《人工智能》碩士課程的實踐與探索

☆ 王改花 傅鋼善

（陜西師范大學新聞與傳播學院，陜西西安 710062）

一、問題的提出

人工智能（Artificial Intelligence,AI）是計算機科學的一個分支，是一門研究運用計算機模擬和延伸人腦功能的綜合性學科，涉及數學、計算機科學、控制論、信息學、心理學、哲學等學科，是一門邊沿學科。通過文獻分析發現，隨著人工智能和教育技術的發展，國內外專家學者從教育技術的角度對人工智能展開了諸多研究，并取得了一定的成果，然而從教育技術學專業《人工智能》碩士課程的實踐角度來研究該內容的文獻很少，且目前這門課程的教學效果還不甚理想，如何提高教學效果是迫切需要解決的問題。

二、當前《人工智能》碩士課程存在的問題和課程改革的必要性

（一）當前人工智能碩士課程改革的必要性

培養目標是教育技術學專業與社會需求發生聯系的紐帶。教育技術學專業碩士研究生的主要就業方向是中小學信息技術和通用技術教師、教學系統的設計與開發，但根據調查發現，目前擔任高中“人工智能模塊”與“簡易機器人制作模塊”教學的師資力量參差不齊，專業教師缺乏。因此，如何提高教育技術學專業碩士研究生的動手實踐能力和創新能力，使他們畢業后能夠直接勝任崗位工作，滿足用人單位的需求，成為教育技術學專業《人工智能》碩士課程設置的一個重要課題。

（二）當前人工智能碩士課程的課程內容與教育技術所需課程內容不適應

根據調查發現，目前該課程的課程內容與教育技術所需課程內容不適應。根據教育技術專業碩士研究生的培養目標和就業需求，其所需要掌握的職前知識包括“人工智能初步模塊”與“簡易機器人制作模塊”的知識內容、教學系統開發與設計的知識內容——知識表示與訪問、學生錯誤的自動診斷、實現智能技術與超媒體技術的結合、Agent。因此，雖然人工智能研究的內容很多，但對于教育技術來說并不需要全部研究，只需要研究與其相關的內容即可。

（三）當前人工智能碩士課程的教學方式單一

根據調查發現，目前高師院校教育技術學專業《人工智能》碩士課程的教學方式形式單一，絕大多數學校以選修課形式開設，且僅使用講授法來教學。但是，一方面，此課程內容難度大、信息涵蓋量大、知識面廣，僅用單一的講授法不能很好地達到教學效果，相反抑制了學生的學習興趣；另一方面，人工智能作為一門技術課程，與實際應用聯系得很緊密。例如：機器人制作，僅通過講授法學生只能學習到理論知識，而實踐的技能得不到相應的培養，如何在將來從教中指導“簡易機器人制作模塊”的教學。

（四）當前人工智能碩士課程的評價方式單一

根據調查發現，教育技術學《人工智能》碩士課程的考核方式大多數是考查課，大多數是通過學期末的論文來評價，評價方式單一。

三、高師院校教育技術學《人工智能》碩士課程的實踐與探索

針對上述現狀和問題，陜西師范大學教育技術學專業在開設《人工智能》碩士課程時，從課程目標、內容體系、教學方式以及教學評價四方面進行了課程實踐和探索。

（一）課程目標

根據社會需求、研究生學習特點、教育技術學科特點、人工智能課程本身特點，結合《普通高中技術課程標準（實驗稿）》，我們對該課程的課程目標進行了如下修改：通過本課程的學習，學生應能描述人工智能理論的概念、發展過程、研究與應用領域以及國內外的研究現狀與發展趨勢；掌握人工智能的基本技術、原理、方法；會使用至少一種人工智能語言解決簡單問題，并能開發簡單的專家系統、機器人、Agent。通過本課程的學習，啟發學生對人工智能的興趣，培養學生應用人工智能技術發現問題、分析問題和解決問題的能力。在學習完本課程后，學生能夠具備中小學信息技術教育中“人工智能初步模塊”與通用技術教育中“簡易機器人制作模塊”的教學能力，并能指導中小學生參加機器人比賽。同時教師要發現有特長的學生并對他們進行有針對性的后續教學。

（二）內容體系

依據上述課程目標建議，人工智能課程本身的學科知識體系、《普通高中技術課程標準》的課程內容要求，結合教育技術碩士研究生的培養目標、就業方向、學習特點等情況，我們對該課程的課程內容進行了如下實踐：

專題一：基礎知識，需了解。人工智能概述包括人工智能的定義、發展過程、研究與應用領域、目前國內外的研究現狀。

專題二：支撐技術需重點掌握。包括知識表示、推理技術、搜索技術、人工智能語言（建議選擇Prolog語言）。

專題三：與教育技術相關特色知識，需有針對性的學習。人工智能的主要應用領域，重點講授專家系統、機器人、Agent，其他的應用領域如智能感知、機器學習、自然語言理解、智能控制、人工神經網絡等以自學為主，學校和教師可以根據課程的實際情況選擇其他合適的內容。

專題四：把人工智能前沿及發展趨勢等信息作為培養研究生科研素養的重要內容。

圖1 高師院校教育技術學專業《人工智能》碩士課程內容體系

（三）教學方式

依據上述課程目標和課程內容建議、高中技術課程標準的教學建議，結合教育技術學碩士研究生學習者特點，我們對該課程的教學方式進行了如下實踐：

1．混合式教學

即教學通過兩種方式實現：傳統班級授課與基于Moodle平臺的學習共同體相結合。這里的傳統班級授課并不是指呆板的傳統教授法，而是運用先進的教育理念、教學方法來設計課堂教學。

（1）對理論性知識，我們多采取啟發與互動的教學方法。

由于研究生已經具備了較強的自學能力以及分析和解決問題的能力，因此教師在課堂教學中要積極采用啟發與互動的教學方法，把重點放在問題的由來、概念的形成、研究的思路與方法上，并通過介紹最新研究進展及研究熱點，把新理念、新思路、新方法和有待解決的問題引入到課堂上，引發學生積極的探討與思考，提高學生的學習興趣，以加深對知識的理解。

（2）對技能性知識，我們多采用傳統課堂和實驗教學相結合的教學方法。

針對專題知識，通過基于項目、案例的學習展開教學。在傳統課堂上，采用討論與研究的方式，這種方法有助于培養學生的思維能力和創新能力；在實驗教學上，采用學生以團隊合作形式體驗或開發人工智能產品的方式開展，例如：陜西師范大學在學習“機器人”知識內容時通過在人工智能實驗室體驗機器人產品并進行二次開發的方式進行。這種方法有助于對學生實踐能力和團隊合作能力的培養。

（3）基于Mmoodle平臺的學習共同體的形成。

首先，鼓勵學生在Moodle平臺上針對本節課所學習的知識，自己發現的相關問題、感興趣的內容，以及查閱到的優秀資源等進行交流、分享、討論、協作，培養他們主動獲取知識的能力，以及利用所學知識解決實際問題的創新意識和創造能力。

其次，鼓勵學生通過Moodle平臺向同伴和教師展示個人或團隊的研究結果。這些研究結果是指學生通過基于問題的學習、基于主題的學習、基于項目的學習、基于案例的學習得到的學習成果，這一過程是一個完整的邏輯過程。例如：針對基于問題的學習，從“確定問題→分析問題→形成解決問題的假設→確定所需信息→對所收集的信息進行整理／整合／綜合→形成最終的解決方案”。在上傳作品后，一方面使其他學生看到同伴在學習過程中可取的方面和自己欠缺的方面，以此來反思自己的學習過程；另一方面對同伴上傳的作品給予評價和建議。針對教師和同伴的評價和建議，學生對原有作品反復地反思、改進和完善，從而形成最終作品。基于Moodle平臺的學習共同體的基本特征是開放、互動與交流，它的存在可以避免學習者間的孤獨感，有利于激發學習者的學習熱情，提高《人工智能》課程的教學質量。

2．微格教學

即根據各學校的實際情況，學生按興趣自主選擇感興趣的模塊，組成團隊，分工合作，自主搜集資料、整理資料、備課、在微格教室講課、評課、反思。并將這一系列過程通過電子的形式可視化，通過Moodle平臺向同伴和教師展示研究結果。這一系列過程如同上述基于Moodle平臺的學習共同體的形成過程。

例如：陜西師范大學2010級教育技術學碩士研究生是通過如下步驟來完成這一教學過程的：①選擇模塊階段。在此階段，學生自主選擇了四大感興趣的模塊：Agent、專家系統、機器人、人工智能前沿，學生按興趣自主加入這四大模塊小組。②分工合作階段。在此階段，小組組長組織小組成員確定整個模塊的完整的知識體系，并通過分工來完整地呈現這一模塊的重點知識或學生感興趣的知識，并在講課前將所搜集整理的資料上傳到Moodle平臺供大家分享。③講課階段。學生轉化為教師，通過借助微格教學，每人進行15分鐘左右的課堂講授，一次課完整地呈現一個模塊內容。④評課階段。在此階段，學生課后通過基于Moodle平臺的學習共同體針對講課情況進行自評、互評、小組間評、教師評價來實現教學評價環節，然后學生整理自評和互評，并在Moodle平臺上共享交流。同時學生通過吸取同伴在學習過程中可取的方面和完善自己欠缺的方面，對原有講課中不正確或不足的地方進行修正。⑤反思階段。反思不僅包括對微格教學的反思，還包括對學習這門課程的反思。在此階段，學生通過在Moodle平臺提交反思文檔來實現自我進步。⑥提交論文階段。在此階段，學生自主確定主題，寫一篇關于人工智能的論文，通過此階段提高碩士生科研的能力。

圖2人工智能教學方式

圖2 是《人工智能》教學方式圖，在此課程的教學中建議教師采用混合教學的方式進行，根據實際情況靈活地變更不同教學方法的組合。對于模塊1－5的課程內容建議采用傳統課堂＋Moodle平臺的方式進行教學，對于模塊6－9的課程內容建議采用傳統課堂＋實驗教學＋微格教學＋Moodle平臺的方式進行教學。

（四）教學評價

由于教育技術學《人工智能》碩士課程主要是以選修課形式開設，所以，對于碩士研究生而言,尤其要加強對實踐能力和思維能力的考核：①評價時要注意評價內容的多元化，可主要依靠課堂參與度、學生在基于Moodle平臺的學習記錄（學習共同體中的發言活躍情況、分享優秀資源情況）、實驗教學中表現情況（團隊合作、動手和創新情況）、微格教學中參與和表現情況、大作業質量等進行綜合評價。②評價時要注意評價主體的多元化，主要指教師評價、學生評價、自我評價、專家評價。③評價時要注意評價方式的多元化，不僅要注重形成性評價，更注重過程性評價。

四、教學效果分析

筆者于2009年6月對參加此次課程實踐的教育技術學2010級碩士研究生進行了問卷調查和訪談，共發放問卷30份，回收29份，有效29份。調查結果如下：

（1）學生對“混合教學”和“單純講授教學”的教學效果評價比較。

（2）學生對“課程實踐對就業幫助程度”的態度。

（3）學生對“課程實踐”的滿意度。

圖3 學生對“混合教學”和“單純講授教學”的教學效果評價比較

圖4 學生對“課程實踐對就業幫助程度”的態度

圖5 學生對“課程實踐”的滿意度

從統計圖可以看出，這種針對教育技術學專業《人工智能》碩士課程的實踐與探索作為一次新的嘗試，的確取得了很好的效果，也很受學習者歡迎。

五、結束語

由于我們的時間和條件的限制，以及限于筆者水平和接觸面，本研究還有許多不足，尤其由于人工智能課程在教育技術圈內尚屬于比較邊緣而且大家的理解還比較多元化的狀態，我們的教學實踐仍需要進一步的實踐檢驗。在下一步的研究中，我們將繼續追蹤高師院校教育技術學專業碩士研究生從事人工智能相關研究的畢業生，獲得反饋信息，對教學實踐建議進行不斷調整和完善，從而為該課程的改革與完善提供實例借鑒。

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