陳 昕，趙德陽

(遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

智能理論是人工智能發(fā)展的理論基礎(chǔ)，編程能力是人工智能的核心能力，Python 是人工智能首選編程語言，廣泛應(yīng)用于企事業(yè)單位工作中，具有重要的學(xué)習(xí)和應(yīng)用價值[1]。在人工智能發(fā)展的背景下，智能理論與應(yīng)用課程不僅要讓學(xué)生掌握智能理論的基本概念、基本理論和方法，更應(yīng)關(guān)注人工智能發(fā)展對科技人員編程能力的要求。在使學(xué)生掌握智能理論知識的同時，培養(yǎng)其掌握Python 語言編程，會提升學(xué)生在學(xué)習(xí)、工作中的競爭力。學(xué)生把智能理論算法知識用Python 編程實現(xiàn)，將理論與應(yīng)用實踐相結(jié)合，這樣能夠?qū)⑵渑囵B(yǎng)成具有建立新模型、新算法應(yīng)用能力的研發(fā)型人才[2]。

一、課程教學(xué)改革要解決的重點問題

“智能理論與應(yīng)用”是交通類碩士學(xué)科的基礎(chǔ)課程，主要闡述線性模型、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、貝葉斯分類器、集成學(xué)習(xí)、聚類等理論基礎(chǔ)與應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)智能理論與應(yīng)用課程，使學(xué)生掌握初步的智能理論知識和方法，培養(yǎng)應(yīng)用能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)論文的完成以及從事相關(guān)技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。智能理論與應(yīng)用課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在以下問題：

（一）課堂模式是以教師講課為主體，學(xué)生被動聽課

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式是教師進(jìn)行理論模型推導(dǎo)講解，學(xué)生被動接受式聽課。課堂上“填鴨式”或“布道式”地講解理論模型，使得學(xué)生缺乏參與感，容易感到疲憊和乏味。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以教師講課為教學(xué)活動主體，以講解傳授智能知識理論為重點，將設(shè)計好的理論知識教學(xué)內(nèi)容講授給學(xué)生，學(xué)生被動地對智能理論知識進(jìn)行吸收和整理，不能激發(fā)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的主觀能動性和積極性。傳統(tǒng)課堂模式忽略了對學(xué)生能力的培養(yǎng)，缺少智能理論算法編程實現(xiàn)的案例。

人工智能時代的發(fā)展，要求科學(xué)技術(shù)人才要具有理論知識的應(yīng)用能力和編程實現(xiàn)能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以智能理論知識掌握為重點，缺乏對學(xué)生進(jìn)行智能理論算法編程實現(xiàn)能力的培養(yǎng)，無法滿足現(xiàn)在學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和人工智能時代對人才的需求[3]。

（二）單純學(xué)習(xí)智能理論模型方法抽象，學(xué)生難以理解

智能理論的模型涉及統(tǒng)計學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)等眾多理論，過于抽象。傳統(tǒng)的單純學(xué)習(xí)理論模型方法的教學(xué)模式，缺少理論模型怎樣實現(xiàn)的案例，使得理論方法的學(xué)習(xí)艱澀難懂。學(xué)生單純地進(jìn)行智能理論學(xué)習(xí)、智能理論算法公式推導(dǎo)，缺乏直觀感覺，不易掌握和理解智能理論。同時，過多抽象的理論推導(dǎo)不適合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

（三）學(xué)生只學(xué)會智能理論知識，無法在智能交通領(lǐng)域應(yīng)用

在智能交通領(lǐng)域的實際工作中，技術(shù)人員需要同時具有理論模型和編程實現(xiàn)能力來解決實際問題。只是學(xué)會理論知識，無法在智能交通領(lǐng)域的工作中立足[4]。智能理論模型算法能夠用編程實現(xiàn)的能力是技術(shù)人員必備的能力。

（四）考核方式不夠完善，缺乏對應(yīng)用能力和編程能力的過程考核

傳統(tǒng)的考核方式，通常是以試卷形式，考核智能理論基礎(chǔ)知識、推導(dǎo)公式、算法，存在考試形式單一、考試結(jié)構(gòu)單調(diào)的問題。并且考卷僅考核學(xué)生對智能理論原理的掌握，無法考核學(xué)生對理論知識的應(yīng)用能力、編程實現(xiàn)能力。針對上述智能理論與應(yīng)用課程傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題，本文以人工智能發(fā)展對科技人才的編程能力需求為出發(fā)點，基于“以學(xué)生動手學(xué)為中心”的教育理念，把“學(xué)生動手學(xué)”作為課堂教學(xué)活動的主體，以同時實現(xiàn)“理論知識掌握與編程應(yīng)用能力培養(yǎng)”的教學(xué)目標(biāo)為宗旨，對智能理論與應(yīng)用課程進(jìn)行教學(xué)改革探索。

二、“智能理論算法學(xué)習(xí)與編程實現(xiàn)結(jié)合”的教學(xué)模式改革

智能理論與應(yīng)用課程教學(xué)改革，著眼于人工智能的國家發(fā)展戰(zhàn)略，智能交通對智能理論與應(yīng)用人員的巨大需求，從產(chǎn)學(xué)研用的角度，以智能交通領(lǐng)域職業(yè)需求為導(dǎo)向，研究智能理論與應(yīng)用人才的培養(yǎng)，為學(xué)生們盡快適應(yīng)未來的工作打好基礎(chǔ)。本文圍繞人工智能發(fā)展趨勢下交通領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨螅詰?yīng)用型人才的培養(yǎng)為目標(biāo)定位，以應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，研究“智能理論算法學(xué)習(xí)與編程實現(xiàn)結(jié)合”的教學(xué)模式改革。

（一）以學(xué)生為中心的邊學(xué)邊“編程實現(xiàn)式”教學(xué)模式

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主體是教師，教師講解知識，灌輸給學(xué)生，學(xué)生被動盲目接受。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和科技的進(jìn)步使智能理論和知識點獲取比以往更為容易，課堂的價值更應(yīng)該體現(xiàn)在對學(xué)生能力的培養(yǎng)，把以“教師教為主體”轉(zhuǎn)變成以“學(xué)生學(xué)為主體”。教師“教”與學(xué)生“學(xué)”互相融合，學(xué)生邊學(xué)邊練，“教與學(xué)”互相融合演進(jìn)。以學(xué)生學(xué)為主體，一方面能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面更能培養(yǎng)學(xué)生主動利用所學(xué)的智能理論、知識和方法，去分析智能交通問題和解決問題的意識與能力，從而點燃學(xué)生學(xué)習(xí)智能理論的熱情。學(xué)生動手編寫智能理論算法的程序代碼，親手實現(xiàn)理論算法的功能，切身體會智能理論如何應(yīng)用，能夠增強學(xué)生對智能理論學(xué)習(xí)的實用性和可見性的感知和體會。智能理論學(xué)習(xí)與編程實現(xiàn)相結(jié)合，能夠充分調(diào)動學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，突出學(xué)生作為教學(xué)活動的主體地位。把學(xué)生們聽教師講解智能理論的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫帉懗绦虼a的主動思考，把學(xué)到的智能理論知識轉(zhuǎn)化為編程應(yīng)用，這樣一來，學(xué)生的主動應(yīng)用意識及思考能力得到了鍛煉和培養(yǎng)。

（二）理論算法知識掌握與編程應(yīng)用能力培養(yǎng)同步進(jìn)行

在智能理論應(yīng)用算法解析與Python實現(xiàn)相結(jié)合的課堂教學(xué)中，學(xué)生通過動手編寫Python代碼，實現(xiàn)對智能理論應(yīng)用算法的解析。例如，學(xué)習(xí)線性回歸理論后，學(xué)生針對實際問題建立線性模型，并編寫Python代碼程序進(jìn)行實現(xiàn)，線性回歸、多元回歸、對數(shù)幾率回歸、決策樹分類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機分類、貝葉斯分類器和聚類等智能理論算法解析，都能與Python編程實現(xiàn)相結(jié)合。

學(xué)習(xí)智能理論算法，學(xué)生自己動手編寫程序，能夠利用Python 編寫程序，看到智能理論算法的編程實現(xiàn)，能夠直觀地觀察出抽象理論算法可視化效果，了解理論算法的精妙和實用性。學(xué)生們動手編寫程序代碼，使智能理論學(xué)習(xí)過程生動活潑起來，同時學(xué)生們在學(xué)習(xí)智能理論的過程中做出理論算法的編程實現(xiàn)、在編寫程序代碼的過程中學(xué)習(xí)智能理論算法。在“智能理論與應(yīng)用”的授課過程中，要結(jié)合生活和工程實際多舉應(yīng)用案例。在教師講解智能理論時，應(yīng)強調(diào)推導(dǎo)思路和結(jié)論的正確性，同時對復(fù)雜智能理論證明進(jìn)行簡單解釋，重點引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會如何應(yīng)用所學(xué)的智能理論去解決生活和工程實踐中的問題，詳見表1。

表1 智能理論學(xué)習(xí)與應(yīng)用結(jié)合案例

本文研究的智能理論與應(yīng)用課程的教學(xué)改革方法，可以將智能理論算法學(xué)習(xí)、實例與編程應(yīng)用能力培養(yǎng)有機地融合，使學(xué)生既能理解每種理論算法的原理，也能應(yīng)用這些算法，同時提升其編程能力。

（三）充分利用Python 代碼庫提升學(xué)生編程資源利用能力

Python編程語言火遍全世界，在學(xué)術(shù)界、在各個行業(yè)、企事業(yè)工作單位都有廣泛應(yīng)用，是當(dāng)前最流行的智能理論機器學(xué)習(xí)的編程實現(xiàn)工具，重要原因是，Python提供大量智能理論學(xué)習(xí)的代碼庫和框架，例如NumPy、SciPy用于數(shù)學(xué)運算，MatplotLib、SeaBorn用于繪圖，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)操作可以通過Pandas，智能理論機器學(xué)習(xí)可以充分利用Statsmodels庫、Scikit-learn庫[5]。

本文研究的課程改革，智能理論算法，采用Python編程進(jìn)行實現(xiàn)，充分利用Python代碼庫提升學(xué)生的編程資源利用能力。充分利用Python代碼庫資源，可以幫助學(xué)生進(jìn)行智能理論學(xué)習(xí)，這會大大提高工作效率、節(jié)約時間，使其在未來工作中能夠更好地完成自己的工作。

三、課程考核方式改革

合理科學(xué)的考核方式是人才培養(yǎng)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。智能理論與應(yīng)用課程原有的課程考核方式以筆試為主[6]，筆試成績占100%。為了實現(xiàn)“理論知識掌握與編程應(yīng)用能力培養(yǎng)同步進(jìn)行”的課程改革目標(biāo)，針對傳統(tǒng)的課程考核方式缺乏過程和編程能力的考核，考試形式單一、考試結(jié)構(gòu)單調(diào)的問題，將智能理論模型應(yīng)用與編程實現(xiàn)能力也納入考核體系，不僅要考核學(xué)生對智能理論算法的掌握，也要考核學(xué)生的實踐應(yīng)用能力和分析解決問題的能力?？己朔绞礁母镏?，總評成績由智能理論與應(yīng)用Python實現(xiàn)上機報告成績（50%）+筆試成績（50%）構(gòu)成，詳見表2。

表2 課程考核評價表

過程考核材料包括《智能理論與應(yīng)用Python編程實現(xiàn)報告》、數(shù)據(jù)集和Python編程代碼，目的是將智能理論算法解析與Python實現(xiàn)相結(jié)合，學(xué)生通過完成智能理論算法應(yīng)用于實際問題，并能夠用Python編程實現(xiàn)，從而深化對智能理論算法的掌握程度，提升實踐應(yīng)用能力。

四、結(jié)論

學(xué)生基于智能理論建模、Python編程獲得多項競賽獎項。課程改革的效果在學(xué)生的企業(yè)實習(xí)過程中也得到體現(xiàn)。到清華大學(xué)蘇州汽車研究院實習(xí)的學(xué)生反饋，企業(yè)非常需要懂智能理論、Python編程的技術(shù)人員，在課堂上對學(xué)生進(jìn)行的智能理論結(jié)合Python編程的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，使其在企業(yè)得到認(rèn)可和重用。到毫末智行科技有限公司實習(xí)的學(xué)生反饋，Python編程使用較多，上手較快。學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和企業(yè)的認(rèn)可表明，學(xué)生掌握智能理論與Python編程能力，更能適應(yīng)人工智能發(fā)展背景下企事業(yè)單位對科技人才的需求，在學(xué)習(xí)和工作中，會擁有更大的競爭優(yōu)勢和發(fā)展?jié)撃堋?/p>