研究生“人工智能”課程教學(xué)改革探索

研究生“人工智能〞課程教學(xué)改革探究研究生人工智能課程教學(xué)改革探究人工智能是研究理解和模擬人類智能及其規(guī)律的一門學(xué)科，中心任務(wù)是通過編程賦予計(jì)算機(jī)局部的人類智能，從而使其可替代人類完成某些煩瑣而危險(xiǎn)的工作。自1956年人工智能學(xué)科誕生以來，其研究成果已廣泛應(yīng)用于政治、經(jīng)濟(jì)、文化、教育等諸多領(lǐng)域，并對(duì)社會(huì)開展產(chǎn)生了宏大的影響，[1]因此人工智能逐漸開展成了高等院校信息類專業(yè)廣泛開設(shè)的一門核心課程。作為一門課程，其具有如下一些特點(diǎn)：涉及知識(shí)面廣、研究領(lǐng)域廣泛、內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)。[2]目前，高校人工智能課程普遍分本科和研究生兩個(gè)教學(xué)階段講授，前者注重學(xué)生對(duì)根本概念、根底知識(shí)的掌握，并使其能應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)展簡單的開發(fā)理論，而后者更加注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)才能、創(chuàng)新才能以及科研才能的培養(yǎng)，因此二者的教學(xué)與培養(yǎng)目的是不同的。[3]本文針對(duì)人工智能課程自身特點(diǎn)和研究生培養(yǎng)目的，并結(jié)合筆者多年來的教學(xué)經(jīng)歷，分別從課程內(nèi)容設(shè)定、教材選擇、教學(xué)方法、考核方式等多個(gè)方面對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)展了探究與研究。一、人工智能課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)人工智能課程的突出特點(diǎn)是研究領(lǐng)域過于廣泛，而學(xué)時(shí)數(shù)卻較短〔據(jù)筆者理解，各高校相關(guān)研究生專業(yè)開設(shè)該課程的時(shí)數(shù)為32～48學(xué)時(shí)不等〕，因此在講授該課程時(shí)，追求授課內(nèi)容大而全是不實(shí)在際的，有必要精選教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)學(xué)到最有用的知識(shí)。鑒于大局部學(xué)生在本科階段已簡單學(xué)習(xí)過該課程，因此可適當(dāng)減少根本概念和根底知識(shí)的授課時(shí)數(shù)，如知識(shí)表示、知識(shí)推理及搜索技術(shù)等，這局部知識(shí)點(diǎn)只需安排共6～8學(xué)時(shí)即可。而對(duì)于一些相對(duì)陳舊的知識(shí)，如專家系統(tǒng)〔該技術(shù)興起于20世紀(jì)八九十年代，目前相關(guān)研究已很少見〕，可在對(duì)其他知識(shí)進(jìn)展講授時(shí)，做簡單介紹，沒有必要占用獨(dú)立的授課時(shí)數(shù)。課程的重點(diǎn)應(yīng)放在新興且實(shí)用的人工智能技術(shù)上，如計(jì)算智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、形式識(shí)別、數(shù)據(jù)挖掘、多Agent系統(tǒng)以及自然語言處理等方面。上述知識(shí)的特點(diǎn)在于內(nèi)容更新快且抽象，與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)絡(luò)嚴(yán)密，極有可能成為學(xué)生在將來整個(gè)研究生階段的研究方向，因此有必要在這些知識(shí)點(diǎn)上投入更多的精力，有助于學(xué)生理解并掌握學(xué)術(shù)的主流開展趨勢，從而可以更好地培養(yǎng)自身的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新才能。當(dāng)然，授課老師在實(shí)際授課過程中也應(yīng)根據(jù)學(xué)科的研究進(jìn)展，學(xué)生的根底﹑研究方向與興趣等特點(diǎn)隨時(shí)對(duì)教學(xué)內(nèi)容作出調(diào)整，真正做到理論聯(lián)絡(luò)實(shí)際、與時(shí)俱進(jìn)。二、精選人工智能課程教材在教材選擇上，筆者分析比擬了目前已公開出版的數(shù)十本人工智能教材，并結(jié)合我校研究生的特點(diǎn)，選定了由清華大學(xué)出版社出版﹑蔡自興和徐光祐編著的?人工智能及其應(yīng)用?〔第4版〕作為教材，該教材在前一版的根底上做出了較大的改良與擴(kuò)展，增加了本體論、蟻群算法、粒子群算法、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、詞法分析以及途徑規(guī)劃等很多新內(nèi)容，具有知識(shí)覆蓋面廣、講解深化淺出，實(shí)用性、可讀性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該教材也是普論文聯(lián)盟通高校十一五國家級(jí)規(guī)劃教材，輔有國家級(jí)精品課程建立網(wǎng)站，是一部經(jīng)典的人工智能教材。與此同時(shí)，筆者還為學(xué)生推薦了多本經(jīng)典的參考書，如清華大學(xué)出版社由拉塞爾等編著的?人工智能?一種現(xiàn)代方法?〔第3版〕、科學(xué)出版社由史忠植編著的?高級(jí)人工智能?等，并圍繞各研究專題精心挑選了數(shù)篇經(jīng)典和最新的文獻(xiàn)，力求反映各相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀﹑開展趨勢以及存在的問題等，以供學(xué)生參考。三﹑教學(xué)方法的改革相比于本科生，研究生通常具有更強(qiáng)的理論基儲(chǔ)承受才能和求知欲，因此在教學(xué)過程中應(yīng)防止傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)方法，要充分突出學(xué)生的主體地位，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及自主學(xué)習(xí)的才能。為此，筆者結(jié)合該課程的特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)方法進(jìn)展了如下探究。1.多樣化的教學(xué)手段人工智能課程的突出特點(diǎn)是涉及知識(shí)面廣、理論性與應(yīng)用性強(qiáng)、內(nèi)容抽象且學(xué)時(shí)數(shù)短，因此有必要充分發(fā)揮現(xiàn)代教學(xué)手段的作用，進(jìn)步教學(xué)效率。為此，筆者精心設(shè)計(jì)了整套多媒體教學(xué)課件，將較難的知識(shí)點(diǎn)以動(dòng)畫的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，如基于問題歸約法的漢諾塔問題求解過程、基于蟻群算法的旅行商問題求解過程等，均可以這種形式呈現(xiàn)。課堂教學(xué)中以課件為主，輔以少量的板書，充分利用了多媒體信息量大、直觀性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，改善了教學(xué)效果。除此以外，筆者也搜集了大量的視頻資料，如行人檢測與計(jì)數(shù)視頻、機(jī)器人地震現(xiàn)場搜救視頻等，當(dāng)講解相關(guān)專題時(shí)，作為應(yīng)用實(shí)例為學(xué)生播放，充分吸引了學(xué)生的注意力，提升了他們的學(xué)習(xí)興趣。2.啟發(fā)式的課堂教學(xué)孔子曰：不憤不啟，不悱不發(fā)。啟發(fā)一詞由此得來，這短短八字也闡釋了啟發(fā)式教學(xué)的思想。所謂啟發(fā)式教學(xué)，即強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立考慮才能，這也正是研究生教育中最需要的一種才能培養(yǎng)形式。詳細(xì)到課堂教學(xué)，啟發(fā)式教學(xué)即是指老師對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)并不講透，而是采取提出問題的方式讓學(xué)生獨(dú)立進(jìn)展考慮，使其從科研人員的角度去研究問題的解決方法，培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新才能。應(yīng)用于啟發(fā)式教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)精挑細(xì)選，既不宜過簡，也不宜過難。如問題過于簡單，不易于學(xué)生深化考慮，而問題過難那么會(huì)導(dǎo)致學(xué)生有挫敗感，會(huì)對(duì)課程產(chǎn)生抵觸的畏懼情緒。以人工智能課程為例，可在講授Hpfield網(wǎng)絡(luò)時(shí)讓學(xué)生考慮人腦是如何記憶一個(gè)事件序列的，在講授形式識(shí)別時(shí)讓學(xué)生考慮從簡單的人臉圖像中可以觀察到多少種不同的形式等。3.互助式的研討教學(xué)人工智能是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，故不能因?yàn)橹匾暲碚摻虒W(xué)，而忽略了對(duì)學(xué)生理論才能的培養(yǎng)。然而，目前國內(nèi)大局部高校為該課程所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)均偏少，導(dǎo)致了理論與理論的脫節(jié)。[4]為解決該問題，可令學(xué)生在開課初期根據(jù)各自導(dǎo)師的研究方向或自己的興趣愛好，選擇一個(gè)應(yīng)用性較強(qiáng)的課題進(jìn)展研究，并充分利用課余時(shí)間查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，編寫代碼，獨(dú)立完成該課題的研究工作。在授課過程中，老師可適當(dāng)安排一些學(xué)時(shí)讓學(xué)生報(bào)告各自的研究進(jìn)展，并提出目前所遇到的困難，充分發(fā)揮集體的作用，群策群力，討論解決的方法。在這一過程中，每名學(xué)生都將經(jīng)歷多場頭腦風(fēng)暴，從而將所學(xué)知識(shí)活學(xué)活用，融會(huì)貫穿，并有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的科研協(xié)作意識(shí)。4.前瞻性的講座教學(xué)目前，國內(nèi)很多高校都會(huì)定期邀請(qǐng)專家學(xué)者來校進(jìn)展講學(xué)，而講學(xué)的內(nèi)容往往可以充分反映某一研究領(lǐng)域的最新開展動(dòng)態(tài)。老師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生多去聽取相關(guān)講座，并盡可能多地與專家進(jìn)展面對(duì)面的交流，使學(xué)生在理解某一領(lǐng)域最新研究成果的同時(shí)，最大程度地?cái)U(kuò)展自己的知識(shí)面。如講座內(nèi)容與人工智能課程相關(guān)，還可在上課時(shí)組織學(xué)生進(jìn)展研討，談?wù)劯髯缘男牡皿w會(huì)。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是充分發(fā)揮了外援的作用，使學(xué)生可以接觸科學(xué)前沿，樹立正確的科研觀與價(jià)值觀，并進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。以上所提到的幾種教學(xué)手段與教學(xué)方法在實(shí)際教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)詳細(xì)情況靈敏地結(jié)合使用。近幾年的教學(xué)理論中已經(jīng)表達(dá)出了明顯的優(yōu)勢，使該課程的教學(xué)質(zhì)量有了顯著進(jìn)步。四﹑課程考核方式的改革考核方式采用課題綜述﹑課題研究論文與論文辯論三局部組成，全面考察學(xué)生的文獻(xiàn)閱讀與總結(jié)才能﹑學(xué)術(shù)研究才能﹑理論聯(lián)絡(luò)實(shí)際才能以及口語表述才能，其中課題綜述占30％，課題研究論文占40％，論文辯論占30％。以上三個(gè)考察環(huán)節(jié)均圍繞學(xué)生所選課題進(jìn)展展開。課題綜述以選題是否新穎﹑論文構(gòu)造是否合理﹑參考文獻(xiàn)是否具有代表性﹑對(duì)領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)存問題歸納是否完善以及論文撰寫是否標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)為評(píng)價(jià)根據(jù)；課題研究論文除考察上述指標(biāo)外，重點(diǎn)評(píng)估論文的原始創(chuàng)新性﹑科學(xué)表述的嚴(yán)謹(jǐn)性﹑實(shí)驗(yàn)的完善性以及分析的透徹性；論文辯論仿照研究生畢業(yè)論文辯論的形式，要求學(xué)生制作幻燈片，對(duì)論文所做工作進(jìn)展闡述，并對(duì)老師和其他同學(xué)的提問作出相應(yīng)解答，根據(jù)其綜合表現(xiàn)進(jìn)展打分。這種考核方式可充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，促使其養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)的好習(xí)慣，可以帶著問題上課，真正做到有的放矢，從而有效改善教學(xué)效果。同時(shí)，在這一系列考核過程中，學(xué)生的學(xué)術(shù)素養(yǎng)與創(chuàng)新才能亦可得到極大鍛煉，