人工智能課程教學方法的探索與實踐

汪明慧

（廣東工業大學，廣州 510006）

一、引言

人工智能是一門綜合性的交叉學科，涉及到計算機科學、控制論、信息論等領域，是目前迅速發展的新興學科。隨著智能科學技術的快速發展和智能技術應用的迅速普及，人工智能課程已經成為國內外許多高校計算機、自動化等信息類專業的一門重要課程［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、自然語言理解、專家系統和機器學習等，建立智能信息處理理論，進而設計可以模擬人類智能行為的計算機系統。此課程引導學生緊跟科學發展前沿［2］。

人工智能課程在教學過程中會涉及到很多抽象的理論和復雜的算法，如何提高學生的學習興趣、攻克教學難點一直是授課教師研究的課題。人工智能領域新思想和新技術層出不窮，在教學上如何培養學生的創新能力，更是一項非常具有挑戰性的任務。因此，根據人工智能課程的特點，本文對多種教學方法進行探討與實踐，在傳統的講授式教學法的基礎上根據課程的知識點和內容增加案例教學法、啟發式教學法和項目教學法，讓學生更好地掌握這門課程的知識。

二、案例教學法

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

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

三、啟發式教學

啟發式教學法就是教師通過引導、設疑、啟迪、激發學生的學習興趣和求知欲，促使學生積極思考，從而使學生主動去探求知識的一種教學模式［3］。瑞士教育家亞美路說:“教育最偉大的技巧是:知所啟發”［4］。啟發式教學中“啟”是要設置情境，激起疑問，“發”是要引起學生的思考，使學生進行主動的探索［5］。

大學生的創新能力，不是指技術創新或科學發現，而是指學生具有能主動發現問題、提出問題、分析問題和解決問題的意識和能力。學生的創新能力不是“教授”出來的，而是“啟發”出來的。

在人工智能課程中一些理論性知識可以采用啟發與互動的教學方法講授，教師可以“設疑啟發”，“學起于思，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。學生面前擺出必須經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，可以利用學生喜歡玩下棋游戲，引導學生理清走棋時的思路，此時，學生對博弈問題充滿興趣和疑問，教師提出相關問題，讓學生將具體的博弈游戲與抽象難懂的博弈算法聯系起來，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，這有助于對學生理解能力和學習能力的培養。課堂提問也是啟發式教學過程中一個重要的環節，教師抓住教學內容的重點、難點，設計出具有探索性的問題，使學生在對問題的探究和思考中理解知識。組織討論是啟發式教學的另一個關鍵環節，學生在教師的指導下，發表自己對一個問題的看法，相互交流、相互學習，讓學生參與講課，使學生在學中講，在講中學。這有助于培養學生的思維能力和語言表達能力。人工智能課程中有些內容還可以采用“類比啟發”，將有某些相關的知識歸類，進行比較。如讓學生掌握人工智能領域常用的知識表示方法時，可以將狀態空間法、謂詞邏輯法、產生式規則法、語義網絡表示法、框架表示法等方法進行比較。又如機器學習這部分內容較難，教師可以對實例學習、解釋學習、決策樹學習、神經網絡學習等方法進行類比，組織學生討論各方法的特點、應用領域、相互聯系和區別，加深學生的理解。此外人工智能課程的有些內容還可以采取“發散啟發”，以某個問題為中心，多角度發問，讓學生層層思考，是一種有多個答案的思維啟發形式，它可以培養學生的變通能力，同時也能激發學生的積極性和創造精神。

四、項目教學法

項目教學法是讓學生在教師指導下通過完成一個“教學項目”而進行學習的教學方法，旨在把理論與實踐有機結合起來，充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力［6］。項目教學法是一種學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。教師將知識內容轉化為若干個“教學項目”，圍繞著項目開展教學，不再是簡單地讓學生按照教師的安排和講授去得到一個結果，而是在教師的指導下，學生去尋找得到這個結果的途徑，最終得到這個結果。學習的重點在于學習過程而非學習結果。這種教學法目前主要用在本科生的課程設計或人工智能研究方向的畢業設計，還有研究生在導師指導下參與人工智能領域方面的科研項目。項目研究可以鍛煉學生綜合運用知識的能力。

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

五、結束語

人工智能課程具有知識點多、內容抽象、理論性強等特點，并且人工智能領域是一個開拓性領域，新思想和新技術層出不窮，教師采用的教學方法直接影響教學質量。在實施素質教育的今天，用先進的教學理念和方法培養學生的創新素質和能力，是教師的責任和目標。人工智能課程的教學過程中可根據教學內容將多種教學方法靈活運用于課堂教學中，積極引導并啟發學生進行探究性思考與學習，構建自主的知識探求過程，培養學生創新性思維以及實踐能力，以達到良好的學習效果。

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

［2］蔡自興，徐光佑.人工智能及其應用［M］.北京:清華大學出版社，2003:1.

［3］喻曉.啟發式教學在《操作系統》課程改革中的應用研究［J］.軟件導刊，2013，(12):168 －169.

［4］春生.人生智慧寶典［M］.北京:中國文聯出版社，2002:15.

［5］樂華，任毅.啟發式教學方式與建構主義學習理論［J］.中國地質教育，2009，(1):140 －142.

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