《人工智能技術(shù)》課程教學(xué)大綱（智能制造工程專業(yè)）

《人工智能技術(shù)》課程教學(xué)大綱一、課程簡介課程中文名人工智能技術(shù)課程英文名ArtificialIntelligenceTechnology雙語授課□是R否課程代碼24112076課程學(xué)分2.5總學(xué)時數(shù)40課程類別□通識教育課程□公共基礎(chǔ)課程R專業(yè)教育課程□綜合實(shí)踐課程□教師教育課程課程性質(zhì)R必修□選修□其他課程形態(tài)□線上R線下□線上線下混合式□社會實(shí)踐□虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)考核方式R閉卷□開卷R課程論文□課程作品□匯報展示R報告R課堂表現(xiàn)□階段性測試R平時作業(yè)□其他（可多選）開課學(xué)院機(jī)器人工程學(xué)院開課系(教研室)機(jī)器人工程系面向?qū)I(yè)智能制造工程機(jī)器人工程開課學(xué)期第5學(xué)期先修課程高等數(shù)學(xué)，計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)，python程序設(shè)計后續(xù)課程人工智能綜合實(shí)驗選用教材1.宋永端.人工智能基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2021.說明：（1）面向新工科的電工電子信息基礎(chǔ)課程系列教材。（2）教育部高等學(xué)校電工電子基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會推薦教材。參考書目1.鄭敦莊、胡承志.TensorFlow+Keras深度學(xué)習(xí)算法原理與編程實(shí)踐.北京：電子工業(yè)出版設(shè)，2020.2.王萬良編著，人工智能導(dǎo)論（第4版），高等教育出版社，2017課程資源無課程簡介《人工智能技術(shù)》是一門面對智能制造工程和機(jī)器人工程的專業(yè)核心課程。課程的總體目標(biāo)是旨在幫助學(xué)生掌握人工智能的基本原理和相關(guān)技術(shù)，拓展知識和技能范圍，為利用人工智能技術(shù)解決智能制造工程和機(jī)器人工程領(lǐng)域中的問題打好基礎(chǔ)，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，增強(qiáng)其不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。二、課程目標(biāo)表1課程目標(biāo)序號具體課程目標(biāo)課程目標(biāo)1使學(xué)生初步了解人工智能涉及的領(lǐng)域、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，使學(xué)生能夠針對機(jī)器人復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)人工智能的相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具。課程目標(biāo)2了解人工智能領(lǐng)域的各個前沿技術(shù)和產(chǎn)業(yè)趨勢研究方向，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣和意識，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)及工程能力，提高學(xué)生借助人工智能解決本專業(yè)復(fù)雜工程問題的能力。課程目標(biāo)3明確人工智能是智能科學(xué)的統(tǒng)一，在智能體、專家系統(tǒng)及搜索、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及深度學(xué)習(xí)、機(jī)器人學(xué)和AI倫理等各個學(xué)科等多學(xué)科背景下，使學(xué)生初步具有既能夠明確個體的承擔(dān)，又能發(fā)揮團(tuán)隊中對應(yīng)的角色，除此之外進(jìn)行勞動價值引導(dǎo)和人類社會與人工智能倫理教育。表2-1機(jī)器人工程課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計針對機(jī)器人工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計機(jī)器人硬件部件、軟件系統(tǒng)及智能算法或機(jī)器人系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。【H】指標(biāo)點(diǎn)3.2：能夠設(shè)計滿足特定需求的機(jī)器人硬件部件、軟件系統(tǒng)及智能算法或機(jī)器人系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程。課程目標(biāo)1畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具：能夠針對機(jī)器人工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對機(jī)器人工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性?！綧】指標(biāo)點(diǎn)5.3：能夠使用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具預(yù)測與模擬復(fù)雜機(jī)器人工程問題，并能夠理解其局限性。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3表2-2智能制造工程課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計針對智能制造領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的軟硬件系統(tǒng)、單元或智能制造工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素?！綡】指標(biāo)點(diǎn)3.2：能夠設(shè)計滿足特定需求的智能制造軟硬件系統(tǒng)或工藝流程。課程目標(biāo)1畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具：能夠針對復(fù)雜智能制造工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。【M】指標(biāo)點(diǎn)5.3：能夠針對具體的智能制造工程問題，通過組合、選配、改進(jìn)、二次開發(fā)等方式創(chuàng)造性地使用現(xiàn)代工具進(jìn)行模擬和預(yù)測，滿足特定需求，并能夠理解其局限性。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3三、課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法（一）理論學(xué)習(xí)內(nèi)容及要求表3課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法對應(yīng)關(guān)系序號課程模塊學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)任務(wù)課程目標(biāo)學(xué)習(xí)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)方法學(xué)時1人工智能概述1、人工智能的概念、學(xué)科與發(fā)展、研究及應(yīng)用領(lǐng)域。1.拓展閱讀：閱讀參考讀物2.線上學(xué)習(xí)：觀看相關(guān)網(wǎng)上資源課堂3.個人作業(yè)：AI應(yīng)用趨勢綜述課程目標(biāo)1重點(diǎn)：1.人工智能的基本概念，主要研究領(lǐng)域及其前沿技術(shù)。2.理解人工智能概念，三個主流學(xué)派及其內(nèi)涵。3.人工智能的學(xué)習(xí)方法講授法：通過介紹實(shí)際應(yīng)用案例，初步了解人工智能的基本理論與方法，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用人工智能方法、技能解決本專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的認(rèn)識和能力。22、人工智能的研究途徑與方法。課程目標(biāo)13、人工智能的基本技術(shù)，以及現(xiàn)階段的前沿技術(shù)。課程目標(biāo)12神經(jīng)元、腦與認(rèn)知&智能體1、腦與認(rèn)知1.拓展閱讀：閱讀參考讀物2.線上學(xué)習(xí)：觀看相關(guān)網(wǎng)上資源課堂課程目標(biāo)1重點(diǎn)：1.神經(jīng)元的模型，數(shù)學(xué)建模過程2.腦與認(rèn)知3.智能體的定義及認(rèn)識1.講授法：對腦與認(rèn)知有清晰的認(rèn)識，掌握前沿的人機(jī)交互的發(fā)展方向。2.專題研討：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用人工智能方法、技能解決本專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶋H問題的認(rèn)識和能力。22、神經(jīng)元、智能體課程目標(biāo)33基于規(guī)則的專家系統(tǒng)1.狀態(tài)空間1.拓展閱讀：閱讀參考讀物2.線上學(xué)習(xí)：觀看相關(guān)網(wǎng)上資源課堂3.個人作業(yè)：專家系統(tǒng)案例課程目標(biāo)1重點(diǎn)：1.目標(biāo)樹與基于規(guī)則的專家系統(tǒng)2.基于目標(biāo)樹的積分問題任務(wù)分解3.基于目標(biāo)樹的抓物問題/移箱子問題4.后向鏈/演繹系統(tǒng)1.講授法：掌握基于目標(biāo)樹的積分問題任務(wù)分解、基于目標(biāo)樹的抓物問題/移箱子問題、梵塔問題、后向鏈/演繹系統(tǒng)2.專題研討：能夠促進(jìn)學(xué)生案例對方法的應(yīng)用-掌握基于規(guī)則的專家系統(tǒng)案例-動物識別62.問題規(guī)約課程目標(biāo)13.目標(biāo)樹和基于規(guī)則的專家系統(tǒng)課程目標(biāo)24搜索和問題求解1、搜索的基本概念1.拓展閱讀：閱讀參考讀物2.線上學(xué)習(xí)：觀看相關(guān)網(wǎng)上資源課堂3.個人作業(yè)：搜索的程序運(yùn)行課程目標(biāo)1重點(diǎn)：狀態(tài)圖搜索的基本概念；理解盲目搜索、啟發(fā)式搜索的原理；啟發(fā)式搜索與其它搜索方法的關(guān)系。狀態(tài)圖搜索中Open表和Closed表的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)；1.講授法：通過井字棋游戲?qū)嵗?，將搜索策略、博弈樹及剪枝方法進(jìn)行融合。62、狀態(tài)空間的盲目搜索與啟發(fā)式搜索課程目標(biāo)23、與/或圖的盲目搜索與啟發(fā)式搜索課程目標(biāo)24、博弈樹的啟發(fā)式搜索課程目標(biāo)25、極大極小算法、α-β剪枝算法課程目標(biāo)25機(jī)器學(xué)習(xí)-支持向量機(jī)1、支持向量機(jī)的基本概念定義1.拓展閱讀：閱讀參考讀物2.線上學(xué)習(xí)：觀看相關(guān)網(wǎng)上資源課堂3.個人作業(yè)：完成程序編寫任務(wù)課程目標(biāo)1重點(diǎn)1支持向量機(jī)的定義，線性可分和線性不可分的定義和區(qū)分；線性回歸定義。2凸優(yōu)化定義，凸函數(shù)定義，以及判斷問題是否為凸優(yōu)化問題的方法。3核函數(shù)定義、作用、用法。4對偶問題的定義，以及原函數(shù)和其對偶問題的相互轉(zhuǎn)化。5兵王問題的描述、建模、程序設(shè)計過程。1.講授法：培養(yǎng)學(xué)生掌握支持向量機(jī)算法的過程，以及訓(xùn)練學(xué)生如何在現(xiàn)實(shí)問題中應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法的能力。62、線性模型及凸優(yōu)化問題的方法。課程目標(biāo)23、svm解決非線性問題。課程目標(biāo)24、svm對偶問題課程目標(biāo)25、兵王問題課程目標(biāo)36學(xué)習(xí)-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述1.拓展閱讀：閱讀參考讀物2.線上學(xué)習(xí)：觀看相關(guān)網(wǎng)上資源課堂3.個人作業(yè)：完成程序編寫任務(wù)課程目標(biāo)1重點(diǎn)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型定義、輸入和輸出對應(yīng)關(guān)系以及向量表示模式。感知器算法定義，在感知算法中尋找W和b兩個參數(shù)的方法、感知器算法中的收斂定理和意義。欠擬合與過擬合定義，以及在算法中如果避免此問題的方法。多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)定義和構(gòu)建方法。梯度下降算法定義和數(shù)學(xué)描述。后向傳播算法的定義、構(gòu)建、表達(dá)、求導(dǎo)法則、應(yīng)用。1.講授法：促使學(xué)生對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理解，以及根據(jù)實(shí)際問題建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的能力。62、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其學(xué)習(xí)機(jī)理課程目標(biāo)23、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識表示與推理課程目標(biāo)24、感知器模型課程目標(biāo)25、誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)課程目標(biāo)27深度學(xué)習(xí)1、深度學(xué)習(xí)的概念1.拓展閱讀：閱讀參考讀物2.線上學(xué)習(xí)：觀看相關(guān)網(wǎng)上資源課堂3.個人作業(yè)：完成程序編寫任務(wù)課程目標(biāo)1重點(diǎn)：自編碼器定義、分層初始化的思想、利用自編碼器進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)初始化的過程。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定義，當(dāng)前流行的模型講解。深度學(xué)習(xí)編程工具的下載、安裝、使用。圖像分類識別的定義。循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定義，如何使用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決實(shí)際問題。生成對抗網(wǎng)絡(luò)的定義、生成器和判別器區(qū)分、生成對抗網(wǎng)絡(luò)算法的具體優(yōu)化、訓(xùn)練、應(yīng)用過程。1.講授法：掌握自編碼器、深度學(xué)習(xí)編程工具、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像分類識別，加深對循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和生成對抗網(wǎng)絡(luò)的理解。2.專題研討：使學(xué)生掌握卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理解和解決實(shí)際問題的能力。82、自編碼器課程目標(biāo)23、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程目標(biāo)34、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課程目標(biāo)35、生成對抗網(wǎng)絡(luò)課程目標(biāo)38AI的倫理及發(fā)展趨勢1、人工智能倫理1.拓展閱讀：閱讀參考讀物2.線上學(xué)習(xí)：觀看相關(guān)網(wǎng)上資源課堂課程目標(biāo)3重點(diǎn)：人工智能所引發(fā)的一般性倫理與社會問題。人工智能的發(fā)展趨勢以及和社會的生產(chǎn)關(guān)系。1.專題研討：推動學(xué)生對人工智能倫理與社會問題的認(rèn)識，掌握人工智能的發(fā)展脈絡(luò)。42、人工智能的發(fā)展趨勢課程目標(biāo)3四、課程考核（一）考核內(nèi)容與考核方式（考核內(nèi)容含實(shí)驗要反映主要的課程目標(biāo)；考核方式要適合課程性質(zhì)，如：課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、階段性測試、調(diào)研報告、課程大論文、閉卷考試、開卷考試等。）表4-1課程目標(biāo)、考核內(nèi)容與考核方式對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)考核內(nèi)容所屬學(xué)習(xí)模塊/項目考核占比考核方式課程目標(biāo)11.人工智能的發(fā)展歷程；人工智能概述40%課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、調(diào)研報告、課程論文、開卷考試2.“弱”人工智能和“強(qiáng)”人工智能；人工智能概述3.人工智能的發(fā)展趨勢；人工智能概述4.智能體與神經(jīng)元腦與認(rèn)知；腦與認(rèn)知&智能體5.基于規(guī)則的專家系統(tǒng)；專家系統(tǒng)6.深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；深度學(xué)習(xí)7.支持向量機(jī)；機(jī)器學(xué)習(xí)8.最優(yōu)搜索方法；博弈理論9.機(jī)械運(yùn)動建模、控制；機(jī)器人學(xué)10.物理模型建立及模式識別。機(jī)器學(xué)習(xí)課程目標(biāo)21.物理穩(wěn)定性與關(guān)系的推理；認(rèn)知推理40%課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、調(diào)研報告、課程論文、開卷考試2.A*算法；最優(yōu)搜索3.支持向量機(jī)；機(jī)器學(xué)習(xí)4.機(jī)器人設(shè)計、運(yùn)動規(guī)劃；機(jī)器人學(xué)5.CNN\RNN；機(jī)器學(xué)習(xí)課程目標(biāo)3AI倫理及發(fā)展趨勢；倫理及未來20%課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、調(diào)研報告、課程論文、開卷考試機(jī)器人與社會融合；博弈理論機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃，逆向問題；機(jī)器人學(xué)系統(tǒng)性能分析及機(jī)器學(xué)習(xí)。機(jī)器學(xué)習(xí)評分依據(jù)：如果課程論文或作品設(shè)計是課程考核的唯一方式，必須明確課程論文或作品設(shè)計的內(nèi)容與課程目標(biāo)的達(dá)成度，寫明評分依據(jù)。表4-2課程目標(biāo)與考核方式矩陣關(guān)系課程目標(biāo)考核方式考核占比期末考試成績比例40%調(diào)研報告成績比例10%課程論文成績比例20%平時作業(yè)成績比例20%課堂參與成績比例10%課程目標(biāo)140%40%40%40%40%40%課程目標(biāo)240%40%40%40%40%40%課程目標(biāo)320%20%20%20%20%20%備注：以上考核方式類型及占比均為示例，需確保每一列占比總和為100%。（二）成績評定1.平時成績評定（1）課堂表現(xiàn)（10%）：通過學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)情況、發(fā)言與提問情況，來評價學(xué)生相關(guān)的能力。（2）作業(yè)完成情況（20%）：圍繞課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行作業(yè)的設(shè)計。如讓學(xué)生簡述對知識的認(rèn)識，考核學(xué)生對于概念的理解情況，幫助學(xué)生將定義轉(zhuǎn)化為自己的理解。2.期末成績評定期末考試成績（40%）：占總分40分。主要考核所學(xué)6個課程模塊的基本概念、基本常識、基本要求、基本方法等機(jī)械工程的基礎(chǔ)知識，為后續(xù)課程奠定概念性基礎(chǔ)。建議采用100分制試卷，開卷測試。3.報告成績報告成績由課程論文和調(diào)研報告兩部分成績組成。（1）課程論文（20%）：學(xué)生收集資料能力，研究設(shè)計能力，解決實(shí)際問題能力和合作研究能力；（2）調(diào)研報告（10%）：如通過課堂教案設(shè)計、課堂片段展示與匯報，訓(xùn)練學(xué)生的課堂實(shí)踐能力，使學(xué)生真正明確教學(xué)技能在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用，形成自己適合的教學(xué)風(fēng)格。4.總成績評定總成績應(yīng)由平時考核成績和期末考核成績構(gòu)成，其構(gòu)成比例應(yīng)科學(xué)合理。書寫格式：總成績（100%）=平時成績（30%）+期末成績（40%）+報告成績（30%）（三）評分標(biāo)準(zhǔn)針對課程考核方式中的所有項目，均需制定相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)，明確具體評分細(xì)則。其中試卷考核項目以試卷參考答案及評分細(xì)則為準(zhǔn)，非試卷考核項目可參照以下示例制定。表7評分標(biāo)準(zhǔn)（非試卷考核項目）考核項目評分標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)課程論文調(diào)研報告1）論文選題符合課程性質(zhì)，選題范圍適中，具有較高的研究價值和意義，表現(xiàn)出很強(qiáng)的問題意識。（2）論證過程嚴(yán)謹(jǐn)，所使用的證據(jù)或材料充分，結(jié)論清晰，具有相當(dāng)?shù)恼f服力和解釋力。（3）文章結(jié)構(gòu)合理，組織嚴(yán)密，連貫一致。（4）語言表達(dá)準(zhǔn)確，敘述清楚，所使用的教育專業(yè)術(shù)語規(guī)范。（5）論文符合學(xué)術(shù)規(guī)范。1）論文選題恰當(dāng)合理，具有較高的研究價值和意義，表現(xiàn)出較強(qiáng)的問題意識。（2）論證過程較為嚴(yán)謹(jǐn)，所使用的證據(jù)或材料較為充分，結(jié)論清