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(jì)算機(jī)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(guó)內(nèi)外許多高校計(jì)算機(jī)、自動(dòng)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(shí)表示和推理機(jī)制、問(wèn)題求解和搜索算法，計(jì)算智能技術(shù)、自然語(yǔ)言理解、專家系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)等，建立智能信息處理理論，進(jìn)而設(shè)計(jì)可以模擬人類智能行為的計(jì)算機(jī)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(guò)程中會(huì)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(diǎn)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(xiàng)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(diǎn)，本文對(duì)多種教學(xué)方法進(jìn)行探討與實(shí)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(shí)點(diǎn)和內(nèi)容增加案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法和項(xiàng)目教學(xué)法，讓學(xué)生更好地掌握這門課程的知識(shí)。

二、案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是由美國(guó)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(shí)傳授轉(zhuǎn)為注重能力培養(yǎng)，以學(xué)生為主體，教師通過(guò)大量的案例，在學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)的基礎(chǔ)上，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，拓展學(xué)生的思維方向，激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新活動(dòng)，使得學(xué)生能夠通過(guò)自己的思考得出結(jié)論，是一種能提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)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(wèn)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(qiáng)調(diào)啟發(fā)式，算法上強(qiáng)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(shí)，還應(yīng)能在具體應(yīng)用問(wèn)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(duì)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(wèn)題、數(shù)碼問(wèn)題、旅行商問(wèn)題等，讓學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。引導(dǎo)學(xué)生將搜索算法與實(shí)際問(wèn)題有機(jī)結(jié)合，并靈活應(yīng)用其他學(xué)過(guò)的知識(shí)，呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)的整體，設(shè)計(jì)內(nèi)容包含對(duì)特定問(wèn)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(píng)價(jià)函數(shù)，設(shè)計(jì)算法過(guò)程，對(duì)搜索圖求解，還要對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋。對(duì)學(xué)生各種設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較，并針對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)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(wèn)題。這種教學(xué)方式能夠提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。經(jīng)過(guò)學(xué)生自己思考得出的結(jié)論，往往會(huì)比傳授型教育得來(lái)的知識(shí)理解得更深刻。案例教學(xué)法也要求教師對(duì)相關(guān)知識(shí)有深刻的理解，才能精心設(shè)計(jì)案例，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中主動(dòng)學(xué)習(xí)。案例不是簡(jiǎn)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(shí)性、開(kāi)放性特點(diǎn)的案例，可以讓學(xué)生帶著疑問(wèn)去查閱相關(guān)資料，在進(jìn)行案例教學(xué)的過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生思考、分析和解決問(wèn)題，組織學(xué)生展開(kāi)交流和討論，尋找解決問(wèn)題的答案，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生的表達(dá)能力和分析問(wèn)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(guò)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(dòng)去探求知識(shí)的一種教學(xué)模式［3］。瑞士教育家亞美路說(shuō):“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(wèn)，“發(fā)”是要引起學(xué)生的思考，使學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)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(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的意識(shí)和能力。學(xué)生的創(chuàng)新能力不是“教授”出來(lái)的，而是“啟發(fā)”出來(lái)的。

在人工智能課程中一些理論性知識(shí)可以采用啟發(fā)與互動(dòng)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(wèn)題。提出問(wèn)題是解決問(wèn)題的前提，問(wèn)題是思維的開(kāi)始。學(xué)生面前擺出必須經(jīng)過(guò)思考才能解決的問(wèn)題，他們的思維必然會(huì)活躍起來(lái)。例如，我們講解人機(jī)博弈時(shí)，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(shí)的思路，此時(shí)，學(xué)生對(duì)博弈問(wèn)題充滿興趣和疑問(wèn)，教師提出相關(guān)問(wèn)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(lái)，并通過(guò)討論，解決提出的一個(gè)個(gè)問(wèn)題，從而逐步化解博弈算法的難度，這有助于對(duì)學(xué)生理解能力和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。課堂提問(wèn)也是啟發(fā)式教學(xué)過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，教師抓住教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出具有探索性的問(wèn)題，使學(xué)生在對(duì)問(wèn)題的探究和思考中理解知識(shí)。組織討論是啟發(fā)式教學(xué)的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，發(fā)表自己對(duì)一個(gè)問(wèn)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(yǔ)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(shí)歸類，進(jìn)行比較。如讓學(xué)生掌握人工智能領(lǐng)域常用的知識(shí)表示方法時(shí)，可以將狀態(tài)空間法、謂詞邏輯法、產(chǎn)生式規(guī)則法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法、框架表示法等方法進(jìn)行比較。又如機(jī)器學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容較難，教師可以對(duì)實(shí)例學(xué)習(xí)、解釋學(xué)習(xí)、決策樹(shù)學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等方法進(jìn)行類比，組織學(xué)生討論各方法的特點(diǎn)、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(gè)問(wèn)題為中心，多角度發(fā)問(wèn)，讓學(xué)生層層思考，是一種有多個(gè)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(shí)也能激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造精神。

四、項(xiàng)目教學(xué)法

項(xiàng)目教學(xué)法是讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下通過(guò)完成一個(gè)“教學(xué)項(xiàng)目”而進(jìn)行學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，旨在把理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力［6］。項(xiàng)目教學(xué)法是一種學(xué)生主動(dòng)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(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個(gè)“教學(xué)項(xiàng)目”，圍繞著項(xiàng)目開(kāi)展教學(xué)，不再是簡(jiǎn)單地讓學(xué)生按照教師的安排和講授去得到一個(gè)結(jié)果，而是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生去尋找得到這個(gè)結(jié)果的途徑，最終得到這個(gè)結(jié)果。學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于學(xué)習(xí)過(guò)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(jì)或人工智能研究方向的畢業(yè)設(shè)計(jì)，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(xiàng)目。項(xiàng)目研究可以鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)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(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)來(lái)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(jī)器學(xué)習(xí)算法研究、機(jī)器人技術(shù)、智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)等人工智能相關(guān)課題項(xiàng)目。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)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(jì)知識(shí)融會(huì)貫通。智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)人工智能本身的理解。項(xiàng)目教學(xué)法作為實(shí)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(lái)說(shuō)就是選題問(wèn)題。選題的范圍不能過(guò)多地超出學(xué)生所學(xué)知識(shí)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(jì)一個(gè)合適的項(xiàng)目，即設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理定位。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在項(xiàng)目研究過(guò)程中主動(dòng)獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題。項(xiàng)目教學(xué)法把研究性學(xué)習(xí)方式與教學(xué)有機(jī)結(jié)合，從“以學(xué)會(huì)為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)觀轉(zhuǎn)化為“以會(huì)學(xué)為中心”的創(chuàng)新型教學(xué)觀，強(qiáng)調(diào)學(xué)生能在項(xiàng)目研究中主動(dòng)獲取和應(yīng)用新知識(shí)，并能夠更新知識(shí)。

五、結(jié)束語(yǔ)

人工智能課程具有知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且人工智能領(lǐng)域是一個(gè)開(kāi)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(shí)施素質(zhì)教育的今天，用先進(jìn)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(guò)程中可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容將多種教學(xué)方法靈活運(yùn)用于課堂教學(xué)中，積極引導(dǎo)并啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行探究性思考與學(xué)習(xí)，構(gòu)建自主的知識(shí)探求過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維以及實(shí)踐能力，以達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

［1］王萬(wàn)森，鐘義信，韓力群.我國(guó)智能科學(xué)技術(shù)教育的現(xiàn)狀與思考［J］.計(jì)算機(jī)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(guó)文聯(lián)出版社，2002:15.

［5］樂(lè)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(guó)地質(zhì)教育，2009，(1):140 －142.

［6］李坤，趙陽(yáng)，寧?kù)o.德國(guó)職教項(xiàng)目教學(xué)法的理論研究與實(shí)踐及推行策略［J］.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，(3):25－26.