疫情背景下PBL+Seminar教学法在“人工智能概论”教学中的应用

张友强 刘家希 孙进 戴彬

摘要：PBL教学法和Seminar教学法作为先进的教学方法，已广泛应用于课程教学。针对疫情背景下《人工智能概论》教学存在的问题，文章将PBL教学法和Seminar教学法相结合并引入《人工智能概论》教学中，探讨了PBL+Seminar教学法的实施过程，以具体的教学案例对PBL+Seminar教学法进行了剖析。教学实践表明，PBL+Seminar教学模式拓宽了原有的课堂教学模式，为疫情背景下的教学探索与改革起到了积极作用。

关键词：PBL教学法  Seminar教学法  人工智能概论  后疫情时代

中图分类号：G642                 文献标识码：A               文章编号：

Abstract： As advanced teaching methods， the PBL teaching method and Seminar teaching method have been widely used in curriculum teaching. In view of the problems existing in the teaching of Introduction to Artificial Intelligence under the background of the epidemic， this paper combines the PBL teaching method and Seminar teaching method and introduces them into the teaching of Introduction to Artificial Intelligence， discusses the implementation process of the PBL+Seminar teaching method， and analyzes the PBL+Seminar teaching method with specific teaching cases. The teaching practice shows that the PBL+Seminar teaching model broadens the original classroom teaching model and plays a positive role on the teaching exploration and reform under the background of the epidemic.

Key Words： PBL teaching method; Seminar teaching method; Introduction to Artificial Intelligence; Post-pandemic era

人工智能（Artificial Intelligence， AI）已成为当前信息技术发展的优势方向和热门方向，我国为了培养人工智能专业人才，在2018年设立了人工智能本科专业。除了培养专门的人工智能专业人才之外，其他专业也开设了人工智能的基础课程，如导论课或者概论课。《人工智能概论》课程是电子、信息等非计算机专业的基础课或专业选修课，该课程要求学生掌握人工智能的基本概念、基本原理和基本方法，了解人工智能领域发展相关的前沿知识以及发展趋势，建立人工智能综合技术的宏观知识体系，扩展视野、开拓兴趣、提高学生利用人工智能方法解决问题的能力，为后续相关理论、方法的学习及理论联系实际解决实际问题奠定初步基础[1]。为了提高课程教学效果，部分高校对《人工智能概论》教学进行了改革探索，例如，南方科技大学提出并优化了一套基于“‘AI+‘AI+”（“人工智能算法”+“人工智能技术在特定行业的特定应用”）的教学内容设计[2]；湖南大学通过与企业联合，构造了基于多元实践教学体系的教学方法[3]。南京信息工程大学对“新工科”背景下人工智能专业“课程思政”教育进行了研究[4]。

虽然上述《人工智能概论》教学改革获得了一定成效，但是在后疫情时代，人工智能教学还存在一些问题。例如：该课程包含的知识点比较多、知识点之间跨度大，学生储备知识不足，导致学生学习吃力，跟不上节奏。另外，由于新冠疫情的反复，线上教学与线下教学不定时切换，学生很难集中精力听课。针对上述问题，文章将项目教学法（Project-Based Learning， PBL）和Seminar教学法相结合，并将其引入《人工智能概论》教学，从而降低疫情防控对教学效果的影响，进一步提高学生的学习兴趣、锻炼学生的实践应用能力。

1 PBL与Seminar教学法简介

1.1 PBL教学法

PBL教学法是一种以学生为中心的教学形式，它基于3个建构主义教学设计原则：学习内容是特定的；学生积极参与到整个学习过程中；学生通过社交互动和知识分享来实现学习目标[5，6]。PBL被认为是一种特殊类型的探究式学习，学习的内容来源于真实的问题和现实世界实践中的问题，这会带来有意義的学习经验。在PBL实践过程中，学生需要通过提问和提炼问题、设计和开展调查、收集、分析和解释信息和数据、得出结论和报告发现来解决实际问题，从而构建知识。

PBL作为一种教学形式与其他教学方法有明显的联系，如基于问题的学习（Problem-Based Learning）等。两者的重点都是让参与者通过协作实现共同的目标。在参与项目的过程中，学生可能会遇到需要解决的问题，以便构建和呈现最终产品，以回应驱动问题。两者之间的主要区别在于，学生在基于问题的学习中主要关注学习的过程，而PBL需要最终产品或项目结果。PBL教学模式有助于培养学生的自主学习能力，并在一个系统的记录和反思学习的过程中促进学生的概念知识。通过设定目标、计划和组织，学生学会自立；学生通过社会学习发展协作技能，并鼓励他们在自己的水平上学习。

1.2 Seminar教学法

Seminar教学法起源于德国柏林大学，它是最现代、最先进的教学方法之一；Seminar教学法是一种先进的团体教学方法，已在高等教育各学科教学中广泛使用[7，8]。这种教学技术包括为一个群体创造一个情境，让他们在一个主题上有一个引导性的互动。Seminar能充分调动学生的主观能动性，培养学生的发散思维和创新思维。在Seminar教学中，学生主动参与学习活动，从而将重点从教师转移到学习者，让学生通过进行有意义的活动和思考他们正在做的事情来积极地获取知识。Seminar教学法的主要过程如下。

1.2.1 课前准备

学生根据课题准备材料、查阅文献、解决问题，学生之间可以进行交流讨论，形成对该课题的理解，最后撰写报告并准备多媒体演示文稿。

1.2.2 课堂演示汇报

主讲人对课题进行汇报，主要汇报课题研究思路、实验方法、实验结果、存在的问题等内容；全体学生围绕主讲人的汇报进行质询，主讲人进行回答，小组其他成员进行补充；老师对该汇报进行阶段性点评和总结。

1.2.3 课后总结讨论

教师总结课堂汇报的内容、收集汇报文档，对学生的汇报进行评价，评价包含报告资料准备情况、报告情况、讨论问答情况等。对后续的Seminar教学活动给出针对性的改进建议。

2 疫情影响下《人工智能概论》教学存在的问题

新冠肺炎疫情严重影响了人们的工作、生活、学习等方面。高等教育教学也不例外，原来的线下课堂教学随时可能会受到疫情的影响而转为线上教学。当前我国新冠疫情总体可控，但是散点多发的零星疫情对教育教学的影响依然存在。通过调研和实际教学实践发现，《人工智能概论》教学存在如下问题。

2.1 线下线上教学切换影响教学效果

一方面，为了疫情防控，各大高校在每学期开学的前几周基本会实行线上网络教学，等确保安全稳定后再转为线下课堂教学。另一方面，当学校所在地出现一定规模的散发疫情时，原有的课堂教学将转为线上教学；当疫情得到控制后，线上教学再一次转为线下课堂教学。这样的切换对学生的心态有一定的影响，容易引起学生浮躁的情绪；线上线下教学的随时切换，还对教师的教学计划有一定的影响，原本适合线下课堂教学的备课内容需要在短时间内进行修改以满足线上教学需要。因此，需要根据线上线下教学的不同特点，对教学方案进行有针对性的改进。

2.2 学生自律能力不强

在后疫情时代，线下线上教学经常切换，对大部分学生的自律要求增加了，较好的自律性是完成课程目标的重要保证。在传统的教育教学过程中，在学校管理、学生带动、教师监督下，很多自律性较差的学生会由于集体自律性的平均值高于自己，被动地约束自身行为，从而降低不自律对自己学业和生活的影响。但是在疫情时代下，学生的自律性往往不强，学校和教师的监控管理变得遥不可及，现实氛围变成班级群的聊天，这大大减弱了学生对集体和规则的感知，以及不自律后果的理性判断能力。因此，为了提高学生的自律性，让学生积极主动参与到教学环节中，需要对教学形式进行调整优化。

2.3 《人工智能概论》课程内容宽泛而基础，学生缺乏兴趣

该课程涉及的理论较多，需要先导课程作为支撑，特别是夯实的数学知识有利于理论的推演。而真实情况却是学生基础知识准备不充分，课堂讲解难以理解，从而影响学生学习兴趣和积极性。因此，对于应用型本科新工科专业的《人工智能概论》课程来说，需要在课程中加入项目实践内容，从而提高学生的兴趣，锻炼学生的动手能力。

针对上述《人工智能概论》教学存在的问题，将PBL教学法和Seminar教学法相结合，并引入教学实践中。这种教学方式的好处是：首先，引入PBL教学可以增加学生的积极性，从而避免陷入枯燥的理论知识中；其次，Seminar教学不受时空的影响，疫情对其教学影响较小；最后，PBL+Seminar教学模式可以有效锻炼学生的综合能力，特别是自主学习、动手、交流辩论、研究探索等方面的能力。

3 PBL+Seminar教學法的探究与实践

3.1 PBL+Seminar教学法实施过程

为了提升疫情影响下《人工智能概论》教学效果，可将PBL+Seminar教学法引入课程教学中。首先，需要选定与课程内容密切相关的项目，这些项目既要与课程内容联系紧密，又不能过于简单或者困难。通过调查文献和总结实践经验，项目选题应具有如下特征。

（1）中心性。可供选择的项目应该具有明确的中心点，即对应的课程教学目标要明确，不能过于宽泛。学生能够将项目与课程知识点相对应，不能超越教学大纲太多。

（2）问题驱动性。项目应该具有问题驱动性，即项目的主题是为了解决一个具体的问题，而解决问题需要学生去主动学习相关知识。

（3）自主性。学生可以根据自身的优势自主地选择某一个或几个课题作为项目开展工作，而且学生在完成项目时可以自由选择方法方案来完成项目。

（4）现实主义。项目应该是来源于现实世界的真实问题或案例，因为脱离实际的项目无法增加学生的积极性。

根据以上选题特征，我们给出的本课程项目选题如表1所示。

在授课教师布置项目之后，学生就可以自由组队选择项目课题来完成相关任务了。学生在完成项目的过程中可以查阅资料，学生之间交流讨论；小组需要完成项目的各个部分并撰写文档记录，成员需要记录自己参与的工作；小组完成项目后需要形成报告和演示文稿，如有展示品则需要做好课堂展示准备。在课堂汇报演示阶段，学生汇报项目的方案方法、结果等内容，教师和其他学生提出质询。最后，授课教师对项目完成情况和研讨情况进行总结点评。

3.2 PBL+Seminar教学法应用案例

3.2.1 项目介绍

本文以基于树莓派的人脸识别门禁系统设计为例，讲解PBL+Seminar教学法在《人工智能概论》教学中的应用，该项目主要与机器学习章节有关。该项目的目标是通过学习机器学习算法，选择一种机器学习方法编程实现人脸识别算法，通过识别结果控制门禁系统。人脸识别门禁系统的设计框架如图1所示。

上述人脸识别系统用到的硬件设备由实验室提供给学生，硬件具体型号为树莓派3B。硬件涉及的拍照模块和主控模块如图2所示。

3.2.2 线下项目训练

线下项目训练是PBL教学的关键，学生在拿到项目后，需要自主学习人脸识别的基本原理，掌握与人脸识别有关的算法。人脸识别作为一个识别问题或验证问题，人脸识别也被称为1﹕N匹配问题，将未知的人脸与数据库中已知身份的所有人脸进行比较，并根据所有比较的结果做出决定。因此，人脸识别门禁系统的关键就在于人脸检测和识别。检测是识别的前提，一个好的检测结果对后续的识别起着关键的作用，在选择人脸检测算法时需考虑3个因素，即实时性、准确率、算法复杂度。将人脸检测出来以后，就需要对候选区域的图像进行预处理，处理完之后就可以选择一个算法人脸识别，选择人脸识别算法需考虑下面3个因素，即识别率、识别时间、算法鲁棒性。学生完成相关理论学习后，选择自己熟悉的程序设计语言完成程序设计并在树莓派上调试算法性能，并根据调试结果进行优化。最后，完成项目报告文档，组织撰写汇报演示文稿，收集课堂演示材料。

3.2.3 课堂交流讨论

课堂交流讨论是Seminar教学的关键，这里的课堂既可以是线下教室课堂也可以是线上网络课堂。在课堂交流讨论阶段，主讲人重点汇报以下内容：项目的整体方案，即如何实现整个系统的；项目的技术路线，即用到了哪些方法；项目的难点和不足之处，即哪些是项目学习的困难之处及未解决的实际问题。另外，还需要简要汇报所采用的开发平台、程序设计语言、实验结果（人脸识别精度）等内容。汇报结束后，教师和学生可以对汇报人自由提问，主讲人需要进行回答解释，小组成员可以补充回答。交流讨论是Seminar教学的灵魂，因此，讨论的时候，学生需要从各方面进行提问，这是增加学生认知多样性的重要途径，也是锻炼学生发散性思维的重要手段。

3.2.4 总结点评

针对基于树莓派的人脸识别门禁系统设计项目完成情况和课堂汇报交流情况给出评价。总结各小组的项目完成情况，分析各个小组的项目优势和劣势；阐述当前该项目的主流解决思路，介绍当前人脸识别产业应用的核心算法。对各小组的汇报展示给出评价，点评主讲人的讲解逻辑是否正确清楚，分析人脸识别门禁系统实验结果的有效性；点评小组的团队协作能力、文档协作能力。

4 结语

课题将PBL+Seminar教学法引入《人工智能概论》课程教学中，通过教学实践发现，该教学法对应用型本科新工科教学改革是有积极意义的。首先，其中的项目教学法锻炼了学生的主动学习能力，使得原本枯燥的理论知识变得有趣，即在项目实践中学习知识；还锻炼了学生的探索研究、组织协调、文档撰写等能力。其次，Seminar教学法对学生的批判性思维和创造性思维有积极的影响，在交流讨论的过程中，不仅交流表达能力及辩论能力获得了提升，而且学生的批判性思维得到了锻炼。最后，这种教学模式拓宽了原有的课堂教学模式，为受疫情影响的教学手段提供了新的思路。

参考文献

[1] 罗娟，王纯，刘璇，等.计算与人工智能概论课程教学改革与实践[J].计算机教育，2022（5）：136-140.

[2] 刘江，章晓庆.面向非计算机专业的人工智能导论课程建设与探索[J].中国大学教学，2022（Z1）：45-51.

[3] 許莹，钟雄虎，周旭，等.面向学生能力培养的人工智能课程多元实践教学体系[J].计算机教育，2021（11）：77-79.

[4] 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.

[5] KOKOTSAKI D， MENZIES V， WIGGINS A. Project-Based Learning： A Review of the Literature[J].Improving Schools，2016，19（3）：267-277.

[6] 贾磊磊.基于项目教学法的大学生编程学习能力培养研究——以“微信小程序”编程开发为例[D].重庆：重庆师范大学，2021.

[7] 赵敬华，周婷玮.Seminar教学法在“电子商务”课程教学中的应用[J].科技资讯，2020，18（17）：86-87.

[8] 缑倩倩，王国华.Seminar教学法在高校研究生培养模式中的应用探讨[J].高教学刊，2022，8（12）： 62-65.

基金项目：南京邮电大学通达学院教学改革研究项目（项目编号：JG31421019）

作者简介：张友强（1990—），男，博士，讲师，研究方向为机器学习、模式识别。

刘家希（1988—），男，博士，讲师，研究方向为车联网。

孙进（1988—），男，博士，副教授，研究方向为惯性导航与组合导航。