《人工智能技術(shù)》教學與實踐

張永梅　馬禮　吳攀

摘要：人工智能技術(shù)是計算機科學中一個重要的分支。結(jié)合人工智能技術(shù)課程教學實踐，該文探索了《人工智能技術(shù)》課程的教學與實踐，給出了目前存在的問題，選取教材和實驗教學內(nèi)容，改革教學方法和手段，以及學生學好該課程的建議。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù)；教學方法；編程能力

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）16-3865-02

1 概述

2008年11月16日，中國科協(xié)成立50周年新聞發(fā)布會在北京召開。在新聞發(fā)布會上，“五個10”系列評選活動，即10位傳播科技的優(yōu)秀人物、10部公眾喜愛的科普作品、10個公眾關(guān)注的科技問題、10個影響中國的科技事件、10項引領未來的科學技術(shù)評選結(jié)果揭曉。10項引領未來的科學技術(shù)是：基因修飾技術(shù)；未來家庭機器人；新型電池；人工智能技術(shù)；超高速交通工具；干細胞技術(shù)；光電信息技術(shù)；可服用診療芯片；感冒疫苗；無線能量傳輸技術(shù)。

人工智能技術(shù)學科是計算機科學中涉及研究、設計和應用智能機器的一個分支。指人類的各種腦力勞動或智能行為，諸如判斷、推理、證明、判別、感知、理解、通信、設計、思考、規(guī)劃、學習和問題求解等思維活動，可以用某種智能化的機器來予以人工實現(xiàn)[1]。

通過《人工智能技術(shù)》課程的學習，使學生對人工智能技術(shù)的發(fā)展概況、基本原理和應用領域有深入了解、對主要技術(shù)及應用有一定掌握，并對現(xiàn)代人工智能技術(shù)發(fā)展的方向有所研究。通過人工智能技術(shù)課程的學習與研究，啟發(fā)學生對人工智能技術(shù)的興趣，培養(yǎng)知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力，并能將人工智能技術(shù)融入到今后所開發(fā)的計算機軟件之中。

《人工智能技術(shù)》是一門眾多學科交叉的新興課程，其涵蓋范圍廣，涉及知識點多，知識更新快，內(nèi)容抽象，不容易理解，理論性強，而且需要較好的數(shù)學基礎和較強的邏輯思維能力，這給該課程的講授帶來了一定困難。《人工智能技術(shù)》也是一門應用型學科，怎樣將理論運用到實踐中，使學生將學到的人工智能技術(shù)知識和思想運用到自己的實際課題，這也是該課程需要解決的問題之一。

因此，對《人工智能技術(shù)》課程教學來說，我們要了解課程的最新信息，把握課程的特點，幫助學生找到好的學習方法，使他們能充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新思維能力，提高學習興趣，該文給出了《人工智能技術(shù)》課程的教學與實踐的探索。

2 教學與實踐的探索

2.1 教材和實驗教學內(nèi)容的選取

1） 人工智能技術(shù)是整個計算機科學領域發(fā)展最快，知識更新最快，最前沿的學科之一。在教材選用方面，我們采用了蔡自興教授等主編，由高等教育出版社出版的《人工智能基礎》這本教材。蔡自興教授的主要研究領域為人工智能、機器人學和智能控制等。這本教材是作者在美國國家工程院院士、普度大學教授傅京孫先生的指導和鼓勵下編寫，借鑒了國內(nèi)外人工智能技術(shù)研究領域?qū)＜业淖钚卵芯砍晒蛯W術(shù)書籍的長處，該書比較全面地介紹了人工智能技術(shù)的基礎知識與技術(shù)，材料新，易于理解，兼顧基礎及應用[2]。

此外，我們還給學生自主學習提供多種類型的學習資料，其中包括參考書目，如：Russel S， Norvig P.等編著的《Artificial Intelligence： A Modern Approach》一書，人工智能技術(shù)國內(nèi)外期刊，如電子學報，計算機學報，人工智能與模式識別，Artificial Intelligence，Journal of Artificial Intelligence Research，Engineering Applications of Artificial Intelligence和International Joint Conference on Artificial Intelligence，AAAI： American Association for AI National Conference等人工智能技術(shù)會議，使學生能夠掌握人工智能技術(shù)的更多前沿動態(tài)，提高學習興趣。

2） 配套的實驗教學內(nèi)容?！度斯ぶ悄芗夹g(shù)》是一門理論性和實踐性都很強的課程，實踐性教學環(huán)節(jié)對該課程尤為重要。除了完成課本上的作業(yè)之外，還注重實驗教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、算法設計能力和編程能力。首先，每個章節(jié)設置相應的實驗，而實驗內(nèi)容經(jīng)過嚴格的考慮，如：五子棋游戲，產(chǎn)生式系統(tǒng)，旅行商問題，傳教士和野人問題，BP神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)簡單的分類，遺傳算法、人工生命程序等，要求學生運用所學章節(jié)的知識，獨立地設計和實現(xiàn)實驗內(nèi)容。實驗報告包括簡述實驗原理及方法，給出程序設計流程圖，源程序清單，實驗結(jié)果及分析等內(nèi)容，通過這種方式，進一步加強學生的信息獲取能力和研究能力。

2.2 教學方法和手段的改革

人工智能技術(shù)課程交叉性強，涉及面廣，傳統(tǒng)的教學方法手段單一，缺少交流，課堂氣氛沉悶，激發(fā)不起學生的學習興趣，教學效果不理想。人工智能技術(shù)這門課程內(nèi)容抽象，如何激發(fā)學生的學習興趣是本課程需要解決的主要問題，也是關(guān)系教學改革成敗的關(guān)鍵。本課程需采用多種方法進行教學，以此來激發(fā)學生的學習興趣。

1） 問題啟發(fā)式教學。《人工智能技術(shù)》這門課程中有很多似是而非、引人入勝的問題，主要是用計算機模擬人類的智能來解決這種問題。在教學中，有目的的提出這些問題，鼓勵學生思考，提出自己的想法和解決方案，并進行分析和比較，這樣強化學生的主動學習意識，提高學習積極性[3]。

2） 個性化學習和因材施教。學生中存在計算機專業(yè)和非計算機專業(yè)本科畢業(yè)的差別，由于他們每個人的基礎不同，有的計算機知識比較匱乏，因此有必要針對每個學生的學習進度，課堂作業(yè)和實驗報告情況進行及時評估，對學生提出個性化的教學。例如：在實驗教學中，要求有能力和興趣的學生可以做探究性和創(chuàng)新性的附加實驗，從而引導學生發(fā)揮個性的空間，而對稍微吃力的學生則要求完成基本的實驗，更注重基礎知識的學習和夯實，這樣就能達到因材施教的目的。同時對不同層次的學生進行分析，進一步提出學習建議，并進行有針對性的指導。endprint

3） 多媒體使用和多學科知識的融合。本課程PPT課件圖文并茂，提綱挈領，便于學生理解。課堂講授、板書與PPT手段相結(jié)合，注重課程中的關(guān)鍵詞用英文表示，并適當指定英文參考書，使學生能夠接觸國外文獻資料，加深對學習內(nèi)容的理解，獲得更寬廣的知識。PPT課件運用了大量多媒體技術(shù)，如動畫、聲音、圖像，通過動畫和視頻演示抽象的概念、算法和過程，使人工智能技術(shù)中抽象的知識形象化，在課件中融入了文學，歷史等其他學科的相關(guān)知識，便于學生較好地理解知識難點和重點[4]。

4） 師生互動和課內(nèi)外答疑。在教學中，改變了傳統(tǒng)的老師講，學生聽的教學模式。針對人工智能技術(shù)的實用性，適當提問，收集學生學習情況，盡量使用實例進行講解。設置了實驗講解互動課程，對于實驗的講解，學生可以提出疑問，然后在課堂上展開討論，學生可以看到問題從提出、分析到解決的整個過程，讓學生自己在討論中總結(jié)結(jié)論。為了解決教學中存在的疑難問題，還設有課后答疑，使學生能將所有的問題都理解透徹。

5） 理論研究與實踐結(jié)合。在教學內(nèi)容的安排上，注重學生的理論研究和動手能力，適當布置一些課程相關(guān)的論文和實驗編程。通過課程論文，可以培養(yǎng)學生鉆研問題的興趣； 通過查閱科技文獻使學生掌握如何查找相關(guān)文獻的技能，可以培養(yǎng)學生撰寫科技論文的能力。通過實驗實踐，使學生可以更加清楚地了解人工智能技術(shù)基本概念和難點，也能了解算法的設計具體運行過程，并對其進行驗證，提高了學生的編程能力和和學習興趣。

6） 考試考核方式改革。本課程的考核考試也是一個值得探討的問題，本課程應采用多種綜合考試方法，注重學生對基礎概念、知識和基本的技能的掌握以及理論聯(lián)系實際的能力。平時作業(yè)考核成績，實驗實踐教學成績、提交課程論文成績，以及最后的期末考試成績形成一種有效的考試考核方法，促進學生主動學習，提高教學質(zhì)量。實驗的評價指標在于算法設計、編程的準確性和實驗結(jié)果及分析。課程論文評價指是選題是否嚴謹科學和具可研究性，論文結(jié)構(gòu)、思路是否嚴謹，論文內(nèi)容科學性、正確性，能否提出自己的見解。考查查閱科技文獻的能力主要通過是否查找到權(quán)威的、最新文獻以及撰寫是否規(guī)范。

2.3 學生學好《人工智能技術(shù)》課程的建議

《人工智能技術(shù)》是一門理論與實踐相結(jié)合的應用課程，學生如何學習這么課程，也是我們應該探討的問題。

學生應該正確看待《人工智能技術(shù)》這門科學的發(fā)展。人工智能技術(shù)孕育于20世紀30、40年代，形成于60、70年代，發(fā)展至今，人工智能技術(shù)只有短短60多年的歷史，它是一門不斷發(fā)展和完善的嶄新學科，還有許多課題處于探索中，理論和技術(shù)還遠未成熟，我們應該對它有科學的認識。

針對非計算機專業(yè)本科畢業(yè)的學生，除了課堂聽講之外，還應該課下自學該課程的先修課程，如：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、離散數(shù)學等課程。人工智能技術(shù)中涉及到大量的數(shù)學知識，如：模式識別需要具有較好的概率論，數(shù)理統(tǒng)計知識，另外還會用到少量隨機過程、模糊數(shù)學的一些知識。人工智能技術(shù)是一門應用課程，編程語言的掌握必不可少，涉及到SVM算法，粒子群算法，免疫算法神經(jīng)網(wǎng)絡，遺傳算法等算法，實現(xiàn)這些算法要求學生具有較強的編程能力。

學生應該多讀，多查閱資料，特別是國外的期刊文獻和重要國際會議論文，多了解人工智能技術(shù)最前沿的信息，理論聯(lián)系實際，加深對基本算法的理解，并將人工智能技術(shù)的知識運用到自己所研究的領域，以做到學以致用。

3 結(jié)論

人工智能技術(shù)在一定程度上代表著信息技術(shù)的前沿，該文對《人工智能技術(shù)》的課程教學進行了一些探討，教學與實踐效果有了顯著提高，但仍然有許多方面還需要我們繼續(xù)探討和改進。

參考文獻：

[1] 蔡自興，徐光佑.人工智能技術(shù)及其應用[M].北京： 清華大學出版社，2003.

[2] 蔡自興，肖曉明，蒙祖強，等.樹立精品意識搞好人工智能技術(shù)課程建設[J].中國大學教學，2004（1）：28-29.

[3] 陳愛斌.《人工智能技術(shù)》課程教學的實踐與探討[J].株洲工學院學報，2006，20（6）：137-139.

[4] 張劍平. 關(guān)于人工智能教育的思考[J].電化教育研究，2003（1）：24-27.endprint