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

雷玉霞+++趙景秀

【摘要】將人工智能的理論教學(xué)與實(shí)踐創(chuàng)新高度融合，提出螺旋式、多維度的綜合改革方案，以提升學(xué)生的綜合能力。采用多層次螺旋式教學(xué)策略；采用“第一課堂”+“第二課堂”的教學(xué)方式；采用全過(guò)程多維度發(fā)展式的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

【關(guān)鍵詞】人工智能 教學(xué)改革

【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。

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）48-0247-01

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(shì)。而人工智能是一門以知識(shí)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(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要課程。近年來(lái)，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)等方面闡述了樹立精品意識(shí)，建設(shè)了“人工智能”國(guó)家級(jí)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(wèn)題：第一，在第一課堂，注重講授理論知識(shí)，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(méi)有把傳授課本知識(shí)和引導(dǎo)啟發(fā)創(chuàng)新結(jié)合起來(lái)；第五，沒(méi)有有效開展學(xué)生的“第二課堂”實(shí)踐活動(dòng)，還沒(méi)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)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(wèn)題。

2.全過(guò)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—課堂—課后”的空間一體化溝通交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“學(xué)生帶問(wèn)題進(jìn)課堂，在課堂得到解答，在實(shí)驗(yàn)課實(shí)現(xiàn)學(xué)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)動(dòng)法、啟發(fā)式教學(xué)法、情景教學(xué)法、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(shí)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(guò)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(shí)表示和推理兩項(xiàng)根本任務(wù)，按照學(xué)科知識(shí)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(duì)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(wèn)題式、案例式等多種教學(xué)方法融合在課程教學(xué)活動(dòng)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(wèn)題、語(yǔ)言運(yùn)用問(wèn)題以及教學(xué)課程與其他課程的知識(shí)銜接問(wèn)題；調(diào)控課程教與學(xué)的導(dǎo)向——質(zhì)量評(píng)價(jià)問(wèn)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(guò)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、富有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)案例庫(kù)，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(wèn)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(shí)，因此知識(shí)面跨度大。由于涉及到的知識(shí)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(guò)程多維度評(píng)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(jìng)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(píng)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(píng)”全過(guò)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(píng)價(jià)等方面。借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)理念，立足于教學(xué)實(shí)踐， 提出了“多層次循序漸進(jìn)式多維教學(xué)模式”；開展了多項(xiàng)資源庫(kù)建設(shè)工作，如開發(fā)“電子詞典”和“教學(xué)虛擬社區(qū)”等；改變傳統(tǒng)的終結(jié)式質(zhì)量評(píng)價(jià)方式，形成全過(guò)程多維度發(fā)展式質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]王甲海，印鑒，凌應(yīng)標(biāo).創(chuàng)新型人工智能教學(xué)改革與實(shí)踐，計(jì)算機(jī)教育，第15期， 136-138，148，2010年

[2]陳愛(ài)斌，蔡自興，李建軍.林業(yè)院校人工智能課程教學(xué)的思考，計(jì)算機(jī)教育，第10期，80-82，2016年endprint