人工智能课程教学的实践探索

1 / 8 人工智能课程教学的实践探索 人工智能课程教学的实践探索 摘 要：结合人工智能课程的特点，在总结自己从事人工智能课程教学经验的基础上，从教学内容、教学安排、教学方法等多个方面探讨了人工智能课程教学。提出兼顾课程内容的统一性和差异性，提出对本科生、研究生以及非计算机类专业实施分层次教学，提出案例驱动寓教于乐的教学方法，以达到提高人工智能课程教学质量的目的。 关键词 ：人工智能；分层次教 学学；案例驱动 人 工工智能的诞生与发展是 220 世纪最伟大的科学 成成就之一，人工智能也 是是新世纪引领未来发展 的的主导学科之 一。它是 一一门新思想、新观点、 新新理论论文联盟、新技 术术不断涌现的前沿交叉 学学科，紧跟世界社会进 步步和科技发展的步伐， 与与时俱进。它在本身迅 速速传播和发展的同时也 促促进着其他学科的发展 ，为各学科提供新的发 展展途径和新的研究手段 。人工智能的相关研究 成成果已经广泛应用到国 防防建设、工业生产、国 民民生活中的各个领域。 在在信息网络和知识经济 时时代，人工智能现已成 为为一个广受重视且有着 广广阔应用潜能的前沿学 科科，必将为推动科学技 术术的进步和产业的发展 发发挥更大 的作用。 人工智能作为一门课 程程 1，开设时间 距 今今只有 40 多2 / 8 年，但发 展展极为迅猛。人工智能 课课程的内容涉及计算机 科科学、数学、系统科学 、控制科学、信息科学 、心理学、电子学、生 物物学、语言学等等，几 乎乎所有科学工作者都可 以以在人工智能中找到自 己己感兴趣的问题。目前 ，国内外已有众多高校 指指定人工智能为计算机 科科学与技术及其相关专 业业的主修专业基础课程 ，它在拓展计算机和自 动动控制的研究和应用领 域域方面有着极其诱人的 学学科发展前景。自 XX 年年起，国内诸多高等院 校校陆续开设 “ 智能科学 与与技术 ” 本科专业，同 时时也有更多高校在传统 信信息类专业中加大了人 工工 智能课程的 课时比重 ，因此如何提高人工智 能能课程的教学质量显得 尤尤为重要。本文 结结合人工智能课程的特 点点以及自己教学与研究 的的实践，对本课程的教 学学进行一些探讨，以期 改改进人工智能课程教学 方方法，达到提高本课程 教教学质量的目的。 一、兼顾课程内容 的的统一性和差异性 人工智能课程的核 心心内容主要集中在对基 本本概念、基本原理、基 本本方法和重要算法及其 应应用的认识和理解上， 尽尽管各种基本概念、原 理理、方法和算法在一定 程程度上自成体系，但是 它它们之间又存在着许多 内内在联系和规律。从这 一一点来看 ，人工智能课 程程与其他很多计算机课 程程是不同的，这就要求 人人工智能课程的授课要 具具有自己的特色。 3 / 8 知识表示、知识推理 、知识应用是人工智能 课课程的三大内容，解决 任任何一个人工智能问题 都都离不开两个步骤，即 知知识表示和问题求解。 由由此，人工智能课程从 总总体结构上就有了一个 比比较清晰的脉络，即首 先先必然要学习各种知识 表表示方法，然后是利用 这这些知识进行推理，进 而而实现知识应用，最终 达达到问题求解的目的。 问问题求解又分为基本的 问问题求解方法和高级问 题题求解方法。图搜索策 略略、启发式搜索、消解 原原理以及规则演 绎系统 等等都属于基本的问题求 解解方法。计算智能、专 家家系统、机器学习、自 动动规划等属于高级问题 求求解方法。 同时 ，人工智能课程某些章 节节或者某些方法算法在 一一定程度上又自成体系 。例如，各种不同的知 识识表示方法不管是数据 结结构还是表示形式都完 全全不相同。又例如，人 工工智能有许多不同的学 派派 2，本课程往往 同同时会介绍不同学派的 算算法，这些学派在人工 智智能的基础理论和方法 、技术路线等方面是完 全全不同的，甚至是对立 的的。 这些都要求 我我们在教学过程中不仅 要要强调人工智能课程理 论论的统一性和完整性， 又又要兼顾各学派的特点 ，尊重甚至调动学生们 对对不同人工智能学派及 其其方法的兴趣。在编写 和和选用教材时也要注重 这这一点，我们选用的是 蔡蔡自兴教授编写的人 工工智能及其应用系列 教教材 1,2，该教 材材以逻辑主义学派为主 线线，兼顾引进其他学派 的的精华内容，具有较强 的4 / 8 的科学性。 、 各高校一般同时为 计计算机相关专业的本科 生生和研究生开设了人工 智智能课程，甚至有的非 计计算机类专业也开设有 人人工智能课程。不同层 次次的学生对人工智能课 程程要求掌握的程度不同 ，我们首先明确本科生 和和研 究生以及非计算机 类类专业学生的教学目的 和和教学内容，做到分层 次次设计人工智能课程教 学学 本科 阶阶段的人工智能课程课 时时量较少，本科层次只 需需要做到对大部分人工 智智能概念和算法了解、 认认识，少部分达到理解 层层次。本科生一般都是 在在高年级开设人工智能 课课程，这时已有不少学 生生准备继续读研或者已 经经被保研，因此在兼顾 全全体学生教学层次的同 时时，要注意给这部分学 生生足够的相关参考书目 ，让他们能够利用课余 时时间广泛深入了解人工 智智能相关算法，老师在 课课后还应和他们进行充 分分讨论，培养他们对人 工工智能的特 别兴趣。 非计算机类专业的 学学生往往需要学习如何 利利用人工智能知识解决 该该专业领域内的问题， 因因此在教学中要尽量有 专专业针对性地进行教学 。例如针对农科类专业 ，在教学专家系统过程 中中，我们要求学生参考 北北京农业信息技术研究 中中心开发的农业专家系 统统开发平台理解并开发 与与本专业领域相关的简 易易农业专家系统。 5 / 8 给研究生开设人工智能 课课程要求做到概念理解 ，基本算法精通，即要 求求全面、系统地掌握人 工工智能的基本概念、基 本本原理、典型方法和若 干干应用实例，并且能灵 活活运用所学知识阐述解 决决实际问题的方法和途 径径。课程教学中要致力 于于培养学生分析问题与 解解决问题的能力，要求 研研究生将人工智能方法 与与自己的研究方向相结 合合，用人工智能方法解 决决所研究课题中的实际 问问题，并撰写相关的课 程程论文，以小型研讨会 的的形式进行报告交流。 实实践证明，我们的研究 生生的人工智能教学效果 明明显提升，成效突出。 ， 采 用用案例教学是为了充分 调调动学生的学习兴趣， 增增强学生学习的自觉性 3。通过案例教学 能能把枯燥的人工智能理 论论知识具体化、形象化 ，可以使学生更加感性 地地理解 课堂教学内容。 这这些案例都是以教师所 从从事的科研项目中的实 际际应用环境为背景进行 阐阐述的，让学生能在实 际际环境中理解概念和知 识识，学会利用人工智能 知知识去分析和解决实际 问问题。在教学过程中要 选选择学生容易接受的案 例例，体现理论联系实际 的的特色，激发学生的兴 趣趣。 例如，在讲 授授“计算智能”内容时 ，我们结合黄河三门峡 和和小浪底水库水沙联合 智智能调度系统 4进 行行讲解。综合三门峡水 库库和小浪底水库防洪运 用用的基本原则、历年调 度度方案、专家的经验、 历历年数据和现有的调水 调调沙数学模型，6 / 8 分别利 用用模糊决策、 神经网络 、遗传算法及综合集成 方方法来实现三门峡、小 浪浪底水库水沙联合调度 。 又例如为了让 学学生走近机器人，我们 进进行了一场机器人展示 课课，将研究所现有的 MO ROCS 1、 ASR 、 AmigoBot、CanDroid、 MMD 37Rover、 Fokker D7、 Rockit OWI 769K、Hexa pod Monsteer、 Hubo 等各类 机机器人全部拿出来给学 生生做了功能演示 5 。亲眼看到这么多机器 人人，同学们都非常兴奋 ，对人工智能课程的兴 趣趣高涨。 在进行 案案例教学时，引导学 生 带带着问题和求知欲望深 入入理论的学习，让学生 在在案例中寻找问题的答 案案并获取知识。在讲授 利利用神经网络进行水库 调调度时，引导学生分析 如如何确定神经网络的输 入入端数据，什么是泛化 能能力以及如何提高神经 网网络的泛化能力。 为了巩固所学内容，可 以以让学生组成讨论小组 对对教师提出的论题进行 讨讨论，分小组阐述自己 的的观点，这样有助于提 高高学生学习的主动性， 还还有助于培养学生思考 问问题的能力和提高理论 教教学的效果。案例教学 的的关键在于引导学生利 用用所学到的理论知识去 解解释、分析和解决现实 案案例中的问题，以达到 训训 练学生理论运用和深 入入理解理论知识的目的 。 此外，我们挑 选选了机器人足球、拖拉 机机扑克牌、中国象棋、 五五子棋等普遍受人喜爱 的的智能游戏，让学生亲 7 / 8 手设计小型智能游戏 软软件，在设计的过程中 掌掌握高深的人工智能理 论论知识，让学生学得会 、用得上、记得牢。 以上谈到的一些教学 方方法是我们在教学论文 联联盟过程中总结体会比 较较深刻的方面，以供探 讨讨。事实上，要进一步 提提高人工智能课程的教 学学质量，还有很多方面 需需要改革和加强。如不 断断强调人工智能教师的 专专业素质，要求他们在 讲讲授好人 工智能课程的 同同时，努力提升出自身 的的专业素质，给学生一 个个良好的专业素质导向 。其次，在人工智能课 程程教学过程中还需要有 培培养实用型人才的教学 理理念，特别是注重培养 有有创新意识的实用型人 才才。注重培养学生的质 疑疑能力，只有通过质疑 和和提出问题，学生的创 新新意识才能够得到不断 强强化，创新思维能力才 能能够得以不断提高。 人工智能学科是一 门门非常年轻、又非常前 沿沿的学科，有其自身的 突突出特点，人工智能课 程程教学必然与其他计算 机机专业课程教学不同， 需需要更多的从事人工智 能能教学的教师在自身的 教教学实践中不断 积累经 验验，进行广泛的教学交 流流。 参考文献 1 蔡自兴 , 徐徐光祐 . 人工智能及 其其应用 (第三版 )(研 究究生8 / 8 用书 ) M . 北北京 : 清华大学出版 社社， 004: 1-4. 2蔡自兴 , 徐光祐 . 人工智 能能及其应用 (第