摘要：針對機器智能課程內容新、涵蓋廣的特點，從北京郵電大學教學實際出發(fā)，在分析教學基本要求和主要內容的基礎上，提出了以點帶面的教學方法，抓住關鍵點進行細致講解，其余內容根據(jù)側重面的不同，分別采取啟發(fā)式教學方法，包括專題文獻調研、演講、討論、動手實驗、學生評價等。學生反饋和學校教學評估都表明，上述方法在主動學習、拓展知識和培養(yǎng)興趣等方面取得了很好的效果。
　　關鍵詞：機器智能；教學方法；專題文獻調研；演講；討論；編程；學生評價
　　
　　自2005年北京郵電大學在國內得到教育部批準設立智能科學與技術本科專業(yè)開始，機器智能課程就被設定為一門重要的專業(yè)基礎課。在2008年全國智能科學技術教育學術研討會上，機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年全國智能科學技術教育學術研討會上對該課程內容的建設進行了探討[1]，在此基礎上，結合教學實踐工作對于該課程的教學方法也進行了一些摸索。
　　1相關教學方法
　　機器智能是新出現(xiàn)的課程，可供參考的國內外資料較少，我們主要對相關的人工智能課程的教學方法進行了調研和學習。陳白帆、蔡自興等的人工智能精品課程教學方法在國內最具代表性[2]，開設課程設計，學生根據(jù)自己的興趣組成小組選題。多媒體課件和網(wǎng)絡課程相結合，采用啟發(fā)式教學，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構化的思想。劉興林[4]從教材選擇、教學內容和方法、考核方式等做了一系列教學改革。韓潔瓊[5]等提出注重激發(fā)學生的學習興趣、加強對實驗教學的重視。白潔[6]等提出與學科發(fā)展前沿接軌，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。朱紅[7]等對圖搜索內容進行有效的教學設計。王璐[8]等設計了應用型和研究型的教學情境。
　　國外人工智能課程建設具有更長的時間和更多的積累。很多大學在人工智能課程中圍繞游戲引入工程項目。Jeffrey等[9]引入基于Blackjack游戲的優(yōu)化模型來進行人工智能課程教學。Hansen等[10]開發(fā)了Glomus教學系統(tǒng)，引導學生在邏輯證明游戲過程中學會重要概念。Douglas等[11]針對電腦游戲中的人工智能的課程教學提出了學生教學生的方法。Ingrid等[12]以機器學習為主題把人工智能中分散的重要概念統(tǒng)一到一起。
　　2教學實踐
　　2.1總體思路
　　在本課程教學實踐過程中，總體思路是根據(jù)教學基本要求和主要內容形成的。詳細的教學基本要求和內容參見文獻[1]?；诖?，對本課程的教學實踐進行了如下分析。
　　1) 教學內容極其豐富多彩，如果需要詳細地講授，每一個章節(jié)都可以成為一門課程，64學時的時間是遠遠不夠的。
　　2) 本課程是一門成長中的新課程，其中既要包括智能領域學者們研究了幾十年的重要成果，也要涵蓋當前國內外最新研究現(xiàn)狀的了解和把握，才能讓學生們感受到當前時代的脈搏，了解到本專業(yè)的魅力。
　　3) 智能科學與技術也是一門實踐性很強的學科，其中很多技術都已經(jīng)或正在社會生活中發(fā)揮著重要作用，學生們更渴望能夠在學習實踐中掌握和推進這些技術。
　　4) 任何教學過程，如果只是單方向的教師講、學生聽，很難達到良好的效果，必須要調動學生的主動學習興趣，讓學生真正參與到教學過程中來，才能實現(xiàn)教與學的雙向促進。
　　于是，我們采取了以點帶面的方法，抓住其中的關鍵點進行細致地講解，其余的內容則根據(jù)側重面的不同，分別采取啟發(fā)式教學的方法，如專題文獻調研、演講、討論、動手實驗、學生評價等方式推動學生主動學習相關知識和技術，實現(xiàn)知識拓展和興趣培養(yǎng)。
　　2.2專題文獻調研
　　這是我們借鑒了帶研究生做課題的經(jīng)驗而提出的一種方法。每次開始講授這門課程的時候，學生們都會問：為什么我們課程的名字跟其他人工智能的課程不一樣？內容上有什么區(qū)別？我也都會給出我們的回答，但是總感覺學生并沒有完全理解?？紤]到智能科學技術專業(yè)本身就是一個新鮮事物，機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，我們提出進行專題文獻調研的方法，希望讓學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研的問題以便引導學生的調研方向，即國內外關于智能科學與技術專業(yè)的建設情況如何？機器智能、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡及其他相關課程的建設情況如何？這些不同于學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，沒有確切的標準答案，但卻都是學生們非常關心的問題，因此極大地激發(fā)了同學們的學習興趣。我們鼓勵大三學生自由組合，每3～4人組成一個課程小組，每組由一位組長負責組織管理，如召集小組討論，共同制定調研計劃，分配調研任務，綜合調研結果等。這種形式對于大三的學生畢竟是新的嘗試，開始的時候學生們對于如何進行文獻調研不太清楚，我們在給學生介紹文獻資源和調研方法的同時，也邀請了幾位研究生來到課堂上現(xiàn)身說法，學生們普遍反映非常好。
　　經(jīng)過1～2周的文獻調研，學生們交上來的作業(yè)令人非常滿意。內容涵蓋了人工智能、機器智能、計算智能的概念，國內設置本科智能科學與技術專業(yè)的高等學校及其專業(yè)定位、培養(yǎng)方案、主干課程、實驗課程、畢業(yè)生去向，美國、英國大學人工智能專業(yè)研究生排名，國內外著名大學的人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡相關課程教學內容、實踐設計、參考教材等等。各組調研內容之間有一些交叉，證實了本領域的一些共同特點，如人工智能課程的知識表達與推理、搜索、專家系統(tǒng)、自然語言處理等經(jīng)典內容；各組的調研結果更有很大的不同，既反映了學生們思考問題的角度是多樣性的，也反映了智能科學技術專業(yè)建設和機器智能相關課程的教學是多樣性的。經(jīng)過比較和分析，學生們對本課程的理解清晰多了，學習態(tài)度非常積極，希望探索智能奧秘的熱情極為高漲，為后面的教學打下了良好的基礎。
　　2.3動手實驗
　　實踐出真知，我們在理論教學的同時也特別注重實驗環(huán)節(jié)的設計，學生通過動手實驗加深對理論知識的理解和運用。對于本課程的重點模塊內容，如BP算法、啟發(fā)式搜索，我們都給學生布置了以組為單位的實驗作業(yè)。為了激發(fā)學生的主動性和創(chuàng)造性，還對每個作業(yè)給出了擴展性的要求。以BP算法的實驗為例，我們要求各組在充分理解BP算法原理的基礎上，編程實現(xiàn)手寫數(shù)字0～9的訓練和識別功能。我們也給出了擴展性要求：可以通過自己查閱文獻，尋找提高BP基本算法性能的方法和技術；可以不限于手寫數(shù)字0～9的識別，自主選擇感興趣的其他模式信息進行實驗，如語音信息、手寫英文字母、手寫漢字等。
　　學生們開始面對這個作業(yè)的時候非常迷茫，不知從何處下手，我們一方面鼓勵學生要有信心，不要有畏難情緒，一方面就相關內容安排課堂重點討論，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)學推導的全過程，然后從如何構造單一神經(jīng)元和激勵函數(shù)開始，進而討論如何實現(xiàn)一層神經(jīng)元和相鄰層神經(jīng)元的計算，以及如何進行誤差計算和反向權值調整。學生們逐漸對實驗作業(yè)有了深刻的理解，開始動手設計自己的神經(jīng)網(wǎng)絡，隨著一個個步驟的實現(xiàn)，學生們之前的很多疑惑都豁然開朗，對BP算法充滿了興趣。很多組的同學對測試的識別率不太滿意，都主動去圖書館查閱相關資料，嘗試了一些改進方法和技術，如改變多種神經(jīng)元激勵函數(shù)、加入動量項微調權值修正量、自適應變步長算法等。
　　有一個組的作業(yè)給我印象極其深刻，因為他們勇于挑戰(zhàn)了BP神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)語音信息0～9的識別，不但很好地掌握了BP基本算法及其改進：變步長法和引入動量項法，還自學了錄音、音頻信號分幀、加窗、MFCC特征提取等。他們對待本課程的熱情，還有他們表現(xiàn)出來的巨大的潛力都讓我感動，讓我對我們的專業(yè)和課程建設的未來充滿了信心和希望。
　　
　　正是應對了“理論與實踐相結合”的經(jīng)典理念，半年里64個學時完成后，從學生們的直接反饋中發(fā)現(xiàn)，他們理解掌握最為深刻的內容恰恰是他們曾經(jīng)動手進行程序開發(fā)的內容。這充分表明了在本課程的教學過程中注重動手實踐能力的訓練和培養(yǎng)的重要性。
　　2.4演講、討論與評價
　　這也是我們在教學過程中探索出來的方法。專題文獻調研和動手實踐的作業(yè)極大地調動了學生們的積極性，效果也非常好，但作為一門課程，還是要有一個分數(shù)的評價。以往都是學生把作業(yè)交上來，老師統(tǒng)一評分?，F(xiàn)在面對如此多樣性的作業(yè)，老師個人的評價顯得并不充分，我們認為學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，在評價上更有發(fā)言權。因此，我們提出了一種同學參與評分的方案，即演講+討論+評價。
　　首先是演講。為了使評分過程做到公開、公正、公平，我們在各組完成一次文獻調研或者動手實驗之后，都要求各組準備好演講的文件和相關材料，包括ppt文件制作、程序演示、功能測試等，專門抽一次上課時間用來進行各組的集中演講，展開實踐經(jīng)驗的深入交流。每組派出一位代表來演講，介紹本組作業(yè)的詳細情況并演示。介紹完畢，就進入提問和討論環(huán)節(jié)，老師和同學都可以就其中的任何問題提問，也可以進行程序功能的現(xiàn)場檢測。這一方面活躍了課堂氣氛，使得學生們大大增強了對于重點內容的理解和掌握，另一方面，各組之間可以相互學習，拓展視野，開闊思路。同時，這也很好地鍛煉了學生的組織和演講能力。最后是評價，也是各組選派一名代表，就像各類比賽中的評分專家一樣，根據(jù)各組的演講、提問、回答、演示等，綜合給出一個評分。這種形式對于學生們也是很新奇的，大家都很認真地對待，基本上每次評分都能很好地反映出各組的水平。同時，這也激發(fā)了學生們的主動性和創(chuàng)造性，因為只有真正的努力和過硬的成績才能獲得各組同學的一致好評。
　　2.5創(chuàng)新性研究
　　我們鼓勵對本課程相關領域具有濃厚興趣、能力較強的同學自發(fā)組成小組，基于課程所學內容進行深入分析思考，提出創(chuàng)新性的課題展開研究，并在合適的時機鼓勵學生們利用課程相關的知識積極參加各種競賽，從今年開始中國人工智能學會主辦的全國大學生智能設計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生的bada應用開發(fā)試點活動作為第一次嘗試。學生們經(jīng)過三個多月的努力，獲得兩個三等獎和兩個優(yōu)秀獎。經(jīng)過競賽鍛煉，學生們不僅加強了對于課程相關知識的理解和掌握，增強了研究開發(fā)能力和自信心，更加深了對于本專業(yè)的濃厚興趣，為本專業(yè)和本課程的建設提供了強有力的支撐。
　　2.6專家講座
　　我們先后邀請到了國內外的專家學者來給學生進行專題講座。國際計算語言學會主席、美國南加州大學信息科學研究所Prof. Eduard Hovy關于什么是智能的講座，首都師范大學人工智能領域著名教育專家王萬森教授關于模糊邏輯與推理的講座，都讓學生們感受到了大家的風范，靈活生動的講課風格受到了學生的高度贊揚。
　　3教學反饋
　　在北京郵電大學組織的2010年學生評教工作中，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生的反饋意見。
　　1) 實踐時間充裕，在解決問題的過程中培養(yǎng)了一種能力。作業(yè)不死板，給出一個框架思路，同學可以自由發(fā)揮。還地鍛煉了大家的團隊合作精神，專注于自己擅長的領域才能做的更好。讓同學們自己放開去做，在出錯時及時交流糾正是一種很自由、很開放的學習模式，這樣的氛圍可能不會培養(yǎng)高的分數(shù)，但會收獲高的能力。
　　2) 教學形式較為新穎，不是采用以往講授知識的方式，而是采用了更為貼近實際的方式，在開學初就分組，拋棄了筆上作業(yè)，改用實際的編程、查找資料等方法，更能調動大家的學習積極性。驗收作業(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期以來的教學與幫助，也感謝實驗室所有老師和助教的幫助，也相信咱們智能科學與技術專業(yè)，機器智能這門課程會越來越完善、成熟。
　　3) 感覺比較實用、有意義。從大學開始接觸的都是純理論的課，這門課上需要做實踐編程作業(yè)，我學習了機制與算法實現(xiàn)，更重要的是能讓我們在解決實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如何構建購物網(wǎng)站的工作，需要垂直搜索技術，把各大購物網(wǎng)站的價格列出來，可是有些網(wǎng)站，如京東商城是采用圖片形式顯示價格的，很多研究生也沒做出來，我用了機器智能中的BP算法解決了這個問題，當然需要一些圖像處理技術?？傊囼灪笪覀兊玫降氖且环N解決問題的思路，所以我覺得在提供知識的基礎上使用實驗技術加深對知識的理解效果很好，實驗就是最好的作業(yè)。
　　4) 隨著我們步入大三，越來越感受到智能領域的廣博精深。就像老師教學的課件一樣，每個知識點的擴充都能組成新的一章。本學期感觸最深的除了三星競賽此外還有兩點：一是李老師上課講的內容充實，從神經(jīng)網(wǎng)絡到機器情感，從BP到A*，幾乎把智能領域經(jīng)典的模型算法都覆蓋了。第二點就是本學期李老師請來了很多professor(巨開心哈)。我覺得看看別的學校甚至別的國度的“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，讓學弟學妹們也享受這種待遇。
　　4結語
　　本文對機器智能課程的教學方法進行了探討，針對不同模塊的教學內容，提出并實踐了專題文獻調研、演講、討論、動手實驗、學生評價、創(chuàng)新性研究、專家講座等教學方式，收到了較好的效果。今后還要緊跟智能科學與技術的發(fā)展進一步豐富本課程教學的前沿性和創(chuàng)新性，在力圖編一本比較好的教材的同時，著手研究多種資源和手段的運用。
　　
　　參考文獻：
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