“人工智能”課程教學(xué)的實(shí)踐與探索

張　延　楊國勝

摘要：人工智能是一門多學(xué)科交叉的學(xué)科，它的迅速發(fā)展也為科學(xué)技術(shù)各學(xué)科提供了一條新的發(fā)展途徑和新的發(fā)展手段，現(xiàn)已成為一個(gè)受到廣泛重視并有著廣闊應(yīng)用潛能的前沿學(xué)科。本文從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，關(guān)注學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，注重教學(xué)內(nèi)容的更新，加強(qiáng)雙語教學(xué)；針對人工智能課程內(nèi)容抽象、算法復(fù)雜的特點(diǎn)，加強(qiáng)案例教學(xué)，注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并且不拘泥于傳統(tǒng)的應(yīng)試教育的考核方法，真正提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際動(dòng)手能力。

關(guān)鍵字：人工智能；案例教學(xué)；學(xué)科分支；雙語教學(xué)

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1引言

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支，是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿科學(xué)，它的出現(xiàn)及所取得的成就引起了人們的高度重視，被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)根本目標(biāo)。

人工智能課程作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系中的核心課程之一，其地位正在隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用而得到迅速提高。目前，國內(nèi)外重點(diǎn)大學(xué)都非常重視該門課程的教學(xué)和研究，許多重點(diǎn)大學(xué)都有自己獨(dú)立的人工智能研究所。

本文通過多年的人工智能教學(xué)實(shí)踐，對人工智能教學(xué)的方法進(jìn)行了初步的實(shí)踐和探索。中央民族大學(xué)在人工智能課程建設(shè)和教學(xué)過程中，針對計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展趨勢，提出擯棄傳統(tǒng)講、學(xué)、考模式，注重學(xué)生能力培養(yǎng)的措施。在教學(xué)和實(shí)踐過程中，不斷進(jìn)行探索，既從計(jì)算機(jī)學(xué)科本科的教學(xué)理念出發(fā)，從人工智能這門學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，以計(jì)算機(jī)學(xué)科分支的角度認(rèn)知人工智能，組織教材的知識架構(gòu)并進(jìn)行教學(xué)。用計(jì)算機(jī)學(xué)科的觀點(diǎn)分析人工智能的基本原理與方法時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是這些基本原理與方法與其他的計(jì)算機(jī)分支的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)。共同點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)學(xué)科的本質(zhì)，不同點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)人工智能的本質(zhì)。本文就針對我校人工智能課程教學(xué)的一些基本問題加以初步總結(jié)。

2從計(jì)算機(jī)學(xué)科分支的角度認(rèn)知人工智能

人工智能屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)分支的學(xué)科，同時(shí)又是一門涉及控制論、信息論、語言學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)等多學(xué)科交叉的課程。我國高等院校計(jì)算機(jī)學(xué)科的本科教學(xué)所設(shè)置的人工智能課程一般只有40課時(shí)左右，以什么角度組織教材內(nèi)容，提高教學(xué)效果，才能使學(xué)生較容易地理解和掌握人工智能的原理與技術(shù)，是我們值得探索的問題。

人工智能處理的對象是知識，知識處理則需采用知識表示。因此，若以計(jì)算機(jī)分支的角度也就是用計(jì)算機(jī)學(xué)科的觀點(diǎn)看待人工智能，人工智能課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以知識為主線，以知識表示和搜索為基石進(jìn)行組織。反映到實(shí)際教學(xué)中，就是人工智能的各個(gè)分支的介紹，這包括知識庫系統(tǒng)、自然語言理解、規(guī)劃、機(jī)器人等。總之，教學(xué)內(nèi)容可分成兩個(gè)部分，第一部分是基礎(chǔ)理論和基本方法，包括：邏輯表示與歸結(jié)推理方法、搜索原理，知識表示(包括產(chǎn)生式系統(tǒng)、語義網(wǎng)絡(luò)、框架)、推理(包括不確定性推理、非單調(diào)推理)、機(jī)器學(xué)習(xí)。第二部分是實(shí)用技術(shù)，包括知識庫系統(tǒng)、高級搜索、自然語言理解。

3優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)雙語教學(xué)

人工智能作為一門新學(xué)科，在1988年前，國內(nèi)外均未見有教學(xué)大綱和教材，開設(shè)本課程面臨的首要問題就是確定教學(xué)內(nèi)容，包括人工智能的知識表示和推理以及人工智能的應(yīng)用兩個(gè)部分。前者是人工智能的重要基礎(chǔ)，后者討論幾種人工智能應(yīng)用系統(tǒng)，包括專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)規(guī)劃和機(jī)器視覺等系統(tǒng)。這些內(nèi)容只是給出了人工智能課程的初步框架。

隨著人工智能研究的進(jìn)一步深入，到20世紀(jì)90年代中期，人工智能也從符號(邏輯)主義一枝獨(dú)秀發(fā)展到符號主義、連接主義和行為主義多家爭鳴的新局面，模糊計(jì)算和神經(jīng)計(jì)算作為新內(nèi)容列入到人工智能課程，充實(shí)了人工智能課程的內(nèi)容。進(jìn)入21世紀(jì)以來，人工智能學(xué)科又有了新的發(fā)展。為了及時(shí)反映人工智能研究和學(xué)科的最新進(jìn)展，我們及時(shí)對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步優(yōu)化和更新：把人工智能分為基礎(chǔ)部分和擴(kuò)展應(yīng)用部分。

在教學(xué)和實(shí)踐過程中，考慮到本課程的多學(xué)科交叉性以及相關(guān)信息學(xué)科的快速發(fā)展，在目前高校提倡雙語教學(xué)的環(huán)境下，將《人工智能》教材逐步改為全英語教材，這樣可以更快地掌握學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)，掌握最先進(jìn)的技術(shù)，與國際發(fā)展趨勢接軌。Nils J.Nilsson教授所著的《人工智能》教材是美國Stanford大學(xué)計(jì)算機(jī)系本科教材，該教材體系比較符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，便于學(xué)生接受、理解、掌握和鞏固所學(xué)知識；同時(shí)這本書內(nèi)容豐富、取材新穎，適合作為該課程的英文教材。

4注重案例教學(xué)、改革教學(xué)方法

案例教學(xué)首創(chuàng)于哈佛大學(xué)商學(xué)院，在經(jīng)貿(mào)、管理、法學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的相關(guān)專業(yè)得到應(yīng)用并取得顯著績效，然而目前工科專業(yè)還較少運(yùn)用案例教學(xué)方法。人工智能的每一部分內(nèi)容均包含大量概念，內(nèi)容抽象，算法復(fù)雜，學(xué)生往往被動(dòng)“聽講”；并且涉及很多的數(shù)理邏輯知識，有些顯得難以理解，并且往往讓學(xué)生感到比較枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就漸漸淡薄，難以獲得預(yù)期的教學(xué)效果。鑒于這一現(xiàn)實(shí)問題，我們將案例教學(xué)方法引入到該課程的教學(xué)之中。

例如在邏輯推理技術(shù)和搜索技術(shù)這兩方面的教學(xué)過程中，我們使用參考教材《人工智能：一種現(xiàn)代方法》，并利用其中基于JAVA的教學(xué)開發(fā)工具包AIMA進(jìn)行案例設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在教學(xué)過程中結(jié)合AIMA中的案例來講解，使比較枯燥的知識以有效、實(shí)用和具體的形式表現(xiàn)出來，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。在講解搜索技術(shù)時(shí)，以“八皇后”問題為案例，結(jié)合AIMA中的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，以講解和討論相結(jié)合的方式，學(xué)習(xí)盲目搜索、啟發(fā)式搜索等算法，使學(xué)生不僅能理解狀態(tài)空間的產(chǎn)生方法，而且能設(shè)計(jì)算法、實(shí)現(xiàn)算法，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。在學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、進(jìn)化計(jì)算等方面的內(nèi)容時(shí)，我們主要借助于Matlab提供的相關(guān)工具箱。

5加強(qiáng)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、改革考核方法

建立一支愛崗敬業(yè)、富有戰(zhàn)斗力的教學(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。教學(xué)人才資源是教學(xué)的第一資源。在學(xué)校有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)院的支持下，我們組成一支知識結(jié)構(gòu)和年齡比較合理的教師隊(duì)伍。

在教師隊(duì)伍的建設(shè)過程中，積極引導(dǎo)鼓勵(lì)教師對考試方法的改革。一方面這樣可以打破以往應(yīng)試教育的弊病；另一方面，也可以使學(xué)生從繁重的死記硬背中解脫出來。結(jié)合這門課的特點(diǎn)，我們加強(qiáng)平時(shí)思維能力的考核，注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?dòng)手能力的培養(yǎng)，在學(xué)習(xí)中大量采用寫讀書報(bào)告的形式。在此基礎(chǔ)上加大平時(shí)成績的比例，使得平時(shí)成績占到總成績的40％左右，杜絕依靠一次考試決定成績的狀況。這樣，既迫使學(xué)生重視平時(shí)的學(xué)習(xí)思考，也減輕有些學(xué)生想通過考試作弊完成學(xué)習(xí)任務(wù)的僥幸心理。

6結(jié)語

本文就我校人工智能課程建設(shè)中的教學(xué)內(nèi)容、教材、教學(xué)方法和教學(xué)隊(duì)伍等方面進(jìn)行了分析，并探討了今后的工作思路。我們的體會可能比較片面，對問題的理解也不夠深刻，甚至還存在一些不妥之處。但只有在不斷的探索和改進(jìn)中加以提高，才能使得我們的教學(xué)工作上一個(gè)新的臺階，才能使我們培養(yǎng)出的學(xué)生適應(yīng)新時(shí)代的要求。