人工智能課程“多層次循序漸進(jìn)式多維度”教學(xué)改革研究

1、人工智能課程“多層次循序漸進(jìn)式多維度” 教學(xué)改 革研究【基金項(xiàng)目】本文受曲阜師范大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目( jg16050 ) 和精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目( jp201714 )資助。1. 前言 應(yīng)用型高校在培養(yǎng)創(chuàng)新能力人才方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。而人工智能是一門以知識為基石進(jìn)行智能化研究的綜合性學(xué)科， 代表著當(dāng)今智能化的發(fā)展方向， 已成為滿足知識、 能力和素質(zhì)協(xié) 調(diào)發(fā)展的重要課程。近年來，許多老師在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、 教學(xué)手段等方面進(jìn)行了一些有益的研究。 例如，王甲海教授等開 展了研究型教學(xué)、研究型學(xué)習(xí)，提高大學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能 力和創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐 1 ；蔡自興教授等從教材內(nèi)容、教 學(xué)手段和隊(duì)伍建設(shè)

2、等方面闡述了樹立精品意識， 建設(shè)了“人工智 能”國家級的精品課程 2 。目前，人工智能課程的教學(xué)存在如下五個(gè)問題：第一，在第 一課堂，注重講授理論知識，實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足，這不利于培養(yǎng)學(xué)生 的實(shí)踐創(chuàng)新； 第二， 教師的教育觀念和教育思想滯后于社會(huì)經(jīng)濟(jì) 與技術(shù)快速發(fā)展；第三，人工智能是交叉學(xué)科，內(nèi)容繁雜，造成 學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)抓不住重點(diǎn)； 第四， 人工智能是一門發(fā)展迅速的前沿 學(xué)科，但只被視為一門專業(yè)課， 課程講授沒有把傳授課本知識和 引導(dǎo)啟發(fā)創(chuàng)新結(jié)合起來；第五，沒有有效開展學(xué)生的“第二課 堂”實(shí)踐活動(dòng)， 還沒有將學(xué)生的“第二課堂”實(shí)踐活動(dòng)納入本科 教學(xué)人才培養(yǎng)方案中。如何從應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，協(xié)

3、調(diào)好“人工智 能”與各交叉學(xué)科課程之間的相互聯(lián)系，整合、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容， 改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段， 構(gòu)建完善的理論和實(shí)踐教學(xué)體系， 結(jié) 合學(xué)生的特點(diǎn)， 利用有限的教學(xué)課時(shí)， 讓學(xué)生接觸到最新的理論、 技術(shù)和方法， 積極有效地開展“第二課堂”， 培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能 力、動(dòng)手能力與自主創(chuàng)新能力， 培養(yǎng)具有優(yōu)秀的應(yīng)用創(chuàng)新型人才， 這是目前“人工智能”課程教學(xué)改革的重要內(nèi)容與亟待解決的 問題。2. 全過程綜合改革策略2.1 改革方案總體設(shè)計(jì)充分利用現(xiàn)代通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建設(shè)智能信息課程教學(xué)網(wǎng) 站，努力實(shí)現(xiàn)“課前一課堂一課后”的空間一體化溝通交流平 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“學(xué)生帶問題進(jìn)課堂，在課堂得到解答，在實(shí)驗(yàn)課實(shí)現(xiàn) 學(xué)

4、以致用的實(shí)踐鍛煉”的三步走的多維教學(xué)模式； 在創(chuàng)新教學(xué)觀 指導(dǎo)下，教師綜合使用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)法、任務(wù)驅(qū) ？臃。舴澆萄 X d榫敖萄X a ?案例教學(xué)法和探究式教學(xué)法等，充分利用現(xiàn)代 多媒體技術(shù)，提供給學(xué)生大量豐富的信息，創(chuàng)建多維教學(xué)環(huán)境。2.2 教學(xué)內(nèi)容的精選和優(yōu)化，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體系建 設(shè)在選擇和確定教學(xué)內(nèi)容時(shí)， 應(yīng)兼顧基礎(chǔ)知識和新興技術(shù)， 注 意與相關(guān)課程（如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)） 的鏈接，密切理論 與實(shí)際的關(guān)系， 通過課堂講授和課外訓(xùn)練， 注意學(xué)生能力培養(yǎng)， 提高他們的學(xué)習(xí)效果和整體素質(zhì)。 主要原則是圍繞如下兩方面進(jìn) 行：（ 1）以搜索技術(shù)為主線，圍繞知識表示和推理兩項(xiàng)根本任 務(wù)，按照學(xué)

5、科知識的體系結(jié)構(gòu)重點(diǎn)講解所涉及的基本概念、 原理、 方法和重要算法；（ 2）針對學(xué)科的新發(fā)展、新熱點(diǎn)，結(jié)合自己 科研工作的研究和體會(huì)， 在教學(xué)內(nèi)容中增加群智能計(jì)算、 Web 智 能等自己熟悉的熱點(diǎn)專題， 將一些新理論、 新方法及時(shí)融入到課 程教學(xué)中， 這樣既可豐富課程的教學(xué)內(nèi)容， 又能拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí) 視野。2.3 借助現(xiàn)代新的教學(xué)理念，融合多種教學(xué)方法，探索多維 教學(xué)模式樹立以學(xué)生為本的教學(xué)理念， 在課堂教學(xué)中發(fā)揮教師的主導(dǎo) 作用，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生的中心和主體地位。因此，人工智能的教學(xué) 方法必須采取多元化教學(xué)模式， 即要將啟發(fā)式、 參與式、討論式、 問題式、 案例式等多種教學(xué)方法融合在課程教學(xué)活動(dòng)

6、中。 提出多 視角下的多維教學(xué)模式。 需要考慮如下因素： 學(xué)生的綜合能力是 影響教學(xué)質(zhì)量的重要因素， 構(gòu)建學(xué)生模型； 影響教學(xué)實(shí)施的幾個(gè) 核心要素教學(xué)互助、 資源共享問題、 語言運(yùn)用問題以及教學(xué) 課程與其他課程的知識銜接問題； 調(diào)控課程教與學(xué)的導(dǎo)向質(zhì) 量評價(jià)問題。2.4 借助現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)行多樣化教學(xué)手段的探索和研究人工智能教學(xué)需要通過智能化、 情景化、 形象化等多種教學(xué) 手段的研究和合理應(yīng)用， 才能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積 極性，保證課堂教學(xué)效果，提高課程教學(xué)質(zhì)量。2.5 研究理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)系，進(jìn)行實(shí)踐設(shè)計(jì)和創(chuàng)新 模式的探索獨(dú)立開展人工智能實(shí)驗(yàn)課程， 開發(fā)一批新型、 富

7、有創(chuàng)意的實(shí) 驗(yàn)案例庫，搭建一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)平臺(tái)。例如，模擬 退火算法（SA）實(shí)驗(yàn)不僅涉及到參數(shù)確定、溫度的下降方法、算 法終止準(zhǔn)則和收斂性問題，而且還涉及到程序設(shè)計(jì)、算法分析、 概率統(tǒng)計(jì)以及偏導(dǎo)數(shù)等跨學(xué)科的知識， 因此知識面跨度大。 由于 涉及到的知識比較多， 注重了基礎(chǔ)性與前沿性相結(jié)合， 理論和應(yīng) 用相結(jié)合， 因此綜合性強(qiáng)。 該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是人工智能教學(xué)團(tuán)隊(duì)研究 性教學(xué)思想的重要體現(xiàn)， 也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、 實(shí)踐能力 和創(chuàng)新能力的重要途徑。2.6 鼓勵(lì)學(xué)生積極開展“第二課堂”，建立全過程多維度評 價(jià)體系鼓勵(lì)學(xué)生積極參加人工智能相關(guān)的學(xué)科競賽、 參與人工智能 相關(guān)的科研課題、 考取人工智能相關(guān)的各種證書、 申報(bào)人工智能 相關(guān)的創(chuàng)業(yè)實(shí)踐課題等。在評價(jià)時(shí)，給予相應(yīng)的分值。3. 總結(jié) 本文探討了人工智能課程“教學(xué)用評”全過程的螺旋式教學(xué)改革策略，體現(xiàn)在課堂的理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué),專業(yè)能力拓展的“第二課堂”以及教學(xué)評