人工智能课程教学改革的探讨

人工智能课程教学改革的探讨

为提高人工智能课程的教学质量和效果，根据近几年的教学经历和实践过程，对该课程的教学内容、模式及方法等几个方面进行研究，以期达到提高本课程教学质量，使得学生在实践中能够掌握相关原理，运用相关技术解决相应问题的目的。同时，希望对相应的教学改革措施不断完善，合理解决教学改革中存在的问题，进一步提高教学效果。

标签：人工智能；教学内容；教学模式；教学方法

doi：10.19311/ki.1672-3198.2017.18.062

近年来，人工智能的发展如火如荼，它的研究涉及信息论、控制论、数学、语言学等多学科，人工智能的兴起也为各学科领域带来了新的发展和挑战。目前，诸多高校在自动化、电子、计算机、机械等本科专业开设了该课程，本文将结合笔者近年来在该课程的教学实践及过程中出现的问题，从教学内容、方法、实践教学这几个方面进行探索。

1 人工智能课程教学中的困难

该课程具有知识点多、涉及面广、内容抽象且更新快的特点。通过相关文献的总结，结合自己近年的教学经验，笔者发现在该课程的教学过程中存在诸多问题：大部分教材过于理论化，且在内容上涵盖了很多抽象的理论、不易理解的算法；课堂教学方法及手段上又过于单一，这使得教学过程中学生的积极性不高；同时，实践教学在课时量、实践内容和實践方法上还有待提高；另外，人工智能授课的课时量、教学内容、教学方法和实践等方面的确定需结合各专业对该门课程的学习要求，所以，如何在各专业规定的课程学习时间内，提高学生学习该课程的兴趣，提高课程教学质量，需要大家一起思考和探索。

2 教学内容的改进

教学内容的确定是课程的首要任务。如何选好教学内容，需结合各专业对该门课程的教学要求，做到既能考虑学生们的基础，又能便于他们在规定的课时内完成该门课程的学习。由于目前人工智能的发展如火如荼，在世界范围内引起了诸多的关注和发展，课程的教学内容上，除基本的基础理论之外，也需包含人工智能领域的新发展和新动态。以自动化专业为例来说，在实际教学过程中，结合本课程与自动化专业间的联系，在讲解该课程的应用开发时可考虑选择与自动化相关的应用进行介绍，即除讲授基本的理论之外，学习拓展部分可添加课程在自动控制领域的应用（如神经网络、机器学习、机器规划等）方面的知识，结合近年来人工智能科学的快速发展，可以结合研究热点学习智能计算和Agent等方面的知识。在教材选用上，本课程使用的是蔡自兴和徐光祐教授执笔编著的《人工智能及其应用》。

对于想进一步学习和研究的学生来说，除国内相应经典的教材外，可以涉猎一些国外的经典教材。国外教材更注重分析问题的思维方法、解决问题的应用能力，这样的方式对提高学生学习兴趣以及培养学生创新能力很有帮助；但针对国内学生来说，理解某些内容和背景比较困难，直接使用原版教学内容会存在一定问题，需要有选择性地挑选合适的内容。

3 教学模式及教学方法的改革

3.1 针对第一堂课的教学改革

由前所述，该课程基本内容的讲解，会涉及很多抽象概念和算法，学生们往往感到不易接受，直接影响学生学习的兴趣、学习效果和参与意识。所以上好第一堂课的首要任务是培养学生对本学科的学习兴趣，比如第一堂课可以针对近年来人工智能界最有影响力的事件——AlphaGo（阿法狗）对弈传奇围棋棋手李世石。一直以来，作为最深奥玄妙的围棋，在人类眼中认为很难被机器征服，但生产AlphaGo的公司只是使用了机器学习及神经网络，便实现了这个人类以为的不可能；同时，AlphaGo具有一流的评估及运用技巧的能力。该事件对人工智能领域产生了深远的影响，也使得近年来深度学习成为新的热点。通过该事件中有关情节的介绍，老师可以让学生们更好地了解人工智能的目标、意义，激发学生们探索人工智能的兴趣。

《人工智能》课程的教学过程中，由于涉及较多的抽象概念、理论和算法，学生的学习兴趣会慢慢减退。在教学过程中需通过多种途径及方法提高学生的学习兴趣，例如采用启发式教学方法，提高学生的主观能动性及主动思考能力；采用实例教学法使学生直观体验算法的基本思想和过程；通过合适的实验环节，鼓励学生通过看书、查资料、上网等多种渠道，了解和掌握某一算法的原理，并通过小组协作的方式完成相应的实验内容，达到调动学生的学习兴趣，激发研究热情，提高学习效率的目的。

3.2 教学模式及教学方法的改革

3.2.1 实例教学法

该门课程讲授中，很多内容比较抽象，将这些难以阐述清楚的内容用一些经典或者有趣的实例进行引入，会让学生们容易接受。例如在讲解状态空间的知识表示时，以经典的汉诺塔问题为例来讲授，能让该知识点的讲授清晰易懂，从而使学生们能很快掌握该方法的原理；在讲授状态空间搜索方法时，针对经典的旅行商问题，可以从宽度优先搜索、深度优先搜索、无代价宽度优先搜索、无代价深度优先搜索、有代价宽度优先搜索、有代价深度优先搜索等各搜索算法的原理出发，进行旅行商问题的求解，并进行搜索算法间异同点的分析，加深学生对这些算法的理解和掌握。此外，结合专业的研究应用领域，以自动化专业为例，通过对神经网络、机器学习、机器规划等方面的学习，让学生接触并理解课程中的相应知识如何应用在现代控制系统中，运用智能控制的技术解决复杂的控制问题。这样的实例教学方式可达到激发学生兴趣，拓展学生的视野及思路，实现教

学期望的目标。

3.2.2 问题探讨教学法

面向问题的启发式教学近年来应用在很多教学场合。在教学过程中，可以根据当天的讲授内容，有意识地设计一些问题，让学生思考，鼓励学生们提出自己的见解。比如前段时间出现的“AlphaGo（阿法狗）对弈传奇围棋棋手李世石”事件，可以展开相应的讨论，比如人工智能应该侧重弱智能还是强智能？人工智能以后会不会代替人类甚至超越人类智能的极限？甚至讨论的问题可以延伸到阿里云曝光的一段基于量子纠缠的大脑同步技术设想视频。量子纠缠理论到现在是否是成熟的，有没有漏洞？如何通过现有的技术实现量子纠缠态？老师可以组织进行这样的课堂探讨及辩论。这样不仅能活跃课堂气氛、让学生都参与进来，也能提高他们学习的兴趣。3.2.3 任务驱动分解教学法

通过相应的任务，让学生在完成任务的过程中掌握知识。一般通过提出任务→分解任务→获得任务完成所需的方法步骤→适度讲解结合自主及协作学习→完成任务→反馈、交流、总结的形式进行。该教学方法培养学生的自主学习、团队协作、创新等方面的能力。例如在介绍完状态空间搜索的方法以后，可以针对旅行商、八数码问题等，让学生们自发形成小组选定需要完成的任务，之后选择几个小组进行任务完成过程中所遇到的问题及解决方案形成的讲述，并讲解其所选方法在解决实际问题过程中的具体应用过程，在此过程中，其他小组学生和教师可进行交流和沟通，共同学习以加深对方法的理解。最后以论文的形式或程序设计的形式完成相应应用案例的小组论文。

以上的幾种教学方法在教学中可以交叉进行。通过笔者近几年的教学实践，其优势已经得到了相应的验证，该课程的教学质量也得到了显著提高。

4 教学改革中存在的问题

经过以上的这些改革，笔者在课程讲述中取得了一定的成绩，但也需要同时重视此过程中存在的一些问题：

（1）处理好非计算机专业学生的教学问题。举例来说，针对自动化专业的学生，在学习人工智能课程的过程中，由于该门课程涉及到一些先修知识，如离散数学等，此部分内容，自动化专业学生并未学过，知识储备方面将有欠缺，该问题对于很多专业都将出现，所以需要认真处理对待知识准备的问题。

（2）本课程的考核方式以论文和实验结合出勤率进行考核，对于实验部分，主要是采用实验报告及应用案例下的小组论文进行的，小组论文可以比较客观的考察部分学生掌握知识和完成任务的情况，但对大部分学生小组论文及实验报告的考察，由于存在分组协作的关系，小组论文可能存在着滥竽充数的问题。同时实验报告的完成，也可能存在相互帮忙的情况，这些对个人最终成绩的评定带来一定的困难。此外，在教学过程中实例选取会有一定的困难，太难或者太简单达不到期望的教学效果。