融合理論與應用的人工智能教學改革分析

呂照民

摘? 要：本文從人工智能課程理論與應用相融合的方向出發，結合教學實踐過程中的經驗，根據高校學生學習特點對目前情況下人工智能課程所存在的問題進行現象分析。探索并發現學生存在專注度不高、學習興趣不強等問題，并提出解決此類問題的理論方法，促進人工智能教育的進步與變革，培養出順應當前時代發展、滿足社會需求的復合型人才。

關鍵詞：人工智能? 教學改革? 教學方法? 學習興趣

xAbstract： This article starts from the direction of the integration of artificial intelligence curriculum theory and application， combines the experience in the teaching practice process， and analyzes the problems existing in the artificial intelligence curriculum under the current situation according to the learning characteristics of college students. Explore and discover that students have problems such as low concentration and low interest in learning. We propose theoretical methods to solve these problems， promote the progress and transformation of artificial intelligence education， and cultivate compound talents that conform to the development of the current era and meet social needs.

Key Words： Artificial intelligence; Teaching reform; Teaching method; Learning interest

人工智能是引領世界未來、改變全球格局的戰略技術，人工智能的迅猛發展迫切需要人工智能教育的及時跟進。人工智能教育水平的高低決定了一個國家在世界新一輪科技革命中所處的地位，具有極其重要的意義[1]。近年來，人工智能AI （Artificial Intelligence）成為全世界范圍內非常熱門的專業和研究方向，各大高校、公司均投入大量資源成立人工智能學院，培養、培訓學生及相關從業人員。我國在人工智能基礎研究和創新方面，仍然存在很大缺口。根據高盛《全球人工智能產業分布》報告統計，2017年全球新興人工智能項目中，中國占據51%，數量上已經超越美國。但是，全球人工智能人才儲備方面，中國卻只有5%左右[2]。人工智能與各界尤其是教育界的融合成為各界人士所關注的重點。目前，很多研究給予人工智能對教育及學校形態的影響以關注，探討其困境與出路[3]。

1? 人工智能教育的重要意義

人工智能課程是一門應用性與綜合性極強的學科，其知識內容可適用于多種專業及場景。在這門學科的學習過程中，涵蓋了邏輯推理、公式推導等多層次知識，對學生的邏輯思維能力和高等數學基礎有較高的要求。是現代教育體系中不可缺失的一門課程，為解決復雜問題和智能控制提供了有效的途徑。有助于推進我國高水平素質教育的發展。人工智能教育發展有如下幾點重要意義。

（1）加強了師資隊伍專業素養。

人工智能作為較為新穎的新興學科，可以開拓教師隊伍的視野，給相關研究內容提供一條嶄新道路，提供了科學研究多樣性與靈活性，促進教師主動積極的更新自己的知識體系，接觸并了解人工智能原理，通過對先進技術的靈活使用，與所研究方向做到合理結合。也可以開設面對教師隊伍的人工智能課程，可以與社會前沿技術進行同步與更新。

（2）激發學生的學習熱情。

學習熱情不是天生的，是在學習過程中逐步形成的，在學習中獲得成就感、滿足感，掌握一個科學高效的學習方法是關鍵，在學習的過程中，如果方法不得當，學習嚴重受挫，學生會對課程學習失去興趣，甚至產生討厭的情緒。人工智能內容豐富，方法多樣，目前高校學生的上課專注度與課程內容、教師授課存在正比關系。傳統課程的教學內容較為統一，難以激發學生們的學習熱情，導致學生的學習較為被動。通過人工智能教學改革，可以將目前學術界前沿知識理論進行傳授，激發學生學習動力，認識到一個全新的、多元的人工智能課程。用人工智能的應用價值來調動學生的學習動力，通過聯系實際，解決學習、生活中的問題，讓學生感到生活中處處有人工智能，彰顯人工智能知識的魅力。激起學生學好人工智能的欲望，讓學生感到學習此課程并不只是為了應付考試而已，而是在生活有很大的實用價值。如此進行教學，學起來學生會產生親切感、真實感，從而激發高校學生學習人工智能的積極動機，產生學習人工智能的興趣。并且由于人工智能課程的稀缺性，除高校外并不是非常普及，容易使學生產生成就感，促進人工智能課程的順利開展。

（3）加強學生解決問題的能力。

以人工智能為核心的“新一代技術革命”正在掀起，成為社會又一次全新變革與發展的開端。作為高校學生，學習人工智能課程可以對自己的思維方式產生極大的轉變，面對一個待解決的復雜問題，或許使用人工智能的思維可以巧妙的轉換為簡單問題，如目標檢測、故障診斷等人工智能應用，極大的減輕了人工勞動，提高了工作學習效率，高校學生學習人工智能課程后，將人工智能理論融合與應用，面對當前課題所遇到的問題，為解決問題提供多一條思路，節約時間成本，在時間就是價值的今天，人工智能的意義不言而喻。

2? 人工智能教學的現狀與問題

現在許多高校都開展了人工智能課程，作為一門新興學科，一定伴隨著教育方法的不斷改革創新，目前在教學過程中存在下述幾個問題。

（1）學生的基礎知識不扎實。

人工智能課程內容包含數學計算、向量分析、神經網絡搭建等復雜內容，對學生的邏輯思維能力，高等數學能力都是不小的挑戰，往往會出現學生并不是不認真學，而是基礎知識的不扎實導致學而不精的情況。不斷深入的學習如走天梯一般一層接著一層，不能出現漏學、錯學的情況，為了學生的學習質量與教師的教學熱情，在教學改革中應該解決此類問題。

（2）沒有將理論與應用相融合。

面對新興學科一般都存在的問題——理論融合應用，在人工智能課程中也依然存在，長期以來，高等學校總是面對理論與應用相脫節的批評之聲。無論是在工科專業，抑或是師范類專業，都能聽到類似的批評。高校雖然也一再努力接近實踐，比如推進產學研一體化、建設實踐基地等，但理論與實踐脫節的問題依然存在。美國教育家舍恩等人在20世紀70年代就注意到這一問題，發現了“實踐性知識”的存在，將此視為縮小理論與實踐鴻溝的關鍵。所謂實踐性知識，是與理論知識相對應的概念，是指在實踐中形成的、實際指導實踐工作的知識。作為一門理論性高的課程，實踐性知識較少，實踐性知識扎根于應用之中，在課堂中如何把應用融合于理論，并不是一件簡單的事情，如果缺乏對“實踐”過程和實踐機制的認識，所謂的理論與實踐結合只能是流于形式[4]。所以在人工智能授課過程中，理論與應用如何相融于教師來說是一個嚴峻的問題。

（3）學生的參與度不夠。

上一點問題中提到，人工智能是一門理論性極高的課程，這意味著課堂中往往是教師在講臺上授課，學生在臺下進行聆聽，查閱資料、自我思考與鉆研的時間并不多。不管是什么知識，只有自身真正的參與其中，才能夠更好的將課本、課件中的知識為自己所用，遇到不懂的地方不再按部就班的填寫答案，而是在互聯網中主動尋找知識來源、進行課程知識外的系統完善，培養出高水平人才。而如何解決這一問題，教師們一直在進行探索，以充分調動學生的參與度。

3? 人工智能在教學改革中的應用與實踐

世界一流大學在人工智能課程內容設置根據不同國家的教育體系設置，肯定會有不同，我們結合中國教育體系設置，根據工科學生的學習能力、基礎技能，認為應從以下幾方面進行改進。

（1）提高課程選課門檻。

選擇人工智能課程之前，學生應當通過高等數學、線性代數等課程考試。眾所周知人工智能課程內容包含數學計算、向量分析、神經網絡搭建等復雜知識，若學生未掌握基本計算能力而進行人工智能課程的學習，可能會導致進度緩慢、專業問題難以理解的困難。

（2）課程教學應注意理論與應用的融合。

人工智能課程包括知識表示、基礎算法、機器視覺等內容，許多同學在在課程結束之后，能夠了解此類知識，但并不能將所學知識應用于自身專業、研究方向，如何將知識轉化為學習工具，是教學改革所要研究的重點。對于工科專業的學生來說，人工智能能應用的領域非常廣泛，課程中教師可以將相關人工智能處理案例附加于對應章節的學習中去，使學生不僅理解基本方法，也明白該方法在實際工作中的應用，這樣理論與應用的融合加深學生的學習深度，提高學習興趣。

（3）加強學生獨立解決人工智能問題的能力。

教師可以在課程教學過程中提出相關基礎性的問題，引導學生使用不同的人工智能方法、查閱文獻資料對該問題進行解決，并制作ppt于課前面向同學進行分析與展示。由于往常課程教學中，常見教師從頭至尾含辛茹苦進行課程講解，但學生參與度不高，處于被動接受的環境。巴爾扎克認為：“打開一切科學的鑰匙，都無異議的是問號。”在教學過程中，學生只有對學習內容產生疑問，學習才有積極性和主動性，才會開動腦筋，想方設法去解決問題。若教師巧妙地設問，可以以問促學，以學促思，從而在質疑中引發學生認知沖突，誘發學生思維動機的問題。如此能夠有效激發學生探究意識和學習興趣，使學生產生渴望探究新知識的良好心理狀態，從而主動的深入學習。而讓學生去解決一個課程相關的問題，可以加強學生查閱文獻資料的能力，提高學生獨立思考能力與學習興趣，師生之間的交流程度也大幅提高。同時將學生作為教學主體，將教師從原本的知識傳授者變成教學引導者，幫助學生能夠進行自主學習，促進學生綜合素質的提高[5]。

4? 結語

人工智能的發展是隨著時代的發展和技術的進步而變化[6]，在社會的不斷發展中應用之處越來越多，人工智能教育的改革也十分重要，教師如何教好，學生如何學好，是兩個需要不斷細化的問題。習總書記談過：“教育興則國家興，教育強則國家強。”高等教育是一個國家發展水平和發展潛力的重要標志。習總書記在不同場合多次強調發展教育的重要意義，為教育強國的建設指明了方向。作為高校教育中的重要一環，高校教師應該積極配合學校的總體方針，認真思考如何使用豐富的教學手段，增強教學深度，將理論融合于應用，完善學生的知識體系與實踐能力，使得人工智能在發展中不斷更新，在社會中發揮更大的作用，培養出適應時代發展和社會需求的復合型人才，走好中國特色社會主義道路，為社會主義現代化貢獻力量。

參考文獻

[1] 劉永，胡欽曉.論人工智能教育的未來發展：基于學科建設的視角[J].中國電化教育，2020（2）：37-42.

[2] 周鋆，曾平，杜振國，等.世界一流大學研究生培養模式討論——以人工智能課程為例[J].計算機工程與科學，2018，40（S1）：102-106.

[3] 李嘉琳.論人工智能對學校教育的影響[D].沈陽：沈陽師范大學，2020.

[4] 陳洪捷.為什么我們做不好“理論結合實踐”[N].中國科學報，2020-06-02（7）.

[5] 亓靜.人工智能背景下《數據結構》課程的教學改革分析[J].電腦知識與技術，2020，16（12）：151-152.

[6] 貴向泉，高禎，李立，等.“新工科”背景下人工智能教學改革研究[J].教育教學論壇，2020（15）：129-131.