曹衛(wèi) 薛煜陽(yáng) 劉戰(zhàn)東

摘 要 隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展及該技術(shù)在各行各業(yè)的不斷滲透，人工智能相關(guān)技術(shù)人才的需求量持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)眾多高校紛紛開(kāi)始設(shè)立人工智能課程。文章對(duì)人工智能本科課程的特點(diǎn)及所面臨的教學(xué)挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)，并針對(duì)地方高校在該課程的教學(xué)過(guò)程中所遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行了深入探究，同時(shí)提出了人工智能本科課程教學(xué)和實(shí)踐方面的一些建議。

關(guān)鍵詞 人工智能課程；交叉；前沿；實(shí)踐能力；自主創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：G642?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.8.008

Teaching Practice of Undergraduate Courses of "Artificial Intelligence"

in Local Universities

CAO Wei1， XUE Yuyang2， LIU Zhandong1

（1. College of Computer Science and Technology， Xinjiang Normal University， Urumqi， Xinjiang 830054;

2. College of Information and Management， Xinjiang University of Finance & Economics， Urumqi， Xinjiang 830012）

Abstract With the rapid development of artificial intelligence technology and its continuous penetration in various industries， the demand for AI related technical talents continues to grow， and many domestic universities have begun to establish AI courses. The article summarizes the characteristics and teaching challenges faced by the undergraduate course of artificial intelligence， and conducts in-depth exploration of some problems encountered by local universities in the teaching process of this course. At the same time， some suggestions for the teaching and practice of the undergraduate course of artificial intelligence are proposed.

Keywords artificial intelligence course; intersection; frontier; practical ability; independent innovation

近年來(lái)，人工智能技術(shù)作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心力量，已成為引領(lǐng)社會(huì)變革的技術(shù)熱點(diǎn)。為把握時(shí)代發(fā)展的浪潮，各國(guó)都開(kāi)始大力發(fā)展人工智能技術(shù)。我國(guó)政府也高度重視該領(lǐng)域的發(fā)展，國(guó)務(wù)院在2017年印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]，將人工智能定義為“重大戰(zhàn)略機(jī)遇”，要“構(gòu)筑我國(guó)人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和世界科技強(qiáng)國(guó)”。為適應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，教育部及相關(guān)部門(mén)發(fā)文并出臺(tái)各種措施，促進(jìn)人工智能人才的培養(yǎng)，國(guó)內(nèi)很多高校也陸續(xù)開(kāi)設(shè)人工智能課程，以滿(mǎn)足國(guó)家對(duì)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才需求。作為一門(mén)新興課程，人工智能課程教學(xué)研究可為我國(guó)人工智能教育和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供較好的人才基礎(chǔ)?；诖吮尘?，本文深入分析了地方高校“人工智能”本科課程的特點(diǎn)及其開(kāi)設(shè)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題，并進(jìn)行了一系列教學(xué)和實(shí)踐方面的探究。

1? 人工智能的課程特點(diǎn)及所帶來(lái)的教學(xué)挑戰(zhàn)

人工智能是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新興交叉科學(xué)[2]，其區(qū)別于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)課程的特點(diǎn)，給其教學(xué)帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。

①知識(shí)體系偏技術(shù)，課程內(nèi)容與思政元素的關(guān)聯(lián)不夠直接?！蛾P(guān)于深化新時(shí)代學(xué)校思想政治理論課改革創(chuàng)新的若干意見(jiàn)》提出，將各類(lèi)課程與思政課深入結(jié)合，形成協(xié)同效應(yīng)，承擔(dān)教書(shū)育人的責(zé)任[3]。然而，人工智能課程技術(shù)性強(qiáng)，涉及較多抽象理論和算法模型，如隨機(jī)森林、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，導(dǎo)致其教學(xué)設(shè)計(jì)中人文元素較少，與思政元素的關(guān)聯(lián)不夠緊密、融合不夠深入。

②內(nèi)容邏輯性強(qiáng)，技術(shù)前沿、多學(xué)科交叉，本科層次的授課難度較大。人工智能是機(jī)器執(zhí)行與人類(lèi)思維相關(guān)的認(rèn)知功能的能力，如感知、推理、學(xué)習(xí)、交互等。因此，該課程內(nèi)容交叉、抽象，含較多公式推演，需要學(xué)生有較好的研究背景和理解能力，熟悉數(shù)學(xué)知識(shí)和基礎(chǔ)算法流程。然而，本科學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和學(xué)科素養(yǎng)還處于初步積累階段，對(duì)人工智能的很多相關(guān)前導(dǎo)知識(shí)和研究背景較缺乏。因此，本科層次的人工智能課程的授課難度較大。

③實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)踐性強(qiáng)、綜合性高，實(shí)驗(yàn)難度較大。計(jì)算機(jī)科學(xué)是一門(mén)以應(yīng)用為導(dǎo)向的學(xué)科，作為該學(xué)科的重要分支之一，人工智能課程應(yīng)用范圍極廣、與產(chǎn)業(yè)界聯(lián)系緊密。因此，學(xué)習(xí)該課程需大量的動(dòng)手實(shí)踐。此外，人工智能課程屬于交叉學(xué)科，涉及許多現(xiàn)實(shí)中的復(fù)雜問(wèn)題，其實(shí)踐內(nèi)容綜合性較強(qiáng)。對(duì)于本科生來(lái)講，實(shí)踐動(dòng)手能力還處于培養(yǎng)和鍛煉階段，對(duì)人工智能課程的跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)往往感覺(jué)難度較大。

④平臺(tái)要求高、算力需求大，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和算力資源經(jīng)常不太充足。人工智能基于算法、算力和大數(shù)據(jù)三大基石[4]，通過(guò)對(duì)算力、算法和數(shù)據(jù)等數(shù)字資源的創(chuàng)造、加工和整合，用機(jī)器為傳統(tǒng)行業(yè)賦能[5]。因此，人工智能相關(guān)技術(shù)實(shí)踐對(duì)算力有較高要求。加之當(dāng)前人工智能領(lǐng)域處于高速發(fā)展期，以深度學(xué)習(xí)、AI大模型為代表的各項(xiàng)技術(shù)和應(yīng)用對(duì)算力的依賴(lài)性極大。然而，即使在一些部屬高校，算力等基礎(chǔ)設(shè)施也常常無(wú)法滿(mǎn)足師生的現(xiàn)實(shí)需求[6]，進(jìn)而限制了人工智能課程實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。

2? 地方高校“人工智能”本科課程的教學(xué)現(xiàn)狀

2.1? 思政融入過(guò)于生硬

新工科背景下，人工智能課程強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[7]。加之人工智能的課程知識(shí)偏技術(shù)、較抽象，教師在組織教學(xué)的過(guò)程中，難免會(huì)側(cè)重于對(duì)晦澀難懂的專(zhuān)業(yè)知識(shí)的講授等教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)思政的融合有所忽視。因此，人工智能課程融入思政元素往往內(nèi)涵不足。

2.2? 課程內(nèi)容滯后于現(xiàn)實(shí)前沿技術(shù)

人工智能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐聯(lián)系緊密，相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，新的算法、技術(shù)和應(yīng)用層出不窮，但其課程內(nèi)容一般涉及經(jīng)典人工智能理論或模型，不太能及時(shí)融入最新的技術(shù)應(yīng)用，經(jīng)常無(wú)法與產(chǎn)業(yè)界前沿技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)。而且，一些西部地方高校遠(yuǎn)離京津冀、長(zhǎng)三角等人工智能技術(shù)落地的前沿陣地，其人工智能教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)界的前沿技術(shù)存在一定的脫離，不利于其人工智能課程授課目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

2.3? 課程配套體系不太完善

圖靈獎(jiǎng)得主姚期智曾提出：人工智能絕對(duì)是一個(gè)跨學(xué)科行業(yè)[8]。人工智能涉及計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)。這些學(xué)科之間知識(shí)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，存在較強(qiáng)的支撐關(guān)系，通常情況下，一門(mén)學(xué)科需要一門(mén)或多門(mén)相關(guān)學(xué)科的支撐 [9]。因此，人工智能課程的學(xué)習(xí)中學(xué)生要具備相關(guān)領(lǐng)域的研究背景和相關(guān)先導(dǎo)課程的學(xué)科基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)有人工智能本科課程一般是高校為適應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略和滿(mǎn)足社會(huì)人才需求而開(kāi)設(shè)的。與研究生相比，本科學(xué)生較欠缺相關(guān)先導(dǎo)課程的學(xué)科基礎(chǔ)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、優(yōu)化理論等。而本科課程的設(shè)置受諸多因素的影響，與人工智能相關(guān)的本科課程配套體系還不太完善。

2.4? 教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)資源亟須更新

人工智能技術(shù)發(fā)展迅猛，相關(guān)理論和創(chuàng)新持續(xù)推進(jìn)和涌現(xiàn)，不斷引發(fā)鏈?zhǔn)酵黄坪徒?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變革。因此，該課程教學(xué)需要教師更新教學(xué)模式，在夯實(shí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備的同時(shí)，及時(shí)跟進(jìn)新興技術(shù)，注重學(xué)生自主探究和可持續(xù)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此外，人工智能相關(guān)實(shí)踐對(duì)硬件配置和算力要求較高。尤其是在當(dāng)今時(shí)代，以ChatGPT為代表的AI大模型技術(shù)席卷全球，催生了人工智能領(lǐng)域的新業(yè)態(tài)[10]。在此背景下，地方高校人工智能課程實(shí)驗(yàn)資源緊缺的現(xiàn)實(shí)亟須改變，以推動(dòng)該課程實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展。

3? 人工智能課程教學(xué)設(shè)計(jì)與探究

針對(duì)人工智能的課程特點(diǎn)及面臨的挑戰(zhàn)，筆者深入研究其課程內(nèi)容，基于自身在該課程教學(xué)過(guò)程中所遇到的實(shí)際問(wèn)題，開(kāi)展了以下教學(xué)和實(shí)踐方面的探究。

3.1? 深挖專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的人文社科元素以實(shí)現(xiàn)思政教學(xué)

為了更好地實(shí)現(xiàn)人工智能課程的課程思政教學(xué)，授課教師在授課過(guò)程中仔細(xì)研究人工智能的學(xué)科內(nèi)容和研究熱點(diǎn)，深挖該課程蘊(yùn)含的思政教育信息，促進(jìn)思政教學(xué)元素與課程教學(xué)內(nèi)容的結(jié)合，寓價(jià)值觀(guān)引導(dǎo)于知識(shí)傳授之中[11]，推動(dòng)“思政育人”與人工智能課程建設(shè)的有機(jī)融合。具體來(lái)說(shuō)，教師在講授人工智能的學(xué)科發(fā)展和未來(lái)趨勢(shì)時(shí)，結(jié)合社會(huì)現(xiàn)實(shí)需求和科研發(fā)展環(huán)境來(lái)進(jìn)行講授，啟迪學(xué)生對(duì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程的思考；在講授人工智能應(yīng)用技術(shù)時(shí)，穿插學(xué)者的學(xué)術(shù)經(jīng)歷、產(chǎn)業(yè)實(shí)踐落地的社會(huì)背景等進(jìn)行講授，增強(qiáng)學(xué)生作為未來(lái)人工智能應(yīng)用的設(shè)計(jì)者、推動(dòng)者和研究者的責(zé)任意識(shí)；從人工智能與社會(huì)學(xué)的交叉研究熱點(diǎn)（如大模型價(jià)值觀(guān)對(duì)齊、大數(shù)據(jù)隱私保護(hù)與可信公平等）為切入點(diǎn)，促進(jìn)理工科學(xué)生對(duì)人文社會(huì)的關(guān)注和思考。教師通過(guò)上述努力，強(qiáng)化該課程思政融入的針對(duì)性和實(shí)效性，促進(jìn)全方位育人[12]。

3.2? 借助網(wǎng)絡(luò)資源和開(kāi)展專(zhuān)題講座以保證課程的前沿性

人工智能技術(shù)發(fā)展迅猛，授課教師需在掌握與其相關(guān)知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)，及時(shí)跟蹤領(lǐng)域內(nèi)前沿技術(shù)動(dòng)態(tài)，縮小課本知識(shí)與現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)之間的差距，向?qū)W生傳授更切合現(xiàn)實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。因此，為體現(xiàn)該課程內(nèi)容的前沿性，授課教師可以從以下方面開(kāi)展教學(xué)：

①教師充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，將這些課程資源以微視頻的方式融入授課過(guò)程，高效、自然地幫助學(xué)生補(bǔ)充相關(guān)研究背景和領(lǐng)域知識(shí)等，如大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）上的優(yōu)質(zhì)課程資源、Bilibili視頻網(wǎng)站的前沿技術(shù)分享等；

②教師及時(shí)跟蹤最新技術(shù)，結(jié)合自身研究領(lǐng)域向?qū)W生介紹人工智能研究的最新動(dòng)態(tài)，強(qiáng)調(diào)人工智能技術(shù)持續(xù)發(fā)展、不斷更新，并將持續(xù)給社會(huì)帶來(lái)重大變革的趨勢(shì)，以啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的意識(shí)；

③教師結(jié)合自身研究方向和課題，開(kāi)展論文導(dǎo)讀和專(zhuān)題講座，鼓勵(lì)學(xué)生參與課題研究，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和自學(xué)能力，為學(xué)生后續(xù)職業(yè)生涯和終身成長(zhǎng)打好基礎(chǔ)。

3.3? 通過(guò)混合式教學(xué)方式和虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐平臺(tái)達(dá)成課程目標(biāo)

人工智能課程較偏向理論教學(xué)，與其應(yīng)用特點(diǎn)不太相符，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，較難適應(yīng)未來(lái)人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。加之地域限制，許多地方高校與人工智能相關(guān)企業(yè)的合作交流不太深入，導(dǎo)致學(xué)生較難真正接觸人工智能前沿技術(shù)的應(yīng)用。這些現(xiàn)實(shí)因素加大了人工智能課程教學(xué)理論與實(shí)踐的差距。因此，授課教師應(yīng)結(jié)合人工智能的課程特點(diǎn)采取體驗(yàn)式與探究式相結(jié)合的教學(xué)模式，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩手抓，同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和自主探究能力，具體包括三方面：

①理論教學(xué)方面，教師通過(guò)“雨課堂”線(xiàn)上平臺(tái)，開(kāi)展線(xiàn)上和線(xiàn)下相結(jié)合的混合式教學(xué)[13]，保證人工智能課程的教學(xué)質(zhì)量。課前，向?qū)W生推送課程重難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)；課中，借助雨課堂進(jìn)行學(xué)生考勤管理和知識(shí)點(diǎn)練習(xí)，提高學(xué)生上課的參與度；課后，利用雨課堂督促學(xué)生進(jìn)行知識(shí)回顧和復(fù)習(xí)；

②實(shí)踐教學(xué)方面，教師充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源和網(wǎng)絡(luò)資源等虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐平臺(tái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如借助百度AI開(kāi)放平臺(tái)等設(shè)計(jì)體驗(yàn)式實(shí)驗(yàn)、探究式實(shí)驗(yàn)等，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，輔助講授人工智能典型應(yīng)用；借助頭歌教學(xué)平臺(tái)等輔助開(kāi)展深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)章節(jié)的教學(xué)等；

③學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面，考慮到人工智能課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合性較高，教師可采取分組方式開(kāi)展綜合性實(shí)驗(yàn)，由教師進(jìn)行案例講解、由實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任項(xiàng)目組長(zhǎng)來(lái)主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生的自主探究思維，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和動(dòng)手能力。

4? 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，并滲透于各行各業(yè)，各大高校陸續(xù)開(kāi)設(shè)人工智能課程。本文分析了該課程區(qū)別于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)課程的學(xué)科特點(diǎn)及面臨的教學(xué)挑戰(zhàn)，基于自身在該課程實(shí)際教學(xué)中所遇到的問(wèn)題，提出深挖該課程的人文社科元素、借助網(wǎng)絡(luò)資源和專(zhuān)題講座、使用混合式教學(xué)和虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐平臺(tái)等手段，改善該課程的思政育人實(shí)效性，保證該課程的技術(shù)前沿性，提高該課程的教學(xué)效果，促進(jìn)其課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為地方高校人工智能課程的教學(xué)改革和課程建設(shè)提供思路。當(dāng)然，人工智能課程教學(xué)的開(kāi)展離不開(kāi)學(xué)校層面的支持，學(xué)校可增設(shè)相關(guān)先導(dǎo)課程來(lái)優(yōu)化人工智能配套的學(xué)科體系，并通過(guò)師資引進(jìn)和學(xué)科培訓(xùn)等方式補(bǔ)充本校在人工智能學(xué)科的人才儲(chǔ)備。

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