人工智能基础及应用 教学大纲

人工智能课程教学大纲英文名称：ArtificialIntelligence课程编码：学时：32 学分：2课程性质：必修课程类别：专业基础课程先修课程：高级语言程序设计、数据结构、离散数学、数据库原理及应用开课学期：第5学期适用专业：计算机科学与技术、软件工程、物联网工程、数据科学与大数据技术一、课程目标结合学校的应用型人才培养定位和计算机类相关专业应用型人才培养要求，厚值学生使命担当，面向新技术新方法，重点围绕学生“能应用、会应用”的能力培养，明确课程教学目标如下：=1\*GB3①掌握基础理论和方法，能够用于分析复杂工程问题；=2\*GB3②通过智能系统的分析设计和实现，能够具有解决复杂工程问题的能力，同时培养团队合作、沟通和表达等能力；=3\*GB3③具有终身学习意识。通过线上线下有机结合、项目驱动下翻转课堂，培养学生主动学习和跟踪新技术的意识，提升现代工具使用能力。二、课程教学目标与毕业要求的对应关系毕业要求毕业要求的指标点本课程的教学目标毕业要求3．设计/开发解决方案：能够设计针对软件工程领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的软件系统、组件或开发流程，能够在设计环节中体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。3.3在设计中能够综合利用软件工程工程的专业知识和新技术，体现创新意识。教学目标1教学目标2毕业要求5．使用现代工具：能够针对软件工程领域的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对软件工程领域复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.3能够针对具体的软件开发对象，开发或选用满足特定需求的工具、技术、软件环境，模拟和预测专业问题，并能够分析其局限性。教学目标1教学目标3毕业要求9.个人和团队：能够在多学科背景下的软件研发团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.2能够在软件研发团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色，具备良好的团队合作精神。教学目标2毕业要求10.沟通：能够就软件工程领域复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令等，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。10.1能够撰写报告和设计文稿，具有陈述发言、清晰表达或回应指令的基本沟通技能。教学目标2教学目标3三、课程内容3.1基础知识教学内容1、人工智能概述主要内容：人工智能的诞生及发展历程、国家战略、人工智能的定义、人工智能的工作原理、人工智能与人类智能的区别与联系、人工智能研究的方法与途径及人工智能研究和相关的应用领域。重点的内容涉及人工智能的概念、工作原理及对人工智能研究方法与实现技术的理解，重点了解图灵等人在人工智能诞生于发展历程中所起的关键性的作用和我国吴文俊院士给出的“吴方法”在人工智能领域的突出贡献等内容。本章所学的很多内容是对人工智能课程研究内容与研究方法整体的一种概述和简介，使学生能够从宏观上理解人工智能。2、确定性推理方法主要内容：推理的基本概念、分类与控制策略；命题、谓词、命题公式、谓词公式及相关性质；命题逻辑与谓词逻辑；谓词公式的性质；子句集；置换与合一；一阶谓词逻辑知识表示法；以及基于命题逻辑与谓词逻辑的自然演绎推理方法和归结推理方法。其重点内容是掌握一阶谓词逻辑的知识表示方法，并掌握基于一阶谓词逻辑的归结推理方法，能够应用归结原理对定理进行证明和对问题进行求解。3、不确定性推理方法主要内容：不确定推理概述、不确定性知识表示方法、可信度推理方法、主观Bayes推理方法。重点的内容涉及证据不确定性及知识不确定性的表达式表示方法、可信度推理方法的理论基础及推理过程、主观Bayes推理方法的理论基础及推理过程。使学生能够了解不确定推理的基本概念，运用常用的不确定推理方法解决实际问题。4、搜索策略主要内容：状态空间表示方法，宽度优先搜索，深度优先搜索，代价树搜索，启发式搜索问题求解与算法设计方法和博弈树搜索程序设计思想与实现。难点是深度优先搜索中回溯点的确定，启发式搜索的算法设计和博弈树搜索中剪枝技术。3.2新技术新方法学习应用部分智能应用系统的设计与实现主要内容：学生组队共同完成一个智能应用系统的分析、设计与实现，智能系统中要包含一种新技术或新方法。要求学生自由组队、自主选题、团队共同参与和完成项目的选题、分析、设计和实现所有内容。过程中要进行智能应用系统的选题和设计方案的汇报与讨论、智能应用系统实现核心技术内容的汇报与讨论、智能应用系统实现过程存在问题及系统的运行、测试、成果的总结汇报与展示。通过团队合作的方式实现一个项目，并从项目实现过程中学会一种新技术或新方法及其应用，在其他小组总结汇报中了解其它相关新技术或新方法，通过完成以上内容，培养学生的问题解决能力、团队合作意识、文稿的书写能力、语言表达能力及主动学习与现代信息工具使用等能力。四、教学安排本课程由基础教学部分和新技术新方法学习应用两部分组成。建议学时分配如下表：讲课内容学时线上线下混合式教学翻转课堂1人工智能概述102确定性推理方法303不确定性推理方法204搜索策略405机器学习36神经网络与深度学习37智能系统的设计与实现01681616合计32教学方法引入线上线下结合、项目驱动式翻转课堂的教学模式，结合质疑、讨论和案例教学等教学方法完成教学。1、针对基础知识教学部分，结合**大学慕课网络教学平台课程资源进行线上线下混合式教学，在每一个知识点进行课堂教学开始之前，教师需要布置线上视频学习任务和完成时间，课堂教学中，主要进行知识梳理，主要采用案例式教学和质疑、启发讨论式等方法，依据教学内容的知识点设计相应的案例，通过案例讲解、分析与展示，实现所学内容的深入浅入，并针对重点和难点等问题发布主题讨论话题，通过讨论、互相分享观点和教师的总结，完成重点、难点知识的深入理解和掌握。教学中结合线上视频内容、知识梳理和讨论设计随堂练习内容，了解学生对知识的掌握情况，同时，促进学生利用课堂外时间和碎片化时间进行课程相关知识内容的学习，有效提升课堂教学效率。2、针对新技术新方法学习应用部分，采用项目驱动式翻转课堂的教学模式，主要通过讨论式教学方法，实现教学目标的达成。项目驱动（课堂下进行）主要是学生自由组队（2-4人），采用开放式、学生兴趣驱动的自选题目方式，确定小组智能系统设计与实现项目，由小组通力合作完成项目题目的确定，问题的分析，方案的选择与确定，采用核心技术方法的学习与掌握，到最后的实现、结果的分析和项目总结文档撰写等全部内容。对学生进行知识选择、技术学习、应用、总结全过程系统化训练。促进学生团队合作、发现问题、分析问题、解决问题、使用现代信息技术工具、跟踪新技术及应用和主动学习等综合能力的培养和素质的养成。翻转课堂（课堂上进行）主要是学生转变为“教师角色”登上讲台，对团队完成的项目内容进行3次阶段性的展示与汇报，包括：①初期阶段汇报：在项目实施之前，主要汇报团队对项目完成任务、核心技术和实现工具等方面的认识与选择、团队分工和项目计划等。②项目推进阶段汇报：主要汇报项目的进展情况，关键与核心技术和存在问题和需要共同讨论与解决的内容等。③项目验收和总结阶段汇报：主要汇报项目的整体完成情况、项目系统运行情况、项目组成员总结，提交项目文档。翻转课堂中，主要采用启发讨论式教学方法，在每次学生汇报之后针对汇报内容进行学生与学生、教师与学生之间的讨论，教师对存在的问题进行指导。讨论与指导的主要内容包括：①项目初期阶段：针对小组汇报，主要从项目实施的可操作性、项目计划的可行性和团队分工的合理性等方面进行讨论和指导，确定项目启动。②项目推进阶段：主要围绕各个小组在项目推进过程中存在的技术问题、技术难点、推进进度、团队成员表现及成员间组织、合作、沟通中出现的问题进行讨论和指导，以确保各小组项目如期推进。③项目验收和总结阶段：主要围绕各个小组项目任务的完成情况、项目文档的书写情况进行讨论和指导，并从学生的总结中反思教学中存在的问题以备改进。在翻转课堂实施过程中，教师主要听取学生的汇报，并及时与学生讨论和指导，以实现对学生团队完成项目内容的监督、督促与促进。并实现对学生表达沟通、团队协作、组织、解决问题等方面的能力的培养。需要说明的是在整个教学过程中可组建研究生助课团队，参与课程全过程，每位研究生跟进2-3个小组的项目实施，督促项目如期推进并参与团队成员在解决实际问题能力、组织能力、表达能力、团队精神、学习能力等方面的考核，促进教学效果的提升。六、课程目标达成评价采用多元考核评价方式，最终考核成绩满分为100分，分为线上考核和线下考核各占50分。基础知识学习部分采用线上考核，50分的线上成绩由学生在平台上的视频学习、随堂练习、讨论和作业评分数据构成。①视频学习占20%（10分）：主要考核学生对平台上对应课程基础知识点人工智能概述、确定性推理、不确定性推理、搜索策略和人工智能未来发展等对应的视频资源的学习情况，依据学生的学习情况，平台自动给分。②随堂练习占30%（15分）：主要考核学生对基础知识视频资源内容和课堂上知识难点与重点的掌握情况。依据学生的答题准确性情况，平台自动给分。③主题讨论占30%（15分）：主要考核学生在课堂上教师针对基础知识点内容、重点、难点及知识延展内容发布的主题讨论的回答参与情况和教师与学生对讨论回答内容给予的点赞、小红花和回复情况，平台自动给分。④课后作业占20%（10分）：主要考核学生对课堂学习内容的主观认知和理解，课堂作业倾向于布置人工智能课程涉及到课程思政类元素内容的主观性作业，由教师批阅给分。新方法新技术学习应用部分采用线下考核，50分的线下成绩由翻转课堂中学生的综合表现，学生互评和项目小组结课报告（论文）三部分的评分构成。①翻转课堂中学生的综合表现占50%（25分）：主要考核学生的解决实际问题能力、组织能力、表达能力、团队精神和学习能力等五个方面的表现给分。②翻转课堂中的学生互评20%（10分）：主要是其他组给汇报组进行评分，在汇报组汇报和讨论结束之后，其他组以组为单位给汇报组中的每一位同学进行打分。③翻转课堂后小组结课论文占30%（15分）：主要考核整组学生对项目的整体总结、合作与文档的撰写能力，从论文结构、内容和格式规范性等方面给予整组评分，在这一项上每个小组中的每个组员的分数是一致的，即为整组论文评分。以上各部分的具体考核内容与参考评分标准，如下表。考核环节考核点考核内容参考评分标准翻转课堂中学生的综合表现解决实际问题能力学生是否善于思考，理论联系实际，选择方法与给定方案合理，动手实践。按照每个考核点对应的考核内容，学生在翻转课堂中的呈现程度（优秀、良好、中、一般等），结合不同阶段分值占比给予评分。组织能力小组分工合理性，项目计划安排的合理性。表达能力学生是否自信大方，敢说敢讲，叙述准确。团队精神学生是否相处融洽，配合得当，分工明确，团结合作，不怕苦难，勇于坚持。学习能力学生知识获取途径、知识表述的准确性，知识应用的正确性。翻转课堂后小组结课论文报告结构结构是否层次分明，思路清晰，逻辑严谨。按照每个考核点对应考核内容，在论文中呈现程度（优秀、良好、中、一般等），按照占比分值和比例给予评分。报告内容报告内容是否论述全面，详略得当，有无项目实现原理和步骤的叙述，小组分工是否明确，作品展示是否清楚，语言规范，言之有物。报告格式报告格式、图标是否规范等翻转课堂