汪明慧

（廣東工業(yè)大學(xué)，廣州 510006）

一、引言

人工智能是一門綜合性的交叉學(xué)科，涉及到計算機科學(xué)、控制論、信息論等領(lǐng)域，是目前迅速發(fā)展的新興學(xué)科。隨著智能科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和智能技術(shù)應(yīng)用的迅速普及，人工智能課程已經(jīng)成為國內(nèi)外許多高校計算機、自動化等信息類專業(yè)的一門重要課程［1］。

人工智能的研究論題包括知識表示和推理機制、問題求解和搜索算法，計算智能技術(shù)、自然語言理解、專家系統(tǒng)和機器學(xué)習(xí)等，建立智能信息處理理論，進而設(shè)計可以模擬人類智能行為的計算機系統(tǒng)。此課程引導(dǎo)學(xué)生緊跟科學(xué)發(fā)展前沿［2］。

人工智能課程在教學(xué)過程中會涉及到很多抽象的理論和復(fù)雜的算法，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、攻克教學(xué)難點一直是授課教師研究的課題。人工智能領(lǐng)域新思想和新技術(shù)層出不窮，在教學(xué)上如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，更是一項非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。因此，根據(jù)人工智能課程的特點，本文對多種教學(xué)方法進行探討與實踐，在傳統(tǒng)的講授式教學(xué)法的基礎(chǔ)上根據(jù)課程的知識點和內(nèi)容增加案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法和項目教學(xué)法，讓學(xué)生更好地掌握這門課程的知識。

二、案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是由美國哈佛大學(xué)首創(chuàng)并在歐美教育中廣泛應(yīng)用的一種教學(xué)方法，與傳統(tǒng)的講授式教學(xué)法相比，案例教學(xué)法教學(xué)的目的由注重知識傳授轉(zhuǎn)為注重能力培養(yǎng)，以學(xué)生為主體，教師通過大量的案例，在學(xué)生現(xiàn)有的知識的基礎(chǔ)上，加深學(xué)生對知識的理解和運用，拓展學(xué)生的思維方向，激勵學(xué)生的創(chuàng)新活動，使得學(xué)生能夠通過自己的思考得出結(jié)論，是一種能提高學(xué)生分析問題和解決問題能力的教學(xué)方法。

人工智能課程有一部分教學(xué)內(nèi)容涉及問題的模型、方法、推理技術(shù)、搜索策略，這些內(nèi)容在思想上強調(diào)啟發(fā)式，算法上強調(diào)不確定性，非常適合老師培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，學(xué)生的理解絕不能只停留在理論上的認(rèn)識，還應(yīng)能在具體應(yīng)用問題上靈活使用。教師先傳授核心的概念和方法，然后應(yīng)該提供一些針對性的案例，讓學(xué)生思考討論。如講解到各種智能搜索算法，教師給學(xué)生提供一些案例，如迷宮問題、數(shù)碼問題、旅行商問題等，讓學(xué)生將所學(xué)的理論知識解決實際問題。引導(dǎo)學(xué)生將搜索算法與實際問題有機結(jié)合，并靈活應(yīng)用其他學(xué)過的知識，呈現(xiàn)出設(shè)計的整體，設(shè)計內(nèi)容包含對特定問題的狀態(tài)空間描述、組織狀態(tài)空間圖，選擇合適的搜索算法，定義啟發(fā)函數(shù)，構(gòu)造評價函數(shù)，設(shè)計算法過程，對搜索圖求解，還要對結(jié)果進行分析和解釋。對學(xué)生各種設(shè)計思路和設(shè)計結(jié)果進行比較，并針對學(xué)生設(shè)計的不同啟發(fā)函數(shù)，討論搜索效率和是否最優(yōu)解等方面的問題。這種教學(xué)方式能夠提高學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力。經(jīng)過學(xué)生自己思考得出的結(jié)論，往往會比傳授型教育得來的知識理解得更深刻。案例教學(xué)法也要求教師對相關(guān)知識有深刻的理解，才能精心設(shè)計案例，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中主動學(xué)習(xí)。案例不是簡單的練習(xí)題，要精心挑選那些與教材結(jié)合恰當(dāng)并能有效達(dá)到教學(xué)目的，具有真實性、開放性特點的案例，可以讓學(xué)生帶著疑問去查閱相關(guān)資料，在進行案例教學(xué)的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生思考、分析和解決問題，組織學(xué)生展開交流和討論，尋找解決問題的答案，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)的積極性和主動性，使學(xué)生的表達(dá)能力和分析問題的能力得到鍛煉。

三、啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)法就是教師通過引導(dǎo)、設(shè)疑、啟迪、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，促使學(xué)生積極思考，從而使學(xué)生主動去探求知識的一種教學(xué)模式［3］。瑞士教育家亞美路說:“教育最偉大的技巧是:知所啟發(fā)”［4］。啟發(fā)式教學(xué)中“啟”是要設(shè)置情境，激起疑問，“發(fā)”是要引起學(xué)生的思考，使學(xué)生進行主動的探索［5］。

大學(xué)生的創(chuàng)新能力，不是指技術(shù)創(chuàng)新或科學(xué)發(fā)現(xiàn)，而是指學(xué)生具有能主動發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的意識和能力。學(xué)生的創(chuàng)新能力不是“教授”出來的，而是“啟發(fā)”出來的。

在人工智能課程中一些理論性知識可以采用啟發(fā)與互動的教學(xué)方法講授，教師可以“設(shè)疑啟發(fā)”，“學(xué)起于思，思源于疑”，“疑”就是提出疑難問題。提出問題是解決問題的前提，問題是思維的開始。學(xué)生面前擺出必須經(jīng)過思考才能解決的問題，他們的思維必然會活躍起來。例如，我們講解人機博弈時，可以利用學(xué)生喜歡玩下棋游戲，引導(dǎo)學(xué)生理清走棋時的思路，此時，學(xué)生對博弈問題充滿興趣和疑問，教師提出相關(guān)問題，讓學(xué)生將具體的博弈游戲與抽象難懂的博弈算法聯(lián)系起來，并通過討論，解決提出的一個個問題，從而逐步化解博弈算法的難度，這有助于對學(xué)生理解能力和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。課堂提問也是啟發(fā)式教學(xué)過程中一個重要的環(huán)節(jié)，教師抓住教學(xué)內(nèi)容的重點、難點，設(shè)計出具有探索性的問題，使學(xué)生在對問題的探究和思考中理解知識。組織討論是啟發(fā)式教學(xué)的另一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，發(fā)表自己對一個問題的看法，相互交流、相互學(xué)習(xí)，讓學(xué)生參與講課，使學(xué)生在學(xué)中講，在講中學(xué)。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和語言表達(dá)能力。人工智能課程中有些內(nèi)容還可以采用“類比啟發(fā)”，將有某些相關(guān)的知識歸類，進行比較。如讓學(xué)生掌握人工智能領(lǐng)域常用的知識表示方法時，可以將狀態(tài)空間法、謂詞邏輯法、產(chǎn)生式規(guī)則法、語義網(wǎng)絡(luò)表示法、框架表示法等方法進行比較。又如機器學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容較難，教師可以對實例學(xué)習(xí)、解釋學(xué)習(xí)、決策樹學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等方法進行類比，組織學(xué)生討論各方法的特點、應(yīng)用領(lǐng)域、相互聯(lián)系和區(qū)別，加深學(xué)生的理解。此外人工智能課程的有些內(nèi)容還可以采取“發(fā)散啟發(fā)”，以某個問題為中心，多角度發(fā)問，讓學(xué)生層層思考，是一種有多個答案的思維啟發(fā)形式，它可以培養(yǎng)學(xué)生的變通能力，同時也能激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造精神。

四、項目教學(xué)法

項目教學(xué)法是讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下通過完成一個“教學(xué)項目”而進行學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，旨在把理論與實踐有機結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實際問題的綜合能力［6］。項目教學(xué)法是一種學(xué)生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。教師將知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個“教學(xué)項目”，圍繞著項目開展教學(xué)，不再是簡單地讓學(xué)生按照教師的安排和講授去得到一個結(jié)果，而是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生去尋找得到這個結(jié)果的途徑，最終得到這個結(jié)果。學(xué)習(xí)的重點在于學(xué)習(xí)過程而非學(xué)習(xí)結(jié)果。這種教學(xué)法目前主要用在本科生的課程設(shè)計或人工智能研究方向的畢業(yè)設(shè)計，還有研究生在導(dǎo)師指導(dǎo)下參與人工智能領(lǐng)域方面的科研項目。項目研究可以鍛煉學(xué)生綜合運用知識的能力。

人工智能課程有一部分理論內(nèi)容，可以讓學(xué)生通過實踐環(huán)節(jié)來加深理解、學(xué)以致用。例如智能搜索算法、棋類游戲的博弈系統(tǒng)、機器學(xué)習(xí)算法研究、機器人技術(shù)、智能系統(tǒng)設(shè)計等人工智能相關(guān)課題項目。學(xué)生在項目實踐中把學(xué)到的基礎(chǔ)理論、算法思想、編程技巧、軟件設(shè)計知識融會貫通。智能系統(tǒng)設(shè)計的課題還可以與其他專業(yè)課程相結(jié)合，這既鞏固了其他相關(guān)專業(yè)課的內(nèi)容，又加深了對人工智能本身的理解。項目教學(xué)法作為實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，其范圍和難度的定位至關(guān)重要，具體來說就是選題問題。選題的范圍不能過多地超出學(xué)生所學(xué)知識內(nèi)容，難度也不宜太大，這就要求教師必須為學(xué)生設(shè)計一個合適的項目，即設(shè)計內(nèi)容的合理定位。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在項目研究過程中主動獲取知識、應(yīng)用知識解決問題。項目教學(xué)法把研究性學(xué)習(xí)方式與教學(xué)有機結(jié)合，從“以學(xué)會為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)觀轉(zhuǎn)化為“以會學(xué)為中心”的創(chuàng)新型教學(xué)觀，強調(diào)學(xué)生能在項目研究中主動獲取和應(yīng)用新知識，并能夠更新知識。

五、結(jié)束語

人工智能課程具有知識點多、內(nèi)容抽象、理論性強等特點，并且人工智能領(lǐng)域是一個開拓性領(lǐng)域，新思想和新技術(shù)層出不窮，教師采用的教學(xué)方法直接影響教學(xué)質(zhì)量。在實施素質(zhì)教育的今天，用先進的教學(xué)理念和方法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和能力，是教師的責(zé)任和目標(biāo)。人工智能課程的教學(xué)過程中可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容將多種教學(xué)方法靈活運用于課堂教學(xué)中，積極引導(dǎo)并啟發(fā)學(xué)生進行探究性思考與學(xué)習(xí)，構(gòu)建自主的知識探求過程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維以及實踐能力，以達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

［1］王萬森，鐘義信，韓力群.我國智能科學(xué)技術(shù)教育的現(xiàn)狀與思考［J］.計算機教育，2009，(11):10 －14.

［2］蔡自興，徐光佑.人工智能及其應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003:1.

［3］喻曉.啟發(fā)式教學(xué)在《操作系統(tǒng)》課程改革中的應(yīng)用研究［J］.軟件導(dǎo)刊，2013，(12):168 －169.

［4］春生.人生智慧寶典［M］.北京:中國文聯(lián)出版社，2002:15.

［5］樂華，任毅.啟發(fā)式教學(xué)方式與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論［J］.中國地質(zhì)教育，2009，(1):140 －142.

［6］李坤，趙陽，寧靜.德國職教項目教學(xué)法的理論研究與實踐及推行策略［J］.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2009，(3):25－26.