摘要：針對(duì)機(jī)器智能課程內(nèi)容新、涵蓋廣的特點(diǎn)，從北京郵電大學(xué)教學(xué)實(shí)際出發(fā)，在分析教學(xué)基本要求和主要內(nèi)容的基礎(chǔ)上，提出了以點(diǎn)帶面的教學(xué)方法，抓住關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致講解，其余內(nèi)容根據(jù)側(cè)重面的不同，分別采取啟發(fā)式教學(xué)方法，包括專題文獻(xiàn)調(diào)研、演講、討論、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、學(xué)生評(píng)價(jià)等。學(xué)生反饋和學(xué)校教學(xué)評(píng)估都表明，上述方法在主動(dòng)學(xué)習(xí)、拓展知識(shí)和培養(yǎng)興趣等方面取得了很好的效果。
　　關(guān)鍵詞：機(jī)器智能；教學(xué)方法；專題文獻(xiàn)調(diào)研；演講；討論；編程；學(xué)生評(píng)價(jià)
　　
　　自2005年北京郵電大學(xué)在國內(nèi)得到教育部批準(zhǔn)設(shè)立智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)開始，機(jī)器智能課程就被設(shè)定為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。在2008年全國智能科學(xué)技術(shù)教育學(xué)術(shù)研討會(huì)上，機(jī)器智能課程被確立為第一批三門核心課程之一。作者曾在2009年全國智能科學(xué)技術(shù)教育學(xué)術(shù)研討會(huì)上對(duì)該課程內(nèi)容的建設(shè)進(jìn)行了探討[1]，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐工作對(duì)于該課程的教學(xué)方法也進(jìn)行了一些摸索。
　　1相關(guān)教學(xué)方法
　　機(jī)器智能是新出現(xiàn)的課程，可供參考的國內(nèi)外資料較少，我們主要對(duì)相關(guān)的人工智能課程的教學(xué)方法進(jìn)行了調(diào)研和學(xué)習(xí)。陳白帆、蔡自興等的人工智能精品課程教學(xué)方法在國內(nèi)最具代表性[2]，開設(shè)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生根據(jù)自己的興趣組成小組選題。多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)課程相結(jié)合，采用啟發(fā)式教學(xué)，舉行課堂討論等。王甲海[3]等探討啟發(fā)式傳授人工智能解決問題的非結(jié)構(gòu)化的思想。劉興林[4]從教材選擇、教學(xué)內(nèi)容和方法、考核方式等做了一系列教學(xué)改革。韓潔瓊[5]等提出注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視。白潔[6]等提出與學(xué)科發(fā)展前沿接軌，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。朱紅[7]等對(duì)圖搜索內(nèi)容進(jìn)行有效的教學(xué)設(shè)計(jì)。王璐[8]等設(shè)計(jì)了應(yīng)用型和研究型的教學(xué)情境。
　　國外人工智能課程建設(shè)具有更長的時(shí)間和更多的積累。很多大學(xué)在人工智能課程中圍繞游戲引入工程項(xiàng)目。Jeffrey等[9]引入基于Blackjack游戲的優(yōu)化模型來進(jìn)行人工智能課程教學(xué)。Hansen等[10]開發(fā)了Glomus教學(xué)系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生在邏輯證明游戲過程中學(xué)會(huì)重要概念。Douglas等[11]針對(duì)電腦游戲中的人工智能的課程教學(xué)提出了學(xué)生教學(xué)生的方法。Ingrid等[12]以機(jī)器學(xué)習(xí)為主題把人工智能中分散的重要概念統(tǒng)一到一起。
　　2教學(xué)實(shí)踐
　　2.1總體思路
　　在本課程教學(xué)實(shí)踐過程中，總體思路是根據(jù)教學(xué)基本要求和主要內(nèi)容形成的。詳細(xì)的教學(xué)基本要求和內(nèi)容參見文獻(xiàn)[1]。基于此，對(duì)本課程的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了如下分析。
　　1) 教學(xué)內(nèi)容極其豐富多彩，如果需要詳細(xì)地講授，每一個(gè)章節(jié)都可以成為一門課程，64學(xué)時(shí)的時(shí)間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
　　2) 本課程是一門成長中的新課程，其中既要包括智能領(lǐng)域?qū)W者們研究了幾十年的重要成果，也要涵蓋當(dāng)前國內(nèi)外最新研究現(xiàn)狀的了解和把握，才能讓學(xué)生們感受到當(dāng)前時(shí)代的脈搏，了解到本專業(yè)的魅力。
　　3) 智能科學(xué)與技術(shù)也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，其中很多技術(shù)都已經(jīng)或正在社會(huì)生活中發(fā)揮著重要作用，學(xué)生們更渴望能夠在學(xué)習(xí)實(shí)踐中掌握和推進(jìn)這些技術(shù)。
　　4) 任何教學(xué)過程，如果只是單方向的教師講、學(xué)生聽，很難達(dá)到良好的效果，必須要調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真正參與到教學(xué)過程中來，才能實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的雙向促進(jìn)。
　　于是，我們采取了以點(diǎn)帶面的方法，抓住其中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致地講解，其余的內(nèi)容則根據(jù)側(cè)重面的不同，分別采取啟發(fā)式教學(xué)的方法，如專題文獻(xiàn)調(diào)研、演講、討論、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、學(xué)生評(píng)價(jià)等方式推動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)拓展和興趣培養(yǎng)。
　　2.2專題文獻(xiàn)調(diào)研
　　這是我們借鑒了帶研究生做課題的經(jīng)驗(yàn)而提出的一種方法。每次開始講授這門課程的時(shí)候，學(xué)生們都會(huì)問：為什么我們課程的名字跟其他人工智能的課程不一樣？內(nèi)容上有什么區(qū)別？我也都會(huì)給出我們的回答，但是總感覺學(xué)生并沒有完全理解?？紤]到智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)本身就是一個(gè)新鮮事物，機(jī)器智能課程也是新近提出的，目前并沒有完全定論，屬于前沿探索的問題。因此，我們提出進(jìn)行專題文獻(xiàn)調(diào)研的方法，希望讓學(xué)生通過自己的廣泛閱讀、比較和分析，更加深入地了解本課程。
　　我們首先給出需要調(diào)研的問題以便引導(dǎo)學(xué)生的調(diào)研方向，即國內(nèi)外關(guān)于智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的建設(shè)情況如何？機(jī)器智能、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其他相關(guān)課程的建設(shè)情況如何？這些不同于學(xué)生們以前在其他課程中遇到的作業(yè)或問題，沒有固定的求解思路，沒有確切的標(biāo)準(zhǔn)答案，但卻都是學(xué)生們非常關(guān)心的問題，因此極大地激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。我們鼓勵(lì)大三學(xué)生自由組合，每3～4人組成一個(gè)課程小組，每組由一位組長負(fù)責(zé)組織管理，如召集小組討論，共同制定調(diào)研計(jì)劃，分配調(diào)研任務(wù)，綜合調(diào)研結(jié)果等。這種形式對(duì)于大三的學(xué)生畢竟是新的嘗試，開始的時(shí)候?qū)W生們對(duì)于如何進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研不太清楚，我們?cè)诮o學(xué)生介紹文獻(xiàn)資源和調(diào)研方法的同時(shí)，也邀請(qǐng)了幾位研究生來到課堂上現(xiàn)身說法，學(xué)生們普遍反映非常好。
　　經(jīng)過1～2周的文獻(xiàn)調(diào)研，學(xué)生們交上來的作業(yè)令人非常滿意。內(nèi)容涵蓋了人工智能、機(jī)器智能、計(jì)算智能的概念，國內(nèi)設(shè)置本科智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的高等學(xué)校及其專業(yè)定位、培養(yǎng)方案、主干課程、實(shí)驗(yàn)課程、畢業(yè)生去向，美國、英國大學(xué)人工智能專業(yè)研究生排名，國內(nèi)外著名大學(xué)的人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐設(shè)計(jì)、參考教材等等。各組調(diào)研內(nèi)容之間有一些交叉，證實(shí)了本領(lǐng)域的一些共同特點(diǎn)，如人工智能課程的知識(shí)表達(dá)與推理、搜索、專家系統(tǒng)、自然語言處理等經(jīng)典內(nèi)容；各組的調(diào)研結(jié)果更有很大的不同，既反映了學(xué)生們思考問題的角度是多樣性的，也反映了智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)建設(shè)和機(jī)器智能相關(guān)課程的教學(xué)是多樣性的。經(jīng)過比較和分析，學(xué)生們對(duì)本課程的理解清晰多了，學(xué)習(xí)態(tài)度非常積極，希望探索智能奧秘的熱情極為高漲，為后面的教學(xué)打下了良好的基礎(chǔ)。
　　2.3動(dòng)手實(shí)驗(yàn)
　　實(shí)踐出真知，我們?cè)诶碚摻虒W(xué)的同時(shí)也特別注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。對(duì)于本課程的重點(diǎn)模塊內(nèi)容，如BP算法、啟發(fā)式搜索，我們都給學(xué)生布置了以組為單位的實(shí)驗(yàn)作業(yè)。為了激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，還對(duì)每個(gè)作業(yè)給出了擴(kuò)展性的要求。以BP算法的實(shí)驗(yàn)為例，我們要求各組在充分理解BP算法原理的基礎(chǔ)上，編程實(shí)現(xiàn)手寫數(shù)字0～9的訓(xùn)練和識(shí)別功能。我們也給出了擴(kuò)展性要求：可以通過自己查閱文獻(xiàn)，尋找提高BP基本算法性能的方法和技術(shù)；可以不限于手寫數(shù)字0～9的識(shí)別，自主選擇感興趣的其他模式信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如語音信息、手寫英文字母、手寫漢字等。
　　學(xué)生們開始面對(duì)這個(gè)作業(yè)的時(shí)候非常迷茫，不知從何處下手，我們一方面鼓勵(lì)學(xué)生要有信心，不要有畏難情緒，一方面就相關(guān)內(nèi)容安排課堂重點(diǎn)討論，首先要正確理解和掌握經(jīng)典BP算法的基本原理，包括其數(shù)學(xué)推導(dǎo)的全過程，然后從如何構(gòu)造單一神經(jīng)元和激勵(lì)函數(shù)開始，進(jìn)而討論如何實(shí)現(xiàn)一層神經(jīng)元和相鄰層神經(jīng)元的計(jì)算，以及如何進(jìn)行誤差計(jì)算和反向權(quán)值調(diào)整。學(xué)生們逐漸對(duì)實(shí)驗(yàn)作業(yè)有了深刻的理解，開始動(dòng)手設(shè)計(jì)自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，隨著一個(gè)個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)，學(xué)生們之前的很多疑惑都豁然開朗，對(duì)BP算法充滿了興趣。很多組的同學(xué)對(duì)測試的識(shí)別率不太滿意，都主動(dòng)去圖書館查閱相關(guān)資料，嘗試了一些改進(jìn)方法和技術(shù)，如改變多種神經(jīng)元激勵(lì)函數(shù)、加入動(dòng)量項(xiàng)微調(diào)權(quán)值修正量、自適應(yīng)變步長算法等。
　　有一個(gè)組的作業(yè)給我印象極其深刻，因?yàn)樗麄冇掠谔魬?zhàn)了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語音信息0～9的識(shí)別，不但很好地掌握了BP基本算法及其改進(jìn)：變步長法和引入動(dòng)量項(xiàng)法，還自學(xué)了錄音、音頻信號(hào)分幀、加窗、MFCC特征提取等。他們對(duì)待本課程的熱情，還有他們表現(xiàn)出來的巨大的潛力都讓我感動(dòng)，讓我對(duì)我們的專業(yè)和課程建設(shè)的未來充滿了信心和希望。
　　
　　正是應(yīng)對(duì)了“理論與實(shí)踐相結(jié)合”的經(jīng)典理念，半年里64個(gè)學(xué)時(shí)完成后，從學(xué)生們的直接反饋中發(fā)現(xiàn)，他們理解掌握最為深刻的內(nèi)容恰恰是他們?cè)?jīng)動(dòng)手進(jìn)行程序開發(fā)的內(nèi)容。這充分表明了在本課程的教學(xué)過程中注重動(dòng)手實(shí)踐能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)的重要性。
　　2.4演講、討論與評(píng)價(jià)
　　這也是我們?cè)诮虒W(xué)過程中探索出來的方法。專題文獻(xiàn)調(diào)研和動(dòng)手實(shí)踐的作業(yè)極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生們的積極性，效果也非常好，但作為一門課程，還是要有一個(gè)分?jǐn)?shù)的評(píng)價(jià)。以往都是學(xué)生把作業(yè)交上來，老師統(tǒng)一評(píng)分?，F(xiàn)在面對(duì)如此多樣性的作業(yè)，老師個(gè)人的評(píng)價(jià)顯得并不充分，我們認(rèn)為學(xué)生們相互之間做的工作類似，能夠理解各組作業(yè)的特色和工作量大小，在評(píng)價(jià)上更有發(fā)言權(quán)。因此，我們提出了一種同學(xué)參與評(píng)分的方案，即演講+討論+評(píng)價(jià)。
　　首先是演講。為了使評(píng)分過程做到公開、公正、公平，我們?cè)诟鹘M完成一次文獻(xiàn)調(diào)研或者動(dòng)手實(shí)驗(yàn)之后，都要求各組準(zhǔn)備好演講的文件和相關(guān)材料，包括ppt文件制作、程序演示、功能測試等，專門抽一次上課時(shí)間用來進(jìn)行各組的集中演講，展開實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的深入交流。每組派出一位代表來演講，介紹本組作業(yè)的詳細(xì)情況并演示。介紹完畢，就進(jìn)入提問和討論環(huán)節(jié)，老師和同學(xué)都可以就其中的任何問題提問，也可以進(jìn)行程序功能的現(xiàn)場檢測。這一方面活躍了課堂氣氛，使得學(xué)生們大大增強(qiáng)了對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容的理解和掌握，另一方面，各組之間可以相互學(xué)習(xí)，拓展視野，開闊思路。同時(shí)，這也很好地鍛煉了學(xué)生的組織和演講能力。最后是評(píng)價(jià)，也是各組選派一名代表，就像各類比賽中的評(píng)分專家一樣，根據(jù)各組的演講、提問、回答、演示等，綜合給出一個(gè)評(píng)分。這種形式對(duì)于學(xué)生們也是很新奇的，大家都很認(rèn)真地對(duì)待，基本上每次評(píng)分都能很好地反映出各組的水平。同時(shí)，這也激發(fā)了學(xué)生們的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，因?yàn)橹挥姓嬲呐瓦^硬的成績才能獲得各組同學(xué)的一致好評(píng)。
　　2.5創(chuàng)新性研究
　　我們鼓勵(lì)對(duì)本課程相關(guān)領(lǐng)域具有濃厚興趣、能力較強(qiáng)的同學(xué)自發(fā)組成小組，基于課程所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入分析思考，提出創(chuàng)新性的課題展開研究，并在合適的時(shí)機(jī)鼓勵(lì)學(xué)生們利用課程相關(guān)的知識(shí)積極參加各種競賽，從今年開始中國人工智能學(xué)會(huì)主辦的全國大學(xué)生智能設(shè)計(jì)大賽將是今后我們努力的主要方向。2010年，我們選擇了三星公司面向大學(xué)生的bada應(yīng)用開發(fā)試點(diǎn)活動(dòng)作為第一次嘗試。學(xué)生們經(jīng)過三個(gè)多月的努力，獲得兩個(gè)三等獎(jiǎng)和兩個(gè)優(yōu)秀獎(jiǎng)。經(jīng)過競賽鍛煉，學(xué)生們不僅加強(qiáng)了對(duì)于課程相關(guān)知識(shí)的理解和掌握，增強(qiáng)了研究開發(fā)能力和自信心，更加深了對(duì)于本專業(yè)的濃厚興趣，為本專業(yè)和本課程的建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支撐。
　　2.6專家講座
　　我們先后邀請(qǐng)到了國內(nèi)外的專家學(xué)者來給學(xué)生進(jìn)行專題講座。國際計(jì)算語言學(xué)會(huì)主席、美國南加州大學(xué)信息科學(xué)研究所Prof. Eduard Hovy關(guān)于什么是智能的講座，首都師范大學(xué)人工智能領(lǐng)域著名教育專家王萬森教授關(guān)于模糊邏輯與推理的講座，都讓學(xué)生們感受到了大家的風(fēng)范，靈活生動(dòng)的講課風(fēng)格受到了學(xué)生的高度贊揚(yáng)。
　　3教學(xué)反饋
　　在北京郵電大學(xué)組織的2010年學(xué)生評(píng)教工作中，本課程得到了97.46的高分(滿分100)。以下是我們收到的一些學(xué)生的反饋意見。
　　1) 實(shí)踐時(shí)間充裕，在解決問題的過程中培養(yǎng)了一種能力。作業(yè)不死板，給出一個(gè)框架思路，同學(xué)可以自由發(fā)揮。還地鍛煉了大家的團(tuán)隊(duì)合作精神，專注于自己擅長的領(lǐng)域才能做的更好。讓同學(xué)們自己放開去做，在出錯(cuò)時(shí)及時(shí)交流糾正是一種很自由、很開放的學(xué)習(xí)模式，這樣的氛圍可能不會(huì)培養(yǎng)高的分?jǐn)?shù)，但會(huì)收獲高的能力。
　　2) 教學(xué)形式較為新穎，不是采用以往講授知識(shí)的方式，而是采用了更為貼近實(shí)際的方式，在開學(xué)初就分組，拋棄了筆上作業(yè)，改用實(shí)際的編程、查找資料等方法，更能調(diào)動(dòng)大家的學(xué)習(xí)積極性。驗(yàn)收作業(yè)也不是以往老師收上去批改后發(fā)下來這種千年不變的形式，而是讓同學(xué)互相打分，這種方式更為客觀而且可見，更加公平。最后感謝李老師一學(xué)期以來的教學(xué)與幫助，也感謝實(shí)驗(yàn)室所有老師和助教的幫助，也相信咱們智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，機(jī)器智能這門課程會(huì)越來越完善、成熟。
　　3) 感覺比較實(shí)用、有意義。從大學(xué)開始接觸的都是純理論的課，這門課上需要做實(shí)踐編程作業(yè)，我學(xué)習(xí)了機(jī)制與算法實(shí)現(xiàn)，更重要的是能讓我們?cè)诮鉀Q實(shí)際問題中提供一些從未有過的思路。比如我在百度俱樂部參加一個(gè)如何構(gòu)建購物網(wǎng)站的工作，需要垂直搜索技術(shù)，把各大購物網(wǎng)站的價(jià)格列出來，可是有些網(wǎng)站，如京東商城是采用圖片形式顯示價(jià)格的，很多研究生也沒做出來，我用了機(jī)器智能中的BP算法解決了這個(gè)問題，當(dāng)然需要一些圖像處理技術(shù)。總之，試驗(yàn)后我們得到的是一種解決問題的思路，所以我覺得在提供知識(shí)的基礎(chǔ)上使用實(shí)驗(yàn)技術(shù)加深對(duì)知識(shí)的理解效果很好，實(shí)驗(yàn)就是最好的作業(yè)。
　　4) 隨著我們步入大三，越來越感受到智能領(lǐng)域的廣博精深。就像老師教學(xué)的課件一樣，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的擴(kuò)充都能組成新的一章。本學(xué)期感觸最深的除了三星競賽此外還有兩點(diǎn)：一是李老師上課講的內(nèi)容充實(shí)，從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到機(jī)器情感，從BP到A*，幾乎把智能領(lǐng)域經(jīng)典的模型算法都覆蓋了。第二點(diǎn)就是本學(xué)期李老師請(qǐng)來了很多professor(巨開心哈)。我覺得看看別的學(xué)校甚至別的國度的“大牛們”都在研究什么，有利于我們拓寬眼界，開闊思路。希望李老師以后也辛苦聯(lián)系他們，讓學(xué)弟學(xué)妹們也享受這種待遇。
　　4結(jié)語
　　本文對(duì)機(jī)器智能課程的教學(xué)方法進(jìn)行了探討，針對(duì)不同模塊的教學(xué)內(nèi)容，提出并實(shí)踐了專題文獻(xiàn)調(diào)研、演講、討論、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、學(xué)生評(píng)價(jià)、創(chuàng)新性研究、專家講座等教學(xué)方式，收到了較好的效果。今后還要緊跟智能科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步豐富本課程教學(xué)的前沿性和創(chuàng)新性，在力圖編一本比較好的教材的同時(shí)，著手研究多種資源和手段的運(yùn)用。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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