習目標。

（四）運用多樣化的考核方式

《人工智能導論》課程的考核方式不能沿用以往的方式，應采用能反映學生能力、知識面的一些方法，如采用課程論文的形式，既可以避免死背書的弊端，又可以培養學生鉆研問題的興趣，還能培養學生撰寫科技論文的能力;或者采用考試方式，但考試題目以理解應用的題型為主，在這種方式下，學生不需要記憶枯燥的概念，而是學會應用他們解題。

與此同時，還需要改變過去那種單純的書面習題作業，發展成為必須交給教師評閱的書面家庭作業、不必交給教師的課外思考題目、口頭布置的思考題或閱讀材料以及大型作業等[4]。其中上交作業通過網絡進行，教師批閱后的作業也通過網絡返回給學生，實現了作業呈交和返回的網絡化。

四、總結

本文從作者的教學實踐出發，在分析《人工智能導論》課程特點及教學過程中所存在問題的基礎上，提出了四種提升學生學習興趣的教學方法，并在教學中取得了良好的效果。

參考文獻：

[1]葉青，劉長華.大數據背景下地方高校人工智能方向人才培養模式探索[J].湖北工程學院學報，2021.

[2]顧然，馮國昌.“新工科”背景下人工智能專業“課程思政”教育研究——以“人工智能導論”課程為例[J].黑龍江教育：理論與實踐，2020（10）：6-7.

[3]戴華，王勇智，周小強.人工智能導論課程的綜合教學改革方法探索[J].收藏，2018，43.

[4]余磊，汪弋鳶，周瑜晗.基于 CBL 教學法的《人工智能導論》課程研究型教學改革與實踐[J].收藏，2018，37.