徐新黎　王萬良　楊旭華

摘要：為了提高“人工智能導論”課程的教學質(zhì)量，協(xié)調(diào)好教與學的雙邊關(guān)系，結(jié)合教學實踐，從教學體系、教學內(nèi)容、教材、教學方法、考核方式等方面進行了探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：人工智能；教學內(nèi)容；教學方法

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

1引言

人工智能(AI)是二十世紀五十年代后期興起的利用計算機模擬人類智能活動去求解問題的學科，與空間技術(shù)、原子能技術(shù)一起被譽為二十世紀三大科學技術(shù)成就，目前廣泛應用于專家系統(tǒng)、機器翻譯、語音識別、文字識別、計算機視覺、機器人、電子游戲等方面，已經(jīng)成為計算機技術(shù)發(fā)展以及許多高新技術(shù)產(chǎn)品中的核心技術(shù)。

為了適應人工智能技術(shù)日益廣泛的需要，國內(nèi)外高校普遍開設(shè)了“人工智能”方面的課程，特別是作為計算機方面專業(yè)的核心課程之一。我校自從1993年開始為自動化專業(yè)本科生開設(shè)“智能控制”選修課，1996年為自動化、計算機、機械等專業(yè)本科生開設(shè)“人工智能導論”、“人工智能及其應用”課程。目前，我校軟件學院、信息學院、機電學院都開設(shè)了“人工智能導論”課程，已經(jīng)成為計算機科學與技術(shù)、軟件工程、數(shù)字媒體技術(shù)、自動化、機械制造與自動化等許多專業(yè)本科生的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是面向包括人文社科等全校所有專業(yè)的公選課之一，其目的是使學生了解人工智能的基本概念和基本原理，初步學習和掌握人工智能的基本技術(shù)和前沿內(nèi)容，拓寬知識面，啟發(fā)思路，為學生提供最基本的人工智能技術(shù)和有關(guān)問題的入門性知識，提高學生應用開發(fā)軟件的能力和水平，為今后在相關(guān)領(lǐng)域的研究和應用奠定更為堅實的基礎(chǔ)。因此，建設(shè)好“人工智能導論”課程具有重要意義和很廣的受益面。

由于人工智能是交叉學科，涉及面廣、內(nèi)容抽象、不易理解，學生往往有望而生畏的感覺，在教學過程中，老師教、學生學都比較吃力。為了更好地實現(xiàn)上述教學目標，提高本課程的教學質(zhì)量，協(xié)調(diào)好教與學的雙邊關(guān)系，使學生由望而生畏的感覺，變?yōu)橛杏糜腥さ母杏X，根據(jù)已有人工智能課程在教學與實踐方面的經(jīng)驗和方法，結(jié)合“人工智能導論”課程的近幾年教學實踐，對課程的教學體系、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、考核方式等方面進行了探索總結(jié)。

2調(diào)整與優(yōu)化教學體系和教學內(nèi)容

“人工智能導論”是計算機科學與技術(shù)、軟件工程、數(shù)字媒體技術(shù)、自動化、機械制造與自動化等許多專業(yè)本科生的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是面向包括人文社科等全校所有專業(yè)的公選課之一，其研究領(lǐng)域及內(nèi)容十分豐富，涉及的基礎(chǔ)面廣。因此如何選好教學內(nèi)容，既能使學生了解本領(lǐng)域的概貌，又能適合學生的基礎(chǔ)，便于他們在有限的時間完成學習任務，是一件重要而又困難的事情。

進入21世紀以來，人工智能學科又有了新的發(fā)展。為了及時反映人工智能研究和學科的最新進展，我們修訂了“人工智能導論”的教學大綱，對教學內(nèi)容進一步優(yōu)化和更新，極大充實了各個系統(tǒng)的內(nèi)容。我們確定的教學內(nèi)容主要分為三部分：第1部分為概論，介紹人工智能的基本概念、基本內(nèi)容、主要研究領(lǐng)域及發(fā)展過程；第2部分是知識表示，推理和搜索技術(shù)，討論幾種常用的知識表示方法、推理技術(shù)(包括確定性推理方法和不確定推理方法)和搜索求解策略；第3部分是人工智能應用研究領(lǐng)域，包括專家系統(tǒng)、自然語言理解、機器學習、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等的基本概念和方法等。其中第2部分是基礎(chǔ)理論，是人工智能的重要基礎(chǔ)，應該循序?qū)W習。第3部分是人工智能的應用，由于每個研究內(nèi)容都相對獨立、自成體系且有其專門的學術(shù)著作研究、熱點，因此針對高等院校的本?？粕鷣碚f，不必循序?qū)W習，而且結(jié)合專業(yè)特點可以選擇其中幾個研究領(lǐng)域。例如對自動化專業(yè)的學生來說，可以選擇專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等，同時可增加在自動控制領(lǐng)域的應用，包括專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和進化控制等熱點：而對計算機科學與技術(shù)專業(yè)來說，可以選擇專家系統(tǒng)、自然語言理解、機器學習等，并輔以動物識別系統(tǒng)、語音識別系統(tǒng)、智能機器人等實例。總之就是要把握課程性質(zhì)和教學目的，調(diào)整本課程教學體系，優(yōu)化教學內(nèi)容，讓學生以有限的時間學到人工智能的基礎(chǔ)知識和基本方法。

另外，在選擇和確定教學內(nèi)容時必須兼顧基礎(chǔ)知識和新興技術(shù)，注意與相關(guān)課程(如離散數(shù)學、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、概率論、自動控制原理、Matlab系統(tǒng)仿真、面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)等)的鏈接，密切理論與實際的關(guān)系，通過課堂講授和課外訓練，注意學生能力培養(yǎng)，提高他們的學習效果和整體素質(zhì)。

3加強課程立體化建設(shè)和系列教材研究

在課程的立體化建設(shè)中，教材充當了地基的角色，所有的課程內(nèi)容安排，無不體現(xiàn)出以教材為基本，以教材為模板。所以本著基礎(chǔ)、實用的原則，我們先后編著出版了《人工智能及其應用》課程教材導論部分概括性強，引人入勝；基礎(chǔ)部分系統(tǒng)全面，敘述深入淺出，循序漸進；應用部分密切理論與實際關(guān)系，典型形象。其中第二版在第一版的基礎(chǔ)上，增加了證據(jù)理論、模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論的一些典型應用，使學生能夠更深入地理解和應用這些理論；另一方面，又新增了自然語言理解及其應用內(nèi)容，以適應目前計算機翻譯、人機自然語言交互等技術(shù)日益廣泛應用的需要。系列教材適應了人工智能導論新課程開設(shè)的需要，反映了人工智能學科的發(fā)展，為人工智能課程確立了基本框架，發(fā)揮了重要作用。系列教材的問世不僅解決了本?！叭斯ぶ悄軐д摗闭n程教學用書的問題，而且也被各兄弟院校普遍采用，促進了該課程的普遍開設(shè)，推動人工智能學科的發(fā)展。

為了配合教材第二版的教學和自學，在已有教學經(jīng)驗和教學成果積累的基礎(chǔ)上，制作了高質(zhì)量的教學課件和完整的教學視頻錄像，并刻錄成光盤隨書供讀者使用；同時又研究與開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)課程(http：//www.ai.zjut.edu.cn)，以更好地調(diào)動學生的學習興趣和主動性，促進本課程的教學改革。

包括主教材、電子教案、教學視頻錄像、網(wǎng)絡(luò)課程及教學資料庫等在內(nèi)的課程立體化建設(shè)符合二十一世紀高校教學的要求，支持教師提高教學手段現(xiàn)代化的水平，更貼合學生的學習需求。

4改革與創(chuàng)新教學模式和教學方法

在“人工智能導論”課程教學的過程中，我們積極探索教學新路，經(jīng)過數(shù)年辛勤試驗，結(jié)合蔡自興教授等對人工智能課程的建設(shè)經(jīng)驗，對課程的教學模式和教學方法進行了如下一些的改革與創(chuàng)新。

(1)通過多種途徑激發(fā)學生的學習興趣

“興趣是最好的老師”，“人工智能導論”課程的學習效果，直接受到學生興趣和參與意識的影響。由于這是一門導論性前沿課程，一般來說，學生開始學習興趣很大。但是，當一些學生開始接觸到抽象概念和算法時，往往感到不易接受。我們通過各種途徑和方法，激發(fā)和培養(yǎng)學生的學習興趣。例如，鼓勵學生參與課堂討

論、布置讀書報告和課外實驗、以問題為導向的啟發(fā)式教學、專題討論／辯論等形式。特別，我們精心組織和準備了模糊控制技術(shù)及其應用、智能機器人技術(shù)與應用、智能交通、BCI(腦機交互接口)等專題，以及智能調(diào)度軟件、語音識別系統(tǒng)、動物識別系統(tǒng)、足球機器人比賽、機器人軌跡跟蹤、倒立擺的智能控制等課內(nèi)演示，使學生擴大了眼界，增加了感性知識，達到提高學生學習興趣的目的與效果。

(2)面向問題的啟發(fā)式教學

人工智能中的許多問題，有的似是而非，有的引人入勝。在教學中，有意識的提出相關(guān)問題，提請學生思考，鼓勵學生提出自己的猜想和解決方案。然后逐步進入教材中的解決方案，啟發(fā)學生求解這些問題，并進行分析和比較，從而強化了學生學習的主動意識和參與意識，提高了學生的學習積極性。例如，在講到比較抽象的“遺傳算法”時，提出“遺傳算法如何用于優(yōu)化計算?”這一問題。針對該問題，先從“達爾文的生物進化論”入手，討論“遺傳”、“變異”和“選擇”作用；然后通過一個簡單的例子，從特殊到一般地啟發(fā)學生思考“遺傳”、“變異”和“選擇”的實現(xiàn)，最終讓學生與教師一起導出遺傳算法用于優(yōu)化計算的基本步驟。這樣，學生不但從中學習了遺傳算法，而且得到一次邏輯思維的訓練，取得很好的教學效果。

(3)課堂辯論與交互式教學

組織課堂辯論，討論的議題包括人工智能的應用前景和其他比較等有爭議的問題。學生對這些問題展開了激烈的爭論，激發(fā)了學習潛能，明確了學習目標。例如，為了加深學生對智能機器人內(nèi)涵的理解，我們組織了“機器智能能否超過人類智能”的辯論會。會前正反雙方結(jié)合本課程內(nèi)容及其相關(guān)知識，認真進行準備；辯論會上正反雙方唇槍舌戰(zhàn)，激烈爭辯，氣氛熱烈。辯論后，學生余意未盡，討論熱情不減。無論是哪一方獲勝，都達到了預期的效果。教學中我們還注意采用了多種交互式策略，如課堂上教師提問可鼓勵或指定學生提問，也可由學生自由地就某個知識點進行主題發(fā)言后老師點評等。

(4)個性化學習與因材施教

在本課程教學過程中注意對學生因材施教和個性化教學。例如，通過組織學生進行讀書報告的形式，鼓勵學生從多方面、多角度考慮問題，多提新穎思想，有意識地鼓勵優(yōu)秀學生探討比較深層的內(nèi)容，并輔導優(yōu)秀學生將其成果以科技論文和發(fā)表文章的形式轉(zhuǎn)化為成果。又如，在教學設(shè)計和實驗設(shè)計中，注意要求學習有余力和興趣的學生選作部分探索性、創(chuàng)新性的功課和實驗(選學內(nèi)容，如模糊控制器的設(shè)計、進化控制等)，從而引導學生發(fā)揮個性優(yōu)勢，達到因材施教的目的。同時注意分析學習較差的學生的具體困難，進行有針對性的指導。

(5)多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學的使用

本課程在PPT演示文稿和網(wǎng)絡(luò)課程上，采用了大量的多媒體表現(xiàn)形式，如視頻、動畫、聲音和圖像等。目的在于使得人工智能抽象的知識形象化，便于學生理解。例如，課內(nèi)讓學生在線觀看涂曉媛博士的計算機動畫“人工魚”的錄像片段、人工生命Floy中生命智能體在環(huán)境中不斷的適應進化構(gòu)成演示等，有助于加深學生對所學知識的理解，促進教學水平的提高，激發(fā)了學生對課程的興趣，使學生創(chuàng)新意識得到增強。此外，隨教材附贈的教學光盤和開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)課程(http：//www.ai.zjut.edu.cn)提供了學生課外自學用的高質(zhì)量的電子課件、完整的教學視頻錄像、豐富的實驗和案例資料等，以更好地調(diào)動學生的學習興趣和主動性。

(7)理論與實踐結(jié)合

在教學內(nèi)容安排上，注意理論聯(lián)系實際，適時布置一些人工智能實驗給學生進行課外練習。設(shè)計的課外實驗包括產(chǎn)生式系統(tǒng)實驗，歸結(jié)反演實驗，主觀Bayes推理網(wǎng)絡(luò)實驗，A搜索實驗，以及基于Maltab工具箱的模糊控制位置跟蹤系統(tǒng)、兩車追趕模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別仿真、遺傳算法優(yōu)化計算等實驗。通過實踐和參與，保持學習興趣，有助于學生對人工智能基本概念和難點的理解，掌握基本方法和技術(shù)，為從事智能系統(tǒng)應用開發(fā)打下基礎(chǔ)，從而達到教學目的。例如，我們組織學生參觀我們的研究生綜合自動化實驗室，觀看機器人臂取物、倒立擺控制、語音識別軟件、指紋識別軟件、智能調(diào)度軟件等演示，密切理論與實際的關(guān)系。

我們在教學改革實踐中探索的這些教學方法，有利于充分激勵學生的學習積極性和主動性，有利于鼓勵學生發(fā)揮獨立思考和創(chuàng)新思維，有利于多方位培養(yǎng)學生學習發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

5運用多樣化的教學手段和考核方式

5.1多樣化的教學手段

采用現(xiàn)代信息技術(shù)進行教學，構(gòu)筑“人工智能導論”課程的現(xiàn)代教學模式，是本課程的主要特點之一。教學過程中采用了多媒體教學課件和網(wǎng)絡(luò)課程相結(jié)合的方法，充分利用多媒體的豐富表現(xiàn)形式，利用網(wǎng)絡(luò)課程的交互性、情景化等，進行教學。采用的方法包括：

(1)抽象知識內(nèi)容的多媒體表示

通過動畫和視頻來演示抽象的概念、算法和過程，包括機器人軌跡跟蹤、機器人臂取物、足球機器人比賽、倒立擺控制、“人工魚”等錄像片段，以及智能調(diào)度軟件、語音識別系統(tǒng)、指紋識別系統(tǒng)、動物識別系統(tǒng)等軟件演示。

(2)通過PPT撰寫教案

精心編制PPT，組織好課件內(nèi)容，做到圖文并茂，提綱挈領(lǐng)，便于學生理解，便于教師講授。

(3)開發(fā)與應用網(wǎng)絡(luò)課程

“人工智能導論”網(wǎng)絡(luò)課程較好的實現(xiàn)了交互性、在一定程度上實現(xiàn)了學習過程的情景化。在交互性方面，通過網(wǎng)絡(luò)課程的課堂練習和章節(jié)練習，評價學生的學習情況，并給學生提出學習建議。在情景化方面，采用了在線答疑形式，使得學習過程豐富有趣。

(4)先進實驗系統(tǒng)的觀摩與演示

利用我們的研究成果等有利條件，有針對性地對學生進行成果演示(包括智能調(diào)度軟件、語音識別系統(tǒng)、指紋識別系統(tǒng)、動物識別系統(tǒng)等軟件)，使學生知道學了有用，而且很有用，很有趣，很有意義，從而進一步誘導學生的學習興趣，鞏固了課堂所學知識，提高了教學質(zhì)量。

教學效果通過上述先進的現(xiàn)代信息技術(shù)的應用，不僅極大地提高了學生的學習興趣和主動性，而且也取得很好的實際教學效果，提高教學質(zhì)量。

5.2作業(yè)、考試等教改舉措

(1)改革作業(yè)方式與方法

改變過去那種單純的書面習題作業(yè)，發(fā)展成為必須交給教師評閱的書面家庭作業(yè)、不必交給教師的課外思考題目、口頭布置的思考題或閱讀材料以及大型作業(yè)等。其中上交作業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)進行，教師批閱后的作業(yè)也通過網(wǎng)絡(luò)返回給學生，實現(xiàn)了作業(yè)呈交和返回的網(wǎng)絡(luò)化。

(2)改革考試方式與方法

如何對本課程的考試方式進行改革一直是我們探索的問題。我們綜合考慮課堂出勤情況(10％)、平時正式作業(yè)成績(20％)和期末課程考試(70％)，進行綜合評分。期末考試有時采用綜合試題考試，出幾個大題目讓學生選擇其中幾個進行開卷筆試，當面交卷后評分；有時采用課外開卷論文結(jié)合或口試面試。最近，我們還對部分學生結(jié)合實驗或?qū)嶋H問題提問等進行考核。我們正進一步改革、試驗和探索，使考試成為衡量與培養(yǎng)創(chuàng)新能力，促進學生學習主動性和提高課程教學質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

6結(jié)束語

本文是我們以精品課程培育為目標，對“人工智能導論”課程在教學內(nèi)容、教材、教學方法、教學手段、考核方式等方面進行了探討，總結(jié)了該課程在教學和實踐方面的一些教改舉措。這些舉措符合二十一世紀高校教學的要求，可以支持教師提高教學手段現(xiàn)代化的水平，同時更貼合學生的學習需求。通過認真落實這些舉措，使學生更好地掌握人工智能的基本概念、基本理論和基本技術(shù)，提高實踐動手能力，達到本課程預期的教學效果。