高校人工智能通識(shí)課程教學(xué)實(shí)踐探究

邢艷芳 周舒琪 朱金付

摘要：人工智能已經(jīng)成為當(dāng)下計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和高新技術(shù)產(chǎn)品中的核心要素。作為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，人工智能技術(shù)在人文社科及理工農(nóng)醫(yī)等多個(gè)領(lǐng)域都取得了廣泛的發(fā)展應(yīng)用。具有基本人工智能知識(shí)素養(yǎng)的行業(yè)人才亟待培養(yǎng)。針對(duì)人工智能通識(shí)課程設(shè)置體系，分析研究現(xiàn)實(shí)可行的教學(xué)模式。通過(guò)設(shè)置基礎(chǔ)性、綜合性、廣博性的人工智能課程內(nèi)容，歸納總結(jié)了課程設(shè)計(jì)和教改思路。拓寬不同學(xué)科學(xué)生的思維模式，豐富學(xué)生視野，優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，打造全面化發(fā)展人才。

關(guān)鍵詞：人工智能;通識(shí)課程;人才培養(yǎng);課程設(shè)計(jì);教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）19-0089-02

1 引言

伴隨社會(huì)高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革，各用人單位特別是五百?gòu)?qiáng)企業(yè)對(duì)于擁有相關(guān)科學(xué)素養(yǎng)和強(qiáng)大邏輯思維能力的綜合性人才展現(xiàn)出了極大的需求，社會(huì)對(duì)于人才的要求逐漸趨向全面化發(fā)展。習(xí)近平總書記在全國(guó)高校政治工作會(huì)議中指出“我們對(duì)于高等教育的需要比以往任何時(shí)候都更加迫切，對(duì)科學(xué)知識(shí)和卓越人才的渴求比以往任何時(shí)候都更加強(qiáng)烈”[1]。當(dāng)前，人工智能已經(jīng)成為科技發(fā)展的熱點(diǎn)方向，引領(lǐng)著新興科技技術(shù)的發(fā)展方向。以人工智能教學(xué)內(nèi)容作為通識(shí)課程設(shè)計(jì)，不僅符合國(guó)家和社會(huì)鼓勵(lì)的技術(shù)發(fā)展方向，而且其易于理解學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性課程內(nèi)容，可以激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣[2]。從而發(fā)展學(xué)生快速學(xué)習(xí)、勇于實(shí)踐、小組協(xié)作等綜合性能力，有助于“一專多能”性人才的培養(yǎng)。

2 設(shè)置人工智能通識(shí)類課程的目的

本門課程作為通識(shí)課程，面向全科類學(xué)生開(kāi)放。主要目的是向?qū)W生傳授基本的人工智能科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、邏輯思維能力和數(shù)據(jù)分析能力。要求學(xué)生了解人工智能技術(shù)的基本特點(diǎn)、技術(shù)發(fā)展歷史、主要應(yīng)用領(lǐng)域及未來(lái)發(fā)展方向。把握人工智能算法的基本邏輯和工作思想，培養(yǎng)在實(shí)踐中應(yīng)用人工智能技術(shù)解決問(wèn)題的意識(shí)。對(duì)于人文社科類學(xué)生，該課程主要可以幫助學(xué)生理解人工智能技術(shù)的基本概念，引入跨學(xué)科思維能力，提高科學(xué)素養(yǎng);對(duì)于理工科學(xué)生，該課程可以引導(dǎo)學(xué)生興趣化發(fā)展，拓寬他們的職業(yè)發(fā)展方向[3]。

總之，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以基本掌握人工智能技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史和前沿知識(shí)，探討人工智能算法邏輯和學(xué)科專業(yè)課程相結(jié)合的可能性，用創(chuàng)新的思維研究各類問(wèn)題，從現(xiàn)實(shí)理論出發(fā)尋求實(shí)際應(yīng)用方式[4]，從而有效提高學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對(duì)問(wèn)題的能力。

3 課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

本門課程以選修課形式開(kāi)設(shè)，采用混合教學(xué)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]，將課堂教學(xué)作為主要教學(xué)方式，輔以課外書籍閱讀、小組課外討論和問(wèn)題總結(jié)答疑的方式進(jìn)行。利用多種教學(xué)媒體、教學(xué)資源和教學(xué)環(huán)境，相互融合實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的最大化，達(dá)成最優(yōu)教學(xué)目標(biāo)。此類培養(yǎng)模式的核心在于由學(xué)生代替老師在傳統(tǒng)教學(xué)中的主導(dǎo)地位，將學(xué)生作為知識(shí)體系的構(gòu)建者。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性來(lái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)探索[6]。

在課堂教學(xué)的環(huán)節(jié)中，老師只進(jìn)行人工智能技術(shù)的算法邏輯和應(yīng)用方式這類難點(diǎn)問(wèn)題的講解，緊跟前沿技術(shù)發(fā)展方向，向?qū)W生提出引導(dǎo)性問(wèn)題，通過(guò)影像資料、動(dòng)畫演示和文獻(xiàn)范例來(lái)激發(fā)學(xué)生對(duì)于人工智能技術(shù)的興趣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)熱情。主體的學(xué)習(xí)過(guò)程中，由學(xué)生自我把控，要求學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜集資料、制作展示文件、獨(dú)立自主進(jìn)行學(xué)習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生檢索文獻(xiàn)并閱讀文獻(xiàn)的能力，做好知識(shí)總結(jié)，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，完成創(chuàng)新性發(fā)展。作為一門通識(shí)類課程，積極尋找人工智能與專業(yè)之間的聯(lián)系，以達(dá)到互相促進(jìn)學(xué)習(xí)的目的。

4 課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本課程需完成發(fā)展及應(yīng)用、知識(shí)圖譜、模擬推理、搜索策略、遺傳算法、群智能算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)、自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能機(jī)器人等共12章的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

第一章主要介紹人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程和應(yīng)用方向，從人工智能技術(shù)的誕生到曲折發(fā)展出發(fā)，使學(xué)生了解人工智能的特點(diǎn)和研究的基本內(nèi)容，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。通過(guò)兩場(chǎng)標(biāo)志性的人機(jī)博弈事件，啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，體會(huì)人工智能的進(jìn)步。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行關(guān)于機(jī)器勞動(dòng)力的討論，對(duì)技術(shù)市場(chǎng)和社會(huì)需求形成初步認(rèn)知。

在第二章關(guān)于知識(shí)圖譜的學(xué)習(xí)中，主要介紹知識(shí)及知識(shí)表達(dá)的概念，了解計(jì)算機(jī)如何表示人類知識(shí)，掌握多種表示方法思想和形式，并辨明其優(yōu)缺點(diǎn)和適用對(duì)象。掌握框架知識(shí)表示法，解釋知識(shí)圖譜等新興技術(shù)的發(fā)展方向。

由于現(xiàn)實(shí)世界中的事件是隨機(jī)和模糊的，這導(dǎo)致人們產(chǎn)生了不同的認(rèn)知和不確定性的證據(jù)，必須對(duì)不確定性的知識(shí)進(jìn)行推理研究[7]。第三章引入介紹模糊推理概念，學(xué)習(xí)推理的基本概念、兩大分類以及應(yīng)用方向。介紹面對(duì)推理中的沖突矛盾，如何采用消解策略。學(xué)習(xí)用集合概念表示模糊邏輯的方法，判斷集合之間的模糊關(guān)系。我們?cè)谇蠼馀袛嗟膯?wèn)題時(shí)，需要選取一個(gè)恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方法。

第四章的設(shè)計(jì)內(nèi)容從人工智能的角度出發(fā)，研究搜索方法在問(wèn)題求解中的應(yīng)用。本章著重介紹兩大類搜索策略：其一是盲目的圖搜索策略，分為回溯策略、寬度優(yōu)先策略和深度優(yōu)先策略;其二是以A及A*搜索算法等為核心的啟發(fā)式圖搜索策略[8]。

從第五章到第七章開(kāi)始學(xué)習(xí)模擬生物的各種算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。在自然界和生物界的影響下，人們根據(jù)生物行為模仿設(shè)計(jì)了多種求解問(wèn)題的算法，稱之為計(jì)算智能。分別在第五章和第六章進(jìn)行了詳細(xì)介紹。首先說(shuō)明簡(jiǎn)化算法的概念和基本框架，演示雙倍體、雙種群和自適應(yīng)等典型改進(jìn)遺傳算法和應(yīng)用模式。隨后通過(guò)模擬鳥(niǎo)群行為的粒子群優(yōu)化算法和模擬蟻群行為的蟻群優(yōu)化算法來(lái)具體展示了群智能算法。智能優(yōu)化的方法通常包括進(jìn)化計(jì)算和群智能兩大算法，廣泛應(yīng)用在機(jī)器學(xué)習(xí)、智能控制、網(wǎng)絡(luò)安全等多個(gè)領(lǐng)域。

第八章首先介紹了人工神經(jīng)元和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以兩次人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展高潮的感知器和BP學(xué)習(xí)算法為學(xué)習(xí)重點(diǎn)，從常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型展開(kāi)討論，尋求創(chuàng)新應(yīng)用途徑。

專家系統(tǒng)本質(zhì)是一類計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，它可以模擬人類專家思維處理問(wèn)題，是人工智能技術(shù)理論化向?qū)嵺`化的突破。此類內(nèi)容會(huì)在第九章的學(xué)習(xí)中具體講述，重點(diǎn)了解專家系統(tǒng)的搭建、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用實(shí)例。

第十章首先講述使用自然語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的方法和基本思想，介紹語(yǔ)言處理過(guò)程的層次和機(jī)器翻譯方法，引入循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概念，研究基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器翻譯和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。

第十一章和第十二章具體介紹了兩個(gè)人工智能技術(shù)在具體產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的實(shí)例，分別是計(jì)算機(jī)視覺(jué)和智能機(jī)器人。通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺(jué)概念和數(shù)字圖像，研究基于深度學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，創(chuàng)新性發(fā)展研究基于計(jì)算機(jī)識(shí)別技術(shù)的人臉識(shí)別和虹膜識(shí)別高新技術(shù)。通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)器人的產(chǎn)生和發(fā)展，討論智能機(jī)器人的發(fā)展應(yīng)用和倫理性問(wèn)題，并提出技術(shù)展望，拓展創(chuàng)新性思維。

5 課程考核方式設(shè)計(jì)

基于學(xué)生自主學(xué)習(xí)為核心的課程培養(yǎng)模式，本次課程采用平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)結(jié)合的綜合方式進(jìn)行考核[9]。以學(xué)生聽(tīng)課情況、問(wèn)題交流情況、回答教師提問(wèn)正確率來(lái)評(píng)定學(xué)生的課堂表現(xiàn)。課后布置作業(yè)，以小組形式討論完成，并在下次課堂中設(shè)置成果展示時(shí)間，通過(guò)考察小組討論是否積極、準(zhǔn)確、觀點(diǎn)獨(dú)到等方面評(píng)定課業(yè)完成情況。兩方綜合構(gòu)成學(xué)生的平時(shí)成績(jī)。

期末成績(jī)?cè)u(píng)定采用考查課形式，以專題討論論文或?qū)W習(xí)總結(jié)進(jìn)行考核，最終由任課老師結(jié)合學(xué)生情況進(jìn)行評(píng)分。一般要求平時(shí)表現(xiàn)及作業(yè)成績(jī)和期末考核成績(jī)以各50%的占比計(jì)入總評(píng)成績(jī)。

6 結(jié)論

人工智能通識(shí)類課程對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新，采用混合教學(xué)模式，運(yùn)用了多種授課模式和新媒體視頻資源，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并培養(yǎng)自學(xué)能力。在當(dāng)下“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代背景下，人工智能技術(shù)向普及化教育融入的趨勢(shì)是必然的。教育必須順應(yīng)科技和應(yīng)用進(jìn)行發(fā)展，只有培養(yǎng)新時(shí)代的科技創(chuàng)新人才才能為國(guó)家注入新興發(fā)展的動(dòng)力。加快高校人工智能技術(shù)課程的建設(shè)，已然成為當(dāng)務(wù)之急。

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收稿日期：2021-06-15

基金項(xiàng)目：2019年度江蘇高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究一般項(xiàng)目（編號(hào)：2019SJA2114）;2019年第二批教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（編號(hào)：201902159036）;2019年南京傳媒學(xué)院校級(jí)教改項(xiàng)目（編號(hào)：JG201902）

作者簡(jiǎn)介：邢艷芳（1981—），女，江蘇南京人，副教授，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、深度學(xué)習(xí)等;周舒琪（1999—），女，山東煙臺(tái)人，本科生，學(xué)生，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)、大數(shù)據(jù)技術(shù);朱金付（1955—），男，安徽淮南人，副教授，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。