新工科时代“人工智能”课程教学模式探讨

吴秦 宋晓宁 杨金龙

[摘 要] 对于高等学校来说，最重要的使命便是人才培养。新工科时代的到来，对高等学校人才培养提出了全新的要求。培养多元化、创新型卓越工程人才，是高校教育工作者面临的崭新任务。以“人工智能”课程为例，分析当前课程教学中存在的问题，从启发式理论教学、理论联系实际的实践课教学、各类资源的有效使用、灵活多样的师生互动等方面，探讨如何从传统的教学模式向创新人才培养的新型教学模式转变，从而有效激发学生的学习热情、培养学生的创新能力和动手能力、提升学生分析问题和解决问题的能力。新的教学模式不仅适用于“人工智能”课程，也适用于计算机专业相关的其他理论与实践相结合的课程。

[关键词] 新工科时代;人工智能;创新型人才;人才培养;高等教育

[基金项目] 2020年度江南大学国家级一流课程培育立项项目“人工智能”;2021年度江南大学课程思政示范专业培育专项

[作者简介] 吴 秦（1978—），女，江苏宜兴人，博士，江南大学人工智能与计算机学院副教授，主要从事计算机视觉研究;宋晓宁（1975—），男，江苏南京人，博士，江南大学人工智能与计算机学院教授，主要从事人工智能、模式识别研究;杨金龙（1981—），男，江苏连云港人，博士，江南大学人工智能与计算机学院副教授，主要从事信号处理研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）34-0131-04   [收稿日期] 2021-04-22

一、引言

高等教育是社会发展的重要基础，高等教育的发展对一个国家的科技、军事、经济发展等都具有至关重要的作用。对于任何一所大学来说，最重要的使命便是人才培养。2017年，教育部发布《关于开展新工科研究与实践的通知》。建设发展新工科，要着眼于高等教育改革发展全局，把握高校人才培养工作的新形势新任务[1]。新工科时代，要培养多元化、创新型卓越工程人才[2]。为了实现这一人才培养目标，我们理应以最新的理念来引领高校的课程教学模式改革。

笔者结合自身多年在高校讲授“人工智能”课程的教学经验，分析了国内“人工智能”课程的现状及存在的问题。从理论教学、实践教学、各类课程资源的利用和师生互动等方面探讨如何对“人工智能”课程教学模式进行改革，如何培养学生的创新能力和实际动手能力，如何提升学生分析和解决实际复杂工程问题的能力，以实现新工科时代创新性人才培养目标。

二、“人工智能”课程教学的主要问题

新工科背景下，课程的教学方法及教学内容应围绕工程教育改革的新理念开展，培养学生的创新能力和实际动手能力，提高学生运用掌握的知识分析问题和解决问题的能力。然而，国内高校目前的“人工智能”课程教学通常存在如下问题。

1.课程内容方面，人工智能涉及面广，涵盖的知识点多，内容抽象。如何改革教学方法、设计更合理的教案，将知识点以更形象生动、更易接受的方式传授给学生，提升学生的学习积极性，需进一步探讨和研究。

2.应用方面，存在理论教学与具体实践脱节的现象。如何有效的将最新应用案例嵌入课堂内容，激发学生兴趣，培养学生的创新意识，也非常重要。

3.实践方面，实验课内容枯燥乏味，实验难度大，缺乏有效的指导。如何合理设计实验、有效提升学生的实践能力和实践积极性，也是值得我们深入思考的问题。

4.课程资源方面，大部分教师通常采用以某一本教科书为主，辅以若干参考教材的模式，而且国内的教材通常以理论内容为主，缺乏生动的应用案例，存在理論与实际脱节的现象。有些高校使用的教材甚至是10年以前的教材，完全与人工智能领域的最新发展相脱节。如何选择最新、最优秀的课程资源，也是需要考虑的内容。

三、启发式的理论教学

“人工智能”课程包含的内容非常广泛，涉及知识表达、问题求解方法、推理技术、机器学习、神经网络、深度学习、自然语言处理、机器人等多方面的前沿科技，而讲授课程时不可能全面深入讲解所有内容。因此，需要结合专业背景、时代特征有针对性地讲解。在教学模式方面，则需要摒弃一味向学生灌输知识的观念，从单纯的知识传授教学向理论与创新实践并重的启发式教学转变，推动学生自主学习。

1.为有效利用课堂时间，课前的准备就显得颇为重要。为此，我们特意为本校的“人工智能”课程录制了每个章节的MOOC视频，并将相应的MOOC资源发布在人工智能课程的网站，在每节课后给学生布置下次课程内容相关的MOOC视频。这样，学生在上课前通过观看对应章节的MOOC视频，快速了解下节课即将讲述的基本内容，从而提升课堂的授课效率。我们在布置MOOC视频学习任务的同时，也会给学生布置一些问题，这些问题并不要求学生在上课前就找到答案，而是让学生带着问题看视频、带着问题进课堂，学生在上课的过程中就会变得更加积极主动。

2.在课程内容讲授方面，很多教师往往偏重于讲解理论知识，如基本概念、基本定义、基本定理的证明。由于比较抽象，学生听起来通常觉得枯燥乏味，加之有些理论比较抽象，学生往往望而生畏，对课程本身也就失去了兴趣。如果我们在讲授理论知识时，能够先描述一下相关的简单案例，再引入相应的理论知识，那么学生就可以将案例里面的内容和理论知识相对应，学习起来就会轻松很多。在讲完理论知识以后，又可进一步引入相对深入的典型案例，通过典型案例的分析进一步加深学生对理论更深层次的理解。

3.在教学模式方面，课程教学应该更注重对学生的引导。摒弃“填鸭式”“教科书式”的教学模式，探索更加开放的教学模式，激发学生学习热情，引导学生独立思考问题、分析问题，培养学生解决实际问题的能力。例如，在讲“人工智能问题求解方法”这一章时，可以在讲解具体的问题求解算法前先给出一个具体的实际应用问题：假设学生在假期打算出去游玩，那么通常他们会通过百度地图输入出发地和目的地，寻找一条路径。给出这一案例以后，先让学生思考“如果你是百度地图搜索的开发人员，你会用什么样的方法寻找出发地和目的地之间的路径？”从而引入盲目的图搜索算法。在此基础上，可以进一步让学生思考如何找到最优路径，从而引入A*搜索算法。这些问题的提出，自然而然就会引发学生的积极思考，并且会让学生感受到课程内容的实用价值，从而对课程的学习更主动。事实上，我们认为，只有培养学生对课程的喜爱，使学生对课程的学习具有内在的驱动力，才会使得学生有学习积极性。