張栗粽

(電子科技大學(xué)　計算機科學(xué)與工程學(xué)院，成都　610054)

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從專家系統(tǒng)程序設(shè)計課程探析英國應(yīng)用型教學(xué)模式

張栗粽

(電子科技大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院，成都610054)

該文在分析中英兩國實驗教學(xué)模式差異的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國教育的特點，針對高校本科生實驗教學(xué)，探索以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目的的實驗課程教學(xué)方式。選取了英國大學(xué)的課程專家系統(tǒng)程序設(shè)計為案例，從實驗內(nèi)容、課時分布與評價體系等方面與國內(nèi)課程進行了對比，發(fā)現(xiàn)在實驗任務(wù)設(shè)置、理論實踐應(yīng)用以及培養(yǎng)學(xué)生綜合能力方面與國內(nèi)相關(guān)課程的實驗內(nèi)容有較大差異。結(jié)合我國工科專業(yè)實驗教學(xué)的特點，提出了關(guān)于實驗教學(xué)課程建設(shè)的一些建議。

實驗教學(xué)；思考；應(yīng)用型教學(xué)；計算機科學(xué)；專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)程序設(shè)計是一門人工智能分支課程。專家系統(tǒng)是當前人工智能應(yīng)用中最為成功的一個領(lǐng)域，近年來被廣泛應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)化問題的求解。該系統(tǒng)將專業(yè)領(lǐng)域的人類專家的知識儲存在計算機程序中，使計算機能夠在一定范圍內(nèi)以接近或相當于專家的水平去解決特定問題[1]。

專家系統(tǒng)程序設(shè)計實驗課程一直是英國高校人工智能專業(yè)學(xué)生的必修內(nèi)容之一。本文作者在英國兩所高校任教期間，深入接觸了此實驗課程的內(nèi)容設(shè)計開發(fā)與教學(xué)，同時也體會到兩國應(yīng)用型人才培養(yǎng)的差異。英國的實驗課程注重實踐，注重培養(yǎng)學(xué)生的獨立性，對于理論的強調(diào)反而不太明顯，大多由任課老師以指路的方式提供相關(guān)理論資料，由學(xué)生在課后進行學(xué)習，遵循先實踐，后理解的步驟；培養(yǎng)的學(xué)生動手能力較國內(nèi)學(xué)生強，并且在理論理解方面也頗有心得。而國內(nèi)學(xué)生往往對于理論只能照本宣科，缺少自己的見解。

另外，近年來我國高校的傳統(tǒng)教學(xué)模式正面臨挑戰(zhàn)，國家的指導(dǎo)政策已經(jīng)從重理論輕實踐的教育方式向重創(chuàng)新重實踐的方向轉(zhuǎn)變[2-4]。在此背景下，分析英國大學(xué)對于專家系統(tǒng)的實驗內(nèi)容與課程的建設(shè)，有助于探討我國高校在課程建設(shè)中實驗教學(xué)的改革，并且對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新及應(yīng)用能力有著積極的作用[5-7]。結(jié)合本文作者在英國任教的經(jīng)歷，對比我國高校目前相關(guān)課程的教學(xué)方法與內(nèi)容，以專家系統(tǒng)實驗課程為例，在探討兩國實驗教學(xué)模式的差異基礎(chǔ)上，結(jié)合中國教育的特點，積極探索高校以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目的的實驗課程教學(xué)模式。

1　英國高校的實驗教學(xué)模式

英國課程總體結(jié)構(gòu)與國內(nèi)高校有較大的差異[8]，國內(nèi)高校的傳統(tǒng)授課教學(xué)在大部分課程中僅僅只占總課時數(shù)的1/2甚至1/3。在實驗教學(xué)方面，其實驗課程是授課教學(xué)的兩倍左右[9]，保證學(xué)生有足夠的時間對所學(xué)內(nèi)容進行實踐。

英國大學(xué)開設(shè)的實驗課程往往是綜合性實驗項目，也就是指實驗內(nèi)容涉及本課程的知識或與本課程相關(guān)的課程知識，如以專家系統(tǒng)實驗課為例，其涉及的課程包括：C語言程序設(shè)計、面向?qū)ο笳Z言程序設(shè)計、人工智能、邏輯學(xué)、CLIPS語言等。而國內(nèi)類似的實驗課程，往往只著眼于CLIPS語言這一方面的內(nèi)容。

在課程教學(xué)中，主講教師一般只針對難點和要點做重點講解，對知識點的補充則放在實驗課程中。在實驗課程中，也以學(xué)生自學(xué)為主，按照講義內(nèi)容直接開始實驗，如果遇到問題再由教師講解。對于涉及的相關(guān)理論，大多由任課老師提供相關(guān)理論資料，如論文或相關(guān)書籍信息，由學(xué)生在課后進行學(xué)習，再在實踐中深入理解相關(guān)理論。

另外，英國一個學(xué)年一般包含3個學(xué)期，實際教學(xué)時間6～7個月，總授課時間較我國少。而實驗課程貫穿整個學(xué)年，以模組的形式開設(shè)。其目的是使學(xué)生有足夠的時間練習并實踐相關(guān)課程的知識點，對涉及的相關(guān)理論提出自己的見解。實驗以階段劃分目標，每一階段的實驗課程都有不同的側(cè)重點，但相互之間又有緊密的聯(lián)系。以專家系統(tǒng)課程來說，最后的考核方式往往分為兩個部分，一部分是由各個實驗組成的“系統(tǒng)”的開發(fā)，另一部分則是對理論理解的考查，在課程結(jié)束時一般以書面論文的形式進行。

2　課程案例

專家系統(tǒng)是屬于人工智能的一門分支課程，是當前人工智能應(yīng)用中最為成功的一個領(lǐng)域。國內(nèi)外的大部分類似課程都選擇以CLIPS語言為教學(xué)的重要內(nèi)容，通過講解CLIPS語言的語法、結(jié)構(gòu)以及設(shè)計思路等，使學(xué)生能夠建立一個人工智能系統(tǒng)。

CLIPS，是目前享有盛名的專家系統(tǒng)開發(fā)語言。它是美國航天局(NASA)的約翰遜太空中心人工智能部在1970—1980年用于航天的專家系統(tǒng)。在1986年，NASA將其推理機制單獨剝離并公開了源碼，成了一個通用的專家系統(tǒng)工具。它是一個非商業(yè)化軟件，是典型的高效正向推理的產(chǎn)生式專家系統(tǒng)。因源代碼是以基礎(chǔ)的C語言寫成，其一致性和通用性非常高，只要平臺支持C語言，就可以運行CLIPS系統(tǒng)。其支持的平臺不僅包括常見的Windows和Linux系統(tǒng)，也可支持常見的嵌入式系統(tǒng)平臺。到目前為止，仍舊廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

2.1課程概況

在英國實驗課程專家系統(tǒng)程序設(shè)計中，課程被分解為3個主要部分。

1)關(guān)于知識、推理、專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識以及如何將知識轉(zhuǎn)換為規(guī)則等。這一部分也會介紹一些其他的推理編程語言，但內(nèi)容基本不涉及具體的編程語法。其中，對CLIPS的理論原理會做簡單闡述，任課教師會提供關(guān)于其匹配算法Rete的相關(guān)論文供學(xué)生進一步了解CLIPS。

2)專家系統(tǒng)語言的句法、指令、程序結(jié)構(gòu)的學(xué)習以及具體專家系統(tǒng)CLIPS程序的編寫。任課教師在這個階段會給出多個課題(實驗題目)供學(xué)生選擇。CLIPS的語法與其他的高級編程語言有較大區(qū)別，它既不是過程性的語言也不是面向?qū)ο蟮恼Z言，因此這部分的教學(xué)一般會占用接近一半的課時數(shù)。

3)CLIPS專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)計算機應(yīng)用平臺的結(jié)合，這也是國內(nèi)高校很少提及的內(nèi)容。根據(jù)上面第2部分學(xué)生選擇的課題及其應(yīng)用環(huán)境，學(xué)生需要根據(jù)講義等資料，結(jié)合任課教師的講解，理解部分CLIPS底層代碼，學(xué)習如何將CLIPS整合進學(xué)生用其他高級語言編寫的應(yīng)用軟件中去。如選擇Windows平臺.net環(huán)境的學(xué)生需要將CLISP的源代碼封裝成托管類代碼。在這一過程中既加深了對面向?qū)ο缶幊獭++以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機原理相關(guān)內(nèi)容的理解，又加深了對CLIPS語言的了解，同時也對專家系統(tǒng)的開發(fā)過程進行了實踐。

2.2國內(nèi)類似課程的組成

相對英國專家系統(tǒng)程序設(shè)計課程， 國內(nèi)高校的類似課程則太過著重于CLIPS程序語言本身的語法，而不太關(guān)注其具體應(yīng)用部分。大部分高校課程的教學(xué)目標僅僅是讓學(xué)生能編寫Clips程序，而對其與其他平臺的應(yīng)用很少或基本不做提及。就本文作者所知，國內(nèi)高校類似課程一般只包括兩個部分。

1)內(nèi)容和英國高校類似，也是知識、推理以及人工智能的介紹，但較為簡短，所占課時數(shù)不多。

2)學(xué)習CLIPS的語法和具體程序的編寫。而課程的評價一般以卷面測試為主，這樣容易造成學(xué)生對理論部分的內(nèi)容死記硬背，對CLIPS語法編寫也僅僅是“局部、細節(jié)”的掌握，而對系統(tǒng)的整體開發(fā)步驟缺乏理解和實踐。當然，這些不完善的地方也與當前國內(nèi)的學(xué)制有關(guān)，一門課程很難橫跨兩個學(xué)期。

2.3評價體系

2.4啟發(fā)與思考

相較于國內(nèi)高校，英國的實驗教學(xué)更注重培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力，而最后的評估體系以小組為單位，鼓勵和培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力。除此之外，以專家系統(tǒng)程序設(shè)計相似課程為例，CLIPS專家系統(tǒng)語言最大的魅力在于其能自由移植到不同的平臺，這也是其經(jīng)久不衰的原因。但這一點在國內(nèi)高校類似的課程內(nèi)容中很難體現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)習時也就將之當成了一種在特定運行環(huán)境下執(zhí)行的語句而已。

另外，英國的計算機類學(xué)科的實驗教學(xué)目標以學(xué)生能開發(fā)相關(guān)應(yīng)用軟件或程序為目標，更加注重學(xué)以致用的實踐環(huán)節(jié)，或者說是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標，但也沒有忽略對理論知識的傳授。以專家系統(tǒng)編程為例，要想將CLIPS專家系統(tǒng)整合并運用到其他的高級編程語言中，對其編譯環(huán)境的理解是必須的，需要明白事實與規(guī)則是如何傳入專家系統(tǒng)環(huán)境，而新產(chǎn)生的事實和結(jié)論是如何從專家系統(tǒng)里面取出的；而CLIPS又是以C語言寫成的，也同時考查了學(xué)生對其他相關(guān)編程語言課程知識點的掌握。這就保證了對學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的同時，也注重學(xué)生對相關(guān)理論知識的掌握。

在淺析英國高校實驗課程的基礎(chǔ)上，針對我國的計算機及大部分工科專業(yè)的實驗教學(xué)，本文提出以下3點建議。

1)課程實驗應(yīng)當有一個明確的任務(wù)目標。英國高校工科專業(yè)在教學(xué)中十分注重通過實驗教學(xué)的方式，在教師的引導(dǎo)和幫助下，尋找解決問題的方法。在某種程度上，這已經(jīng)相當于部分國內(nèi)高校的綜合設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計的水平。其實驗教學(xué)往往以明確的實驗?zāi)康?如開發(fā)一個軟件或系統(tǒng))為切入點，回顧并串聯(lián)所學(xué)知識點，在實踐的過程中，理解課程中的難點與重點。因而，建議整個實驗課程設(shè)計有一個明確的實驗?zāi)繕?，學(xué)生以一個工程師的眼光來看待實驗課程，帶著問題在實踐中理解相關(guān)的知識點。

2)著眼于實際應(yīng)用，某些課程甚至可以讓學(xué)生先實踐后理解。目前國內(nèi)的實驗課的定位是對一些難點知識的驗證與學(xué)習，而英國高校的實驗課定位是鞏固和完善教學(xué)內(nèi)容并提供學(xué)生動手實踐的機會。從本質(zhì)上看，這兩方面并不沖突。以本文案例來看，學(xué)生可以在實踐中發(fā)現(xiàn)難點，求助于課件、講義或者是尋求任課教師的講解，從而獲得對難點知識的驗證與學(xué)習。因此，建議以實際的應(yīng)用作為實驗案例來串聯(lián)知識點，比相對獨立的實驗課程更加適合培養(yǎng)應(yīng)用型人才和提高學(xué)生的實踐能力。

3)注重培養(yǎng)學(xué)生的寫作能力。寫作是內(nèi)在思緒的組織與表達，是意識的重新建構(gòu)，也是內(nèi)容+邏輯+表達綜合能力運用。而邏輯結(jié)構(gòu)和語言表達能力需要長期不斷地訓(xùn)練。英國高校大多數(shù)課程都要求以論文形式寫作一篇與課程內(nèi)容相關(guān)的報告，而論文的完整性、清晰性和可讀性也是重要的評判標準。大部分課程最后的考查方式往往分為兩個部分：①由各個實驗為組成部分的“項目”的開發(fā)；②書面論文的形式考查對課程知識點的理解。如此設(shè)計課程評價體系的原因很簡單，學(xué)生畢業(yè)踏入社會后必然會參加很多工程項目、參與撰寫項目報告書，因而以論文形式考查知識點的學(xué)習也同時對學(xué)生的寫作能力進行了培養(yǎng)，增加其就業(yè)的競爭力。

3　結(jié)束語

本文介紹了英國高校工科類課程，特別是計算機學(xué)科教學(xué)的體系結(jié)構(gòu)，總結(jié)了其注重實驗教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的一些特點。實驗課程往往有一個明確的任務(wù)目標，并且將之解析為一系列的階段目標，每一階段的實驗課程都有不同的側(cè)重點，但其相互之間又有相當緊密的聯(lián)系。課程的設(shè)計著眼于實際應(yīng)用，某些課程甚至允許學(xué)生先實踐后理解。在課程評價體系方面，不僅注重課程內(nèi)容本身的訓(xùn)練也注重培養(yǎng)學(xué)生的寫作能力。本文在分析其課程模式的基礎(chǔ)上，探索了高校實驗教學(xué)的方法并提出一些建議，希望能對國內(nèi)高校的應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供一種新的思路。

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Exploration into Applied Teaching Mode at British Universities from “Experts System Programming” Module

ZHANG Lizong

(SchoolofComputerScienceandEngineering，UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，Chengdu610054，China)

Thispaperintroducesthecoursestructuresofcomputing-relatedcoursesatBritishuniversities，andanalyzestheirexperimentteachingmethodinordertosketchtheirteachingorientationandcharacteristics.ThispaperaimstocomparethesimilarcoursestructureofUKandChinatoexplorenewcultivationmodeswiththecharactersofChineseeducation.Thispaperintroducedacasestudyof“ExpertsSystemProgramming”course，andcomparesthemfromcoursecontent，classhoursandevaluationcharacteristics，andaddressedthedifferencesintheaspectsofexperimentaltask，practiceapplicationandgeneralability.Finally，alistofsuggestionsaboutexperimentcoursedesignfortrainingofappliedtalentsisoutlinedfromthereflectionsoftheexperimentteachingmethodatBritishuniversities.

experimentalteaching；reflection；trainingofapplication-orientedtalents；computingscience；expertssystem

2015-06-17；修改日期: 2016-06-21

張栗粽(1981-)，男，博士，講師，主要從事專家系統(tǒng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等方面的研究。

G642

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.042