《智能信息處理技術(shù)》課程案例教學(xué)探索

吳迪+生龍+高艷芬

摘要：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，智能信息處理技術(shù)已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)《智能信息處理技術(shù)》課程自身特點(diǎn)和教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，從教學(xué)案例設(shè)計(jì)的基本原則和教學(xué)案例內(nèi)容設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，對(duì)《智能信息處理技術(shù)》課程案例教學(xué)進(jìn)行探討。提出將“沃森醫(yī)生”案例貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，通過(guò)啟發(fā)式討論和算法設(shè)計(jì)的方式自主學(xué)習(xí)課程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：智能信息處理；案例教學(xué)；啟發(fā)式教學(xué)；沃森醫(yī)生

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）32-0114-02

2016年3月，Google旗下的Deep Mind公司研發(fā)的AlphaGo以4∶1的戰(zhàn)績(jī)擊敗了圍棋世界冠軍李世石，使得智能信息處理技術(shù)獲得了前所未有的關(guān)注度。智能信息處理技術(shù)研究人類智能活動(dòng)規(guī)律和模擬人類智能行為的理論、方法，最終實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)控制[1]。

《智能信息處理技術(shù)》是我校計(jì)算機(jī)技術(shù)專業(yè)學(xué)位研究生的一門專業(yè)選修課程，依據(jù)課程理論性強(qiáng)、不易理解等特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式上進(jìn)行改革。

一、《智能信息處理技術(shù)》課程教學(xué)現(xiàn)狀

《智能信息處理技術(shù)》課程具有理論性強(qiáng)、知識(shí)面涵蓋廣和內(nèi)容更新快等特點(diǎn)，使得教學(xué)具有一定難度[2]。如何使學(xué)生更好地掌握智能信息處理技術(shù)和解決實(shí)際問(wèn)題，是該課程設(shè)置的主要目的。

傳統(tǒng)《智能信息處理技術(shù)》課程教學(xué)過(guò)程存在一些亟待解決的問(wèn)題，具體表現(xiàn)在三個(gè)方面。首先，課程內(nèi)容不易理解，邏輯推理較為抽象，案例較少，不能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不理想。然后，課程教學(xué)模式單一，大多采用“教師講課，學(xué)生聽(tīng)課做筆記”的單向傳輸模式，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力不能很好地鍛煉。最后，由于課時(shí)所限，教學(xué)過(guò)程中尚未安排實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使學(xué)生綜合能力得不到充分地開發(fā)。

二、《智能信息處理技術(shù)》課程教學(xué)案例的研究與設(shè)計(jì)

在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合具體案例對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行逐一講解與分析，提高學(xué)生利用智能信息處理技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力[3]。

1.教學(xué)案例設(shè)計(jì)的基本原則。教學(xué)案例的設(shè)計(jì)非常重要，應(yīng)切合當(dāng)前流行的主要技術(shù)，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的興趣。在教學(xué)案例設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循四個(gè)基本原則。首先，案例啟發(fā)性。對(duì)于課程中一些經(jīng)典問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立研究問(wèn)題，找出解決方案。然后教師講解采用智能信息處理方法和原理如何解決。通過(guò)對(duì)比分析，使學(xué)生了解智能信息處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。其次，案例交互性。案例內(nèi)容應(yīng)緊密圍繞智能信息處理技術(shù)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，讓學(xué)生理解課程知識(shí)要點(diǎn)及關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用間的相互結(jié)融合和相互促進(jìn)。再次，案例拓展性。選取的案例應(yīng)貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，具有可拓展性，通過(guò)加入新模塊，增強(qiáng)系統(tǒng)功能，使得在初級(jí)和高級(jí)教學(xué)階段，都能應(yīng)用該案例進(jìn)行指導(dǎo)教學(xué)。最后，案例教學(xué)互動(dòng)性。案例教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)計(jì)教師與學(xué)生，以及各個(gè)學(xué)生間的互動(dòng)與交流環(huán)節(jié)，使得教學(xué)效果能夠大大增強(qiáng)。

2.教學(xué)案例內(nèi)容設(shè)計(jì)。按照上述案例設(shè)計(jì)原則，筆者選取智能信息處理領(lǐng)域經(jīng)典的“沃森醫(yī)生”案例貫穿課程教學(xué)過(guò)程?！拔稚t(yī)生”是由美國(guó)德克薩斯大學(xué)安德森癌癥中與IBM聯(lián)合開發(fā)的一款用于診斷和治療癌癥的專家系統(tǒng)[4]，具體診斷過(guò)程如下。

針對(duì)“沃森醫(yī)生”診斷過(guò)程，本課程展開如下五個(gè)方面教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行討論。

（1）知識(shí)庫(kù)構(gòu)建。知識(shí)庫(kù)構(gòu)建過(guò)程是專家系統(tǒng)的關(guān)鍵。采用何種方式、方法為專家系統(tǒng)獲取知識(shí)，建立起健全、完善、有效的知識(shí)庫(kù)，以滿足求解領(lǐng)域問(wèn)題的需要，是“沃森醫(yī)生”專家系統(tǒng)需要首要考慮的問(wèn)題。在查找文獻(xiàn)過(guò)程中，可能涉及txt，word，caj和pdf等格式，“沃森醫(yī)生”如何高效識(shí)別文獻(xiàn)中的文字，驗(yàn)證文獻(xiàn)的正確性及相互之間的關(guān)聯(lián)性，最終選擇合適的醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)，加入到知識(shí)庫(kù)中。

（2）病癥問(wèn)題分類和分解?！拔稚t(yī)生”如何對(duì)病人的癥狀進(jìn)行問(wèn)題提煉、關(guān)聯(lián)分析、分類和分解，并根據(jù)病人的癥狀，對(duì)上述知識(shí)庫(kù)中相關(guān)文獻(xiàn)、病歷進(jìn)行初步檢索和匹配，形成最早期的病癥候選答案。

（3）病癥初步推斷。針對(duì)問(wèn)題分類和分解結(jié)果獲得的不同病癥候選答案，“沃森醫(yī)生”如何通過(guò)查找更深層次的文獻(xiàn)支持或反對(duì)各個(gè)病癥候選答案，對(duì)不同的推斷進(jìn)行排序，提高病癥候選答案的準(zhǔn)確性。同時(shí)，如何設(shè)計(jì)不同程度的信心指數(shù)來(lái)證明這些推斷的正確性。

（4）病癥進(jìn)一步推斷及數(shù)據(jù)引入和評(píng)分?！拔稚t(yī)生”將會(huì)通過(guò)新數(shù)據(jù)引入的方式對(duì)病癥進(jìn)行進(jìn)一步推斷。此時(shí)病人需要提供本次發(fā)病以前的健康及疾病情況，特別是與此次發(fā)病癥狀密切相關(guān)的患病經(jīng)歷。如何結(jié)合本次病癥的發(fā)生、發(fā)展及其變化的具體過(guò)程，與相似病歷數(shù)據(jù)庫(kù)和醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)進(jìn)行更深入地檢索和匹配，以及對(duì)之前不同的推斷進(jìn)行信心指數(shù)的評(píng)分。

（5）病癥最終診斷和準(zhǔn)確率估算?！拔稚t(yī)生”如何對(duì)病癥推斷閾值進(jìn)行合理定義，對(duì)不同的推斷進(jìn)行綜合解析，將不同推斷的信心指數(shù)進(jìn)行排名。如果某個(gè)病癥推斷大于定義的最小閾值，判定該病癥推斷為最終的診斷結(jié)果，并得出最終診斷結(jié)果對(duì)應(yīng)的信心指數(shù)，從而獲得準(zhǔn)確率的估算結(jié)果?！拔稚t(yī)生”如何結(jié)合知識(shí)庫(kù)中與最終診斷結(jié)果相關(guān)的病歷和醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)，給出該病癥的治療方案和建議。

根據(jù)上述教學(xué)內(nèi)容討論可知，“沃森醫(yī)生”案例涉及專家系統(tǒng)、詞法分析、關(guān)聯(lián)分析、邏輯推理、模式匹配等智能信息處理相關(guān)技術(shù)，可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)相關(guān)算法，激發(fā)學(xué)生探索新技術(shù)主動(dòng)學(xué)習(xí)的激情。

三、結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)智能信息處理技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，對(duì)《智能信息處理技術(shù)》課程進(jìn)行教學(xué)案例建設(shè)，將“沃森醫(yī)生”案例貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程。通過(guò)啟發(fā)式討論和算法設(shè)計(jì)的方式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程，在掌握智能信息處理基本理論與方法的同時(shí)，具有應(yīng)用智能信息處理技術(shù)獨(dú)立探索問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力?！吨悄苄畔⑻幚砑夹g(shù)》課程案例教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式的探索，對(duì)提高教學(xué)效果、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]于化龍，左欣，高尚，等.智能信息處理課程群教學(xué)改革模式研究[J]，教育教學(xué)論壇，2016，（15）：82-83.

[2]劉麗珍，王函石，王旭仁，等.智能信息處理精品課程群建設(shè)思考[J].計(jì)算機(jī)教育，2012，18（4）：49-52.

[3]龐宏，黃炸，莊杰.《智能信息獲取技術(shù)》課程教學(xué)方法探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012，10（4）：268-271.

[4]劉步青.人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的推理機(jī)制及哲學(xué)意蘊(yùn)[D].華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文，2016.