張友強(qiáng) 劉家希 孫進(jìn) 戴彬

摘要：PBL教學(xué)法和Seminar教學(xué)法作為先進(jìn)的教學(xué)方法，已廣泛應(yīng)用于課程教學(xué)。針對(duì)疫情背景下《人工智能概論》教學(xué)存在的問(wèn)題，文章將PBL教學(xué)法和Seminar教學(xué)法相結(jié)合并引入《人工智能概論》教學(xué)中，探討了PBL+Seminar教學(xué)法的實(shí)施過(guò)程，以具體的教學(xué)案例對(duì)PBL+Seminar教學(xué)法進(jìn)行了剖析。教學(xué)實(shí)踐表明，PBL+Seminar教學(xué)模式拓寬了原有的課堂教學(xué)模式，為疫情背景下的教學(xué)探索與改革起到了積極作用。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)法? Seminar教學(xué)法? 人工智能概論? 后疫情時(shí)代

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：

Abstract： As advanced teaching methods， the PBL teaching method and Seminar teaching method have been widely used in curriculum teaching. In view of the problems existing in the teaching of Introduction to Artificial Intelligence under the background of the epidemic， this paper combines the PBL teaching method and Seminar teaching method and introduces them into the teaching of Introduction to Artificial Intelligence， discusses the implementation process of the PBL+Seminar teaching method， and analyzes the PBL+Seminar teaching method with specific teaching cases. The teaching practice shows that the PBL+Seminar teaching model broadens the original classroom teaching model and plays a positive role on the teaching exploration and reform under the background of the epidemic.

Key Words： PBL teaching method; Seminar teaching method; Introduction to Artificial Intelligence; Post-pandemic era

人工智能（Artificial Intelligence， AI）已成為當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)方向和熱門方向，我國(guó)為了培養(yǎng)人工智能專業(yè)人才，在2018年設(shè)立了人工智能本科專業(yè)。除了培養(yǎng)專門的人工智能專業(yè)人才之外，其他專業(yè)也開設(shè)了人工智能的基礎(chǔ)課程，如導(dǎo)論課或者概論課。《人工智能概論》課程是電子、信息等非計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)選修課，該課程要求學(xué)生掌握人工智能的基本概念、基本原理和基本方法，了解人工智能領(lǐng)域發(fā)展相關(guān)的前沿知識(shí)以及發(fā)展趨勢(shì)，建立人工智能綜合技術(shù)的宏觀知識(shí)體系，擴(kuò)展視野、開拓興趣、提高學(xué)生利用人工智能方法解決問(wèn)題的能力，為后續(xù)相關(guān)理論、方法的學(xué)習(xí)及理論聯(lián)系實(shí)際解決實(shí)際問(wèn)題奠定初步基礎(chǔ)[1]。為了提高課程教學(xué)效果，部分高校對(duì)《人工智能概論》教學(xué)進(jìn)行了改革探索，例如，南方科技大學(xué)提出并優(yōu)化了一套基于“‘AI+‘AI+”（“人工智能算法”+“人工智能技術(shù)在特定行業(yè)的特定應(yīng)用”）的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)[2]；湖南大學(xué)通過(guò)與企業(yè)聯(lián)合，構(gòu)造了基于多元實(shí)踐教學(xué)體系的教學(xué)方法[3]。南京信息工程大學(xué)對(duì)“新工科”背景下人工智能專業(yè)“課程思政”教育進(jìn)行了研究[4]。

雖然上述《人工智能概論》教學(xué)改革獲得了一定成效，但是在后疫情時(shí)代，人工智能教學(xué)還存在一些問(wèn)題。例如：該課程包含的知識(shí)點(diǎn)比較多、知識(shí)點(diǎn)之間跨度大，學(xué)生儲(chǔ)備知識(shí)不足，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)吃力，跟不上節(jié)奏。另外，由于新冠疫情的反復(fù)，線上教學(xué)與線下教學(xué)不定時(shí)切換，學(xué)生很難集中精力聽課。針對(duì)上述問(wèn)題，文章將項(xiàng)目教學(xué)法（Project-Based Learning， PBL）和Seminar教學(xué)法相結(jié)合，并將其引入《人工智能概論》教學(xué)，從而降低疫情防控對(duì)教學(xué)效果的影響，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、鍛煉學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。

1 PBL與Seminar教學(xué)法簡(jiǎn)介

1.1 PBL教學(xué)法

PBL教學(xué)法是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)形式，它基于3個(gè)建構(gòu)主義教學(xué)設(shè)計(jì)原則：學(xué)習(xí)內(nèi)容是特定的；學(xué)生積極參與到整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中；學(xué)生通過(guò)社交互動(dòng)和知識(shí)分享來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)[5，6]。PBL被認(rèn)為是一種特殊類型的探究式學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的內(nèi)容來(lái)源于真實(shí)的問(wèn)題和現(xiàn)實(shí)世界實(shí)踐中的問(wèn)題，這會(huì)帶來(lái)有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。在PBL實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生需要通過(guò)提問(wèn)和提煉問(wèn)題、設(shè)計(jì)和開展調(diào)查、收集、分析和解釋信息和數(shù)據(jù)、得出結(jié)論和報(bào)告發(fā)現(xiàn)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，從而構(gòu)建知識(shí)。

PBL作為一種教學(xué)形式與其他教學(xué)方法有明顯的聯(lián)系，如基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning）等。兩者的重點(diǎn)都是讓參與者通過(guò)協(xié)作實(shí)現(xiàn)共同的目標(biāo)。在參與項(xiàng)目的過(guò)程中，學(xué)生可能會(huì)遇到需要解決的問(wèn)題，以便構(gòu)建和呈現(xiàn)最終產(chǎn)品，以回應(yīng)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。兩者之間的主要區(qū)別在于，學(xué)生在基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)中主要關(guān)注學(xué)習(xí)的過(guò)程，而PBL需要最終產(chǎn)品或項(xiàng)目結(jié)果。PBL教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，并在一個(gè)系統(tǒng)的記錄和反思學(xué)習(xí)的過(guò)程中促進(jìn)學(xué)生的概念知識(shí)。通過(guò)設(shè)定目標(biāo)、計(jì)劃和組織，學(xué)生學(xué)會(huì)自立；學(xué)生通過(guò)社會(huì)學(xué)習(xí)發(fā)展協(xié)作技能，并鼓勵(lì)他們?cè)谧约旱乃缴蠈W(xué)習(xí)。

1.2 Seminar教學(xué)法

Seminar教學(xué)法起源于德國(guó)柏林大學(xué)，它是最現(xiàn)代、最先進(jìn)的教學(xué)方法之一；Seminar教學(xué)法是一種先進(jìn)的團(tuán)體教學(xué)方法，已在高等教育各學(xué)科教學(xué)中廣泛使用[7，8]。這種教學(xué)技術(shù)包括為一個(gè)群體創(chuàng)造一個(gè)情境，讓他們?cè)谝粋€(gè)主題上有一個(gè)引導(dǎo)性的互動(dòng)。Seminar能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新思維。在Seminar教學(xué)中，學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，從而將重點(diǎn)從教師轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)者，讓學(xué)生通過(guò)進(jìn)行有意義的活動(dòng)和思考他們正在做的事情來(lái)積極地獲取知識(shí)。Seminar教學(xué)法的主要過(guò)程如下。

1.2.1 課前準(zhǔn)備

學(xué)生根據(jù)課題準(zhǔn)備材料、查閱文獻(xiàn)、解決問(wèn)題，學(xué)生之間可以進(jìn)行交流討論，形成對(duì)該課題的理解，最后撰寫報(bào)告并準(zhǔn)備多媒體演示文稿。

1.2.2 課堂演示匯報(bào)

主講人對(duì)課題進(jìn)行匯報(bào)，主要匯報(bào)課題研究思路、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、存在的問(wèn)題等內(nèi)容；全體學(xué)生圍繞主講人的匯報(bào)進(jìn)行質(zhì)詢，主講人進(jìn)行回答，小組其他成員進(jìn)行補(bǔ)充；老師對(duì)該匯報(bào)進(jìn)行階段性點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。

1.2.3 課后總結(jié)討論

教師總結(jié)課堂匯報(bào)的內(nèi)容、收集匯報(bào)文檔，對(duì)學(xué)生的匯報(bào)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)包含報(bào)告資料準(zhǔn)備情況、報(bào)告情況、討論問(wèn)答情況等。對(duì)后續(xù)的Seminar教學(xué)活動(dòng)給出針對(duì)性的改進(jìn)建議。

2 疫情影響下《人工智能概論》教學(xué)存在的問(wèn)題

新冠肺炎疫情嚴(yán)重影響了人們的工作、生活、學(xué)習(xí)等方面。高等教育教學(xué)也不例外，原來(lái)的線下課堂教學(xué)隨時(shí)可能會(huì)受到疫情的影響而轉(zhuǎn)為線上教學(xué)。當(dāng)前我國(guó)新冠疫情總體可控，但是散點(diǎn)多發(fā)的零星疫情對(duì)教育教學(xué)的影響依然存在。通過(guò)調(diào)研和實(shí)際教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，《人工智能概論》教學(xué)存在如下問(wèn)題。

2.1 線下線上教學(xué)切換影響教學(xué)效果

一方面，為了疫情防控，各大高校在每學(xué)期開學(xué)的前幾周基本會(huì)實(shí)行線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，等確保安全穩(wěn)定后再轉(zhuǎn)為線下課堂教學(xué)。另一方面，當(dāng)學(xué)校所在地出現(xiàn)一定規(guī)模的散發(fā)疫情時(shí)，原有的課堂教學(xué)將轉(zhuǎn)為線上教學(xué)；當(dāng)疫情得到控制后，線上教學(xué)再一次轉(zhuǎn)為線下課堂教學(xué)。這樣的切換對(duì)學(xué)生的心態(tài)有一定的影響，容易引起學(xué)生浮躁的情緒；線上線下教學(xué)的隨時(shí)切換，還對(duì)教師的教學(xué)計(jì)劃有一定的影響，原本適合線下課堂教學(xué)的備課內(nèi)容需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修改以滿足線上教學(xué)需要。因此，需要根據(jù)線上線下教學(xué)的不同特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)。

2.2 學(xué)生自律能力不強(qiáng)

在后疫情時(shí)代，線下線上教學(xué)經(jīng)常切換，對(duì)大部分學(xué)生的自律要求增加了，較好的自律性是完成課程目標(biāo)的重要保證。在傳統(tǒng)的教育教學(xué)過(guò)程中，在學(xué)校管理、學(xué)生帶動(dòng)、教師監(jiān)督下，很多自律性較差的學(xué)生會(huì)由于集體自律性的平均值高于自己，被動(dòng)地約束自身行為，從而降低不自律對(duì)自己學(xué)業(yè)和生活的影響。但是在疫情時(shí)代下，學(xué)生的自律性往往不強(qiáng)，學(xué)校和教師的監(jiān)控管理變得遙不可及，現(xiàn)實(shí)氛圍變成班級(jí)群的聊天，這大大減弱了學(xué)生對(duì)集體和規(guī)則的感知，以及不自律后果的理性判斷能力。因此，為了提高學(xué)生的自律性，讓學(xué)生積極主動(dòng)參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中，需要對(duì)教學(xué)形式進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

2.3 《人工智能概論》課程內(nèi)容寬泛而基礎(chǔ)，學(xué)生缺乏興趣

該課程涉及的理論較多，需要先導(dǎo)課程作為支撐，特別是夯實(shí)的數(shù)學(xué)知識(shí)有利于理論的推演。而真實(shí)情況卻是學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)備不充分，課堂講解難以理解，從而影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。因此，對(duì)于應(yīng)用型本科新工科專業(yè)的《人工智能概論》課程來(lái)說(shuō)，需要在課程中加入項(xiàng)目實(shí)踐內(nèi)容，從而提高學(xué)生的興趣，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。

針對(duì)上述《人工智能概論》教學(xué)存在的問(wèn)題，將PBL教學(xué)法和Seminar教學(xué)法相結(jié)合，并引入教學(xué)實(shí)踐中。這種教學(xué)方式的好處是：首先，引入PBL教學(xué)可以增加學(xué)生的積極性，從而避免陷入枯燥的理論知識(shí)中；其次，Seminar教學(xué)不受時(shí)空的影響，疫情對(duì)其教學(xué)影響較?。蛔詈?，PBL+Seminar教學(xué)模式可以有效鍛煉學(xué)生的綜合能力，特別是自主學(xué)習(xí)、動(dòng)手、交流辯論、研究探索等方面的能力。

3 PBL+Seminar教學(xué)法的探究與實(shí)踐

3.1 PBL+Seminar教學(xué)法實(shí)施過(guò)程

為了提升疫情影響下《人工智能概論》教學(xué)效果，可將PBL+Seminar教學(xué)法引入課程教學(xué)中。首先，需要選定與課程內(nèi)容密切相關(guān)的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目既要與課程內(nèi)容聯(lián)系緊密，又不能過(guò)于簡(jiǎn)單或者困難。通過(guò)調(diào)查文獻(xiàn)和總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目選題應(yīng)具有如下特征。

（1）中心性?？晒┻x擇的項(xiàng)目應(yīng)該具有明確的中心點(diǎn)，即對(duì)應(yīng)的課程教學(xué)目標(biāo)要明確，不能過(guò)于寬泛。學(xué)生能夠?qū)㈨?xiàng)目與課程知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，不能超越教學(xué)大綱太多。

（2）問(wèn)題驅(qū)動(dòng)性。項(xiàng)目應(yīng)該具有問(wèn)題驅(qū)動(dòng)性，即項(xiàng)目的主題是為了解決一個(gè)具體的問(wèn)題，而解決問(wèn)題需要學(xué)生去主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

（3）自主性。學(xué)生可以根據(jù)自身的優(yōu)勢(shì)自主地選擇某一個(gè)或幾個(gè)課題作為項(xiàng)目開展工作，而且學(xué)生在完成項(xiàng)目時(shí)可以自由選擇方法方案來(lái)完成項(xiàng)目。

（4）現(xiàn)實(shí)主義。項(xiàng)目應(yīng)該是來(lái)源于現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)問(wèn)題或案例，因?yàn)槊撾x實(shí)際的項(xiàng)目無(wú)法增加學(xué)生的積極性。

根據(jù)以上選題特征，我們給出的本課程項(xiàng)目選題如表1所示。

在授課教師布置項(xiàng)目之后，學(xué)生就可以自由組隊(duì)選擇項(xiàng)目課題來(lái)完成相關(guān)任務(wù)了。學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中可以查閱資料，學(xué)生之間交流討論；小組需要完成項(xiàng)目的各個(gè)部分并撰寫文檔記錄，成員需要記錄自己參與的工作；小組完成項(xiàng)目后需要形成報(bào)告和演示文稿，如有展示品則需要做好課堂展示準(zhǔn)備。在課堂匯報(bào)演示階段，學(xué)生匯報(bào)項(xiàng)目的方案方法、結(jié)果等內(nèi)容，教師和其他學(xué)生提出質(zhì)詢。最后，授課教師對(duì)項(xiàng)目完成情況和研討情況進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評(píng)。

3.2 PBL+Seminar教學(xué)法應(yīng)用案例

3.2.1 項(xiàng)目介紹

本文以基于樹莓派的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，講解PBL+Seminar教學(xué)法在《人工智能概論》教學(xué)中的應(yīng)用，該項(xiàng)目主要與機(jī)器學(xué)習(xí)章節(jié)有關(guān)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，選擇一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法編程實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別算法，通過(guò)識(shí)別結(jié)果控制門禁系統(tǒng)。人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

上述人臉識(shí)別系統(tǒng)用到的硬件設(shè)備由實(shí)驗(yàn)室提供給學(xué)生，硬件具體型號(hào)為樹莓派3B。硬件涉及的拍照模塊和主控模塊如圖2所示。

3.2.2 線下項(xiàng)目訓(xùn)練

線下項(xiàng)目訓(xùn)練是PBL教學(xué)的關(guān)鍵，學(xué)生在拿到項(xiàng)目后，需要自主學(xué)習(xí)人臉識(shí)別的基本原理，掌握與人臉識(shí)別有關(guān)的算法。人臉識(shí)別作為一個(gè)識(shí)別問(wèn)題或驗(yàn)證問(wèn)題，人臉識(shí)別也被稱為1﹕N匹配問(wèn)題，將未知的人臉與數(shù)據(jù)庫(kù)中已知身份的所有人臉進(jìn)行比較，并根據(jù)所有比較的結(jié)果做出決定。因此，人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)的關(guān)鍵就在于人臉檢測(cè)和識(shí)別。檢測(cè)是識(shí)別的前提，一個(gè)好的檢測(cè)結(jié)果對(duì)后續(xù)的識(shí)別起著關(guān)鍵的作用，在選擇人臉檢測(cè)算法時(shí)需考慮3個(gè)因素，即實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確率、算法復(fù)雜度。將人臉檢測(cè)出來(lái)以后，就需要對(duì)候選區(qū)域的圖像進(jìn)行預(yù)處理，處理完之后就可以選擇一個(gè)算法人臉識(shí)別，選擇人臉識(shí)別算法需考慮下面3個(gè)因素，即識(shí)別率、識(shí)別時(shí)間、算法魯棒性。學(xué)生完成相關(guān)理論學(xué)習(xí)后，選擇自己熟悉的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言完成程序設(shè)計(jì)并在樹莓派上調(diào)試算法性能，并根據(jù)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。最后，完成項(xiàng)目報(bào)告文檔，組織撰寫匯報(bào)演示文稿，收集課堂演示材料。

3.2.3 課堂交流討論

課堂交流討論是Seminar教學(xué)的關(guān)鍵，這里的課堂既可以是線下教室課堂也可以是線上網(wǎng)絡(luò)課堂。在課堂交流討論階段，主講人重點(diǎn)匯報(bào)以下內(nèi)容：項(xiàng)目的整體方案，即如何實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的；項(xiàng)目的技術(shù)路線，即用到了哪些方法；項(xiàng)目的難點(diǎn)和不足之處，即哪些是項(xiàng)目學(xué)習(xí)的困難之處及未解決的實(shí)際問(wèn)題。另外，還需要簡(jiǎn)要匯報(bào)所采用的開發(fā)平臺(tái)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（人臉識(shí)別精度）等內(nèi)容。匯報(bào)結(jié)束后，教師和學(xué)生可以對(duì)匯報(bào)人自由提問(wèn)，主講人需要進(jìn)行回答解釋，小組成員可以補(bǔ)充回答。交流討論是Seminar教學(xué)的靈魂，因此，討論的時(shí)候，學(xué)生需要從各方面進(jìn)行提問(wèn)，這是增加學(xué)生認(rèn)知多樣性的重要途徑，也是鍛煉學(xué)生發(fā)散性思維的重要手段。

3.2.4 總結(jié)點(diǎn)評(píng)

針對(duì)基于樹莓派的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目完成情況和課堂匯報(bào)交流情況給出評(píng)價(jià)?？偨Y(jié)各小組的項(xiàng)目完成情況，分析各個(gè)小組的項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)和劣勢(shì)；闡述當(dāng)前該項(xiàng)目的主流解決思路，介紹當(dāng)前人臉識(shí)別產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的核心算法。對(duì)各小組的匯報(bào)展示給出評(píng)價(jià)，點(diǎn)評(píng)主講人的講解邏輯是否正確清楚，分析人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性；點(diǎn)評(píng)小組的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、文檔協(xié)作能力。

4 結(jié)語(yǔ)

課題將PBL+Seminar教學(xué)法引入《人工智能概論》課程教學(xué)中，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該教學(xué)法對(duì)應(yīng)用型本科新工科教學(xué)改革是有積極意義的。首先，其中的項(xiàng)目教學(xué)法鍛煉了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，使得原本枯燥的理論知識(shí)變得有趣，即在項(xiàng)目實(shí)踐中學(xué)習(xí)知識(shí)；還鍛煉了學(xué)生的探索研究、組織協(xié)調(diào)、文檔撰寫等能力。其次，Seminar教學(xué)法對(duì)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維有積極的影響，在交流討論的過(guò)程中，不僅交流表達(dá)能力及辯論能力獲得了提升，而且學(xué)生的批判性思維得到了鍛煉。最后，這種教學(xué)模式拓寬了原有的課堂教學(xué)模式，為受疫情影響的教學(xué)手段提供了新的思路。

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基金項(xiàng)目：南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JG31421019）

作者簡(jiǎn)介：張友強(qiáng)（1990—），男，博士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別。

劉家希（1988—），男，博士，講師，研究方向?yàn)檐嚶?lián)網(wǎng)。

孫進(jìn)（1988—），男，博士，副教授，研究方向?yàn)閼T性導(dǎo)航與組合導(dǎo)航。