職業(yè)教育人工智能課程教材改革實(shí)踐

【摘要】" " 人工智能（AI，Artificial Intelligence）是飛速發(fā)展的學(xué)科，職業(yè)教育是我國教育體系的重要組成部分，怎樣編寫一本適合職教學(xué)生水平、能夠引起其學(xué)習(xí)興趣的教材是職教教材改革的核心問題，本文對此進(jìn)行了分析、提出了對策、并通過教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證了對策的可行性。

【關(guān)鍵詞】" " 職業(yè)教育" " 人工智能" " 教材改革

一、現(xiàn)有人工智能課程教學(xué)材料的特點(diǎn)和不足

人工智能是以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以算法和數(shù)據(jù)為支撐的學(xué)科，通過對Github，豆瓣書評，知乎，CSDN，阿里云棲社區(qū)，騰訊課堂、超星等相關(guān)國內(nèi)外較著名學(xué)術(shù)社區(qū)的學(xué)習(xí)資料的梳理和研讀可以發(fā)現(xiàn)，這些學(xué)習(xí)材料雖然都是很好的人工智能教學(xué)素材但是卻并不適合職業(yè)教育學(xué)生直接學(xué)習(xí)。具體原因如下：1.國內(nèi)專著和學(xué)術(shù)視頻的水平較高，不適合職業(yè)教育學(xué)生直接學(xué)習(xí)。2.國內(nèi)已出版的、非職業(yè)教育專用的人工智能課程教材，存在重灌輸、輕引導(dǎo)的問題，職業(yè)教育學(xué)生學(xué)習(xí)起來有難度。3.國際上的人工智能學(xué)習(xí)材料不適合職業(yè)教育的學(xué)生直接學(xué)習(xí)。綜上可知，縱觀線上線下、國內(nèi)國際，雖然人工智能的學(xué)習(xí)材料很多，但真正適合職業(yè)教育學(xué)生學(xué)情特點(diǎn)的人工智能教材類書籍卻是寥寥無幾、乏善可陳的。

二、人工智能類課程教材改革的對策和建議

既然沒有合適的職業(yè)教育人工智能類教材可選，教材改革就勢在必行，新編教材或修訂教材應(yīng)在三方面采取對策：

2.1職業(yè)教育人工智能類課程教材編寫應(yīng)重視基礎(chǔ)理論

人工智能是以算法為核心的行業(yè)，算法的優(yōu)劣已成為人工智能企業(yè)競爭中的最主要評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。著名的“沒有免費(fèi)午餐”定理（No Free Lunch，簡稱NFL）[1]指出：現(xiàn)階段并沒有一種萬能算法能夠適用所有的場景。在這種情況下，職業(yè)教育的學(xué)生就不能只滿足于會(huì)操作別人設(shè)計(jì)的人工智能框架軟件，更需要理解其背后的算法原理，明確每種算法的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用環(huán)境，這樣才能具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、改進(jìn)算法、甚至自主開發(fā)的能力。

其次，職業(yè)教育學(xué)生只有扎實(shí)的理論功底才能適應(yīng)未來的變化。人工智能行業(yè)是一個(gè)飛速發(fā)展的行業(yè)，從業(yè)人員必須跟隨著技術(shù)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)。如果學(xué)生把學(xué)習(xí)重點(diǎn)只放在對某些當(dāng)下工具、語言、框架的操作和運(yùn)用上，一旦這些技術(shù)不再流行，那么學(xué)生將面臨無刀可用的尷尬局面，難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此，職業(yè)教育人工智能教材編寫應(yīng)當(dāng)意識(shí)到萬變不離其宗的道理，打好學(xué)生的理論基礎(chǔ)，使其立于行業(yè)的制高點(diǎn)，能夠快速適應(yīng)任何新生的工具軟件。

2.2人工智能類課程教材編寫必須把人工智能的核心思想與職業(yè)教育的學(xué)生特點(diǎn)結(jié)合起來

首先，職業(yè)教育人工智能類課程教材編寫應(yīng)該把重引導(dǎo)、輕灌輸、簡明、通透的思想放在首位。職業(yè)教育學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較本科、研究生階段學(xué)生薄弱，其教材不應(yīng)是本科、研究生階段教材的簡化版，大量全面而繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，不但不會(huì)令職業(yè)教育的學(xué)生產(chǎn)生研究興趣，反而會(huì)令學(xué)生覺得生澀難懂、無所適從，從而大大的挫傷其自主學(xué)習(xí)的積極性。因此，職業(yè)教育學(xué)生的人工智能教材應(yīng)當(dāng)直透主旨，開篇即以通俗的語言加上易懂的案例揭示課程的背景、發(fā)展的脈絡(luò)、內(nèi)容的核心、典范的應(yīng)用等內(nèi)容，使學(xué)生能夠很快明白，該課程為什么要這樣學(xué)，該章節(jié)為什么要這樣做，該算法有怎樣的設(shè)計(jì)背景和用途，該課程學(xué)完能干什么。全書應(yīng)注意減少繁雜而嚴(yán)密的證明和推導(dǎo)過程，重點(diǎn)在于激發(fā)學(xué)生的感性認(rèn)知、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、幫助其建立自主學(xué)習(xí)機(jī)制，為其今后深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

其次，職業(yè)教育人工智能教材對編寫者提出了更高的學(xué)術(shù)素養(yǎng)要求。教材的內(nèi)容需針對職業(yè)教育學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)；需用簡明的語言去說明“高大上”的道理；還需尋找身邊的通俗易懂案例，去替換原有人工智能體系中那些要具備很強(qiáng)數(shù)學(xué)能力才能理解的案例，只有這樣才能有效幫助職業(yè)教育學(xué)生建立起良好的數(shù)學(xué)思維體系，并達(dá)到知識(shí)的彼岸。

2.3職業(yè)教育人工智能教材的編寫，應(yīng)注意把理論結(jié)合到學(xué)習(xí)情境中去

前谷歌高級(jí)研究員、騰訊副總裁吳軍曾在其著作《數(shù)學(xué)之美》[2]中提及他在清華大學(xué)學(xué)習(xí)《隨機(jī)過程》時(shí)的感受：學(xué)習(xí)時(shí)他怎么也想不明白，該課程能夠用在什么方向上，直到多年以后，其擔(dān)任了谷歌公司的高級(jí)開發(fā)職位，才在工作中用到了這些內(nèi)容，從而加深了對于該課程重要性的認(rèn)識(shí)和對課程內(nèi)容的理解。這個(gè)例子充分說明，理論還需融合到學(xué)習(xí)情境中，學(xué)生才能深入理解理論的精華，才能有意愿去進(jìn)一步研究和應(yīng)用理論，因此，職業(yè)教育人工智能教材編寫時(shí)一定要注意創(chuàng)造一種理論與應(yīng)用相結(jié)合的沉浸式學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生能夠充分了解當(dāng)前的學(xué)術(shù)研究水平和主流應(yīng)用場景，了解人工智能擅長哪些領(lǐng)域、不擅長哪些領(lǐng)域，從而能夠自主的判斷未來技術(shù)的發(fā)展趨勢，激活其后續(xù)學(xué)習(xí)動(dòng)力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)潛質(zhì)。

三、教學(xué)實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證文中所提對策的科學(xué)性和可行性，教研組對長春金融高等?？茖W(xué)校內(nèi)人工智能類課程的教材內(nèi)容按照對策進(jìn)行了相應(yīng)修訂，并使用未修訂教材和修訂后教材在不同教學(xué)班進(jìn)行了教學(xué)對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)定如下：1.實(shí)驗(yàn)把同一專業(yè)同一年級(jí)的不同教學(xué)班均分為兩組，以獲得相同起點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)對象；2.實(shí)驗(yàn)分別在第一學(xué)年、第二學(xué)年、第三學(xué)年3個(gè)年級(jí)開展，以驗(yàn)證修訂教材對于不同階段學(xué)生產(chǎn)生的影響效果。3.實(shí)驗(yàn)跨度為2個(gè)學(xué)期，即一個(gè)學(xué)年，每學(xué)期選取1門主干課程進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，以獲得較全面的教學(xué)評價(jià)。4.實(shí)驗(yàn)的衡量標(biāo)準(zhǔn)主要包括采用未修訂與修訂教材學(xué)生的學(xué)情信息統(tǒng)計(jì)及考試成績分析等方面。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐，獲得如下數(shù)據(jù)。

通過對表1和表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得到如下結(jié)論：

1.表1中數(shù)據(jù)顯示，與未采用修訂教材教學(xué)班相比，采用修訂教材教學(xué)班的學(xué)生在課上出勤率，課后作業(yè)及實(shí)習(xí)項(xiàng)目完成度方面獲得了10%-5%左右的提升，對課程友好度評分方面獲得了1.5-0.5分左右的提升，這說明修訂后教材更符合職業(yè)教育學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)，學(xué)生對教材的接受程度更高，也更愿意投入時(shí)間和精力進(jìn)行鉆研。

2.表2的數(shù)據(jù)顯示，從偏度、峰度、h值、p值、平均分、標(biāo)準(zhǔn)差等參數(shù)上看，采用未修訂教材教學(xué)班的主干課程成績呈現(xiàn)略微左偏態(tài)分布，分?jǐn)?shù)集中在50-80分段，標(biāo)準(zhǔn)差在10-13左右，說明學(xué)生成績普遍不高，低分學(xué)生較多，兩極分化較嚴(yán)重。采用修訂教材各年級(jí)教學(xué)班的主干課程成績則呈現(xiàn)近正態(tài)分布，分?jǐn)?shù)集中在70-90分段，標(biāo)準(zhǔn)差在7-9左右，學(xué)生成績均值高出采用未修訂教材的教學(xué)班6-10分左右，低分段學(xué)生大為減少，兩極分化現(xiàn)象得到了很好抑制。

3.無論在學(xué)情信息統(tǒng)計(jì)還是考試成績方面，對于采用未修訂教材教學(xué)班而言，其理論課表現(xiàn)低于實(shí)踐課表現(xiàn)，這說明學(xué)生在基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)上存在短板，也與前文的分析結(jié)果一致。而對于采用修訂教材的教學(xué)班而言，其理論課程的提升程度要高于實(shí)踐課程的提升程度，說明修訂后教材在理論基礎(chǔ)教學(xué)方面取得了良好的效果，前文對策中有關(guān)重視基礎(chǔ)理論的建議起到了實(shí)際作用。

4.教研組僅針對各年級(jí)學(xué)生進(jìn)行了單一學(xué)年的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以預(yù)見，若學(xué)生從第一學(xué)年開始即全程采用修訂后教材，總體教學(xué)效果還會(huì)獲得來自課程體系的累加收益。

綜合以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以得出結(jié)論，修訂后的教材比未修訂的教材更加適合職業(yè)教育學(xué)生學(xué)習(xí)，本文提出的教材改革對策和建議取得了較好的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

職教學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較薄弱，營造一個(gè)經(jīng)典的學(xué)習(xí)情境對其學(xué)習(xí)會(huì)起到很大的促進(jìn)作用。通過教材改革可以有效提高人工智能課程的教學(xué)效率，也對教材的編寫者提出了更高的要求，編者必須以學(xué)術(shù)上的博學(xué)和精深去彌補(bǔ)學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的不足。因此，高職高專人工智能類課程教材建設(shè)任重而道遠(yuǎn)。

參" 考" 文" 獻(xiàn)

[1] Loris， Serafino， 謝金星，等.無導(dǎo)數(shù)優(yōu)化：沒有免費(fèi)午餐定理的真實(shí)含義[J]. 數(shù)學(xué)譯林， 2015（3）：233-239.

[2]吳軍. 數(shù)學(xué)之美[M] .北京.人民郵電出版社. 2014：56