馮驥

摘要：隨著人工智能在全球掀起新一波浪潮，人工智能教育也成為各國發(fā)展人工智能極為重視的一個主題。本文針對人工智能的學(xué)科特點(diǎn)，分析了當(dāng)前人工智能教學(xué)領(lǐng)域中存在的問題，并針對性地提出了在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與考核方式三個方面進(jìn)行教學(xué)改革的方法，完善了人工智能課程的教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的教育理念，對本領(lǐng)域的教學(xué)改革方式進(jìn)行了探索性的研究。

關(guān)鍵詞：人工智能;課程建設(shè);教學(xué)改革

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0126-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個分支，主要研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)等。和很多其他學(xué)科不同，人工智能這個學(xué)科的誕生有著明確的標(biāo)志性事件，就是1956 年的達(dá)特茅斯（Dartmouth）會議。在這次會議上，“人工智能”被提出并作為本研究領(lǐng)域的名稱。同時，人工智能研究的使命也得以確定。John McCarthy 提出了人工智能的定義：人工智能就是要讓機(jī)器的行為看起來就像是人所表現(xiàn)出的智能行為一樣。

近年來，以機(jī)器學(xué)習(xí)、知識圖譜為代表的人工智能技術(shù)逐漸變得普及，這也使得人工智能技術(shù)再次成為社會各行各業(yè)的討論熱點(diǎn)。在20世紀(jì)80年代，人工智能的概念已經(jīng)提出就被社會廣泛討論，然而受限于人工智能技術(shù)自身、計(jì)算機(jī)硬件能力等因素，其在社會生活中最大的貢獻(xiàn)僅為大量相關(guān)電影、小說的興起。然而，隨著人工智能理論技術(shù)的不斷完善，以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等相關(guān)領(lǐng)域的相輔相成，隨著AlphaGo在圍棋領(lǐng)域的連戰(zhàn)連勝，人工智能以更為真實(shí)的姿態(tài)展現(xiàn)在人們觸手可及的生活領(lǐng)域。從車牌識別、人臉識別、語音識別、智能問答、推薦系統(tǒng)到自動駕駛，人們在日常生活中都可能有意無意地使用到了人工智能技術(shù)。這些技術(shù)的背后都離不開人工智能領(lǐng)域研究者們的長期努力。目前，以深度學(xué)習(xí)為首的相關(guān)技術(shù)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界取得了廣泛的成功，受到高度重視，并掀起新一輪的人工智能熱潮。

正因?yàn)槿绱耍斯ぶ悄芙逃渤蔀楦鲊l(fā)展人工智能極為重視的一個主題。中國，作為全球人工智能發(fā)展的重要陣地，在2017年頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》。在這樣的時代背景下，人工智能領(lǐng)域急切需要大量的人才，這也使得人工智能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)成為當(dāng)前教育領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。為落實(shí)《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》，教育部于2018年4月發(fā)布了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》通知，要求（高校）面對新一代人工智能發(fā)展的機(jī)遇，要進(jìn)一步強(qiáng)化基礎(chǔ)研究、學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢，要進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究和共性關(guān)鍵技術(shù)突破，……，不斷推動人工智能與教育深度融合、為教育變革提供新方式，從而引領(lǐng)我國人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用示范，帶動我國人工智能總體實(shí)力的提升。

為了填補(bǔ)當(dāng)前本領(lǐng)域人才需求的巨大缺口，教育部于2019年3月30日在官網(wǎng)正式發(fā)布公告，北京科技大學(xué)、上海交通大學(xué)等35所高校獲批新增“人工智能”本科專業(yè)，授予工學(xué)學(xué)位，四年制。獲批的除了南京大學(xué)、上海交通大學(xué)等教育部直屬高校，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)等工信部直屬高校，還包括中北大學(xué)、中原工學(xué)院、華南師范大學(xué)等由各省主管的高校。同時，有眾多高校新增備案或者獲批與大數(shù)據(jù)、機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)，其中包括“數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)”“機(jī)器人工程”“大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用”等。這些人工智能專業(yè)開設(shè)為如何更好地完成人工智能課程的教學(xué)，以及通過人工智能的課程培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新性人工智能人才方面提出了更大的挑戰(zhàn)。

1 學(xué)科特點(diǎn)及存在的問題

從學(xué)科特點(diǎn)來看，人工智能是一門涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、腦科學(xué)等眾多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。作為一門新興學(xué)科，人工智能發(fā)展十分迅速。因此作為一門獨(dú)立課程，人工智能課程具有以下的幾個基本學(xué)科特點(diǎn)：

1）新穎性，人工智能領(lǐng)域的新技術(shù)層出不窮，僅深度學(xué)習(xí)一個熱門分支在arxiv上每天都有數(shù)百篇新論文，各項(xiàng)技術(shù)都具有很強(qiáng)的新穎性;

2）覆蓋范圍廣，交叉性強(qiáng)，醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、交通管理、情報(bào)分析……各行各業(yè)各個領(lǐng)域都在用人工智能技術(shù)解決獨(dú)特的問題;

3）難度大，基本要在數(shù)學(xué)分析、概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域有較好的基礎(chǔ)，同時熟練掌握計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的絕大部分專業(yè)知識。

基于人工智能學(xué)科的這三個主要特點(diǎn)，在開展人工智能課程教學(xué)過程中，相應(yīng)的問題也隨之浮現(xiàn)。隨著人工智能領(lǐng)域的不斷發(fā)展，現(xiàn)有技術(shù)日益完善，新的技術(shù)層出不窮，這就要求人工智能課程的設(shè)置能夠與學(xué)科發(fā)展相適應(yīng)。與國外高水平大學(xué)（如斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院等）相比，國內(nèi)高校在人工智能課程體系設(shè)置等方面仍存在著一定的滯后性，存在的問題主要包括以下幾個方面：

1）教材選取問題。

市面上人工領(lǐng)域的教材種類繁多，包含了大量的國內(nèi)學(xué)者、國內(nèi)從業(yè)人員和外文翻譯等著作，然而絕大部分的教材均無法直接用于人工智能課程的教學(xué)。有些外文翻譯教材存在術(shù)語翻譯不規(guī)范、語句邏輯不符合中文規(guī)則、邏輯性較差等問題，嚴(yán)重影響學(xué)生的閱讀與學(xué)習(xí)，國內(nèi)教材也往往有類似的問題存在。且人工智能領(lǐng)域知識繁多，內(nèi)容覆蓋極廣，直接將這些知識寫入教材之中，更容易出現(xiàn)章節(jié)繁多、內(nèi)容繁雜，將教材寫成工具書甚至百科全書類型，且知識點(diǎn)難易差別較大，學(xué)生無法清晰掌握知識內(nèi)涵。

2）教學(xué)形式單一。

目前，傳統(tǒng)的教育模式依然是課堂教育的主流方法，而面對知識面廣、知識難度深的人工智能課程，單一的課堂教學(xué)模式往往使得學(xué)生在被動的知識接收過程中缺乏參與感和獨(dú)立鉆研的過程，學(xué)習(xí)積極性不高，所學(xué)的內(nèi)容也容易停留于表面，無法深入的理解和應(yīng)用。

3）理論與實(shí)踐脫節(jié)。

人工智能是一門具有極強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性的課程，與算法、操作系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等理論知識，以及計(jì)算機(jī)組成原理、硬件配置、操作系統(tǒng)等實(shí)踐領(lǐng)域緊密相連。特別是在思維模式上，涉及計(jì)算思維和數(shù)據(jù)思維等多種思維方法，與其對應(yīng)的各種知識點(diǎn)都與實(shí)踐應(yīng)用必不可分。然而在當(dāng)前高校教學(xué)方面，人工智能實(shí)驗(yàn)的大規(guī)模開展所需要的實(shí)驗(yàn)環(huán)境往往尚未搭建成功，課程實(shí)踐部分開展難度較大。僅憑借理論學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)際動手能力得不到很好的培養(yǎng)，課程效果也不理想。

針對上述存在問題，結(jié)合當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)對人工智能人才的需求，本文探討了針對性地調(diào)整人工智能學(xué)科教學(xué)實(shí)踐的具體方法，以提高學(xué)生面向當(dāng)前智能化環(huán)境下創(chuàng)新地學(xué)習(xí)并使用人工智能工具并解決問題的實(shí)踐能力為重點(diǎn)，期望因此培養(yǎng)符合出更符合當(dāng)前人工智能浪潮所需的創(chuàng)新型人才。

2教學(xué)改革的措施與途徑

筆者根據(jù)自己的課程教學(xué)實(shí)踐以及有關(guān)調(diào)研資料，總結(jié)了目前人工智能教學(xué)實(shí)踐中存在的問題，從以下三個方面開展人工智能課程的教學(xué)改革：

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

從教師的角度，該課程要求教師對人工智能課程體系有深入的研究，對當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的前沿技術(shù)均有所了解，能夠構(gòu)建出人工智能課程的知識體系和知識圖譜，對人工智能在感知、學(xué)習(xí)、認(rèn)知三個方面有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和歸納總結(jié)。具體來說，在機(jī)器模擬人的感知方面，主體研究領(lǐng)域?yàn)檎Z音信息處理和計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域;在機(jī)器模擬人的學(xué)習(xí)方面，主體研究領(lǐng)域?yàn)楸O(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等;在機(jī)器模擬人的認(rèn)知能力方面，主題研究領(lǐng)域?yàn)橹R表示、自然語言理解、推理決策等。

從課程的設(shè)置角度，該課程要求理論與實(shí)踐相結(jié)合，需要結(jié)合理論進(jìn)度設(shè)置大量的實(shí)踐課程。特別是在算法部分，理論部分涉及大量的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，很多算法對非數(shù)學(xué)專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)生來說掌握起來比較困難。所以，教師應(yīng)該在教學(xué)過程中穿插足夠的課堂演示與實(shí)踐課程，選擇使用R、Python等語言，結(jié)合案例教學(xué)法針對規(guī)模較小的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集進(jìn)行編程、調(diào)試與演示。這些語言已經(jīng)大量被人工智能研究領(lǐng)域的學(xué)者所使用，并在其基礎(chǔ)之上開發(fā)了大量的擴(kuò)展包，因而可以適當(dāng)降低編程實(shí)踐中的數(shù)學(xué)理論部分，讓學(xué)生更為直觀的通過編程加強(qiáng)對課程內(nèi)容的掌握，在產(chǎn)生了興趣之后能夠更好地參與到學(xué)習(xí)與實(shí)踐的過程中。

2.2 改進(jìn)課堂教學(xué)方式

為了更好地鼓勵學(xué)生自主高效地參與到學(xué)習(xí)過程之中，在基本的課堂教學(xué)與實(shí)踐的基礎(chǔ)之上，建議用項(xiàng)目管理與項(xiàng)目開發(fā)的思想貫徹整個教學(xué)過程。具體來說，從課程開始，就可以利用簡單的人工智能手段（如聚類算法）通過收集到的學(xué)生數(shù)據(jù)對學(xué)生信息進(jìn)行處理，然后利用數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行學(xué)生的分組。在課程的教學(xué)和實(shí)踐過程中，每個小組以團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行知識學(xué)習(xí)與項(xiàng)目編寫。在通過這種方法從課程之初就讓學(xué)生對人工智能的特點(diǎn)和應(yīng)用有了直觀的認(rèn)識，吸引到學(xué)生的好奇心之后，再以其作為線索，通過課程的進(jìn)展一步一步揭示其中所用到的算法與思想，讓學(xué)生對人工智能的領(lǐng)域知識及知識之間的關(guān)聯(lián)有直觀的認(rèn)知，加強(qiáng)學(xué)生對這門課程的理解與掌握。而在課程中對學(xué)習(xí)小組進(jìn)行模擬企業(yè)形式的管理與考核，進(jìn)一步提高課堂教學(xué)的效果。

2.3 創(chuàng)新考核方式

人工智能課程由于其獨(dú)有的學(xué)科特點(diǎn)，傳統(tǒng)的單一試卷考核方式對其適應(yīng)性并不好，教師難以通過一張考卷掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也很難讓學(xué)生通過考核對其學(xué)到的知識進(jìn)行梳理。因此，對本門課程的考核應(yīng)當(dāng)本著以學(xué)生為中心的理念，設(shè)置多元化的考核方式。除了傳統(tǒng)課程的出勤和隨堂作業(yè)等方式以外，還可以從學(xué)習(xí)成果匯報(bào)、項(xiàng)目開發(fā)、學(xué)術(shù)研究等幾個方面進(jìn)行綜合考評。學(xué)習(xí)成果匯報(bào)的主要形式是幻燈片的展示，學(xué)生將自己的學(xué)習(xí)成果與技術(shù)學(xué)習(xí)收獲等信息制作成幻燈片的形式，并在課堂上進(jìn)行展示與答辯。同樣，學(xué)生可以選擇在人工智能領(lǐng)域的一個具體的應(yīng)用場景（如車牌識別、智能機(jī)器人等）進(jìn)行自主的設(shè)計(jì)與開發(fā)，這種開發(fā)可以不苛責(zé)于完成一個全新的算法或者理論思想，也可以通過現(xiàn)有的模塊與算法完成這些領(lǐng)域的驗(yàn)證性設(shè)計(jì)。這樣多元化的考核方式不僅對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和動手能力進(jìn)行了考核，也同時考核了學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，加強(qiáng)學(xué)生的科研能力。

3 結(jié)語

隨著人工智能領(lǐng)域的不斷發(fā)展，尤其是人工智能在電子商務(wù)、生物醫(yī)學(xué)、金融經(jīng)濟(jì)、數(shù)字農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域的應(yīng)用，人工智能領(lǐng)域的人才缺口日益增大，對人才本身素質(zhì)的要求也不斷增高，更為合理成熟的人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)迫在眉睫。然而人工智能領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)不斷成熟，新技術(shù)不斷發(fā)展，這也為人工智能領(lǐng)域的教學(xué)提出了更為苛責(zé)的要求。本文雖然對人工智能課程體系與教學(xué)方法進(jìn)行了多方面的探討與研究，解決并完善了當(dāng)前本領(lǐng)域的核心問題，但是仍然存在許多的不足。希望在之后的教學(xué)實(shí)踐與探索中，我們能夠針對人工智能領(lǐng)域的學(xué)科特點(diǎn)與研究現(xiàn)狀，不斷完善教學(xué)手段和教學(xué)方法，培養(yǎng)出符合國家和企業(yè)需求的合格人才。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】