新工科背景下人工智能導(dǎo)論課程教學(xué)方法探討

摘 要：人工智能導(dǎo)論作為眾多新工科專(zhuān)業(yè)的入門(mén)級(jí)課程，具有高度概括性，啟發(fā)性，和廣泛的應(yīng)用性。本課程從人工智能思想出發(fā)，以知識(shí)背景和理論基礎(chǔ)為主要內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)有行業(yè)應(yīng)用，并引入部分最新前沿研究，為學(xué)生在新工科背景下開(kāi)展學(xué)習(xí)引發(fā)了學(xué)習(xí)的熱情并夯實(shí)了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新工科;人工智能導(dǎo)論;教學(xué)方法

1 引言

新工科作為我國(guó)教育歷史的新起點(diǎn)，是針對(duì)傳統(tǒng)的工科專(zhuān)業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)與人工智能為核心，通過(guò)學(xué)科交叉融合完成創(chuàng)新改造升級(jí)，為新興產(chǎn)業(yè)提供有創(chuàng)新能力，有實(shí)踐能力，有知識(shí)廣度的復(fù)合型人才。人工智能源于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)，但具體涉及方向眾多，具有跨學(xué)科、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。人工智能導(dǎo)論在學(xué)科上涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、神經(jīng)生理學(xué)、認(rèn)知學(xué)、信息論、控制論、不確定性論、哲學(xué)等，其本身研究?jī)?nèi)容又包括機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、知識(shí)表現(xiàn)、深度學(xué)習(xí)、邏輯推理、智能搜索、組合調(diào)度、復(fù)雜系統(tǒng)等研究方向，其應(yīng)用范圍又包括人臉等機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)、人機(jī)交互、自動(dòng)規(guī)劃、定理證明、機(jī)器人學(xué)、人機(jī)交互（圖像、音頻、視頻）理解、自動(dòng)編程等廣泛的應(yīng)用。所以，在新工科背景下的人工智能導(dǎo)論是學(xué)生入門(mén)的綜合性新工科課程，它不僅是背景知識(shí)介紹，也不僅是整個(gè)專(zhuān)業(yè)各個(gè)課程的基本簡(jiǎn)介，更是重在人工智能相關(guān)領(lǐng)域的工程素質(zhì)培養(yǎng)，人工智能專(zhuān)業(yè)的創(chuàng)新思維培養(yǎng)。人工智能導(dǎo)論在未來(lái)不僅僅是計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的入門(mén)課程，并將成為眾多新工科專(zhuān)業(yè)的首門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。因此，首先要明晰人工智能導(dǎo)論這門(mén)課程的定位和具體任務(wù)內(nèi)涵，其次據(jù)此選擇適合新工科要求的本門(mén)課程教學(xué)方法，再次在具體教學(xué)方法的基礎(chǔ)上建立人工智能導(dǎo)論課程的教學(xué)資源，最后確定考核方式。

2 課程定位

本門(mén)課程在新工科背景下的課程性質(zhì)可作為各個(gè)新工科專(zhuān)業(yè)的必修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。本課程研究對(duì)象是研究人工智能的基礎(chǔ)理論，建立關(guān)鍵共性技術(shù)知識(shí)體系，介紹常用基礎(chǔ)支撐平臺(tái)， 并引入最新理論成果或工程應(yīng)用開(kāi)拓眼界。教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力、理解和應(yīng)用人工智能的基本能力和查閱最新資料的能力，并同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的新工科的工程師素質(zhì)。教學(xué)要求為通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，初步具有用人工智能方法實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論和閱讀相關(guān)代碼的能力，并具有使用常見(jiàn)框架的基本技能。

3 教學(xué)方法與資源

新工科知識(shí)體系的主要趨勢(shì)對(duì)本門(mén)課程的教學(xué)方面主要影響涉及兩個(gè)方面：1）人工智能概論將在發(fā)展的過(guò)程中逐漸受到重視，之前智能作為專(zhuān)業(yè)核心課程將成為一部分計(jì)算機(jī)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，繼而可能調(diào)入工程類(lèi)的平臺(tái)大類(lèi)課程;2）人工智能概論涉及的主要知識(shí)體系和呈現(xiàn)方式，將從知識(shí)簡(jiǎn)介向工程能力鍛煉轉(zhuǎn)變，將通過(guò)內(nèi)部重組將知識(shí)從歷史脈絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)閱?wèn)題探索性研究脈絡(luò)為主線(xiàn)，打通基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用的遞進(jìn)關(guān)系。通過(guò)以上兩方面的影響，本門(mén)課程將適用于問(wèn)題探索式教學(xué)，以助于學(xué)生在未來(lái)快速更新知識(shí)體系，并融入真實(shí)工程實(shí)踐情況，并適應(yīng)快速知識(shí)更替領(lǐng)域的終身學(xué)習(xí)方法和工程應(yīng)用。

3.1 問(wèn)題選擇

問(wèn)題導(dǎo)向型教學(xué)可設(shè)置以下三方面的問(wèn)題：1）導(dǎo)入式問(wèn)題，即通過(guò)新知識(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景為問(wèn)題的問(wèn)題工程背景導(dǎo)入，通過(guò)特定的問(wèn)題設(shè)置引起學(xué)生對(duì)問(wèn)題和解決方法的思考，從而導(dǎo)入本節(jié)課程的知識(shí)內(nèi)容;2）研究式理論問(wèn)題，通過(guò)問(wèn)題引入新知識(shí)或算法與舊知識(shí)或傳統(tǒng)算法的硬件基礎(chǔ)的不同、研究基礎(chǔ)的不同、應(yīng)用場(chǎng)景的不同、甚至大眾接受程度的不同從而對(duì)比各個(gè)解決方案，從而看到各個(gè)階段智能體發(fā)展的脈絡(luò)，以引發(fā)對(duì)最新理論和應(yīng)用的探索;3）探索式應(yīng)用問(wèn)題，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用解決簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的小問(wèn)題，通過(guò)探索的過(guò)程達(dá)到鍛煉工程素養(yǎng)的目的，并嘗試以較高完成度解決實(shí)際情境 問(wèn)題。

3.2 討論式教學(xué)

通過(guò)對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行討論，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，關(guān)于專(zhuān)業(yè)問(wèn)題進(jìn)行有效溝通能力，并有一定創(chuàng)新角度。主要從以下三方面展開(kāi)：1）某人工智能所處于的理論背景限制下進(jìn)行思考，所以第一個(gè)討論的是該問(wèn)題的限制條件;2）某人工智能理論的工程應(yīng)用背景，所以第二個(gè)討論的是該問(wèn)題的應(yīng)用場(chǎng)景或者目標(biāo)是什么;3）第三個(gè)是解決方案的比對(duì)方法，學(xué)會(huì)如何評(píng)價(jià)和選擇最適合的人工智能解決方案。討論式教學(xué)不是形式主義討論，而是學(xué)會(huì)人工智能專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)表達(dá)技巧，用術(shù)語(yǔ)高效學(xué)術(shù)交流，學(xué)會(huì)理解和評(píng)價(jià)人工智能解決方案。

3.3 交叉融合方法

通過(guò)具體案例鍛煉學(xué)生能力，把以寬口徑、厚基礎(chǔ)、理論教學(xué)為主的過(guò)去廣泛應(yīng)用在教學(xué)領(lǐng)域的培養(yǎng)模式，逐漸轉(zhuǎn)向以新工科為背景，面向以應(yīng)用為向?qū)В鄬W(xué)科交叉融合為特征的新培養(yǎng)模式。不是簡(jiǎn)單的各個(gè)學(xué)科加和，而是聚焦國(guó)家重大需求，以社會(huì)實(shí)際難點(diǎn)熱點(diǎn)為導(dǎo)向，集成整合學(xué)科，形成以點(diǎn)帶面，即以最終應(yīng)用需求為一點(diǎn)，以涉及到的各個(gè)學(xué)科為各個(gè)方面，最終達(dá)到鍛煉同學(xué)以解決問(wèn)題為目標(biāo)，整合各個(gè)學(xué)科里的技能。這樣重在提升學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

3.4 資源建設(shè)方法

不再以傳統(tǒng)書(shū)籍從頭到尾的教學(xué)方式來(lái)進(jìn)行教學(xué)，必將引起傳統(tǒng)教學(xué)資源的變革。這里是以問(wèn)題為導(dǎo)向，故資源建設(shè)重在可查詢(xún)性，而不是完整度。各個(gè)相關(guān)學(xué)科既需要建立各種手冊(cè)類(lèi)資源，又需要建立一頁(yè)紙快速入門(mén)，以同時(shí)兼顧可用性和可快速獲取性。人工智能導(dǎo)論課程將以各個(gè)門(mén)類(lèi)的資源的快速搜索與綜合整合為基礎(chǔ)，達(dá)到為解決某一問(wèn)題提供所需的基礎(chǔ)資源，包括教材、教輔、代碼等均以某一個(gè)小問(wèn)題的解決目標(biāo)為分類(lèi)方式，而不是以傳統(tǒng)科目由淺到深的學(xué)習(xí)難度遞進(jìn)關(guān)系排列。所以綜上資源建設(shè)重在查詢(xún)式學(xué)習(xí)，而不是重在構(gòu)建遞進(jìn)式學(xué)習(xí)。

3.5 更新迭代方法

通過(guò)調(diào)研新工科人才面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)、現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外工科專(zhuān)業(yè)人工智能導(dǎo)論課程包含的內(nèi)容現(xiàn)狀與趨勢(shì)，社會(huì)需求狀況及發(fā)展特征，提出新工科人才對(duì)培養(yǎng)人工智能相關(guān)專(zhuān)業(yè)新的要求，評(píng)價(jià)現(xiàn)有人工智能導(dǎo)論課程內(nèi)容合理性以及最終的課程目標(biāo)達(dá)成度，具體更新培養(yǎng)方案、討論教學(xué)內(nèi)容、包含的學(xué)科以及交叉融合方法、課程教材與教輔等資源，最終人才進(jìn)行對(duì)實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐應(yīng)用并提出反饋修正意見(jiàn)，并依據(jù)該意見(jiàn)對(duì)上述流程再次更新，以不斷適應(yīng)時(shí)代對(duì)于新工科背景下的人工智能導(dǎo)論課程的新要求。

4總結(jié)

綜上所述，通過(guò)問(wèn)題選擇、討論式教學(xué)、資源建設(shè)、更新迭代方法等方面對(duì)新工科背景下人工智能導(dǎo)論課程教學(xué)方法進(jìn)行了探討，以提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力來(lái)反向構(gòu)建人工智能導(dǎo)論課程，把討論式教學(xué)引入到教學(xué)課堂中代替應(yīng)試思維，交叉融合自己的知識(shí)庫(kù)，查詢(xún)式學(xué)習(xí)整合資源，并不斷更新課程以適應(yīng)國(guó)家的發(fā)展需求。

作者簡(jiǎn)介：王海琨， 男 ，1988-02 ，漢， 河北石家莊人， 博士， 講師， 重慶理工大學(xué)， 研究方向： 人工智能。