陳 昕，趙德陽

(遼寧工業(yè)大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001)

智能理論是人工智能發(fā)展的理論基礎(chǔ)，編程能力是人工智能的核心能力，Python 是人工智能首選編程語言，廣泛應用于企事業(yè)單位工作中，具有重要的學習和應用價值[1]。在人工智能發(fā)展的背景下，智能理論與應用課程不僅要讓學生掌握智能理論的基本概念、基本理論和方法，更應關(guān)注人工智能發(fā)展對科技人員編程能力的要求。在使學生掌握智能理論知識的同時，培養(yǎng)其掌握Python 語言編程，會提升學生在學習、工作中的競爭力。學生把智能理論算法知識用Python 編程實現(xiàn)，將理論與應用實踐相結(jié)合，這樣能夠?qū)⑵渑囵B(yǎng)成具有建立新模型、新算法應用能力的研發(fā)型人才[2]。

一、課程教學改革要解決的重點問題

“智能理論與應用”是交通類碩士學科的基礎(chǔ)課程，主要闡述線性模型、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、貝葉斯分類器、集成學習、聚類等理論基礎(chǔ)與應用。通過學習智能理論與應用課程，使學生掌握初步的智能理論知識和方法，培養(yǎng)應用能力，為后續(xù)課程的學習、畢業(yè)論文的完成以及從事相關(guān)技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。智能理論與應用課程傳統(tǒng)的教學方法存在以下問題：

（一）課堂模式是以教師講課為主體，學生被動聽課

傳統(tǒng)的課堂教學模式是教師進行理論模型推導講解，學生被動接受式聽課。課堂上“填鴨式”或“布道式”地講解理論模型，使得學生缺乏參與感，容易感到疲憊和乏味。傳統(tǒng)的課堂教學以教師講課為教學活動主體，以講解傳授智能知識理論為重點，將設(shè)計好的理論知識教學內(nèi)容講授給學生，學生被動地對智能理論知識進行吸收和整理，不能激發(fā)學生作為學習主體的主觀能動性和積極性。傳統(tǒng)課堂模式忽略了對學生能力的培養(yǎng)，缺少智能理論算法編程實現(xiàn)的案例。

人工智能時代的發(fā)展，要求科學技術(shù)人才要具有理論知識的應用能力和編程實現(xiàn)能力。傳統(tǒng)的教學模式以智能理論知識掌握為重點，缺乏對學生進行智能理論算法編程實現(xiàn)能力的培養(yǎng)，無法滿足現(xiàn)在學生的學習欲望和人工智能時代對人才的需求[3]。

（二）單純學習智能理論模型方法抽象，學生難以理解

智能理論的模型涉及統(tǒng)計學、數(shù)據(jù)科學等眾多理論，過于抽象。傳統(tǒng)的單純學習理論模型方法的教學模式，缺少理論模型怎樣實現(xiàn)的案例，使得理論方法的學習艱澀難懂。學生單純地進行智能理論學習、智能理論算法公式推導，缺乏直觀感覺，不易掌握和理解智能理論。同時，過多抽象的理論推導不適合應用型人才的培養(yǎng)。

（三）學生只學會智能理論知識，無法在智能交通領(lǐng)域應用

在智能交通領(lǐng)域的實際工作中，技術(shù)人員需要同時具有理論模型和編程實現(xiàn)能力來解決實際問題。只是學會理論知識，無法在智能交通領(lǐng)域的工作中立足[4]。智能理論模型算法能夠用編程實現(xiàn)的能力是技術(shù)人員必備的能力。

（四）考核方式不夠完善，缺乏對應用能力和編程能力的過程考核

傳統(tǒng)的考核方式，通常是以試卷形式，考核智能理論基礎(chǔ)知識、推導公式、算法，存在考試形式單一、考試結(jié)構(gòu)單調(diào)的問題。并且考卷僅考核學生對智能理論原理的掌握，無法考核學生對理論知識的應用能力、編程實現(xiàn)能力。針對上述智能理論與應用課程傳統(tǒng)教學存在的問題，本文以人工智能發(fā)展對科技人才的編程能力需求為出發(fā)點，基于“以學生動手學為中心”的教育理念，把“學生動手學”作為課堂教學活動的主體，以同時實現(xiàn)“理論知識掌握與編程應用能力培養(yǎng)”的教學目標為宗旨，對智能理論與應用課程進行教學改革探索。

二、“智能理論算法學習與編程實現(xiàn)結(jié)合”的教學模式改革

智能理論與應用課程教學改革，著眼于人工智能的國家發(fā)展戰(zhàn)略，智能交通對智能理論與應用人員的巨大需求，從產(chǎn)學研用的角度，以智能交通領(lǐng)域職業(yè)需求為導向，研究智能理論與應用人才的培養(yǎng)，為學生們盡快適應未來的工作打好基礎(chǔ)。本文圍繞人工智能發(fā)展趨勢下交通領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨螅詰眯腿瞬诺呐囵B(yǎng)為目標定位，以應用能力培養(yǎng)為主線，研究“智能理論算法學習與編程實現(xiàn)結(jié)合”的教學模式改革。

（一）以學生為中心的邊學邊“編程實現(xiàn)式”教學模式

傳統(tǒng)的課堂教學主體是教師，教師講解知識，灌輸給學生，學生被動盲目接受。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和科技的進步使智能理論和知識點獲取比以往更為容易，課堂的價值更應該體現(xiàn)在對學生能力的培養(yǎng)，把以“教師教為主體”轉(zhuǎn)變成以“學生學為主體”。教師“教”與學生“學”互相融合，學生邊學邊練，“教與學”互相融合演進。以學生學為主體，一方面能激發(fā)學生的學習興趣，另一方面更能培養(yǎng)學生主動利用所學的智能理論、知識和方法，去分析智能交通問題和解決問題的意識與能力，從而點燃學生學習智能理論的熱情。學生動手編寫智能理論算法的程序代碼，親手實現(xiàn)理論算法的功能，切身體會智能理論如何應用，能夠增強學生對智能理論學習的實用性和可見性的感知和體會。智能理論學習與編程實現(xiàn)相結(jié)合，能夠充分調(diào)動學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，突出學生作為教學活動的主體地位。把學生們聽教師講解智能理論的被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)榫帉懗绦虼a的主動思考，把學到的智能理論知識轉(zhuǎn)化為編程應用，這樣一來，學生的主動應用意識及思考能力得到了鍛煉和培養(yǎng)。

（二）理論算法知識掌握與編程應用能力培養(yǎng)同步進行

在智能理論應用算法解析與Python實現(xiàn)相結(jié)合的課堂教學中，學生通過動手編寫Python代碼，實現(xiàn)對智能理論應用算法的解析。例如，學習線性回歸理論后，學生針對實際問題建立線性模型，并編寫Python代碼程序進行實現(xiàn)，線性回歸、多元回歸、對數(shù)幾率回歸、決策樹分類、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機分類、貝葉斯分類器和聚類等智能理論算法解析，都能與Python編程實現(xiàn)相結(jié)合。

學習智能理論算法，學生自己動手編寫程序，能夠利用Python 編寫程序，看到智能理論算法的編程實現(xiàn)，能夠直觀地觀察出抽象理論算法可視化效果，了解理論算法的精妙和實用性。學生們動手編寫程序代碼，使智能理論學習過程生動活潑起來，同時學生們在學習智能理論的過程中做出理論算法的編程實現(xiàn)、在編寫程序代碼的過程中學習智能理論算法。在“智能理論與應用”的授課過程中，要結(jié)合生活和工程實際多舉應用案例。在教師講解智能理論時，應強調(diào)推導思路和結(jié)論的正確性，同時對復雜智能理論證明進行簡單解釋，重點引導學生領(lǐng)會如何應用所學的智能理論去解決生活和工程實踐中的問題，詳見表1。

表1 智能理論學習與應用結(jié)合案例

本文研究的智能理論與應用課程的教學改革方法，可以將智能理論算法學習、實例與編程應用能力培養(yǎng)有機地融合，使學生既能理解每種理論算法的原理，也能應用這些算法，同時提升其編程能力。

（三）充分利用Python 代碼庫提升學生編程資源利用能力

Python編程語言火遍全世界，在學術(shù)界、在各個行業(yè)、企事業(yè)工作單位都有廣泛應用，是當前最流行的智能理論機器學習的編程實現(xiàn)工具，重要原因是，Python提供大量智能理論學習的代碼庫和框架，例如NumPy、SciPy用于數(shù)學運算，MatplotLib、SeaBorn用于繪圖，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)操作可以通過Pandas，智能理論機器學習可以充分利用Statsmodels庫、Scikit-learn庫[5]。

本文研究的課程改革，智能理論算法，采用Python編程進行實現(xiàn)，充分利用Python代碼庫提升學生的編程資源利用能力。充分利用Python代碼庫資源，可以幫助學生進行智能理論學習，這會大大提高工作效率、節(jié)約時間，使其在未來工作中能夠更好地完成自己的工作。

三、課程考核方式改革

合理科學的考核方式是人才培養(yǎng)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。智能理論與應用課程原有的課程考核方式以筆試為主[6]，筆試成績占100%。為了實現(xiàn)“理論知識掌握與編程應用能力培養(yǎng)同步進行”的課程改革目標，針對傳統(tǒng)的課程考核方式缺乏過程和編程能力的考核，考試形式單一、考試結(jié)構(gòu)單調(diào)的問題，將智能理論模型應用與編程實現(xiàn)能力也納入考核體系，不僅要考核學生對智能理論算法的掌握，也要考核學生的實踐應用能力和分析解決問題的能力。考核方式改革之后，總評成績由智能理論與應用Python實現(xiàn)上機報告成績（50%）+筆試成績（50%）構(gòu)成，詳見表2。

表2 課程考核評價表

過程考核材料包括《智能理論與應用Python編程實現(xiàn)報告》、數(shù)據(jù)集和Python編程代碼，目的是將智能理論算法解析與Python實現(xiàn)相結(jié)合，學生通過完成智能理論算法應用于實際問題，并能夠用Python編程實現(xiàn)，從而深化對智能理論算法的掌握程度，提升實踐應用能力。

四、結(jié)論

學生基于智能理論建模、Python編程獲得多項競賽獎項。課程改革的效果在學生的企業(yè)實習過程中也得到體現(xiàn)。到清華大學蘇州汽車研究院實習的學生反饋，企業(yè)非常需要懂智能理論、Python編程的技術(shù)人員，在課堂上對學生進行的智能理論結(jié)合Python編程的學習訓練，使其在企業(yè)得到認可和重用。到毫末智行科技有限公司實習的學生反饋，Python編程使用較多，上手較快。學生的學習效果和企業(yè)的認可表明，學生掌握智能理論與Python編程能力，更能適應人工智能發(fā)展背景下企事業(yè)單位對科技人才的需求，在學習和工作中，會擁有更大的競爭優(yōu)勢和發(fā)展?jié)撃堋?/p>