人工智能試驗課的改進-2019年文檔

1、人工智能實驗課的改進人工智能是計算機和核心專業(yè)課之一。 然而， 目前大部分課 程仍然以基于講義的教學(lecture-based learning, LBL)為主。已經(jīng)有了不少關(guān)于人工智能實驗課的教學改革， 例如雙主體 意識和沉默式教學法相結(jié)合、基于 Prolog 的實驗課程設(shè)計。同 時，近幾年出現(xiàn)了不少好的教學思想和理念， 比如結(jié)合基于問題 的教學、大班授課小班討論、實踐技能培養(yǎng)等。有鑒于此，結(jié)合 人工智能課程的特點、 結(jié)合本校和本課程組的實際情況， 本文提 出對人工智能實驗課的三點改進。 第一，基于基于問題的教學理 念整合實驗內(nèi)容。 將過去分散的， 獨立的實驗和大作業(yè)整合成四 到六個包含作

2、業(yè)和實驗內(nèi)容的問題。 然后請學生通過解決這些問 題來學習和鞏固相關(guān)內(nèi)容。 第二，根據(jù)小班討論的方式改革實驗 考核方式。在實踐當中， 往往每個人的基礎(chǔ)和學習能力差異較大，有時還會各有所長。因此，小班討論的方式有利于相互促進。第 三，結(jié)合實踐技能培養(yǎng)的目標來更新實驗工具。 目前已有的實驗 方案甚少考慮將來的實踐，例如在實踐當中應(yīng)用 Prolog 語言就 非常少見。本文提出的實驗設(shè)計方案大多基于C+和Java等常用語言， 更包括機器人平臺上的通用編程方法， 力求讓學生通過 人工智能實驗課能夠提高實踐能力。在接下里的內(nèi)容中，本文首先分析課程的現(xiàn)狀。然后，在第節(jié)中將介紹一些新的教學思想和理念。 第四節(jié)將

3、重點闡述對人 工智能實驗課的三點改進，最后是本文的總結(jié)。1課程特點1.1 人工智能課程的內(nèi)容和特點 人工智能是計算機科學的一個重要分支。它是一門涉及數(shù) 學、計算機科學、控制論、信息論、心理學和哲學等學科的交叉 學科。本課程作為計算機科學與技術(shù)專業(yè)的核心課程之一， 將著 重介紹人工智能研究中最基本的、 最經(jīng)典的理論和方法， 以及當 前在這一領(lǐng)域中的研究熱點和成熟應(yīng)用成果， 是一門理論與應(yīng)用 相結(jié)合的課程。人工智能課程重在講解如何利用計算機來模擬人腦所從事 的感知、推理、學習、思考、規(guī)劃等人類智能活動，以解決需要 用人類智能才能解決的問題。 人工智能涉及自主智能系統(tǒng)的設(shè)計 和分析，與軟件系統(tǒng)、物理

4、機器、傳感器和驅(qū)動器有關(guān)，常以機 器人或自主飛行器作為例子加以介紹。 一個智能系統(tǒng)必須感知它 的環(huán)境，與其它 Agent 和人類交互作用，并作用于環(huán)境，以完成 指定的任務(wù)。人工智能的研究論題包括計算機視覺、 規(guī)劃與行動、多 Agent 系統(tǒng)、語音識別、自動語言理解、專家系統(tǒng)和機器學習等。這些 研究論題的基礎(chǔ)是通用和專用的知識表示和推理機制、 問題求解 和搜索算法，以及計算智能技術(shù)等。此外，人工智能還提供一套 工具以解決那些用其它方法難以解決甚至無法解決的問題。 這些 工具包括啟發(fā)式搜索和規(guī)劃算法， 知識表示和推理形式， 機器學 習技術(shù)，語音和語言理解方法，計算機視覺和機器人學等。通過 學習，學

5、生能夠知道什么時候需要某種合適的人工智能方法用于 給定的問題，并選擇適當實現(xiàn)方法。1.2 本校及課程團隊實際特點 在我校，最早是由計算機學院智能所的余永權(quán)和曾碧等教授 面向計算機專業(yè)本科生進行講授的。 課題組從一開始就注重教學 大綱和教學進度的統(tǒng)一， 試卷和評分標準的一致， 注意采用多種 教學手段，以利于學生對這門課程的學習， 并得到了廣泛的好評。 幾年來， 計算機學院一直十分重視本課程的教學和課程建設(shè)， 歷 屆擔任本課程教學任務(wù)的教師團結(jié)合作， 交流教學心得， 相互學 習，取長補短，始終以高度的責任心和飽滿的熱情投入教學。人工智能是整個計算機科學領(lǐng)域中發(fā)展最陜、 知識更新最快 的學科之一。

6、任課教師緊跟時代脈搏， 積極開展科學研究和應(yīng)用 實踐，不斷更新知識結(jié)構(gòu)，充實教學內(nèi)容。并且，針對反映近年 人工智能領(lǐng)域的快速變化的模糊控制、 機器學習和數(shù)據(jù)挖掘等熱 點技術(shù)展開教學研討，厚積而薄發(fā)，并已出版了多本專著，如： 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊邏輯控制 ，模糊控制技術(shù)與模糊家用電器 ， 單片機模糊邏輯控制，計算機接口與通信，單片機在 控制系統(tǒng)中的應(yīng)用等。近三年來課題組共獲得兩項國家基金， 四項省基金的資助。2 新的教學思想和理念2.1 基于問題的教學教學模式指在一定的教學思想指導(dǎo)下為保持某種教學任務(wù) 的相對穩(wěn)定而具體的教學活動結(jié)構(gòu)。目前主要的教學模式包括： LBL 教學模式(lecture-based

7、 learning , LBL)、CBL教學模式( ease-based learning ， CBL)、 PBL( problem-based learning ，PBL)教學模式等。其中，CBL是最傳統(tǒng)的教學方法，以傳授知 識為教學目標， 強調(diào)學科知識的系統(tǒng)性和完整性。 它使學生形成 邏輯清晰、 條理簡明的知識結(jié)構(gòu)， 但是不能很好地調(diào)動學生的學 習積極性。CBL首先要求篩選典型案例，通過對案例的講解，讓 學生在發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的過程中，學 習和掌握相關(guān)知識。PBL的教學設(shè)計有幾個固定的環(huán)節(jié)，組織小 組、設(shè)置問題、行動進展、結(jié)果匯報和反饋。它強調(diào)學習者之間 的交流合作、

8、 多種學習途徑的整合及外部支持與引導(dǎo)在解決問題 中的作用。 它以學生為主導(dǎo)， 鍛煉學生自主解決問題的能力和團 隊協(xié)作能力， 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力， 提高實踐中人際溝通協(xié)調(diào)能 力，實現(xiàn)主動學習。2.2 大班授課小班討論“大班授課、 小班討論”是研究性學習的簡稱。 研究性學習 是以“學習活動”的形式呈現(xiàn)，即學生在教師指導(dǎo)下生活中選 題，用科研方式主動獲取知識解決問題的學習活動。 它是一種以 學生自主性、 探索性為主的學習方式。 它以“學會學習”為總目 標指導(dǎo)學生轉(zhuǎn)變學習方式， 強調(diào)為用而學， 圍繞解決實際問題學 習，引導(dǎo)學生主動獲取知識、重視實踐。它使學生在思考如何解決實際問題的同時學會關(guān)注社會和人

9、生。 這是實現(xiàn)知識、 能力和 素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效途徑。 一般來說， 這種教學需要課對課程重 新劃分，將課程內(nèi)容分為精講部分、略講部分、自學部分以及研 討部分。 2.3 實踐技能培養(yǎng)高校計算機類專業(yè)大學生實踐技能培養(yǎng)目前仍然依賴于實 驗課程教學。但是，高校計算機類專業(yè)的知識更新較快，給我們 帶來了很大壓力。 實踐技能培養(yǎng)與實驗教學體系相結(jié)合， 是實踐 技能培養(yǎng)體系的基石。 實驗教學不只是理論教學的附屬環(huán)節(jié)。 中 共中央國務(wù)院在關(guān)于深化教育改革全面推進素質(zhì)教育的決定 中明確指出： “實施素質(zhì)教育， 以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能 力為重點?！睂σ?、二年級學生來說，實踐技能培養(yǎng)是打基礎(chǔ)階 段；對已經(jīng)具

10、有一定學科知識基礎(chǔ)的二、三年級學生，應(yīng)該注重 學生實踐技能及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。 我們可以將實驗教學分為設(shè)計 性、研究性、應(yīng)用性實驗 3 類，對高年級學生著重培養(yǎng)實踐能力 和創(chuàng)新能力。3 對課程的改進目前的很多改革也在朝 PBL的方向發(fā)展。另一方面，還有不 少踢出要反轉(zhuǎn)課堂的，其實也是增加主動性和討論性。同時，也 有不少課程改革討論考核方式的轉(zhuǎn)變。 實驗教學的改革正式方興 未艾，多種形式的培養(yǎng)學生實踐能力更是重點。有鑒于此，自 2011 年以來，課題組響應(yīng)學校號召積極學習 PBL。課題組在有限的范圍和符合客觀條件要求的前提下逐步開 展相關(guān)改革： 首先將課程的引入以及例題的設(shè)置改成學生探索性 解決問

11、題的過程。 具體來說就是對于一般性的作業(yè)， 取出部分內(nèi) 容簡單適合建立感性認識的， 提前一節(jié)課布置。 盡管這樣做會有 部分學生無所適從， 但是經(jīng)過幾次訓練之后， 學生探索知識內(nèi)在 結(jié)構(gòu)的能力得到了極大的提高。 然后， 針對本課程不同分支間的 聯(lián)系，我們推出了在條件允許情況下類似課程設(shè)計的大作業(yè)。 這 類大作業(yè)作為學期的最后一次作業(yè)， 能夠體現(xiàn)知識點之間關(guān)聯(lián)性 和實用性。 盡管受制于作業(yè)本身形式的限制， 它仍然打破了課程 不同分支間的壁壘， 讓學生能夠活學活用， 深入掌握工程科學應(yīng) 用的精髓。最后，課題組正在嘗試一種競選作業(yè)的方式，來結(jié)合 機器人和仿真平臺，利用提問演示的方式提供 PBL教學中必

12、要的 問題及解決方式展示。 競選作業(yè)就是讓有興趣的學生， 以自愿參 加為原則的， 為機器人和仿真平臺編寫程序。 教師給出要求和模 擬器，學生自由組隊參加， 最后教師從中選取一到兩個加載演示。 盡管上述活動在客觀條件限制下， 參加的人數(shù)有限， 但在目前不 具備專用實驗室， 缺少足夠的實驗設(shè)施的情況下， 它是很好的推 動PBL的方式。在上述教學改革的過程中， 課題組實際上對人工智能實驗課 做了三點改進。第一，基于問題的教學理念整合實驗內(nèi)容。將過 去分散的， 獨立的實驗和大作業(yè)整合成四到六個包含作業(yè)和實驗 內(nèi)容的問題。 然后請學生通過解決這些問題來學習和鞏固相關(guān)內(nèi) 容。第二，根據(jù)小班討論的方式改革實驗考核方式。 在實踐當中， 往往每個人的基礎(chǔ)和學習能力差異較大， 有時還會各有所長。 因 此，小班討論的方式有利于相互促進。第三，結(jié)合實踐技能培養(yǎng) 的目標來更新實驗工具。 目前已有的實驗方案甚少考慮將來的實 踐，例如在實踐當中應(yīng)用 Prolog 語言就非常少見。本文提出的 實驗設(shè)計方案大多基于C+和Java等常用語言，更包括機器人 平臺上的通用編程方法， 力求讓學生通過人工智能實驗課