摘要：從作者的教學(xué)實踐出發(fā)，在分析人工智能導(dǎo)論課程特點及教學(xué)內(nèi)容精講泛講安排的基礎(chǔ)上，提出三種提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)方法，并在教學(xué)中進(jìn)行應(yīng)用。實踐結(jié)果表明，所提出的教學(xué)方法能有效促進(jìn)學(xué)生對人工智能導(dǎo)論課程的學(xué)習(xí)。
　　關(guān)鍵詞：人工智能；學(xué)習(xí)興趣；教學(xué)方法
　　
　　1956年，在美國Dartmouth大學(xué)，由數(shù)學(xué)家J.McCarthy和他的三位朋友M.Minsky、N.Lochester和C.Shannon共同發(fā)起一個歷時兩個月的夏季學(xué)術(shù)討論班，他們在此討論班上第一次正式使用了人工智能(Artificial Intelligence)這一術(shù)語。人工智能是一門多學(xué)科交叉的課程，涉及計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)及語言學(xué)等多個學(xué)科，是新理論和新技術(shù)不斷出現(xiàn)的綜合性學(xué)科。當(dāng)前，人工智能領(lǐng)域加強(qiáng)了從人類智能與生命現(xiàn)象中汲取養(yǎng)分的趨勢，加快了向分布式系統(tǒng)與復(fù)雜系統(tǒng)靠攏的步伐，智能化的應(yīng)用更為深入，影響更為廣泛，其發(fā)展已對人類的經(jīng)濟(jì)、社會、文化等方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響[1]。
　　1人工智能導(dǎo)論課程特點
　　人工智能導(dǎo)論是人工智能領(lǐng)域的引導(dǎo)性課程，介紹人工智能的基本理論、方法和技術(shù)，目的是使學(xué)生了解和掌握人工智能的基本概念和方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。人工智能是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科一門重要的基礎(chǔ)課程，需要相關(guān)課程作支撐。離散數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等課程是其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計基礎(chǔ)、算法分析與設(shè)計等課程則為人工智能中知識表示、邏輯推理和問題求解提供了設(shè)計與實現(xiàn)手段。與其他軟件課程相比，人工智能課程有鮮明的特點，主要表現(xiàn)在思想方法上強(qiáng)調(diào)啟發(fā)性、算法上強(qiáng)調(diào)不確定性。同時，由于人工智能是一個新思想和新技術(shù)層出不窮的開拓性領(lǐng)域，因此其對學(xué)生的訓(xùn)練是鼓勵創(chuàng)新的，具有其他課程不可替代的作用。
　　人工智能導(dǎo)論是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的必修課，在許多信息類相關(guān)的本科教學(xué)中也有開設(shè)，一般開設(shè)在第六或者第七學(xué)期。我國目前本科教育的定位是專才教育，培養(yǎng)某方面的專業(yè)人才。完成公共基礎(chǔ)課程和部分專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)之后，本科高年級學(xué)生應(yīng)該了解本專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景，因此在教學(xué)過程中要注意內(nèi)容的專業(yè)性和應(yīng)用性。由于本科階段學(xué)生缺乏科研意識，初步的科研訓(xùn)練設(shè)置在第八學(xué)期，即所有課程學(xué)習(xí)完畢之后的畢業(yè)設(shè)計，而人工智能課程強(qiáng)調(diào)科研性，因此教學(xué)難度較大，由此帶來的最直接后果就是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。同時，對有志于讀研的學(xué)生而言，本科階段的學(xué)業(yè)也是研究生教育的起點，在教學(xué)過程中要適時的進(jìn)行科研引導(dǎo)，提升學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，為研究生階段打下基礎(chǔ)?？梢?，圓滿完成人工智能導(dǎo)論課程這一教學(xué)任務(wù)是重要且極具挑戰(zhàn)性的。
　　2教學(xué)內(nèi)容安排
　　人工智能的研究和應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括問題求解、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言理解、專家系統(tǒng)、模式識別、計算機(jī)視覺、機(jī)器人學(xué)、搏弈、計算智能、人工生命自動定理證明、自動程序設(shè)計、智能控制、智能檢索、智能調(diào)度與指揮、智能決策支持系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)等。人工智能導(dǎo)論旨在為這些具體領(lǐng)域的研究提供引導(dǎo)和基礎(chǔ)保障。
　　人工智能導(dǎo)論課程涵蓋內(nèi)容較多，因此需要明確“精講”和“泛講”的內(nèi)容，以使教師和學(xué)生在教學(xué)活動中都有所側(cè)重。當(dāng)然，首先應(yīng)和學(xué)生說明，泛講并不代表內(nèi)容不重要，只是由于課程性質(zhì)和課時的關(guān)系，暫時不作深入探討。日后如有需要，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究。結(jié)合當(dāng)前人工智能學(xué)科的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)教學(xué)大綱和作者的教學(xué)經(jīng)驗，對人工智能導(dǎo)論課程教學(xué)內(nèi)容的精講和泛講安排如表1所示。
　　3提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)方法
　　3.1穿插背景故事
　　為激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，針對學(xué)生喜歡聽奇聞軼事、想象力豐富的心理特點，通過講述一些與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的故事或者趣事來吸引其注意力，輔助思維并豐富聯(lián)想，使學(xué)生在愉悅中完成學(xué)習(xí)[2]。下面列舉幾個我們在課程教學(xué)中用到的背景故事，通過這些故事，不但傳授了知識，也活躍了課堂氣氛。
　　1) 人類智能的計算機(jī)模擬與人機(jī)大戰(zhàn)。
　　講授人類智能的計算機(jī)模擬時，可以給學(xué)生簡述一下IBM公司的超級電腦和國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫之間的人機(jī)大戰(zhàn)，以促進(jìn)學(xué)生對人類智能和人工智能的進(jìn)一步思考。北京時間1997年5月12日凌晨4點50分，在美國紐約公平大廈，當(dāng)IBM公司的“深藍(lán)”超級電腦將棋盤上的一個兵走到C4的位置上時，國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫?qū)Α吧钏{(lán)”的人機(jī)大戰(zhàn)落下帷幕，“深藍(lán)” 以3.5︰2.5的總比分戰(zhàn)勝卡斯帕羅夫。2003年1月26日至2月7日，卡斯帕羅夫與深藍(lán)的升級版“小深”又進(jìn)行了一場人機(jī)大戰(zhàn)，先后進(jìn)行了6局比賽，最終卡斯帕羅夫以1勝1負(fù)4平的結(jié)果和“小深”握手言和。這也表明了人工智能和人類智能之間的較量還將持續(xù)下去。
　　2) 問題規(guī)約法與老和尚說教。
　　問題規(guī)約法是從要解決的問題出發(fā)逆向推理，建立子問題以及子問題的子問題，直到最后把初始問題歸約為一個本原問題集合。本原問題指不能再分解或變換且直接可解的子問題?？梢姡瑔栴}規(guī)約的本質(zhì)是遞歸的思想。此時，可以給學(xué)生簡述我們小時候就聽說過的老和尚說教的故事，即“從前有座山，山上有座廟，廟里有個老和尚，老和尚對小和尚說，從前有座山……”。
　　3) 模糊理論與禿頭悖論。
　　模糊推理是一種重要的不確定性推理方式，是指基于模糊理論進(jìn)行的推理。講授模糊理論時，可以先講一下禿頭悖論讓學(xué)生討論。一個人有10萬根頭發(fā)，肯定不能算禿頭，不是禿頭的人，掉了一頭發(fā)，仍然不是禿頭，按照這個道理，讓一個不是禿頭的人一根一根地減少頭發(fā)，就得出一條結(jié)論，即沒有一根頭發(fā)的光頭也不是禿頭！禿頭悖論的出現(xiàn)源于在嚴(yán)格的邏輯推理中使用了“禿頭”這一模糊概念，因此需要以模糊邏輯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二值邏輯解決該問題。
　　3.2課堂辯論和多媒體教學(xué)
　　人工智能從其誕生之日起就充滿爭議，各種學(xué)派的爭論使得人工智能的發(fā)展更趨完善，加快了其縱深發(fā)展。目前，人工智能的爭論主要有兩方面，即研究方法的爭論和技術(shù)路線的爭論。前者爭論的主要問題有人工智能是否得模擬人的智能；對結(jié)構(gòu)模擬和行為模擬是否可以分離研究；對感知、思維和行為是否可分離研究；對認(rèn)知與學(xué)習(xí)以及邏輯思維和形象思維等問題是否可以分離研究；是否有必要建立人工智能的統(tǒng)一理論體系。后者爭論的主要問題是沿著什么樣的技術(shù)路線和策略來發(fā)展人工智能。
　　在課堂教學(xué)中，可以充分利用人工智能中存在的爭論較多這一特點，針對相關(guān)議題組織課堂辯論，如可用議題“機(jī)器的反叛——機(jī)器的智能會超越人類嗎？”。讓學(xué)生在圖書館或者從網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，明確自己的論點并準(zhǔn)備證據(jù)材料，并在課堂上進(jìn)行辯論。這類辯論無所謂輸贏，旨在通過這種活動，增進(jìn)學(xué)生思考[3]。教學(xué)中，還可以充分利用多媒體教學(xué)的特點，如讓學(xué)生觀摩電影《終結(jié)者》系列、《人工智能》、《黑客帝國》等，增強(qiáng)學(xué)生對人工智能的直觀感受，提高課堂教學(xué)效果[4]。
　　3.3應(yīng)用實例分析
　　普遍而言，本科學(xué)生對單純的理論講解不太感興趣，因此在教學(xué)過程中，適當(dāng)增加一些實驗和設(shè)計，提高學(xué)生分析問題的能力和實際動手能力。比如，講解知識的產(chǎn)生式表示法時，給出產(chǎn)生式的概念和基本表示形式之后，可以通過“野人與傳教士過河”問題來說明產(chǎn)生式表示法的具體應(yīng)用過程；講解計算智能的進(jìn)化計算部分時，給出進(jìn)化算法的幾種具體形式和算法流程之后，可以通過中國旅行商問題(CTSP)來說明算法求解問題的過程。教師在教學(xué)過程中，可以根據(jù)需要，選擇一些合適的應(yīng)用實例進(jìn)行分析。通過這些實例，既能加深學(xué)生對知識的理解，又能增加學(xué)習(xí)的興趣。下面給出兩個實例的簡單描述。
　　
　　1) 產(chǎn)生式表示法求解“野人與傳教士過河”問題。
　　問題：傳教士和野人各N人過河，現(xiàn)只有一條船，傳教士和野人都會劃船，船一次只能載k人，船上野人多于傳教士時野人就會吃掉傳教士，問如何安全過河？(不失一般性，以N=3，k=2為例求解)。
　　求解簡述：設(shè)綜合數(shù)據(jù)庫中狀態(tài)用三元