第二講 課程的主要教學(xué)改革

2011人工智能課程改革與建設(shè)

第二講課程的主要教學(xué)改革

MainTeachingReformationofCourse

中南大學(xué)蔡自興

講授內(nèi)容改革教學(xué)內(nèi)容改革課堂教學(xué)課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系課程立體化教材體系教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)專業(yè)建設(shè)科研成果轉(zhuǎn)化教學(xué)情況2.1改革教學(xué)內(nèi)容人工智能的內(nèi)容豐富，涉及面廣。如何選好教學(xué)內(nèi)容，既能使學(xué)生了解本領(lǐng)域的概貌，又能適合學(xué)生的基礎(chǔ)，便于他們在有限的時間完成學(xué)習(xí)任務(wù)。教學(xué)內(nèi)容上既要遵守大綱要求，讓學(xué)生掌握學(xué)科必需的基本知識，也要根據(jù)學(xué)生需要和感興趣的事物，具有動態(tài)性、開放性與靈活性，而不局限于課本上靜止的文本資料。著重介紹人工智能的基礎(chǔ)知識和基本技能，以及人工智能的一般應(yīng)用，初步了解一些智能算法及其實(shí)現(xiàn)方法。2.1改革教學(xué)內(nèi)容參考了美國計算機(jī)學(xué)會（ACM）和電工電子協(xié)會計算機(jī)分會（IEEE/CS）聯(lián)合制訂的計算機(jī)科學(xué)課程體系CC2001，以及國內(nèi)外新編教材和科研成果，并應(yīng)用我們的研究成果，對內(nèi)容進(jìn)行了篩選。將人工智能分為基礎(chǔ)部分及擴(kuò)展與應(yīng)用部分?；A(chǔ)部分包括知識表示、搜索推理、計算智能等。擴(kuò)展和應(yīng)用部分包括機(jī)器學(xué)習(xí)、自動規(guī)劃、定理證明、知識工程、自然語言處理、語音與圖像識別、智能機(jī)器人和多Agent系統(tǒng)等。2.1改革教學(xué)內(nèi)容貴校的人工智能課程采用什么教材？它有哪些主要內(nèi)容？2.1改革教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容變化情況原教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)部分：人工智能的定義和發(fā)展、知識的表示、搜索和推理；擴(kuò)展應(yīng)用：專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器規(guī)劃、機(jī)器視覺等。近年來人工智能科學(xué)，涌現(xiàn)新的方法和算法。已在我們的新版教材中增加入這方面的內(nèi)容。計算智能Agent和多Agent系統(tǒng)非經(jīng)典推理

2.1改革教學(xué)內(nèi)容1987-1996-20022010-2003-2009

2.2改革課堂教學(xué)互動式教學(xué)發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動性課堂討論會營造自由探索氣氛以趣導(dǎo)學(xué)，增加雙語教學(xué)比例2.2改革課堂教學(xué)互動式教學(xué)發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動性充分激勵學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性,發(fā)揮創(chuàng)新思維,多方位培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。在課程教學(xué)中，還要采用面向問題的啟發(fā)式教學(xué)與交互式教學(xué)等方法。你認(rèn)為人工智能能否超過人類智能？2.2改革課堂教學(xué)舉行課堂討論會，營造自由探索氣氛開展課堂討論會、辯論會等活動，討論的議題包括人工智能的哲學(xué)，人工智能的應(yīng)用前景和智能計算的發(fā)展與應(yīng)用等問題。培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、真正實(shí)現(xiàn)師生互動。請國內(nèi)外專家、教授和博士生，為學(xué)生介紹前沿科學(xué)動態(tài)，激發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識和科學(xué)研究的興趣。2.2改革課堂教學(xué)以趣導(dǎo)學(xué)，增加雙語教學(xué)比例通過有趣難題或游戲（如：野人過河、皇后問題、人臉識別等），激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)行理論知識的講解。在人工智能、機(jī)器人課程中，第一堂課通過給學(xué)生們演示了人控漫游車、爬行機(jī)器人、多功能歌舞機(jī)器人、Amigo移動機(jī)器人等多種不同類型的機(jī)器人，以引人入勝的機(jī)器人實(shí)物表演拉開課程序幕，取得了很好的效果。2.2改革課堂教學(xué)以趣導(dǎo)學(xué)，增加雙語教學(xué)比例購買、引入多種類型的人工智能產(chǎn)品實(shí)物（包括游戲產(chǎn)品），供學(xué)生實(shí)驗(yàn)和課外學(xué)習(xí)使用。2.2改革課堂教學(xué)以趣導(dǎo)學(xué)，增加雙語教學(xué)比例全面推廣雙語教學(xué)要積極追蹤相關(guān)領(lǐng)域的最新動態(tài)和進(jìn)行國際學(xué)術(shù)交流，就必須培養(yǎng)學(xué)生具備一定的專業(yè)英語閱讀和寫作能力以至口語能力。因此，雙語教學(xué)勢在必行。除三門精品課程采用了雙語教學(xué)外，本團(tuán)隊(duì)還有多門課程都不同程度的使用了雙語。在教學(xué)過程中，采用中文、英文兩種教材，并指定英文參考文獻(xiàn)和書籍。引導(dǎo)學(xué)生接觸國外文獻(xiàn)資料，加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，獲得更寬廣的知識。此外，雙語教學(xué)對教師也提出更高的要求，對提高師資水平是個促進(jìn)。2.2改革課堂教學(xué)以趣導(dǎo)學(xué)，增加雙語教學(xué)比例關(guān)于雙語教學(xué)的雙語比例在雙語教學(xué)中，一般以漢語講授為主，英語為輔,并對一些關(guān)鍵詞要同時用漢語和英語表示。對部分章節(jié)或某個專題,例如,人工智能的定義和發(fā)展歷史、人工智能的學(xué)派及其爭論，專家系統(tǒng)、神經(jīng)計算等,也可以采用純英語教學(xué)或以英語為主漢語為輔的教學(xué)。對PPT課件的編寫也可分為純漢語、純英語和英漢混合幾種方式。經(jīng)過實(shí)踐我們體會到,英語教學(xué)比例要視教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生英語水平而定,其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是學(xué)生的接受程度與學(xué)習(xí)效果。要根據(jù)這一點(diǎn)來適時調(diào)整雙語教學(xué)中英語對漢語的比例。

2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系課程網(wǎng)站建設(shè)課堂實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系課程網(wǎng)站建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程能夠促進(jìn)課程教學(xué)改革，更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，培養(yǎng)他們獨(dú)立思考能力和深入研究的優(yōu)良作風(fēng)。2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系課程網(wǎng)站建設(shè)自主開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課程，更好滿足教學(xué)要求，體現(xiàn)自主創(chuàng)新。我們先后開發(fā)了《人工智能網(wǎng)絡(luò)課程》、《智能控制網(wǎng)絡(luò)課程》和《機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程》。這些網(wǎng)絡(luò)課程，精心設(shè)計，悉心開發(fā),使其具有智能化、個性化、情境化和形象化等課程特色，采用智能技術(shù)中的知識推理和智能算法來實(shí)現(xiàn)編程、答疑和虛擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合ASP動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)、Java編程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)多樣化、向?qū)W(xué)習(xí)個性化和情景化學(xué)習(xí)等功能。2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系課堂實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)平臺，著力建設(shè)本課程實(shí)驗(yàn)的主要目的是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生探討課程講授的基本原理和實(shí)現(xiàn)過程，提出并驗(yàn)證自己的思路，從而更好的掌握知識，加深理解，培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力和創(chuàng)新能力，逐步培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性。2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系課堂實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的發(fā)展課程實(shí)驗(yàn)從無到有,逐步增加實(shí)驗(yàn)課和演示課。Step1Step2Step3

僅課堂講授無實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

部分開設(shè)實(shí)驗(yàn)

Prolog和專家系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)學(xué)時6－8個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化和更新2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系課堂實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)平臺，著力建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，注重培養(yǎng)學(xué)生的研究和創(chuàng)新能力。嚴(yán)格考慮開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使之具備研究性和綜合性。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)明確，要求學(xué)生帶著問題和任務(wù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。充分采用虛擬實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提供了分析和探討智能算法的很好平臺。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析既有格式要求，又給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報告留有空間，并在評分時加以充分考慮。這些做法能夠鼓勵學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立研究，滿足他們的學(xué)習(xí)需求。2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

人工智能課程實(shí)驗(yàn)列表

實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膬?nèi)容簡介實(shí)驗(yàn)報告冊導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)一

產(chǎn)生式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)群熟悉和掌握產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，掌握基于規(guī)則推理的基本方法包括產(chǎn)生式系統(tǒng)的正反向推理、基于邏輯的搜索等10余個演示性、驗(yàn)證性和開發(fā)性設(shè)計實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告冊實(shí)驗(yàn)二

搜索策略實(shí)驗(yàn)群熟悉和掌握啟發(fā)式搜索的定義、估價函數(shù)和算法過程，并利用A*算法求解N數(shù)碼難題，理解求解流程和搜索順序。主要包括盲目式、啟發(fā)式搜索類的10余個相關(guān)演示性、驗(yàn)證性和開發(fā)性設(shè)計實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報告冊實(shí)驗(yàn)三

爬山問題實(shí)驗(yàn)群熟悉和掌握較大搜索空間一致性和優(yōu)化問題的搜索方法,如梯度升降法等。主要包括排定問題、字迷問題、五皇后問題、八皇后問題等實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報告冊

實(shí)驗(yàn)四

約束問題實(shí)驗(yàn)群熟悉和掌握約束滿足問題的基本內(nèi)容[多維選擇軟（滿意）、硬約束(優(yōu)化)]和實(shí)現(xiàn)方法。主要包括排定問題、字迷問題、五皇后問題、八皇后問題等實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報告冊

2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系人工智能課程實(shí)驗(yàn)列表（續(xù)）實(shí)驗(yàn)五決策樹實(shí)驗(yàn)群熟悉和掌握決策樹的分類原理、實(shí)質(zhì)和過程；掌握典型的學(xué)習(xí)算法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。包括與基本分類算法相關(guān)的一些實(shí)驗(yàn)（如郵件閱讀、電子行業(yè)收入分析、轎車和小驕車數(shù)據(jù)分析等）多個實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報告冊

實(shí)驗(yàn)六

貝葉斯網(wǎng)實(shí)驗(yàn)群了解不確定性推理的原理和特點(diǎn)，理解貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理原理包括貝葉斯因果網(wǎng)絡(luò)的多個實(shí)驗(yàn)如：基本火警判斷、醫(yī)療診斷、電路診斷、轎車購買決策等。實(shí)驗(yàn)報告冊

實(shí)驗(yàn)七

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)群理解反向傳播網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和原理，掌握反向傳播算法對神經(jīng)元的訓(xùn)練過程，了解反向傳播公式。通過構(gòu)建BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，熟悉前饋網(wǎng)絡(luò)的原理及結(jié)構(gòu)。包括以BP網(wǎng)為代表的ANN的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、用BP網(wǎng)解決非線性問題的典型設(shè)計實(shí)驗(yàn)（如異或問題、布爾代數(shù)及非線性函數(shù)模擬等）實(shí)驗(yàn)報告冊

實(shí)驗(yàn)八自動規(guī)劃實(shí)驗(yàn)群理解自動規(guī)劃的基本原理，掌握為活動實(shí)體（人、組織、機(jī)器）設(shè)計合理的行為--按時間順序的活動序列的基本技術(shù)。主要包括積木世界的機(jī)器人行動規(guī)劃的幾個相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報告冊

實(shí)驗(yàn)九機(jī)器人導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)群熟悉移動機(jī)器人的信息處理流程，了解、比較基于行為主義和符號主義的人工智能方法在機(jī)器人中的應(yīng)用特點(diǎn)和效果，以及結(jié)合兩者的規(guī)劃與決策方式。主要包括了機(jī)器人導(dǎo)航、簡單地形導(dǎo)航、復(fù)雜地形導(dǎo)航、機(jī)器人陷阱、機(jī)器人郵差等多個實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報告冊2.3課程網(wǎng)站建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系新增人工智能課程設(shè)計

對象：智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)時間：兩周目的：掌握人工智能基本理論，培養(yǎng)學(xué)生收集資料、自學(xué)習(xí)、制定解決問題的方案并通過實(shí)踐不斷地分析和解決問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。內(nèi)容設(shè)置：搜索游戲類、專家系統(tǒng)類和機(jī)器人學(xué)實(shí)踐類選題：學(xué)生可根據(jù)自身能力和興趣組成小組來選擇題目2.4課程立體化教材體系根據(jù)學(xué)科和課程的發(fā)展及教學(xué)改革的需要，我們十分重視教材建設(shè)，不斷更新人工智能課程教材內(nèi)容，使其具有系統(tǒng)性、新穎性、實(shí)用性和可讀性等特色，所編優(yōu)秀教材處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。在過去8年建設(shè)過程中，在原有的信息類本科生教材的基礎(chǔ)上，又增加了研究生教材、網(wǎng)絡(luò)課程教材和管理類通用教材，形成了多層次、多專業(yè)、多平臺的立體配套教材；其中人工智能類教材4種7個版本，智能控制類教材4個版本，機(jī)器人學(xué)類教材2個版本，以適應(yīng)學(xué)生的不同層次要求。這些教材已為高水平課程建設(shè)和學(xué)科建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。2.4課程立體化教材體系2003-2011出版的部分教材2.4課程立體化教材體系編著不同教材，適應(yīng)學(xué)生的不同對象和層次要求：面向高等院校本科生和研究生《人工智能及其應(yīng)用》，第三版，“本科生用書”，清華大學(xué)出版社，2003《人工智能及其應(yīng)用》，第三版，“研究生用書”，清華大學(xué)出版社，2004《人工智能及其應(yīng)用》，第四版，國家級“十一五”規(guī)劃教材，清華大學(xué)出版社，2010面向本科生、大專生和網(wǎng)絡(luò)課程《人工智能基礎(chǔ)》，高等教育出版社，2005《人工智能基礎(chǔ)》，第二版，國家級“十一五”規(guī)劃教材，高等教育出版社，2010面向管理類學(xué)生《人工智能及其在決策系統(tǒng)中的應(yīng)用》，國防科技大學(xué)出版社教材建設(shè)的具體情況將在第三講中詳細(xì)匯報。2.5教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)

教學(xué)人才資源是教學(xué)的第一資源。堅持科學(xué)發(fā)展觀和以人為本的思想，組建一支結(jié)構(gòu)合理、愛崗敬業(yè)、不斷創(chuàng)新的教學(xué)隊(duì)伍是精品課程建設(shè)不斷持續(xù)發(fā)展的重要保證。名師牽頭，結(jié)構(gòu)合理自精品課程立項(xiàng)以來，在多年的建設(shè)實(shí)踐中，我們逐步建立了一支由國家級教學(xué)名師牽頭，以中青年教師為骨干，學(xué)歷、學(xué)位、職稱和年齡結(jié)構(gòu)合理的教學(xué)隊(duì)伍，以保證教學(xué)和教改工作的可持續(xù)發(fā)展。此外，任課教師圍繞創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為核心，以促進(jìn)學(xué)生的成才為目標(biāo)，討論并設(shè)定了明確、可行的課程教學(xué)改革目標(biāo)。2.5教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)抓好隊(duì)伍建設(shè)，不斷提高整體素質(zhì)建立一支愛崗敬業(yè)、富有戰(zhàn)斗力的高素質(zhì)教學(xué)隊(duì)伍是出色完成教學(xué)任務(wù)和提高課程教學(xué)質(zhì)量的根本保證。我們的教學(xué)隊(duì)伍中，從帶頭人到成員，都堅持在教育第一線親自執(zhí)教，傳道、授業(yè)、解惑，做好本職教學(xué)工作，都秉承熱愛黨的教育事業(yè)，熱愛教學(xué)工作、熱愛學(xué)生的傳統(tǒng)。教學(xué)骨干和主講教授具有較高的學(xué)術(shù)造詣和豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，其他教師也有較好的教學(xué)功底和較強(qiáng)的教學(xué)能力，大家團(tuán)結(jié)協(xié)作,精益求精地認(rèn)真做好每一環(huán)節(jié)的教學(xué)工作。

2.5教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)重視青年教師培養(yǎng)，促進(jìn)他們成長青年師資隊(duì)