人工智能課程教學改革與實踐的幾點探索

張利群，曹楊，劉培勝

（遼寧石油化工大學計算機與通信工程學院，撫順113001）

0 引言

人工智能（Artificial Intelligence，AI）誕生至今已經(jīng)60 多年了，隨著人們對人工智能研究的深入，其應用領域越來越廣泛并取得了顯著成果，人工智能的誕生和發(fā)展，已成為20 世紀最偉大的成就之一。近年來，特別是以谷歌Alpha Go 戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石的“世紀人機大戰(zhàn)”為代表的人工智能大事件，標志著人工智能技術取得了新的突破，人工智能發(fā)展到了一個嶄新的階段，同時這些大事件將人們對人工智能的關注度推到了前所未有的高度。

我國對人工智能技術的研究與應用高度重視，2017 年，國務院下發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，工業(yè)和信息化部下發(fā)了《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（2018-2020 年）》，2018 年，教育部下發(fā)了《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》，這些文件指明了我國人工智能發(fā)展的計劃、目標和方向。2020 年3月，教育部公布了2019 年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果，新增人工智能專業(yè)的高校達到了180所，新增數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術專業(yè)的學校也達到了138 所，智能制造、機器人工程、智能科學與技術等專業(yè)也都有數(shù)十所學校通過審批。《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》支持高校在專業(yè)建設方面，重視人工智能與計算機、控制、數(shù)學等學科專業(yè)教育的交叉融合，探索“人工智能+X”的人才培養(yǎng)模式。

在新形勢下，一些非計算機專業(yè)培養(yǎng)計劃中，也開設了《人工智能》選修課。如何將非計算機專業(yè)的人工智能選修課開設好，為專業(yè)教育服務，成為我們?nèi)斯ぶ悄苷n程任課教師需要研究和探索的一個課題。

1 人工智能課程與專業(yè)緊密結(jié)合

人工智能就是用機器實現(xiàn)人類智能。因此，人工智能的目的就是如何使計算機系統(tǒng)變得像人一樣聰慧，使之能理解和模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律。人工智能課程是一門涉及計算機科學、數(shù)學、心理學、信息論、控制論等學科的交叉和邊緣科學，這也決定了人工智能課程包含的內(nèi)容是多方面的。目前人工智能教材有很多，無論是在教材的結(jié)構(gòu)編排還是在內(nèi)容組織上，都有很大差別。

教育包括知識、能力和素質(zhì)三個方面，知識是基礎、載體和表現(xiàn)形式，能力是智能化的知識及體現(xiàn)，素質(zhì)是這兩者的升華。這就要求我們?nèi)握n教師，要認真研讀授課專業(yè)的培養(yǎng)計劃，了解該專業(yè)學生應掌握的專業(yè)知識和技能，結(jié)合課程教學大綱，確定授課內(nèi)容，并且要針對不同的專業(yè)，在內(nèi)容上要有所側(cè)重，真正做到課程與專業(yè)緊密結(jié)合。

以我校應用數(shù)學專業(yè)為例，在知識的側(cè)重點上，針對應用數(shù)學專業(yè)的培養(yǎng)計劃和學生能力的培養(yǎng)要求，結(jié)合課程教學大綱，除了保留人工智能基礎的五大部分知識外，在人工智能當前的一些主要研究、應用領域方面，重點選擇介紹了機器學習內(nèi)容，并以應用數(shù)學專業(yè)先修課《MATLAB 及其應用》為基礎，實現(xiàn)和運用機器學習算法。這種教學內(nèi)容的側(cè)重，不僅使得課程內(nèi)容與應用數(shù)學專業(yè)結(jié)合緊密，還使得MATLAB 課程有了實用場景，達到了人工智能理論與實踐完美結(jié)合，課程取得了非常好的教學效果，同時也完成了專業(yè)培養(yǎng)目標所規(guī)定的專業(yè)技能的培養(yǎng)和訓練。

2 構(gòu)建課程與競賽同建互融的教學模式

為了有效提升人工智能課程質(zhì)量，加強學生實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)，我們有目的引入了學科競賽，一方面是通過競賽促進教師教學，另一方面是通過競賽促進學生學習，提高學生的學習興趣。在這個過程中，努力構(gòu)建課程與競賽同建互融的教學模式[1]。

2.1 競賽的選擇

近年來，教育行政主管部門對以中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為代表的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽高度重視，以遼寧為例，2020 年遼寧省普通高等學校本科大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽項目共計設置了104 項，供省內(nèi)高校選擇參加。隨著各種大賽的開展，學生在各種大賽中的獲獎情況也成為社會用人單位衡量學生職業(yè)素質(zhì)的又一重要指標。

目前，針對高校學生的各種大賽種類繁多，如何選擇與人工智能課程相關并且適合學生參加的大賽呢？幾年來的實踐，我們總結(jié)出所參加大賽要具備如下四個基本條件。①學生要有興趣，最好與日常生活相關，有一定知識積累和基礎。②競賽內(nèi)容要與人工智能課程緊密結(jié)合，并且適合學生專業(yè)水平實際。③參與面要廣，雖然參加省賽、國賽的隊員是少數(shù)，但是全體學生要一起參與選拔過程。④社會認可。大賽最好由教育主管部門和專業(yè)學會主辦，不以盈利為目的，比賽客觀公正，比賽結(jié)果真實可信，用人單位和社會認可。

基于這些條件，我們選擇了中國大學生計算機博弈大賽暨中國計算機博弈錦標賽。計算機博弈競賽以學生喜聞樂見的、高對抗性的棋牌游戲為研究載體，以理論與實際系統(tǒng)構(gòu)建相結(jié)合為原則，旨在調(diào)動大學生學習與研究熱情，激發(fā)大學生創(chuàng)新潛能。計算機博弈程序需要學生將人的思維過程通過計算機來實現(xiàn)，這就要學習如何處理與對策相關的問題，選擇最佳博弈策略，而這些內(nèi)容又與人工智能課程緊密銜接，兩者是相得益彰。

2.2 用計算機博弈競賽促進教師教學

教師的教學方面包含諸多內(nèi)容，在“以賽促教”過程中，以下五個方面應當被作為重點，優(yōu)先考慮并認真貫徹執(zhí)行。

（1）提高教師業(yè)務水平

教師教學水平、科研水平的高低直接決定教學質(zhì)量的高低，因此教師必須努力提高專業(yè)水平，特別是人工智能課程的任教水平，以便能擔當起一個優(yōu)秀競賽指導教師的重任，指導學生在競賽中獲得理想成績。

（2）提升對知識的認識

提升對“知識”這一概念的看法，知識既是目的，也是手段，知識就意味著能夠運用。只有當知識成為精神生活的因素，占據(jù)人的思想，激發(fā)人的興趣時才能稱之為知識[2]。在人工智能課程教學過程中，不要使學生獲得的知識成為最終目的，而一定要成為手段，要在各種實際活動中，特別是計算機博弈競賽中活起來、用起來。

（3）充分了解學生

實踐已經(jīng)證明，教師要做好教學工作，必須要了解學生，可以從如下幾方面入手[3]。①要充滿愛心和信任，②要熟悉每個學生，③要善于觀察學生。只有了解學生，才能更好地實現(xiàn)普遍培養(yǎng)和重點選拔的有機結(jié)合，對全體學生進行基礎教學，在校賽選拔的基礎上，對參加和不參加計算機博以競賽的學生進行分層教學，使不同層次的學生完成不同的教學要求和教學內(nèi)容，做到因材施教。

（4）教學方式與方法選擇

隨著信息化技術的普及和運用，目前可用的教學方式、教學方法及手段靈活多樣，特別是2019-2020 學年春季學期，受疫情影響，線上教學方式得以廣泛使用，并得到較系統(tǒng)地研究。而教學方法可歸納為兩類：一類是使學生初次感知知識和技能的方法；另一類是使知識得到進一步理解、發(fā)展和深化的方法[2]。講授法、討論法、實驗法、演示法、案例法等教學方法在人工智能課程教學過程中都可以靈活運用，特別是討論法在對競賽選手的教學中非常適合，應用最多。

（5）培養(yǎng)學生探究性學習方法

計算機博弈程序的設計過程就是由具體的感性的表象向抽象的過渡過程，既需要棋牌類知識，又需要人工智能的知識，學生需要付出大量的腦力勞動。在這個過程中，努力培養(yǎng)學生的探究性學習方法。教師不是把已有的結(jié)論告訴學生，而是讓學生在實現(xiàn)博弈程序的過程中去探索、證明，只有這樣，知識才是靠學生積極、主動的努力獲取的，被掌握得扎實、牢固，并能被靈活運用。探究性學習方法對于培養(yǎng)計算機博弈競賽的選手是非常重要、可行的一種方法。

2.3 用計算機博弈競賽促進學生學習

對于學生的學習，教師應有意識地在以下三個方面重點指導和幫助學生。

（1）大力倡導個性化學習

個性化學習是指學生依據(jù)自身實際，按照自己的方式主動地進行知識構(gòu)建的學習方式。倡導個性化學習有利于學生的創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，也有利于因材施教。受疫情影響，2019-2020 學年春季學期為學生個性化學習提供了非常好的契機，而目前線上非常豐富的學習資源，又為學生個性化學習提供了有力支撐。個性化學習側(cè)重點在于學生在學習過程中可以充分發(fā)揮自己的個性，按照自己的知識結(jié)構(gòu)和需求選擇學習計劃、學習內(nèi)容和學習方式。對于參賽的學生，教師更要因勢利導，對學生個性化學習從多角度、多層面進行線上和線下指導。

（2）強化動手能力的培養(yǎng)

學生理論知識掌握得再好，如果實踐量不夠，學生是不能形成良好技能的。通過參加中國大學生計算機博弈大賽，使學生重視實踐環(huán)節(jié)，主動去鍛煉自己的動手能力，也必須增加實踐時間投入去完成計算機博弈程序。教師更要重視學生的實踐和訓練，予以恰當?shù)闹笇АＴ诮虒W上，結(jié)合實際教學內(nèi)容，靈活使用“講練結(jié)合”的教學方法，切實把學生學會知識到應用知識的過程落到實處。

（3）培養(yǎng)團隊精神

團隊精神是大局意識、協(xié)作精神和服務精神的集中體現(xiàn)，核心是協(xié)同合作。學生在學習的同時，應積極參加適合自身特點的各種科技活動。參加中國大學生計算機博弈大賽，學生能夠更好地構(gòu)建課內(nèi)外知識，在競賽中展現(xiàn)自己的學習能力、知識儲備、表達能力，又由于比賽是團體賽，更能培養(yǎng)同學間的合作能力及團隊精神。

3 理解“課程思政”內(nèi)涵，教書育人

教育是國之大計、黨之大計。“課程思政”是相對于“思政理論課”而言的，就是說學校開設的所有課程都具有傳授知識、培養(yǎng)能力及思政教育功能，要將思政教育融入到學校的教育、教學活動之中，使“課程門門有思政，教師人人講育人”，即“所有教師都負有育人職責”，“所有課堂都有育人功能”。各門課都要守好一段渠、種好責任田。要把個人遵紀守法、把社會主義核心價值觀的要求、把實現(xiàn)民族復興的理想和責任融入各類課程教學之中，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應[4]。

課程思政的教學目標尺度要達到：在政治立場上使人明確堅定；在思想認識上使人步步提升；在知識學習上使人豁然開朗；在情商提高上使人思維辯證；在生活常識上使人拓寬視野；在社會認知上使人眼亮心明。教師在人工智能課程的講授過程之中，要積極納入諸多育人元素，如愛國情懷元素，秉承愛國傳統(tǒng)；奮斗精神元素，確立為崇高目標終身奮斗理念；道德品行元素，確立立德樹人理念；中國故事元素，擴大知識視野，確立人生觀；形勢政策元素，提升認識社會、適應發(fā)展趨勢的能力等[5]。

例如，在實際授課過程中，介紹我國2000 年度國家最高科學技術獎獲得者，我國人工智能的先驅(qū)吳文俊院士，講解他的愛國情懷和奮斗精神，他提出的幾何定理的機器證明被國際數(shù)學界稱為“吳方法”，用他的中國故事元素，激勵學生，使學生樹立正確的人生觀。再比如，在人工智能的第一課，介紹我們國家對人工智能的發(fā)展規(guī)劃，讓學生認識、了解社會，適應社會發(fā)展的趨勢。

4 結(jié)語

隨著人工智能技術的發(fā)展與應用，人工智能課程內(nèi)容也在不斷地豐富和變化。而針對人工智能課程的教學改革也永遠不會停止，無論是在教學內(nèi)容、教學模式、教學方法和教學手段等方面，都需要廣大的人工智能課任課教師去探索和實踐，為新形勢下推動經(jīng)濟社會各領域從數(shù)字化、網(wǎng)絡化向智能化加速躍升貢獻一份力量。