張彥鐸　李　迅　魯統(tǒng)偉

摘要：本文從計(jì)算機(jī)專業(yè)人工智能課程的自身特點(diǎn)和實(shí)際需要出發(fā)，為了課程教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高，根據(jù)研究性教學(xué)的規(guī)律，在課程教學(xué)實(shí)踐中深入實(shí)施研究性教學(xué)，并取得良好的教學(xué)效果，對其他課程的研究性教學(xué)實(shí)踐有積極的啟示。

關(guān)鍵詞：研究性教學(xué)；人工智能課程；計(jì)算機(jī)專業(yè)

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

為了探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效途徑，以研究性教學(xué)(研究性學(xué)習(xí))理論研究為指導(dǎo)、以機(jī)器人足球技術(shù)為平臺、以計(jì)算機(jī)專業(yè)課程和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)為對象，開展了一系列理論探索與教學(xué)實(shí)踐。在此基礎(chǔ)上，逐步樹立了學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教育教學(xué)理念，形成了典型創(chuàng)新平臺(機(jī)器人足球)上的突出特色，取得了眾多的人才培養(yǎng)成效。

1指導(dǎo)思想

2005年教育部發(fā)布的旨在提高我國本科教育質(zhì)量的教高[2005]001號文中提出明確要求：“積極推動研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”，為課題研究指明了主要方向。

實(shí)踐能力的提高和探索精神的加強(qiáng)，作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)中相互聯(lián)系、相互促進(jìn)的兩個重要方面，是圍繞研究性教學(xué)進(jìn)行理論研究和教學(xué)實(shí)踐的主要目的。充分利用機(jī)器人足球這一典型實(shí)踐與創(chuàng)新平臺，在傳統(tǒng)課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)中積極鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生自主的尋找、發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，成為開展研究性教學(xué)實(shí)踐的主要途徑。

同時，在政策、機(jī)制方面的保證，教師對教學(xué)工作的高度投入和教學(xué)理念的逐步更新，是取得成果的主要基礎(chǔ)。

2研究性教學(xué)

在歷史上，研究性教學(xué)三次大規(guī)模的倡導(dǎo)，見證了現(xiàn)代大學(xué)本質(zhì)含義的演變。第一次發(fā)生在18世紀(jì)末至19世紀(jì)初的歐洲，代表人物是盧梭，把人的精神從中世紀(jì)的蒙昧、迷信、盲從中解放出來，讓理性的光輝照亮人的心靈。第二次發(fā)生于19世紀(jì)末至20世紀(jì)初的美國，主要倡導(dǎo)者有杜威、康茨等人，使大學(xué)適應(yīng)了工業(yè)化時代和社會民主化的發(fā)展要求。第三次發(fā)生于20世紀(jì)50年代末至70年代的美歐諸國及亞洲的韓國、日本等，以美國的布魯納為代表，雖然適應(yīng)了“冷戰(zhàn)”時期的科技、軍事與空間競爭的需要，但不可避免地因世界政治、經(jīng)濟(jì)與軍事格局的改變而消退。

20世紀(jì)90年代至今，世界各國都把教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變視為教育課程改革的重要內(nèi)容。歐洲的“主題探究”與“設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)”活動、日本的“綜合學(xué)習(xí)時間”，法國90年代初開始的“研究性學(xué)習(xí)課程”、美國的“以項(xiàng)目為中心學(xué)習(xí)”和“以問題為中心學(xué)習(xí)”、我國香港的“終身學(xué)習(xí)、全人發(fā)展”，都驗(yàn)證了“研究性教學(xué)”順應(yīng)了世界課程改革的發(fā)展趨勢，符合時代發(fā)展的要求。

一方面，現(xiàn)代意義的研究性教學(xué)是當(dāng)代教學(xué)改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)的必然要求。

首先，從教學(xué)理念的角度，其教學(xué)的目的是培育個性健康發(fā)展的人，而不僅是理性的人，也不僅僅強(qiáng)調(diào)智力的卓越性；其教學(xué)的內(nèi)容要面向?qū)W生的整個生活與科學(xué)世界，而不僅面向?qū)W生的學(xué)科和知識結(jié)構(gòu)；其教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)是認(rèn)為每個學(xué)生的學(xué)習(xí)都是其獨(dú)特個性的體現(xiàn)，課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)也應(yīng)遵循每個學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方式的獨(dú)特性，而不是追求普遍的通用于所有學(xué)生的模式。

再者，從知識觀的角度，它強(qiáng)調(diào)了緘默知識在學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新中的重要作用，并密切了顯性知識與緘默知識的內(nèi)在聯(lián)系；它突出了私人知識在學(xué)生知識體系中的地位，促進(jìn)了社會知識與私人知識之間的相互轉(zhuǎn)化；它注重人類知識內(nèi)容的整體性、發(fā)現(xiàn)過程的重要性和為“創(chuàng)”而知的目的性，并加速了由“小知”向“大知”(強(qiáng)調(diào)整體、重視過程、旨在創(chuàng)新)的過渡過程。

最后，從主體觀的角度，它有利于學(xué)生從“邊際人”(傳統(tǒng)教學(xué)理論是基于青少年學(xué)生不成熟的假設(shè)和規(guī)定而建立的)到“年輕的成人”(自我調(diào)控、自己賦予自己活動的意義、自我超越以及成為自己的主人)、從“不成熟的認(rèn)識主體”到“知識的批判者與生產(chǎn)者”、從“受教育者”到“學(xué)習(xí)者”的轉(zhuǎn)變。

另一方面，研究性教學(xué)回應(yīng)了現(xiàn)代高等教育的本質(zhì)規(guī)定性和時代性的要求。

研究性教學(xué)強(qiáng)調(diào)通過問題來進(jìn)行學(xué)習(xí)，把問題看做是學(xué)習(xí)的動力、起點(diǎn)和貫穿學(xué)習(xí)過程的主線；也強(qiáng)調(diào)通過學(xué)習(xí)來生成問題，把學(xué)習(xí)過程看成是問題的尋找、發(fā)現(xiàn)、分析和解決的過程。因此，符合大學(xué)教學(xué)本質(zhì)上的探索性。

研究性教學(xué)超越了接受性的學(xué)習(xí)，而強(qiáng)調(diào)親自實(shí)踐、親自體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的認(rèn)識過程。只有通過實(shí)踐內(nèi)化了的知識，才是真正為學(xué)生所掌握，才能發(fā)展起知識學(xué)習(xí)、接受、批判、遷移的能力，促進(jìn)創(chuàng)新精神和能力的發(fā)展。

研究性教學(xué)從學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方式、活動空間上都具有開放性，這是學(xué)生從被動向主動、從消極向積極、從他律向自律轉(zhuǎn)變的前提，而這一轉(zhuǎn)變正是現(xiàn)代大學(xué)教學(xué)的要求。

這樣，通過研究性教學(xué)，學(xué)生就可以獲得豐富的知識經(jīng)驗(yàn)和情感體驗(yàn)，形成永不滿足、追求卓越的科學(xué)態(tài)度和克服困難、超越自我的意志力；通過個性、特長的張揚(yáng)，獲得一種成功的體驗(yàn)，進(jìn)而升華出對自身精神價值的肯定和不斷發(fā)展與完善自我的追求；通過與他人、社會、自然的交流而產(chǎn)生對個人生命價值的肯定和定位，明確自己的使命與責(zé)任，從而自覺地使德、智、體、美、勞等得到全面提高和發(fā)展。

3課堂教學(xué)中的研究性教學(xué)

“人工智能”課程在計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中占據(jù)著重要的位置。從專業(yè)理論上，它承續(xù)了離散數(shù)學(xué)中的邏輯知識；從專業(yè)方法上，是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析與設(shè)計(jì)的繼續(xù)：從專業(yè)工具上，是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的生動實(shí)例。因而以此課程為依托，通過以下四種途徑在傳統(tǒng)課程中實(shí)施研究性教學(xué)。

(1)提出開放性論題，供學(xué)生思考與討論。例如“人工智能會給未來社會帶來什么?”、“人工智能會給我們作為一個物種的人類自身帶來什么?”、“機(jī)器人會戰(zhàn)勝人類嗎?”等本身具有開放性的問題，并注意將一些封閉性的問題轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放性的問題。例如將“簡述人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域”這一常見問題轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢埬闩e出一個人工智能現(xiàn)在沒有應(yīng)用并且將來也無法應(yīng)用的領(lǐng)域”。

(2)提煉開放性課題，供學(xué)生研究與實(shí)踐。在搜索與推理技術(shù)的教學(xué)中，提煉傳統(tǒng)的數(shù)字魔方、華容道和現(xiàn)代的風(fēng)靡世界的數(shù)獨(dú)游戲等課題；在進(jìn)化計(jì)算的教學(xué)中，給出經(jīng)典的旅行商為題和指派問題；在自然計(jì)算的教學(xué)中，推出自動聚類問題等。這些課題，既是經(jīng)典問題，又具有研究上的前沿性。

(3)引入開放性平臺，供學(xué)生自由介入與發(fā)揮。我校開展了仿真、半自主、全自主和類人等機(jī)器人足球的研究活動，并且本科生一直是其中的主干力量。學(xué)生們對這項(xiàng)活動的喜愛，既源于他們對科學(xué)技術(shù)的向往與期望，又是自身在科學(xué)技術(shù)上進(jìn)步的需求。在這樣一個適宜進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的開放性的平臺基礎(chǔ)上，衍生了眾多典型的課題，而這些課題大部分是學(xué)生在其中研討、實(shí)踐了相當(dāng)長一段時間后自己擬訂的。

(4)引導(dǎo)開放性教學(xué)，時間向課后延伸、內(nèi)容向縱深

推進(jìn)。學(xué)生的課程學(xué)習(xí)還促進(jìn)了學(xué)生對眾多科學(xué)技術(shù)問題的廣泛興趣、對科學(xué)研究工作的內(nèi)在熱情，進(jìn)而圍繞著人工智能課程，學(xué)生自主地進(jìn)行了眾多的時間、空間、內(nèi)容、深度上的拓展。

以上四種途徑同樣為其他課程(如面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)字圖像處理等)所借鑒、應(yīng)用。

4實(shí)踐環(huán)節(jié)中的研究性教學(xué)

(1)以機(jī)器人足球比賽為基本平臺

機(jī)器人足球是現(xiàn)代信息技術(shù)的高度集成，又借助于體育的競爭形式，成為學(xué)生喜聞樂見的實(shí)踐平臺。提煉其中的各種典型課題，如圖像處理、模式識別、搜索與推理、知識表達(dá)與處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能運(yùn)動控制，等等，進(jìn)行研究性教學(xué)，使學(xué)生們能夠分工合作、又能相互競爭。

(2)以實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)為基本對象

結(jié)合各種環(huán)節(jié)的不同特點(diǎn)，在機(jī)器人足球平臺上規(guī)范了一些基本和前沿課題，通過不同工作量和工作難度的建議，供學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)選擇，從而是研究性教學(xué)延伸到實(shí)踐環(huán)節(jié)之中。

(3)以課外科技活動為重要途徑

對于學(xué)有余力的學(xué)生，通過課外科技活動的方式，在機(jī)器人足球平臺上進(jìn)行大量的研究實(shí)踐，獲得了豐碩的科研成果、比賽成果和人才培養(yǎng)方面的收獲。

因此，在實(shí)踐教學(xué)之中的研究性教學(xué)，充分的印證了“教學(xué)相長”的基本規(guī)律，圍繞著機(jī)器人足球平臺，不僅進(jìn)行了卓有成效的研究性教學(xué)工作，也使教師科研水平逐步提高。

5實(shí)施的效果分析

從2003年以來，武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院參加有關(guān)課程學(xué)習(xí)的學(xué)生有728名；參加有關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)生有274名，其中參加畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的學(xué)生有52名；指導(dǎo)課外科技活動91人，全校參加機(jī)器人足球比賽的人數(shù)達(dá)到270余人次。效果體現(xiàn)在學(xué)生具有更高的學(xué)術(shù)追求和學(xué)術(shù)水平，例如計(jì)算機(jī)專業(yè)考研率逐年提高，近四年分別為5.1％、9.3％、12.2％30 17.7％，特別是考研學(xué)生的復(fù)試錄取比例為100％。學(xué)生的實(shí)踐能力得到社會的認(rèn)可，就業(yè)率保持在93％左右。04級本科生楊鴻武，畢業(yè)后直接進(jìn)入美國Worcester Polytechnic Instirnte(WPI)攻讀計(jì)算機(jī)學(xué)科的博士學(xué)位。

對以上結(jié)果進(jìn)行分析，研究性教學(xué)的效果如下。

5.1從教學(xué)的視角來看

(1)促進(jìn)了教師對現(xiàn)代教學(xué)理念的接受、掌握與運(yùn)用。構(gòu)建了從傳統(tǒng)課程教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)向研究性教學(xué)轉(zhuǎn)變的機(jī)制，形成了行之有效的具有吸引力的實(shí)踐途徑，衍生的標(biāo)志性成果也增強(qiáng)了教師對現(xiàn)代教學(xué)理念和學(xué)生主動學(xué)習(xí)等方面的信心。

(2)改變了教學(xué)與課程分離的狀況。課程與教學(xué)的分離，使教學(xué)呈現(xiàn)出教師一知識一學(xué)生相分離、相對立的局面，成為教學(xué)過程中的現(xiàn)實(shí)困境。研究性教學(xué)的實(shí)踐，促進(jìn)了教學(xué)與課程的融合，以問題為中心、以課題為線索，打破了傳統(tǒng)課程只傳授確定性知識的局面；建立了民主的師生關(guān)系，使學(xué)生成為真正的教學(xué)主體。當(dāng)教學(xué)與課程逐漸融合以后，課程就不再會先定于學(xué)生而存在，而成為師生共同建構(gòu)的一種過程。

(3)超越了傳統(tǒng)的教學(xué)時空界線。時空的開放性是現(xiàn)代教學(xué)的一個重要特點(diǎn)。研究性教學(xué)主要是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生在學(xué)習(xí)生活與社會生活中進(jìn)行選擇的結(jié)果，突破了傳統(tǒng)的教學(xué)時空界線。學(xué)生將不僅在一節(jié)課的有限時間內(nèi)，還可以自由地安排自己的學(xué)習(xí)時間，也將不再局限在教室之內(nèi)，還可以在實(shí)驗(yàn)室、圖書館等更廣闊的空間中，從而營造了一種動態(tài)、開放、多元的教學(xué)環(huán)境。

5.2從學(xué)生的視角來看

(1)有利于發(fā)展學(xué)生的主體性。研究性教學(xué)，帶動了教育觀念的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了以教師為主體向以學(xué)生為主體的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了教學(xué)形式從單一型向多樣型的轉(zhuǎn)變，教學(xué)內(nèi)容從傳統(tǒng)桎梏中的解放，從而在更深層次上保證了學(xué)生的主體性。

(2)有利于智力資源從類主體向個體的轉(zhuǎn)化。研究性教學(xué)，由學(xué)生自己探索、尋找解決問題的理論與工具支持，使學(xué)生在更廣闊的智力資源中、在實(shí)踐活動中進(jìn)行探索，有利于人類智力資源較好地轉(zhuǎn)化成個體的智力資源。

(3)有利于培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的能力。通過研究性教學(xué)，學(xué)生學(xué)會了選題、制定計(jì)劃、搜集資料、利用信息、自我調(diào)整、自我評價；學(xué)生探究的欲望能夠得到滿足，由此逐步形成對科學(xué)、對社會、對自己的積極情感。

(4)有利于學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的良好作風(fēng)。

6結(jié)束語

研究性學(xué)習(xí)是現(xiàn)代教育理念的集中體現(xiàn)，反映和回應(yīng)了時代對教育的需求，必將成為課程與教學(xué)運(yùn)行的重要理念與策略。

希望本文的研究能夠?qū)Ω咝５膭?chuàng)新人才培養(yǎng)具有一定的參考意義，渴望研究性教學(xué)能夠從成果形態(tài)轉(zhuǎn)變成高等教育中的一般性教學(xué)形態(tài)。