樸姬順，吳芬芬

陜西師范大學(xué)新聞與傳播學(xué)院，西安 710062

關(guān)于教育技術(shù)專業(yè)《人工智能》課程教學(xué)方法的探討

樸姬順，吳芬芬

陜西師范大學(xué)新聞與傳播學(xué)院，西安 710062

隨著科技飛速發(fā)展，人工智能技術(shù)應(yīng)用不斷擴延，其涉及的學(xué)科領(lǐng)域也愈來愈多。同時，在教育技術(shù)學(xué)專業(yè)課中開設(shè)人工智能初步模塊也已迫在眉睫。文章從國內(nèi)外《人工智能》課程發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)、分析了存在的問題，并對我國教育技術(shù)學(xué)專業(yè)該課程的教學(xué)方法做了探討。

人工智能;教育技術(shù);教學(xué)方法

《人工智能》是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，在許多高校的本科生和研究生中都開設(shè)了該課程。它是20世紀50年代后期興起的利用計算機模擬人類智力活動的學(xué)科，是計算機科學(xué)的一個分支，也是一門被廣泛應(yīng)用的交叉學(xué)科和前沿學(xué)科。主要研究如何用計算機模擬人腦所從事的推理、證明、識別、理解、設(shè)計、學(xué)習(xí)、規(guī)劃以及問題求解等思維活動［1］，實現(xiàn)某種程度或某些方面的“機器思維”［2］。因此，它可以應(yīng)用在教育系統(tǒng)中，作為教育系統(tǒng)的教育技術(shù)手段和方法，且研究成果在教育技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了人們的廣泛重視。

但人工智能教材涵蓋許多智能算法及相關(guān)理論，在教學(xué)過程中會涉及到很多抽象的理論和復(fù)雜的算法，而書本中的應(yīng)用實例大多是紙上談兵，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣不高。其次，該課程通常在高年級本科生中開設(shè)，因?qū)W生面臨很大的就業(yè)壓力，大多急于求成，渴望實踐經(jīng)驗。所以，結(jié)合學(xué)生現(xiàn)實情況，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的動手能力和實踐能力是專業(yè)課程教學(xué)需要考慮的問題。因此，該文通過相關(guān)內(nèi)容研究和分析，以期為教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的教師和學(xué)生找到更好的教與學(xué)方法提供思考。

1 國內(nèi)外《人工智能》課程開設(shè)狀況

1.1 國外狀況

英國是較早開展人工智能基礎(chǔ)教育的國家之一。不少中學(xué)或大學(xué)開設(shè)了《人工智能》課程，并通過組織和開展相關(guān)教育競賽活動來擴展和延伸人工智能教育。同時，蘇格蘭執(zhí)行教育部組織相關(guān)部門，通過網(wǎng)站等形式向師生提供包括人工智能在內(nèi)的各類課程的教學(xué)資料和文件。

另外，在美國中學(xué)的信息技術(shù)課程中，“通過人工智能來進行訓(xùn)練與教學(xué)”曾被作為教學(xué)目標之一。在高中階段，信息技術(shù)課程內(nèi)容包含了“人工智能概論”，要求“使學(xué)生認識人工智能的意義及其應(yīng)用，以及人工智能可能對人類社會造成的各種影響”。美國各州還根據(jù)各自教育特點和目標，對人工智能教育內(nèi)容也有不同要求。例如:威斯康星州頒布的信息技術(shù)素養(yǎng)學(xué)術(shù)標準模型中，將人工智能教育的內(nèi)容作為“媒體與技術(shù)”層面對12年級學(xué)生的一個要求，要求學(xué)生能夠“認識代理、專家系統(tǒng)或人工智能的例子(如搜索引擎、語法檢查器、語音識別、機器翻譯)”。

就總體而言，國外包括人工智能教育在內(nèi)的中學(xué)信息技術(shù)教育呈現(xiàn)多樣化發(fā)展的格局。以美國為例，現(xiàn)階段的中學(xué)信息技術(shù)教育課程的開設(shè)大致分為以下幾類［3］:

第一，旨在培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)技能與意識的內(nèi)容。這方面知識主要有:①信息加工與應(yīng)用。使學(xué)生學(xué)會使用各種信息資源(包括文本、數(shù)據(jù)、圖像、聲音等)與計算機軟件和工具;②信息技術(shù)系統(tǒng)概論。從包括計算機在內(nèi)的各種信息技術(shù)產(chǎn)品的軟件和硬件介紹起，使學(xué)生對信息技術(shù)系統(tǒng)形成一個全面完整的認識，對日常工作和生活中使用的各種信息技術(shù)產(chǎn)品的組成和功能有所了解，并初步掌握其使用方法;③人工智能概論。使學(xué)生認識人工智能的意義及其應(yīng)用，并介紹自動化系統(tǒng)、機器人、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。使學(xué)生認識大量運用信息技術(shù)以及人工智能對人類社會造成的各種影響。

第二，計算機程序設(shè)計的內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)計算機語言、編寫程序，使學(xué)生學(xué)會使用計算機等信息技術(shù)產(chǎn)品完成一定任務(wù)，培養(yǎng)邏輯運算和抽象思維能力。

1.2 國內(nèi)狀況

一直以來，我國高校把人工智能作為計算機、自動化等信息類專業(yè)的一門重要課程，開課對象為本科生和研究生。隨著人工智能技術(shù)在社會各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，一些非工科院校也開始設(shè)置人工智能相關(guān)專業(yè)，也有更多系列的人工智能相關(guān)課程供學(xué)生學(xué)習(xí)。但該課程的開設(shè)并不理想，因為許多學(xué)校開設(shè)的《人工智能》課程內(nèi)容都是純理論的，讓學(xué)生聽得很乏味，并沒有真正結(jié)合實踐。由于多方面的原因，導(dǎo)致了教學(xué)目標的偏離。因此，許多專家學(xué)者不得不考慮如何開設(shè)這門課，以及如何利用現(xiàn)有資源開設(shè)該課。

陜西師范大學(xué)新聞與傳播學(xué)院籌備開設(shè)《人工智能》課程已經(jīng)有很長時間，在這個過程中，我們積累了一些經(jīng)驗。但仍然存在著許多問題。這是由于《人工智能》具有知識點多、牽涉面廣，需要較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和較強的邏輯思維能力等特點。教育技術(shù)本科學(xué)生先修課程包括數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法、計算機語言基礎(chǔ)、教育技術(shù)理論等基礎(chǔ)課程。在教育技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，如何把握人工智能課程特點，幫助學(xué)生找到好的學(xué)習(xí)方法，充分發(fā)揮自己的能力，提高學(xué)習(xí)興趣成為我們教學(xué)研究過程中的主要目標。

2 存在問題

目前，該課程教育正處于探索階段。受學(xué)校師資水平、軟硬件設(shè)備與人工智能教育相關(guān)中文資源貧乏等條件制約，我國在教育技術(shù)專業(yè)開設(shè)《人工智能》課程還存在以下問題:

2.1 教學(xué)條件參差不齊

開設(shè)好人工智能課程，就要求安排更多的實踐課程和活動來增強課程趣味性，讓師生切實體會到人工智能對我們生活的影響。這些活動大部分要求上機操作或利用網(wǎng)絡(luò)資源來學(xué)習(xí)交流，這就對教學(xué)條件提出了較高要求，尤其是在一些偏遠、條件落后的農(nóng)村開設(shè)人工智能課程存在兩大困難:

2.1.1 硬件性能要求 人工智能課程中有較多的實踐課程需要教師和學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，使用計算機進行操作。這就需要學(xué)校配備計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)機房，若其性能較差，就會延長學(xué)生在線進行人機對話的時間;一旦遇到網(wǎng)絡(luò)堵塞，不僅浪費上課時間，而且大大降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.1.2 軟件性能要求 為了降低成本，學(xué)?？梢岳没ヂ?lián)網(wǎng)上提供的免費下載軟件和在線教學(xué)網(wǎng)站等進行實踐教學(xué)，可大大減少自研開發(fā)軟件和軟件維護費用，但一旦遇到網(wǎng)絡(luò)不通、網(wǎng)絡(luò)擁擠或在線網(wǎng)站停止服務(wù)等，將無法使用網(wǎng)絡(luò)資源進行教學(xué)?？梢?，軟件的依賴性較強也存在很大問題。

2.2 對人工智能科學(xué)認識不足

2.2.1 學(xué)生認識上的誤區(qū) 提及人工智能，給大多數(shù)學(xué)生的感覺是一門神秘、遙不可及的科學(xué)。很多學(xué)生認為人工智能技術(shù)是很高深的科學(xué)，離我們現(xiàn)實生活有一定距離，研究和接觸這門學(xué)科是少數(shù)科學(xué)家的事情，從而對該學(xué)科的關(guān)注程度不高。其實，人工智能是一門逐漸成長的學(xué)科，它將應(yīng)用在我們生活的方方面面。我們應(yīng)在教學(xué)中讓學(xué)生更多地體驗人工智能的魅力所在，吸引學(xué)生對該學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣。

2.2.2 教師對人工智能學(xué)科開設(shè)存在偏見 一些從事該學(xué)科教學(xué)的教師沒有接觸過人工智能方面的知識，在接觸過后被其中深奧難解的知識所嚇倒，認為即使開設(shè)了這門課程也不易被學(xué)生接受;而一些在大學(xué)接觸過人工智能課程的教師則認為，其理論枯燥乏味、知識內(nèi)容艱深，不適合放在學(xué)生階段開設(shè)，而適合用于科研、比賽等。

2.3 一線教師經(jīng)驗不足

在我國大學(xué)教育中，開設(shè)人工智能專業(yè)課程的大學(xué)為數(shù)不多，師范類院校更是甚少。從事人工智能領(lǐng)域的專業(yè)人才輸出少，所以缺乏具備一定知識結(jié)構(gòu)、有專業(yè)素養(yǎng)的教師來擔(dān)任該課程的教育。另外，絕大多數(shù)一線教師并沒有接受過《人工智能》課程的專業(yè)培訓(xùn)，對授課內(nèi)容的重點把握不住，教學(xué)目標不明確，在授課形式上也沒有前人經(jīng)驗可尋，這就給一線教師帶來了極大挑戰(zhàn)。

總之，在《人工智能》課程開設(shè)方面存在如下問題:①課程知識覆蓋面狹小，深度研究達不到;②課程教學(xué)過程設(shè)計只是單調(diào)的理論型，完全依賴于課件內(nèi)容，學(xué)生的實踐操作很少，沒有完全啟發(fā)學(xué)生思考的積極性;③教學(xué)方法單一，沒有很好地強調(diào)團隊協(xié)作能力;④教師或?qū)W校對該門課認識不夠。因此，尋找一個更好的教學(xué)方法去幫助學(xué)生學(xué)和教師教是目前最關(guān)注的問題，否則很可能會影響到以后該門課程的進展。

3 應(yīng)對策略

3.1 可視化的教學(xué)設(shè)計與演示程序開發(fā)

教學(xué)設(shè)計就是對教學(xué)活動進行系統(tǒng)計劃的過程，是教什么(課程內(nèi)容)及怎么教(組織、方法、策略、手段及其他傳媒工具的使用等)的過程［4］。人工智能的理論知識需要通過課程設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)來加深理解、付諸使用。人工智能理論課程的知識內(nèi)容大多只是涉及問題的模型、方法、推理的技術(shù)、搜索的策略，對于如何在具體應(yīng)用問題上靈活使用則不可能全面闡述，也無法在課堂上具體展示［5］。對于學(xué)生，由于《人工智能》課程中相關(guān)智能理論算法為其重點、難點教學(xué)內(nèi)容，而這些復(fù)雜算法課本中也只是通過一些簡單的圖表來說明，不是很直觀，使得學(xué)生理解困難［6］。例如:寬度優(yōu)先、深度優(yōu)先及A*算法的教學(xué)過程中，各節(jié)點的擴展順序及其Open表、Closed表的變化，教師通常將過程做成固定的動畫，無法演示各種初始條件或不同參數(shù)下搜索算法的狀態(tài)和變化，效果不甚理想。為此，有專家學(xué)者專門開發(fā)了搜索算法演示系統(tǒng)，能夠讓學(xué)生在更改初始狀態(tài)情況下，體驗不同算法各節(jié)點的擴展順序。在博弈樹搜索教學(xué)過程中，有專家學(xué)者開發(fā)了中國象棋演示程序，通過剖析代碼講解，讓學(xué)生深刻體會極大極小方法、Alpha－Beta剪枝的相關(guān)原理。在專家系統(tǒng)教學(xué)過程中，則通過開發(fā)可視化的動物識別系統(tǒng)來演示專家系統(tǒng)各個部分的作用和開發(fā)過程。

3.2 啟發(fā)式的教學(xué)和活動式的教學(xué)

教學(xué)過程中可以用活動引導(dǎo)教學(xué)的方式，注重讓學(xué)生在實踐活動中了解人工智能的內(nèi)容，體會人工智能的魅力，以激發(fā)其對人工智能的學(xué)習(xí)興趣，為后面的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)［7］。例如:在講解人工智能概念時，教師可通過古今中外一些生動的實例和故事揭示人類對于自身智能的思考和對智能拓延的渴望，從而加深學(xué)生對智能和智能機器的理解，引發(fā)更深入的探索。再如:在介紹人工智能發(fā)展時，可通過介紹一些典型的歷史人物和史實，使學(xué)生體會該學(xué)科從孕育到產(chǎn)生再到發(fā)展所經(jīng)歷的艱辛。對于“模式識別”領(lǐng)域的學(xué)習(xí)可以根據(jù)不同識別方法的特點，就有多種教學(xué)方法的靈活運用。如列舉光學(xué)字符識別在現(xiàn)代物流行業(yè)的廣泛應(yīng)用，指紋識別在刑偵、身份辨認方面的應(yīng)用等［8］，使學(xué)生明白技術(shù)的社會價值，也激發(fā)他們對新技術(shù)的探索和未來生活的追求。

同時，還可給學(xué)生提供一些適當?shù)木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使學(xué)生能夠獨立查找相關(guān)資料，完成實踐與思考中的問題，注意對學(xué)生進行啟發(fā)式教育，引導(dǎo)合理準確地表述自己的觀點和看法，提高分析問題和解決問題的能力。如利用因特網(wǎng)及局域網(wǎng)環(huán)境將有關(guān)人工智能的電子圖書或紙質(zhì)圖書、影視作品(電影或紀錄片)等供學(xué)生參考。教師還應(yīng)將教學(xué)重點放在引導(dǎo)學(xué)生如何去“體會”、“好奇”、“喜歡”這門學(xué)科，了解該學(xué)科與其他學(xué)科在研究問題、解決問題方法上的新特之處，拓展學(xué)生思維。

3.3 項目教學(xué)方法

項目教學(xué)多用于理工科研究生培養(yǎng)教學(xué)過程中，導(dǎo)師布置給一個團隊一個項目工程，由學(xué)生自行組織并完成。項目主題可根據(jù)日后專業(yè)可能面臨的問題而定，或根據(jù)當前社會最熱門的話題而定，再由學(xué)生自行分組，制定計劃。由于項目內(nèi)容為假定，所以不能實施，但可依據(jù)學(xué)生提交的項目計劃書來評判每組成果好壞，評價工作由師生共同完成。比如一個項目題為:明日汽車。教師先利用多媒體播放幾款新型汽車式樣、介紹概況、相關(guān)原理等，再由學(xué)生自行完成，一段時間后上交計劃書。學(xué)生在準備計劃書的過程中，分工協(xié)作，有的負責(zé)搜索品牌、廠家情況;有的負責(zé)制作市場銷售統(tǒng)計表，收集不同類型車輛間優(yōu)缺點以便進行比較等，最后經(jīng)過團隊的共同努力完成一份高質(zhì)量的設(shè)計計劃書。然后在課堂上由團隊中的一名代表運用多媒體進行展示和講解，由教師與其他學(xué)生根據(jù)計劃書質(zhì)量和講解內(nèi)容來投票決定成績。正是這種生動活潑的教學(xué)實踐活動，培養(yǎng)了學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的濃厚興趣，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性和主動性。因此，具有自主協(xié)作、探索創(chuàng)新特點的項目教學(xué)模式得到了學(xué)生一致好評。

教育對經(jīng)濟社會發(fā)展的重要作用無需贅言，但教育實踐仍給我們許多警示。今天的教育仍存在許多不足，如傳統(tǒng)教育下學(xué)生缺乏主動探索、創(chuàng)新、知識管理、解決問題的能力，教師重復(fù)勞作、社會人力資源浪費等缺陷。而人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，將極大優(yōu)化和改善教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動機，克服學(xué)習(xí)過程中的焦慮自卑感，提高學(xué)習(xí)者在創(chuàng)新、知識管理、問題解決等方面的綜合能力，減少社會人力資源成本的浪費。雖然人工智能的教育研究取得了長足發(fā)展，但目前許多理論上功能完美的智能教學(xué)系統(tǒng)在實踐上還沒有完全成功，還有待專家們的繼續(xù)深入研究。

［1］張劍平.關(guān)于人工智能教育的思考［J］.電化教育研究，2003，(1):25

［2］張宏麗，田振清，孫沛.教育技術(shù)專業(yè)《人工智能》課程教學(xué)改革探索［J］.中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2010，(17):87

［3］賈積有.國外人工智能教育應(yīng)用最新熱點問題探討［J］.中國電化教育，2010，(7):282

［4］李志厚.國外教學(xué)設(shè)計研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.外國教育研究，1998，(1):6-10

［5］陳昭炯，葉東毅.人工智能課程設(shè)計問題的探討［J］.計算機教育，2010，(15):6

［6］李朝峰.人工智能課程的可視化教學(xué)設(shè)計［J］.南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報:綜合版，2010，(3):9

［7］張劍平.人工智能技術(shù)與問題解決［J］.中小學(xué)信息技術(shù)教育，2003，(10):6

［8］夏燕萍.《初識人工智能》教學(xué)設(shè)計與反思［J］.中國電化教育，2007，(11):99

On the teaching methods of Artificial Intelligence course for educational technology specialty

Piao Jishun，Wu Fenfen
College of Journalism and Communication，Shaanxi Normal University，Xi＇an 710062

With the rapid development of science and technology，the application of artificial intelligence technology constantly spread out，involving an increasing number of disciplines.Meanwhile，it has become imminent to offer preliminary artificial intelligence module in specialized courses of educational technology.This article first introduces the present situation of development of the course Artificial Intelligence athome and abroad，then analyzes the existing problems and discusses the teaching methods of this course for educational technology specialty.

artificial intelligence;educational technology;teachingmethod

G40-057

:A

:1004-5287(2012)04-0393-03

2012-02-20

樸姬順(1967-)，女(朝鮮族)，西安人，副教授，主要研究方向:教育游戲與動漫。

吳芬芬(1986-)，女，河南焦作人，碩士研究生在讀，主要研究方向:教育游戲與動漫。

電話:15291694118;E-mail:xuefeifei1204@126.com