面向新工科的《人工智能导论》课程教学模式探索

王鹏鸣 郭懋轩

摘要：《人工智能导论》课程是高校低年级学生了解人工智能的经典理论、近期发展的新理论、新方法和应用实例的重要途径。然而，在该课程教学过程中普遍存在着一些问题。本文针对这些问题，系统地提出了四种提升学生学习兴趣的教学方法，通过调整与优化教学体系和教学内容，加强课程立体化建设和系列教材研究，改革與创新教学模式和教学方法，运用多样化的教学手段和考核方式，已经在教学中取得了良好的效果。

关键词：人工智能导论;教学模式;新工科

一、引言

人工智能是研究如何使计算机模拟人类思维过程、智能行为及其规律的一门学科，处于计算机科学与技术和新时代科技发展的最前沿，其成果已经对人们的工作、学习和生活方式产生了很大的影响。

《人工智能导论》课程主要介绍利用计算机来模拟感知、推理、学习、思考、规划等人类智能所涉及的一些理论和方法，以及使用这些理论和方法解决一些需要用人类智能才能解决的问题（应用实例）。在新工科背景下，通过这门课程的学习，能够使学生系统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，同时培养学生面对实际问题时，应用人工智能的思维和方法解决问题的能力。

二、存在问题

在《人工智能导论》课程教学过程中，普遍存在着如下几个问题：

1）课程前期所需的知识储备较多，课程研究性较强。

2）教学内容陈旧，课程内容覆盖较窄，难以适应社会对信息人才的大量需求。

3）学生的学习兴趣和课堂参与度不高，其原因主要是学生的前沿知识探索较少，导致理论联系实际的能力较弱，主动创新驱动力不足。

4）考核方法不合理，无法全面了解学生的掌握程度。

三、教学模式探索

（一）调整与优化教学体系和教学内容

需要进一步把握课程性质和教学目的，调整本课程教学体系优化教学内容，让学生以有限的时间学到人工智能的基础知识和基本方法[1，2]。另外，在选择和确定教学内容时必须兼顾基础知识和新兴技术，注意与相关课程（如离散数学、数据结构、概率论、自动控制原理、Matlab系统仿真、面向对象的编程技术等）的链接，密切理论与实际的关系，通过课堂讲授和课外训练，注意学生能力培养，提高他们的学习效果和整体素质。

为激发学习积极性，针对学生喜欢听奇闻轶事、想象力丰富的心理特点，通过在教学内容中增加一些与教学内容有关的故事或者趣事来吸引其注意力，辅助思维并丰富联想，使学生在愉悦中完成学习，通过这些故事，不但传授了知识，也活跃了课堂气氛。例如人类智能的计算机模拟与人机大战，问题规约法与老和尚说教，模糊理论与秃头悖论。

（二）加强课程立体化建设和系列教材研究

为了配合教材教学和自学，需要在已有教学经验和教学成果积累的基础上，制作高质量的教学课件和完整的教学视频录像，并刻录成光盘随书供学生使用;同时需要开设网络课程，以更好地调动学生的学习兴趣和主动性，促进本课程的教学改革。主教材、电子教案、教学视频录像、网络课程及教学资料库等在内的课程立体化建设，都需要符合二十一世纪高校教学的要求，支持教师提高教学手段现代化的水平，更贴合学生的学习需求。

与此同时，需要精心制作课件教案。教学过程中，利用大屏幕投影的优势，将一些需要教师在黑板上动态演示的过程制作成FLASH动画，既可以在课堂上演示，也可以由学生在课后自己观摩，目的在于使人工智能抽象的知识形象化，便于学生理解。例如通过动画和视频来演示抽象的概念、算法和过程，包括机器人轨迹跟踪、机器人臂取物、足球机器人比赛、倒立摆控制、“人工鱼”等录像片段，以及智能调度软件、语音识别系统、指纹识别系统、动物识别系统等软件演示。

此外，还可以提供网络资源，向学生提供一些人工智能学科的专业网站，有助于有兴趣的学生更多的了解本学科的前沿信息。

（三）改革与创新教学模式和教学方法

鼓励学生参与课堂讨论、布置读书报告和课外实验、以问题为导向的启发式教学、专题讨论/辩论等形式，通过多种途径激发学生的学习兴趣[3]。在教学过程中，可以适当增加一些实验和设计，提高学生分析问题的能力和实际动手能力。比如，讲解知识的产生式表示法时，给出产生式的概念和基本表示形式之后，可以通过“野人与传教士过河”问题来说明产生式表示法的具体应用过程;讲解计算智能的进化计算部分时，给出进化算法的几种具体形式和算法流程之后，可以通过中国旅行商问题（CTSP）来说明算法求解问题的过程。教师在教学过程中，可以根据需要，选择一些合适的应用实例进行分析。

人工智能中的许多问题，有的似是而非，有的引人入胜。在教学中，有意识的提出相关问题，提请学生思考，鼓励学生提出自己的猜想和解决方案。然后逐步进入教材中的解决方案，启发学生求解这些问题，并进行分析和比较，从而强化学生学习的主动意识和参与意识，提高学生的学习积极性。

此外，还可以组织课堂辩论，讨论的议题包括人工智能的应用前景和其他比较等有争议的问题。如可用议题“机器的反叛——机器的智能会超越人类吗？”。让学生在图书馆或者从网上查阅相关资料，明确自己的论点并准备证据材料，并在课堂上进行辩论。这类辩论无所谓输赢，旨在通过这种活动，增进学生思考。教学中，还可以充分利用多媒体教学的特点，如让学生观摩电影《终结者》系列、《人工智能》、《黑客帝国》等，增强学生对人工智能的直观感受，提高课堂教学效果。学生对这些问题展开激烈的争论，能够激发他们的学习潜能，明确学习目标。

（四）运用多样化的考核方式

《人工智能导论》课程的考核方式不能沿用以往的方式，应采用能反映学生能力、知识面的一些方法，如采用课程论文的形式，既可以避免死背书的弊端，又可以培养学生钻研问题的兴趣，还能培养学生撰写科技论文的能力;或者采用考试方式，但考试题目以理解应用的题型为主，在这种方式下，学生不需要记忆枯燥的概念，而是学会应用他们解题。

与此同时，还需要改变过去那种单纯的书面习题作业，发展成为必须交给教师评阅的书面家庭作业、不必交给教师的课外思考题目、口头布置的思考题或阅读材料以及大型作业等[4]。其中上交作业通过网络进行，教师批阅后的作业也通过网络返回给学生，实现了作业呈交和返回的网络化。

四、总结

本文从作者的教学实践出发，在分析《人工智能导论》课程特点及教学过程中所存在问题的基础上，提出了四种提升学生学习兴趣的教学方法，并在教学中取得了良好的效果。

参考文献：

[1]叶青，刘长华.大数据背景下地方高校人工智能方向人才培养模式探索[J].湖北工程学院学报，2021.

[2]顾然，冯国昌.“新工科”背景下人工智能专业“课程思政”教育研究——以“人工智能导论”课程为例[J].黑龙江教育：理论与实践，2020（10）：6-7.

[3]戴华，王勇智，周小强.人工智能导论课程的综合教学改革方法探索[J].收藏，2018，43.

[4]余磊，汪弋鸢，周瑜晗.基于 CBL 教学法的《人工智能导论》课程研究型教学改革与实践[J].收藏，2018，37.