高校人工智能通識課程教學實踐探究

邢艷芳 周舒琪 朱金付

摘要：人工智能已經成為當下計算機產業發展和高新技術產品中的核心要素。作為國家發展戰略，人工智能技術在人文社科及理工農醫等多個領域都取得了廣泛的發展應用。具有基本人工智能知識素養的行業人才亟待培養。針對人工智能通識課程設置體系，分析研究現實可行的教學模式。通過設置基礎性、綜合性、廣博性的人工智能課程內容，歸納總結了課程設計和教改思路。拓寬不同學科學生的思維模式，豐富學生視野，優化知識結構，打造全面化發展人才。

關鍵詞：人工智能;通識課程;人才培養;課程設計;教學實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）19-0089-02

1 引言

伴隨社會高新產業技術變革，各用人單位特別是五百強企業對于擁有相關科學素養和強大邏輯思維能力的綜合性人才展現出了極大的需求，社會對于人才的要求逐漸趨向全面化發展。習近平總書記在全國高校政治工作會議中指出“我們對于高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈”[1]。當前，人工智能已經成為科技發展的熱點方向，引領著新興科技技術的發展方向。以人工智能教學內容作為通識課程設計，不僅符合國家和社會鼓勵的技術發展方向，而且其易于理解學習的基礎性課程內容，可以激發學生進一步學習的興趣[2]。從而發展學生快速學習、勇于實踐、小組協作等綜合性能力，有助于“一專多能”性人才的培養。

2 設置人工智能通識類課程的目的

本門課程作為通識課程，面向全科類學生開放。主要目的是向學生傳授基本的人工智能科學知識，培養學生的學習能力、邏輯思維能力和數據分析能力。要求學生了解人工智能技術的基本特點、技術發展歷史、主要應用領域及未來發展方向。把握人工智能算法的基本邏輯和工作思想，培養在實踐中應用人工智能技術解決問題的意識。對于人文社科類學生，該課程主要可以幫助學生理解人工智能技術的基本概念，引入跨學科思維能力，提高科學素養;對于理工科學生，該課程可以引導學生興趣化發展，拓寬他們的職業發展方向[3]。

總之，通過該課程的學習，學生可以基本掌握人工智能技術的發展簡史和前沿知識，探討人工智能算法邏輯和學科專業課程相結合的可能性，用創新的思維研究各類問題，從現實理論出發尋求實際應用方式[4]，從而有效提高學生獨立發現和應對問題的能力。

3 課程教學模式設計

本門課程以選修課形式開設，采用混合教學模式進行設計[5]，將課堂教學作為主要教學方式，輔以課外書籍閱讀、小組課外討論和問題總結答疑的方式進行。利用多種教學媒體、教學資源和教學環境，相互融合實現學習效果的最大化，達成最優教學目標。此類培養模式的核心在于由學生代替老師在傳統教學中的主導地位，將學生作為知識體系的構建者。通過引導學生發揮主觀能動性來進行自主學習探索[6]。

在課堂教學的環節中，老師只進行人工智能技術的算法邏輯和應用方式這類難點問題的講解，緊跟前沿技術發展方向，向學生提出引導性問題，通過影像資料、動畫演示和文獻范例來激發學生對于人工智能技術的興趣，培養學習熱情。主體的學習過程中，由學生自我把控，要求學生通過網絡搜集資料、制作展示文件、獨立自主進行學習。培養學生檢索文獻并閱讀文獻的能力，做好知識總結，結合課堂教學內容，完成創新性發展。作為一門通識類課程，積極尋找人工智能與專業之間的聯系，以達到互相促進學習的目的。

4 課程教學內容設計

本課程需完成發展及應用、知識圖譜、模擬推理、搜索策略、遺傳算法、群智能算法、人工神經網絡、機器學習、專家系統、自然語言處理、計算機視覺、智能機器人等共12章的學習內容。

第一章主要介紹人工智能技術的發展歷程和應用方向，從人工智能技術的誕生到曲折發展出發，使學生了解人工智能的特點和研究的基本內容，為后續學習奠定基礎。通過兩場標志性的人機博弈事件，啟發學生學習的興趣，體會人工智能的進步。引導學生進行關于機器勞動力的討論，對技術市場和社會需求形成初步認知。

在第二章關于知識圖譜的學習中，主要介紹知識及知識表達的概念，了解計算機如何表示人類知識，掌握多種表示方法思想和形式，并辨明其優缺點和適用對象。掌握框架知識表示法，解釋知識圖譜等新興技術的發展方向。

由于現實世界中的事件是隨機和模糊的，這導致人們產生了不同的認知和不確定性的證據，必須對不確定性的知識進行推理研究[7]。第三章引入介紹模糊推理概念，學習推理的基本概念、兩大分類以及應用方向。介紹面對推理中的沖突矛盾，如何采用消解策略。學習用集合概念表示模糊邏輯的方法，判斷集合之間的模糊關系。我們在求解判斷的問題時，需要選取一個恰當的解決方法。

第四章的設計內容從人工智能的角度出發，研究搜索方法在問題求解中的應用。本章著重介紹兩大類搜索策略：其一是盲目的圖搜索策略，分為回溯策略、寬度優先策略和深度優先策略;其二是以A及A*搜索算法等為核心的啟發式圖搜索策略[8]。

從第五章到第七章開始學習模擬生物的各種算法和神經網絡模型。在自然界和生物界的影響下，人們根據生物行為模仿設計了多種求解問題的算法，稱之為計算智能。分別在第五章和第六章進行了詳細介紹。首先說明簡化算法的概念和基本框架，演示雙倍體、雙種群和自適應等典型改進遺傳算法和應用模式。隨后通過模擬鳥群行為的粒子群優化算法和模擬蟻群行為的蟻群優化算法來具體展示了群智能算法。智能優化的方法通常包括進化計算和群智能兩大算法，廣泛應用在機器學習、智能控制、網絡安全等多個領域。

第八章首先介紹了人工神經元和人工神經網絡，以兩次人工神經網絡發展高潮的感知器和BP學習算法為學習重點，從常用的人工神經網絡模型展開討論，尋求創新應用途徑。

專家系統本質是一類計算機程序系統，它可以模擬人類專家思維處理問題，是人工智能技術理論化向實踐化的突破。此類內容會在第九章的學習中具體講述，重點了解專家系統的搭建、開發和應用實例。

第十章首先講述使用自然語言與計算機進行通訊的方法和基本思想，介紹語言處理過程的層次和機器翻譯方法，引入循環神經網絡概念，研究基于循環神經網絡的機器翻譯和語音識別技術。

第十一章和第十二章具體介紹了兩個人工智能技術在具體產業中應用的實例，分別是計算機視覺和智能機器人。通過學習計算機視覺概念和數字圖像，研究基于深度學習的計算機視覺技術，創新性發展研究基于計算機識別技術的人臉識別和虹膜識別高新技術。通過學習機器人的產生和發展，討論智能機器人的發展應用和倫理性問題，并提出技術展望，拓展創新性思維。

5 課程考核方式設計

基于學生自主學習為核心的課程培養模式，本次課程采用平時成績和期末成績結合的綜合方式進行考核[9]。以學生聽課情況、問題交流情況、回答教師提問正確率來評定學生的課堂表現。課后布置作業，以小組形式討論完成，并在下次課堂中設置成果展示時間，通過考察小組討論是否積極、準確、觀點獨到等方面評定課業完成情況。兩方綜合構成學生的平時成績。

期末成績評定采用考查課形式，以專題討論論文或學習總結進行考核，最終由任課老師結合學生情況進行評分。一般要求平時表現及作業成績和期末考核成績以各50%的占比計入總評成績。

6 結論

人工智能通識類課程對傳統教學模式進行創新，采用混合教學模式，運用了多種授課模式和新媒體視頻資源，有利于激發學生的學習興趣并培養自學能力。在當下“互聯網+”的時代背景下，人工智能技術向普及化教育融入的趨勢是必然的。教育必須順應科技和應用進行發展，只有培養新時代的科技創新人才才能為國家注入新興發展的動力。加快高校人工智能技術課程的建設，已然成為當務之急。

參考文獻：

[1] 趙鋒，孔軍，陳廣宇，等.立德樹人為什么——深入學習習近平總書記關于教育的重要論述[J].北京教育（高教），2021（3）：4-19.

[2] 鮑鵬，邢薇薇，盧葦，等.新工科背景下人工智能實踐類課程教學模式創新研究[J].計算機教育，2021（6）：105-109.

[3] 李成.人工智能和“互聯網+”背景下計算機教學改革與創新[J].科技風，2021（15）：83-84.

[4] 劉金江，李賀，馬曉普，等.面向新工科的人工智能導論實踐教學模式初探[J].計算機時代，2021（5）：91-93.

[5] 郭靈俊.基于信息技術驅動下混合式教學模式的探索研究[J].考試周刊，2020（A5）：117-118.

[6] 邢耀東.“互聯網+”背景下通識課程混合式教學模式探究[J].中國醫學教育技術，2021，35（3）：347-350.

[7] 倪政林.基于知識圖譜的模糊推理與應用研究[J].安徽職業技術學院學報，2020，19（4）：14-18.

[8] 孫振華.基于計算機網絡技術中人工智能的應用[J].電腦編程技巧與維護，2020（12）：114-115，172.

[9] 李丹，吉紫娟，羅春婭，等.高校考查課教學改革與探究[J].湖北第二師范學院學報，2019，36（8）：65-67.

收稿日期：2021-06-15

基金項目：2019年度江蘇高校哲學社會科學研究一般項目（編號：2019SJA2114）;2019年第二批教育部產學合作協同育人項目（編號：201902159036）;2019年南京傳媒學院校級教改項目（編號：JG201902）

作者簡介：邢艷芳（1981—），女，江蘇南京人，副教授，工學碩士，主要研究方向為嵌入式系統、深度學習等;周舒琪（1999—），女，山東煙臺人，本科生，學生，主要研究方向為嵌入式系統、大數據技術;朱金付（1955—），男，安徽淮南人，副教授，工學學士，主要研究方向為計算機應用技術。