面向設計類專業的人工智能課程教學探討

李元偉，伏波

（廣東輕工職業技術學院，廣東廣州 510300）

科技藝術是通過創造性地運用當代最新科學技術而創造的一種藝術形式。與傳統的藝術形式相比，這類藝術作品的主要特征是深入融合了當代最新科技，例如物理、化學、數學、生物學、計算機技術、人工智能等領域的最新技術，因此它的表現形式也非常豐富，與所采用的科學技術手段以及創新思想和創造方法密切相關，具有鮮明的特色與技術色彩[1]。

作為一門模擬人類學習和智能行為的復合領域學科——人工智能技術，已經滲透到我們日常工作與生活的各個領域。由于信息環境的變革和社會需求的改變，人工智能技術正在飛速發展與成熟。藝術設計類專業的學生需要加強對人工智能知識的深入研究與學習，將設計學的知識與人工智能技術緊密結合起來，充分發揮藝術+科技1+1>2 的作用。藝術類學生的創造力與形象思維能力很強，學習與培養一定的邏輯思維能力后，能夠創造出驚艷的科技產品。本文對設計類專業的人工智能課程教學內容與教學方法進行深入探討，以期為高校人工智能課程教學改革與研究提供借鑒。

1 教學現狀與問題

人工智能課程作為一門理論與實踐相結合的綜合性課程，內容豐富、交叉學科多，學習該課程要有較好的計算機基礎能力和邏輯思維能力。藝術設計類的學生的專業核心課程是設計類課程，他們工科的思維能力與學習能力基礎較差，目前國內只有少數院校針對藝術生開設人工智能課程[2]。

（1）學生很難轉變學習思維。

目前學校在產品設計專業群開設人工智能課程，開設了人工智能導論、機器學習應用、C 語言程序設計課程，學生普遍反映編程內容比較難理解和掌握，自己練習編寫時還是缺乏邏輯思維，導致學習的積極性不高，還沒有完成感性思維和邏輯思維的融合。

（2）學生基礎知識掌握不牢固。

藝術類學生沒有工科課程的基礎，開設人工智能課程，無論是學生的學習還是教師的教學都面臨著挑戰。機器學習、軟件編程等概念抽象，學習難度大，大部分藝術專業學生對高等數學、電子信息技術、軟件工程等基礎課程不熟悉，缺乏相關的邏輯概念[3]。同時，由于設計類專業課程設置的原因，存在工科類課程教學時間不足、教學內容難點過多等問題。

（3）教師教學與實際項目脫節。

目前，人工智能技術已廣泛應用于智能家居、服務機器人等各大領域，但我們的教學仍停留在傳統的教學方法，缺乏設計學知識與人工智能技術緊密配合的實踐教學活動，不能有效指導學生將人工智能技術應用到實際生產與生活中。每名大學生對知識的理解和掌握程度都不同，這就要求教師不能采用統一的教學方法。在人工智能教學中，需要結合學生的實際情況，積極引入優質的企業項目，提高學生承接真實企業項目的能力[4]。

2 課程教學改革策略

在當前背景下，如何運用新技術、新思路進行課程教學改革，是高校教學改革重點關注的問題。同時，由于藝術設計專業學生的工科基礎較差，不能簡單復制針對工科學生的人工智能課程教學方法和內容，而是需要重新開發一套合適的教學方法和內容，它不僅是課程內容的數字化和信息化，也是一種充分利用新一代信息技術的新型教學模式。針對藝術類專業人工智能課程教學中存在的問題，引入了一種智能化、信息化的教學模式，以實現教學改革[5]。

2.1 教學方法的改革

在傳統的教學模式中，“以教師為中心” 的教學模式是最常見的。隨著教育教學研究的深入和科技水平的發展，以“學生為中心”的教育模式成為教育專家建議的最佳教育模式，也成了教育改革的目標。

“以學生為中心”的教育模式強調激發學生的自主學習能力，為學生提供個性化的教育，并在充分利用現代科技的基礎上，通過互聯網為學生提供教學資源。但由于科技手段的限制，許多教學過程都無法達到“以學生為中心” 的目標。當人工智能技術與教學手段結合后，智能語音技術能夠幫助課堂獲得更好的教學效果；智能分析技術能夠有效分析學生的特點，幫助教師做到因材施教； 人工智能支持的游戲化教學平臺使課堂更加有趣，充分激發學生的學習興趣[6]。綜上所述，我們具體采取的教學方式如下：

2.1.1 分組研討互動式教學

分組研討互動式教學環節具有漸進和有序互動的特點，分組研討互動式教學基于學生的不同特點，通過課堂分組討論和提問環節觀察學生的言談舉止，在過程中評估學生對課程的理解程度，基于評估結果對學生進行分類管理，并對不同類型學生開展針對性的教學。采用不同的互動方式，通過教師與學生之間的交流、學生與學生之間的互動，創造條件讓學生積極參與課堂教學的全過程。

在設計類專業的人工智能課程教學中，教師通過智慧教室課堂分組討論的評估環節，充分評估學生對知識框架的理解情況，并根據學生的反饋設計教學內容。對于那些不愿學習的學生，我們將人工智能理論與學生的個人興趣、社會行業的發展以及當前的研究狀況相結合，可以大大提高學生的學習自主性。針對計算機基礎知識相對薄弱的學生，可以在教師的指導下閱讀大量的專業書籍，進而形成自己的知識結構，并且在課堂內外與教師和同學交流學習。這種課堂分組討論和交流互動的模式有助于激發學生探索知識的欲望[7]。

2.1.2 有效激勵式教學

為了給學生提供更多的激勵措施，我們組織了各種類型的人工智能競賽項目，設立了相應的項目獎學金，吸引學生參加各種創新和創業活動，并動員學生進行技術與設計集成的研究。教育部主辦的“中國人工智能創新創業大賽”以“新一代人工智能創新”為主題，旨在培養學生的創新意識，提高創新實踐能力，為人工智能產業的高速發展提供人才支持，我校也可以借鑒這種模式，在設計院校乃至全校開展此類競賽，以提高創新能力，培養學生的團隊精神，加大比賽的獎金投入，探索比賽成績可以兌換學分的機制，充分激發學生的學習興趣[8]。

在教師激勵方面，在教師聘用和晉升過程中，指導學生開展人工智能設計與開發項目被視為教學任務的一部分，在績效上予以傾斜，以鼓勵教師積極參與指導活動。

2.1.3 人工智能技術實現個性化教學

通過人工智能技術，我們采用以下兩種途徑來實現因材施教的個性化教學。

（1）構建、優化智能模型。

人工智能的智能分析技術能夠幫助學生構建和優化學習內容模型，幫助學生更加準確發現適合自己的學習內容。例如分級閱讀平臺就是典型的實踐案例，以人工智能導論課程為例，它能夠為學生推薦適合自己水平的人工智能知識閱讀材料，并在閱讀材料后附有相關的小測驗，在學生完成閱讀和測驗后，平臺會對其答案進行智能分析，生成閱讀數據報告，既可用于下一次推薦，也方便教師掌握學生的具體學習情況。

（2）人工智能自適應平臺。

要做到教學過程中的因材施教，就必須了解學生的學習特點。具有智能分析功能的人工智能自適應平臺可以滿足這一需求，為學生提供個性化學習。人工智能自適應平臺的運作流程如圖1所示：

圖1 自適應平臺的運作流程

我們以人工智能自適應平臺的代表Knewton 為例。Knewton 是一家總部位于紐約的在線教育初創公司，成立于2008年，其目標是為世界各地的出版商、學校和學生提供預測分析和個性化推薦。Knewton 的核心產品是一種在線學習工具，可以根據每個學習者的個性化需求進行調整。Knewton 通過與Pearson 等出版商合作，將各種課程材料數字化，其教材覆蓋范圍包括K12、高等教育和專業發展教育。Knewton 的核心技術是自適應學習技術，通過數據收集、推理和建議三個步驟來提供個性化教學。

在獲取學生的學習數據后，Knewton 能夠為學生推薦一些合適的課程。在學生完成學習后，Knewton 能夠預測性地告知學習者未來能夠達到的學習程度。最后，當學生完成學習后，Knewton 會對學生的學習結果進行分析，評估課程對學生到底起到了哪些作用，以便更精準地推薦學習材料。

2.2 教學內容的改革

借鑒同濟大學設計創意學院的經驗，對設計專業和智能課程的教學內容開展深入研究，結合了中國教學系統的環境，提出了以下幾個方面的改革內容。

2.2.1 核心內容設置

在核心教學內容的設置方面，首先要精簡教學內容，避免講授知識點過多，學生無法充分掌握和理解。可以利用大數據技術來收集和整合與課程相關的數據，通過數據分析得到哪些知識點是企業實際項目必需的，針對這些知識開發和豐富教學資源，在綜合課程的基礎上進行研究，了解前沿方法和知識。其次，基于收集的數據，選擇人工智能領域的代表性知識作為重點，以便學生可以在有限的時間內掌握人工智能的知識。例如，為藝術設計專業準備的人工智能教科書涵蓋人工智能與大數據導論、知識表示和推理、通用算法等課程，這些課程是基于設計類學生的特點重新定制開發的，是適合零基礎水平學生的學習教材，同時著重增加設計中相應知識點的應用案例，以增強學生的知識理解。同時，基于學生的個人興趣方向，開設數據分析、爬蟲技術、機器學習等拓展課程，完善人工智能培養體系。

2.2.2 引入零基礎編程軟件

以虛擬仿真制作課程為例，藝術設計類學生在虛擬仿真制作時具有設計優勢，設計類學生具有良好的形象思維和創意思維，但信息技術基礎較為薄弱，在邏輯思維和代碼編寫方面存在不足，無法實現設計創意，我們通過校企合作開發一套《零代碼虛擬仿真制作》課程體系來解決這個問題。該課程以Krisma VR 編輯器系統作為支撐工具，Krisma VR 平臺是一款制播分離的VR 創作平臺，該平臺具有如下特性：（1）國內首款集內容編輯、播放功能于一體的VR 平臺；（2）無須任何編程，設計師即可獨立完成；（3）實現從簡單到復雜的VR 制作流程；（4）創建管理自有VR 資源庫、組合搭配全新VR 內容；（5）共享公共VR 素材資源、修改混編為個性化VR 內容；（6）平臺中的VR 動畫可以進行任意編輯、組合、完善、播出。

學生只需要拖拽和點擊就能實現三維場景的制作與編輯，主要學習虛擬仿真技術的實現方法和制作手段，注重實踐技能的訓練，著重培養學生零代碼虛擬仿真制作能力。對于學生將起到掌握專業理論知識、提高跨專業交叉綜合應用能力的作用。本課程立足新技術，結合藝術設計類學生的思維特點，注重跨專業交叉技能培養和創新創業能力的提升。

將Krisma VR 編輯器軟件引入實際的課堂教學，在交互設計與游戲設計專業開設《零代碼虛擬仿真制作》課程，學生學完這門課后，無須編寫任何代碼，就能獨立完成VR 場景內容的設計與制作，實現VR 虛擬場景的交互動畫。

3 結語

本文從設計類專業的學生特點出發，探索采用研討互動式教學、有效激勵式教學，基于人工智能與大數據技術實現個性化教學，同時引入零基礎編程軟件作為核心專業課程，為新時代藝術+科技的復合型人才培養提供新思路，同時為高校人工智能課程教學改革研究提供幫助與借鑒。