关于教育技术专业《人工智能》课程教学方法的探讨

朴姬顺，吴芬芬

陕西师范大学新闻与传播学院，西安 710062

关于教育技术专业《人工智能》课程教学方法的探讨

朴姬顺，吴芬芬

陕西师范大学新闻与传播学院，西安 710062

随着科技飞速发展，人工智能技术应用不断扩延，其涉及的学科领域也愈来愈多。同时，在教育技术学专业课中开设人工智能初步模块也已迫在眉睫。文章从国内外《人工智能》课程发展现状出发、分析了存在的问题，并对我国教育技术学专业该课程的教学方法做了探讨。

人工智能;教育技术;教学方法

《人工智能》是计算机科学与技术专业重要的基础课程，在许多高校的本科生和研究生中都开设了该课程。它是20世纪50年代后期兴起的利用计算机模拟人类智力活动的学科，是计算机科学的一个分支，也是一门被广泛应用的交叉学科和前沿学科。主要研究如何用计算机模拟人脑所从事的推理、证明、识别、理解、设计、学习、规划以及问题求解等思维活动［1］，实现某种程度或某些方面的“机器思维”［2］。因此，它可以应用在教育系统中，作为教育系统的教育技术手段和方法，且研究成果在教育技术领域的应用也得到了人们的广泛重视。

但人工智能教材涵盖许多智能算法及相关理论，在教学过程中会涉及到很多抽象的理论和复杂的算法，而书本中的应用实例大多是纸上谈兵，导致学生学习该课程的兴趣不高。其次，该课程通常在高年级本科生中开设，因学生面临很大的就业压力，大多急于求成，渴望实践经验。所以，结合学生现实情况，激发学生的学习兴趣，提高他们的动手能力和实践能力是专业课程教学需要考虑的问题。因此，该文通过相关内容研究和分析，以期为教育技术学专业的教师和学生找到更好的教与学方法提供思考。

1 国内外《人工智能》课程开设状况

1.1 国外状况

英国是较早开展人工智能基础教育的国家之一。不少中学或大学开设了《人工智能》课程，并通过组织和开展相关教育竞赛活动来扩展和延伸人工智能教育。同时，苏格兰执行教育部组织相关部门，通过网站等形式向师生提供包括人工智能在内的各类课程的教学资料和文件。

另外，在美国中学的信息技术课程中，“通过人工智能来进行训练与教学”曾被作为教学目标之一。在高中阶段，信息技术课程内容包含了“人工智能概论”，要求“使学生认识人工智能的意义及其应用，以及人工智能可能对人类社会造成的各种影响”。美国各州还根据各自教育特点和目标，对人工智能教育内容也有不同要求。例如:威斯康星州颁布的信息技术素养学术标准模型中，将人工智能教育的内容作为“媒体与技术”层面对12年级学生的一个要求，要求学生能够“认识代理、专家系统或人工智能的例子(如搜索引擎、语法检查器、语音识别、机器翻译)”。

就总体而言，国外包括人工智能教育在内的中学信息技术教育呈现多样化发展的格局。以美国为例，现阶段的中学信息技术教育课程的开设大致分为以下几类［3］:

第一，旨在培养学生信息技术技能与意识的内容。这方面知识主要有:①信息加工与应用。使学生学会使用各种信息资源(包括文本、数据、图像、声音等)与计算机软件和工具;②信息技术系统概论。从包括计算机在内的各种信息技术产品的软件和硬件介绍起，使学生对信息技术系统形成一个全面完整的认识，对日常工作和生活中使用的各种信息技术产品的组成和功能有所了解，并初步掌握其使用方法;③人工智能概论。使学生认识人工智能的意义及其应用，并介绍自动化系统、机器人、虚拟现实技术等。使学生认识大量运用信息技术以及人工智能对人类社会造成的各种影响。

第二，计算机程序设计的内容。通过学习计算机语言、编写程序，使学生学会使用计算机等信息技术产品完成一定任务，培养逻辑运算和抽象思维能力。

1.2 国内状况

一直以来，我国高校把人工智能作为计算机、自动化等信息类专业的一门重要课程，开课对象为本科生和研究生。随着人工智能技术在社会各领域的应用越来越广，一些非工科院校也开始设置人工智能相关专业，也有更多系列的人工智能相关课程供学生学习。但该课程的开设并不理想，因为许多学校开设的《人工智能》课程内容都是纯理论的，让学生听得很乏味，并没有真正结合实践。由于多方面的原因，导致了教学目标的偏离。因此，许多专家学者不得不考虑如何开设这门课，以及如何利用现有资源开设该课。

陕西师范大学新闻与传播学院筹备开设《人工智能》课程已经有很长时间，在这个过程中，我们积累了一些经验。但仍然存在着许多问题。这是由于《人工智能》具有知识点多、牵涉面广，需要较好的数学基础和较强的逻辑思维能力等特点。教育技术本科学生先修课程包括数学、数据结构算法、计算机语言基础、教育技术理论等基础课程。在教育技术应用领域，如何把握人工智能课程特点，帮助学生找到好的学习方法，充分发挥自己的能力，提高学习兴趣成为我们教学研究过程中的主要目标。

2 存在问题

目前，该课程教育正处于探索阶段。受学校师资水平、软硬件设备与人工智能教育相关中文资源贫乏等条件制约，我国在教育技术专业开设《人工智能》课程还存在以下问题:

2.1 教学条件参差不齐

开设好人工智能课程，就要求安排更多的实践课程和活动来增强课程趣味性，让师生切实体会到人工智能对我们生活的影响。这些活动大部分要求上机操作或利用网络资源来学习交流，这就对教学条件提出了较高要求，尤其是在一些偏远、条件落后的农村开设人工智能课程存在两大困难:

2.1.1 硬件性能要求 人工智能课程中有较多的实践课程需要教师和学生利用网络资源，使用计算机进行操作。这就需要学校配备计算机网络教学机房，若其性能较差，就会延长学生在线进行人机对话的时间;一旦遇到网络堵塞，不仅浪费上课时间，而且大大降低学生的学习兴趣。

2.1.2 软件性能要求 为了降低成本，学校可以利用互联网上提供的免费下载软件和在线教学网站等进行实践教学，可大大减少自研开发软件和软件维护费用，但一旦遇到网络不通、网络拥挤或在线网站停止服务等，将无法使用网络资源进行教学。可见，软件的依赖性较强也存在很大问题。

2.2 对人工智能科学认识不足

2.2.1 学生认识上的误区 提及人工智能，给大多数学生的感觉是一门神秘、遥不可及的科学。很多学生认为人工智能技术是很高深的科学，离我们现实生活有一定距离，研究和接触这门学科是少数科学家的事情，从而对该学科的关注程度不高。其实，人工智能是一门逐渐成长的学科，它将应用在我们生活的方方面面。我们应在教学中让学生更多地体验人工智能的魅力所在，吸引学生对该学科的学习兴趣。

2.2.2 教师对人工智能学科开设存在偏见 一些从事该学科教学的教师没有接触过人工智能方面的知识，在接触过后被其中深奥难解的知识所吓倒，认为即使开设了这门课程也不易被学生接受;而一些在大学接触过人工智能课程的教师则认为，其理论枯燥乏味、知识内容艰深，不适合放在学生阶段开设，而适合用于科研、比赛等。

2.3 一线教师经验不足

在我国大学教育中，开设人工智能专业课程的大学为数不多，师范类院校更是甚少。从事人工智能领域的专业人才输出少，所以缺乏具备一定知识结构、有专业素养的教师来担任该课程的教育。另外，绝大多数一线教师并没有接受过《人工智能》课程的专业培训，对授课内容的重点把握不住，教学目标不明确，在授课形式上也没有前人经验可寻，这就给一线教师带来了极大挑战。

总之，在《人工智能》课程开设方面存在如下问题:①课程知识覆盖面狭小，深度研究达不到;②课程教学过程设计只是单调的理论型，完全依赖于课件内容，学生的实践操作很少，没有完全启发学生思考的积极性;③教学方法单一，没有很好地强调团队协作能力;④教师或学校对该门课认识不够。因此，寻找一个更好的教学方法去帮助学生学和教师教是目前最关注的问题，否则很可能会影响到以后该门课程的进展。

3 应对策略

3.1 可视化的教学设计与演示程序开发

教学设计就是对教学活动进行系统计划的过程，是教什么(课程内容)及怎么教(组织、方法、策略、手段及其他传媒工具的使用等)的过程［4］。人工智能的理论知识需要通过课程设计的实践环节来加深理解、付诸使用。人工智能理论课程的知识内容大多只是涉及问题的模型、方法、推理的技术、搜索的策略，对于如何在具体应用问题上灵活使用则不可能全面阐述，也无法在课堂上具体展示［5］。对于学生，由于《人工智能》课程中相关智能理论算法为其重点、难点教学内容，而这些复杂算法课本中也只是通过一些简单的图表来说明，不是很直观，使得学生理解困难［6］。例如:宽度优先、深度优先及A*算法的教学过程中，各节点的扩展顺序及其Open表、Closed表的变化，教师通常将过程做成固定的动画，无法演示各种初始条件或不同参数下搜索算法的状态和变化，效果不甚理想。为此，有专家学者专门开发了搜索算法演示系统，能够让学生在更改初始状态情况下，体验不同算法各节点的扩展顺序。在博弈树搜索教学过程中，有专家学者开发了中国象棋演示程序，通过剖析代码讲解，让学生深刻体会极大极小方法、Alpha－Beta剪枝的相关原理。在专家系统教学过程中，则通过开发可视化的动物识别系统来演示专家系统各个部分的作用和开发过程。

3.2 启发式的教学和活动式的教学

教学过程中可以用活动引导教学的方式，注重让学生在实践活动中了解人工智能的内容，体会人工智能的魅力，以激发其对人工智能的学习兴趣，为后面的基础理论学习打好基础［7］。例如:在讲解人工智能概念时，教师可通过古今中外一些生动的实例和故事揭示人类对于自身智能的思考和对智能拓延的渴望，从而加深学生对智能和智能机器的理解，引发更深入的探索。再如:在介绍人工智能发展时，可通过介绍一些典型的历史人物和史实，使学生体会该学科从孕育到产生再到发展所经历的艰辛。对于“模式识别”领域的学习可以根据不同识别方法的特点，就有多种教学方法的灵活运用。如列举光学字符识别在现代物流行业的广泛应用，指纹识别在刑侦、身份辨认方面的应用等［8］，使学生明白技术的社会价值，也激发他们对新技术的探索和未来生活的追求。

同时，还可给学生提供一些适当的网络环境，使学生能够独立查找相关资料，完成实践与思考中的问题，注意对学生进行启发式教育，引导合理准确地表述自己的观点和看法，提高分析问题和解决问题的能力。如利用因特网及局域网环境将有关人工智能的电子图书或纸质图书、影视作品(电影或纪录片)等供学生参考。教师还应将教学重点放在引导学生如何去“体会”、“好奇”、“喜欢”这门学科，了解该学科与其他学科在研究问题、解决问题方法上的新特之处，拓展学生思维。

3.3 项目教学方法

项目教学多用于理工科研究生培养教学过程中，导师布置给一个团队一个项目工程，由学生自行组织并完成。项目主题可根据日后专业可能面临的问题而定，或根据当前社会最热门的话题而定，再由学生自行分组，制定计划。由于项目内容为假定，所以不能实施，但可依据学生提交的项目计划书来评判每组成果好坏，评价工作由师生共同完成。比如一个项目题为:明日汽车。教师先利用多媒体播放几款新型汽车式样、介绍概况、相关原理等，再由学生自行完成，一段时间后上交计划书。学生在准备计划书的过程中，分工协作，有的负责搜索品牌、厂家情况;有的负责制作市场销售统计表，收集不同类型车辆间优缺点以便进行比较等，最后经过团队的共同努力完成一份高质量的设计计划书。然后在课堂上由团队中的一名代表运用多媒体进行展示和讲解，由教师与其他学生根据计划书质量和讲解内容来投票决定成绩。正是这种生动活泼的教学实践活动，培养了学生对该课程学习的浓厚兴趣，体现了学习的创造性和主动性。因此，具有自主协作、探索创新特点的项目教学模式得到了学生一致好评。

教育对经济社会发展的重要作用无需赘言，但教育实践仍给我们许多警示。今天的教育仍存在许多不足，如传统教育下学生缺乏主动探索、创新、知识管理、解决问题的能力，教师重复劳作、社会人力资源浪费等缺陷。而人工智能在教育领域中的应用，将极大优化和改善教学质量，激发学习者学习动机，克服学习过程中的焦虑自卑感，提高学习者在创新、知识管理、问题解决等方面的综合能力，减少社会人力资源成本的浪费。虽然人工智能的教育研究取得了长足发展，但目前许多理论上功能完美的智能教学系统在实践上还没有完全成功，还有待专家们的继续深入研究。

［1］张剑平.关于人工智能教育的思考［J］.电化教育研究，2003，(1):25

［2］张宏丽，田振清，孙沛.教育技术专业《人工智能》课程教学改革探索［J］.中国科教创新导刊，2010，(17):87

［3］贾积有.国外人工智能教育应用最新热点问题探讨［J］.中国电化教育，2010，(7):282

［4］李志厚.国外教学设计研究现状与发展趋势［J］.外国教育研究，1998，(1):6-10

［5］陈昭炯，叶东毅.人工智能课程设计问题的探讨［J］.计算机教育，2010，(15):6

［6］李朝峰.人工智能课程的可视化教学设计［J］.南通纺织职业技术学院学报:综合版，2010，(3):9

［7］张剑平.人工智能技术与问题解决［J］.中小学信息技术教育，2003，(10):6

［8］夏燕萍.《初识人工智能》教学设计与反思［J］.中国电化教育，2007，(11):99

On the teaching methods of Artificial Intelligence course for educational technology specialty

Piao Jishun，Wu Fenfen
College of Journalism and Communication，Shaanxi Normal University，Xi＇an 710062

With the rapid development of science and technology，the application of artificial intelligence technology constantly spread out，involving an increasing number of disciplines.Meanwhile，it has become imminent to offer preliminary artificial intelligence module in specialized courses of educational technology.This article first introduces the present situation of development of the course Artificial Intelligence athome and abroad，then analyzes the existing problems and discusses the teaching methods of this course for educational technology specialty.

artificial intelligence;educational technology;teachingmethod

G40-057

:A

:1004-5287(2012)04-0393-03

2012-02-20

朴姬顺(1967-)，女(朝鲜族)，西安人，副教授，主要研究方向:教育游戏与动漫。

吴芬芬(1986-)，女，河南焦作人，硕士研究生在读，主要研究方向:教育游戏与动漫。

电话:15291694118;E-mail:xuefeifei1204@126.com