Seminar方法在《人工智能概論》教學中的實踐探究

張友強　孫進　劉家希　戴彬

關鍵詞： Seminar 教學法；人工智能概論；能力培養

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）36-0172-03

1 引言

人工智能已成為當前信息技術發展的一個重要方向，它在各行各業有著廣泛應用[1]。人工智能技術促進了生產力的發展，加速了第四次工業革命。人工智能技術的快速發展，也為高等教育帶來了新的挑戰[2]。首先，人工智能涉及的知識范疇比較寬泛，它是一種多學科融合的綜合技術。其次，隨著理論的發展和計算機硬件的升級，人工智能相關技術更新較快。最后，人工智能產業發展的需求越來越多、任務要求越來越高，這倒逼人工智能技術進一步發展。人工智能技術的發展和應用離不開專業人才，為了培養人工智能方面的專業人才，教育部在2018年度普通高等學校本科專業設置和調整工作中增加了人工智能本科專業。隨后，國內許多高校增設了人工智能本科專業，開始專注于人工智能方向的本科專業人才培養。

除了專門的人工智能本科專業之外，各大高校在電子信息類專業開設了人工智能方面的通識課或專業選修課。以筆者所在的網絡工程專業開設的《人工智能概論》課程為例，該課程涵蓋知識點較多，內容比較寬泛。這就出現了一個問題，課程講授容易抓不住重點，學生積極性不高。因此，對于《人工智能概論》課程，授課老師需要及時調整授課模式或授課方法、發展新的教學理論與方法。

Seminar作為一種問題研討式教學模式，已在各學科教學中得到一定推廣[3-5]。與傳統的課堂教學表現出的單向信息傳播特點不同，Seminar教學模式具有信息雙向傳播的特點。一方面，老師將問題布置給學生，學生通過線下分組的形式進行準備，然后在課堂上將解決方法和結果匯報給大家；另一方面，老師對各組的解答進行點評和總結。此外，Seminar教學方法加強了學生之間的交流互動，提高了學生解決問題的團體協作能力。為此，課程小組將Seminar教學方法引入《人工智能概論》教學，以此提升教學效果。

2《人工智能概論》課程教學問題分析

《人工智能概論》課程涉及的知識點較多，需要學生有一定的基礎知識；該課程多為選修課，上課人數較多，師生互動次數較少；學生自律能力較弱，缺乏主動學習的精神。具體來說，存在以下幾方面的問題。

（1）課程內容寬泛

《人工智能概論》涉及的知識點比較多，以中國科學技術出版社出版的《人工智能導論》[6]為例，該教材共有十五章，章與章之間內容相對獨立。對學生來說，每一章都是新的內容，需要學生課前閱讀一些相關資料進行準備。另一方面，課程涉及的知識點較多，授課老師無法詳盡地在有限的學時內講授所有內容的細枝末節，這就需要授課老師進行針對性的講解。

（2）先導課程相對薄弱

雖然《人工智能概論》課是一門通識課，但它也需要一些先導課程作為支撐。例如，機器學習章節中的支持向量機算法原理簡單，推導過程卻有一些難度，因為該算法的推導需要用到高等數學的基礎知識。決策樹方法也是機器學習中的重要算法，該算法需要用到信息論知識，如果學生缺乏相關知識，將很難理解該算法的核心思想。由于各種原因，學生的先導課程知識儲備往往不夠充分，影響了該門課程的學習效果。

（3）教學模式相對單一

當前的《人工智能概論》課程多數還是以課堂講授為主，學生參與較少。課堂講授的本質就是單向性的知識傳播過程，學生對這種授課方式沒有多余的選擇，只能選擇接受或者逃避，學生往往處于被動學習的狀態。此外，授課教師在講授的過程中需要考慮全體學生的平均接受能力，使得多數學生能夠理解授課內容。

（4）線上教學自律較弱

受疫情的影響，原來的線下教學經常會轉為線上教學。在線學習的方式打破了時間與空間的限制，讓學生可以在不同的地方上課學習，減少了疫情防控對教學的影響。但是，線上教學需要學生高度的自律，這是完成線上教學目標的一個重要保障。實際情況卻很難讓人滿意，學生受疫情影響，浮躁的心態難于專注課堂；線上教學缺乏監督，學生可能只是賬號在線而人不在課堂。

（5）缺乏開創性思維

人工智能課程具有與時俱進的特點，學習該課程時需要緊跟當前人工智能發展的方向。在討論各種應用時，需要用開創性的思維去思考問題，而不是用固化的思維來思考和解決問題。面對同一個問題，可能有不同的解決辦法，也就需要從不同的視角來研究該問題。以流水車間調度問題為例，可以用遺傳算法、粒子群算法、神經網絡等不同的算法來求解，此時就需要發散思維，從多方面進行審視。

3 Seminar 教學模式及其特點

3.1 Seminar 教學過程

Seminar教學法起源于德國柏林大學，是一種在老師的指導下，學生以小組形式討論某一特定問題的教學模式[7]。學生主動提前學習老師布置的課程內容、找到問題的答案，并在課堂上與其他同學分享知識和觀點。這種教學方法注重學生與教師在課堂上的互動，能充分調動學生的主觀能動性，培養學生的發散思維和創新思維[8]。該方法已應用于許多學科，并可能導致知識的增長[3， 4， 9]。

Seminar教學法的主要步驟如下：

（1）布置Seminar課題。授課教師根據授課內容和進度安排選擇一個合適的內容作為Seminar主題，學生組隊并選定代表作為主講人。教師向學生介紹該主題的基本情況，不需要進行深入的講解和評價，避免影響學生的自主學習方向和范圍。授課教師可以根據需要給學生適當準備一些閱讀資料，包括但不限于較新的文獻、技術資料等。

（2）學生自主學習。學生根據主題和教師分發的資料進行學習，學生還需要動手從圖書館或互聯網查詢所需的資料。學生之間進行交流討論，形成對該主題的理解，撰寫講稿和多媒體演示文稿。

（3）課堂報告交流。小組主講人根據自主學習形成的報告進行講解。授課教師和其他學生代表根據主講人的報告進行自由交流，主講人對提問者的問題給予回答，小組其他成員對回答做出補充和解釋。

（4）總結與評價。對Seminar進行總結評價，點評內容可以以多樣化的形式展開。首先，可以對每Sem?inar的各個部分進行評價，如報告資料準備情況、報告情況、討論問答情況等。其次，可以對不同小組進行對比性評價，這樣對同一個Seminar來說，學生可以獲得不同視角下的理解。

3.2 Seminar教學法特點

與單向信息傳播的傳統教學方法不同，Seminar 教學方法具有如下特點：

（1）互動性。傳統的課堂教學具有單向性和機械性的特點，對比之下，Seminar教學法采用雙向交流的方式進行，學生對一個Seminar主題開展調查研究形成自己的理解，而后在課堂上就自己的理解進行報告，發表自己的見解和看法，教師和其他同學也可以根據主講人的發言進行提問交流。雙向互動交流增強了學生在學習過程中的主動性，避免了傳統填鴨式教學帶來的弊端。

（2）研究性。Seminar教學方式是一種主動開展問題探索研究的活動，其活動具有一定的學術性，它體現在兩方面。一方面授課教師需要對教學內容進行研究，從而找到合適的Seminar主題供學生研究。另一方面學生需要按照Seminar主題開展研究，其研究過程需要搜索并總結一些學術資料。

（3）民主性。Seminar教學法具有很強的民主性。

首先，在對主題進行研究時，學生可以根據自己的需要查找各種資料而不拘泥于課本；其次，在課堂報告交流時，學生和老師之間可以暢所欲地提問和交流；最后，在整個Seminar教學實施過程中，學生享有寬松、獨立、平等的學習氛圍。

（4）激勵性。Seminar教學法的激勵性體現在兩方面。一方面，學生對Seminar課題開展研究，可以激發激勵學生主動探索知識，進一步培養學生的創造性思維，從而更加深刻地理解有關知識點。另一方面，學生與老師、學生與學生之間的雙向交流，可以培養學生的發散性思維，從而升華所學知識。

4 Seminar教學法在教學中的應用

4.1《人工智能概論》課程Seminar選題要點

《人工智能概論》課程內容寬泛、知識點跨度大、理論性較強的特點，而且該課程還需要其他課程如高等數學、線性代數、優化理論、圖論等作為支撐。此外，該課程還與實際應用聯系比較緊密。因此，在引入Seminar教學法時，需要綜合考慮所選擇的主題與教學內容的關聯度以及主題的難易程度，因為主題內容直接影響了相關知識點的學習效果。針對《人工智能概論》課程的特點，結合前人經驗和教學實踐，提出以下Seminar選題要點。

（1）確保Seminar 主題與學生的能力基本匹配。所選的Seminar主題既不能過于簡單也不能太難，因為過于簡單不利于調動學生的興趣，而過于困難則會挫敗學生學習的積極性。因此，難度適中的Seminar 主題是達成課程目標的基礎。

（2）選題內容應貼近實際應用。對于概論課來說，不適宜選擇理論太強的主題，否則會占用學生較多課余時間。另一方面，貼近實際應用的主題可以增加學生的興趣，提高學生參與Seminar的積極性。

（3）選題與課程思政相結合。《人工智能概論》課涉及較多的倫理問題，在選題時，要考慮對學生世界觀、人生觀、價值觀的塑造[10]。另一方面，人工智能應用與大眾生活、工業化建設、國防現代化建設都有密切的關系，在選題時要考慮培養學生健全的人格。

4.2 Seminar教學法實施

課程教學使用中國科學技術出版社的《人工智能導論》教材[6]。根據前一小節選題要點和課程教學大綱安排，課程的Seminar主題設計如表1所示。

下面以“群智能算法”這一節的教學過程說明Seminar教學法在網絡工程專業限選課《人工智能概論》課程教學中的應用。

（1）Seminar課題布置。課前要求學生對群智能算法這一章進行預習，課堂上，授課教師選定主講人對粒子群算法、蟻群算法、蜂群算法的主要思想進行講解。教師布置Seminar課題：選定某一種群智能算法，編程求解流水車間調度問題，同時教師分發文獻資料供學生參考。

（2）學生自主學習。學生對課題進行分組學習，學習過程中自由交流討論，也可以查閱各種資源和材料；學生自主選擇程序設計語言，編程求解流水車間調度問題，對結果進行分析；討論形成總結，撰寫學習報告和課堂演示文稿。

（3）課堂討論交流。學生完成學習任務后，在課堂對學習報告進行交流。主講人在報告時需要指出所選方法的優劣，算法設計的思路，所選擇的程序設計語言和開發平臺，給出可視化的實驗結果。授課教師和其他同學對報告內容自由提問，主講人進行回答，其他同學進行補充。討論交流以自由提問的形式增加學生認知的多樣性，促進了學生創造性思維的鍛煉。

（4）總結評價。針對群智能算法求解流水車間調度問題給出評價，分析各小組的報告內容。對群智能算法的關鍵（群體中的個體、群體）進行講解，比較不同群智能算法的特點，指出它們各自的優劣。分析各主講人的講解是否正確、完整，評估實驗結果是否合理有效，點評主講人的表達溝通能力、文檔寫作能力。

4.3 教學評價

為了評估Seminar教學法在《人工智能概論》課程教學中的效果，課程組進行了問卷調查，調查結果如表2所示。

通過問卷調查發現，Seminar教學法更受學生的歡迎，而且Seminar教學法在培養學生綜合能力方面更加突出，特別是它可以培養學生自主學習、協作學習、交流表達、探索研究、寫作、組織、動手、辯論等各方面的能力。經歷Seminar課程學習后，部分原來不敢發言的學生敢于表達自己的想法和思想，原來被動學習的學生變得積極主動，原來喜歡死記硬背的學生開始研究探索，原來寫作不規范的學生開始逐步走向規范化寫作。總的來說，相比傳統教學模式，Seminar 教學模式對《人工智能概論》教學改革是有積極意義的，對學生的能力培養是全面的。

5 結語

Seminar作為一種現代化的教學方法已在許多課程進行了實踐應用，課程組將Seminar教學法引網絡工程專業選修課——《人工智能概論》。通過教學實踐發現，與傳統的課堂教學相比，Seminar教學法在培養學生自主學習、協作學習、交流表達、探索研究、寫作、組織、動手、辯論等各方面的能力更加凸顯。Sem?inar教學法拓寬了原有的教學模式，使得傳統的單向知識傳播變為雙向互動傳播，不僅鍛煉了學生各方面的能力，還增進了教師對課程的理解。因此，將Semi?nar教學法引入《人工智能概論》課程教學是有積極意義的。