人工智能实验课的改进

ＩＳＳＮ　１００９－３０４４　Ｅ—ｍａｉｌ；ｗｈｘ＠ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ａｎ　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｎｚｓ．ｎｅｔ．ａｎ　Ｔｅｌ：＋８６—５５１～６５６９０９６３　６５６９０９６４　ＣｏｍｐｕｔｅｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术　Ｖｏ１．１　１，Ｎｏ．１９，Ｊｕｌｙ　２０１５　人工智能实验课的改进　饶东宁　，蒋志华　，苏庆　（１．广东工业大学计算机学院，广东广州５１０００６；２．暨南大学信息科学与技术学院计算机系，广东广州５１０６３２）　摘要：针对人工智能课程教学过于依赖基于讲义的教学现状，该文首先分析结合基于问题的教学、大班授课小班讨论、实　践技能培养等方式方法的意义与可行性，并提出在人工智能课程教学中增加和改进实验课程的观点。与已知的兄弟院校　人工智能实验课最明显区别在于如下三点：基于基于问题的教学理念整合实验内容，根据小班讨论的方式改革实验考核　方式。结合实践技能培养的目标来更新实验工具。　关键词：人工智能；实验课；基于问题的教学；大班授课小班讨论；实践技能培养　中图分类号：Ｇ６４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－３０４４（２０１５）１９—０１Ｏ９—０３　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　Ｃｌａｓｓ　ｏｆ　Ａｒｔｉｉｃｉａｌｆ　Ｉｎ￣ｌｌｉｇｅｎｃｅ　Ｃｏｕｒｓｅ　ＲＡＯ　Ｄｏｎｇ—ｎｉｎｇ　，ＪＩＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｈｕａ　，ＳＵ　Ｑｉｎｇ　ｆ１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ｃｏｕｒｓｅ　ｉｓ　ｔｏｏ　ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｌｅｃｔｕｒｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｆｒｓｔ　ａｎ—　ａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ　ａｎｄ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ，ｔｈｅ　ｂｉｇ　ｃｌａｓｓ　ｌｅｃｔｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｍａｌｌ　ｇｒｏｕｐ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｋｉｌｌｓ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ａｐｐｒｏａｃｈ．Ｔｈｅｎ，ｉｔ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｏｍｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ，ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ｃｏｕｒｓｅ，ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｃｌａｓｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ｃｏｕｒｓｅ．Ｍａｊｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅｓｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｋｎｏｗｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｒｏｍ　ｆｒａｔｅｒｎａｌ　ｃｏｌｌｅｇｅｓ　ｌｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｔｈｒｅｅ　ｐｏｉｎｔｓ．Ｆｉｓｔ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｒｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ，ｉｔ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉ－　ｍｅｎｔ．Ｓｅｃｏｎｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｍａｌｌ　ｃｌａｓｓｅｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，ｉｔ　ｒｅｆｏｒｍｓ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｗａｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｒｄ，ｃｏｒｎ・　ｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｈｅ　ｔｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｋｉｌｌｓ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｇｏａｌ，ｉｔ　ｕｐｄａｔｅｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｏｏｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｃｌａｓｓ；ｐｒｏｂｌｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ；ｓｍａｌｌ　ｇｒｏｕｐ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ；ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｋｉｌｌｓ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　人工智能是计算机和核心专业课之一ｎ　。然而，目前大部　分课程仍然以基于讲义的教学０ｅｃｔｕｒｅ—ｂａｓｅｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ，ＬＢＬ）为　主。已经有了不少关于人工智能实验课的教学改革，例如双主　体意识和沉默式教学法相结合　、基于Ｐｒｏｌｏｇ的实验课程设计　Ｉ３１同时，近几年出现了不少好的教学思想和理念，比如结合基　于问题的教学　、大班授课小班讨论　、实践技能培养　等。有鉴　于此，结合人工智能课程的特点、结合本校和本课程组的实际　情况，本文提出对人工智能实验课的三点改进。第一，基于基　于问题的教学理念整合实验内容。将过去分散的，独立的实验　和大作业整合成四到六个包含作业和实验内容的问题。然后　请学生通过解决这些问题来学习和巩固相关内容。第二，根据　小班讨论的方式改革实验考核方式。在实践当中，往往每个人　。验设计方案大多基于Ｃ＋＋和Ｊａｖａ等常用语言，更包括机器人平　台上的通用编程方法，力求让学生通过人工智能实验课能够提　高实践能力。　在接下里的内容中，本文首先分析课程的现状。然后，在　第三节中将介绍一些新的教学思想和理念。第四节将重点阐　述对人工智能实验课的三点改进，最后是本文的总结。　１课程特点　１．１人工智能课程的内容和特点　人工智能是计算机科学的一个重要分支。它是一门涉及　数学、计算机科学、控制论、信息论、心理学和哲学等学科的交　叉学科。本课程作为计算机科学与技术专业的核心课程之一，　将着重介绍人工智能研究中最基本的、最经典的理论和方法，　以及当前在这一领域中的研究热点和成熟应用成果，是一门理　论与应用相结合的课程。　的基础和学习能力差异较大，有时还会各有所长。因此，小班　讨论的方式有利于相互促进。第三，结合实践技能培养的目标　来更新实验工具。目前已有的实验方案甚少考虑将来的实践，　例如在实践当中应用Ｐｒｏｌｏｇ语言就非常少见。本文提出的实　人工智能课程重在讲解如何利用计算机来模拟人脑所从　收稿日期：２０１５－０７－１７　基金项目：２０１４年度广东省本科高校教学质量与教学改革工程立项建设项目精品资源共享课：人工智￣，（ＺＹＧＸ００２），Ｃ语言与数据　结构类课程群（ＺＹＧＸ０１３）；２０１４年度广东省本科高校教学质量与教学改革工程立项建设项目精品资源共享课视频公开　课（ＭＯＯＣ示范课）：数据结构（ＭＣＳＦＯ０３）；２０１４年度广东工业大学教学改革推荐项目：计算机软件类专业形式化方法　基础教学改革。　作者简介：饶东宁（１９７７－），男，广东兴宁人，副教授，博士，主要研究方向为智能规划；蒋志华，副教授，博士；苏庆，副教授，硕士。　本栏目责任编辑：王力　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术　第１１卷第１９期《２０１５年７月）　事的感知、推理、学习、思考、规划等人类智能活动，以解决需要　用人类智能才能解决的问题。人工智能涉及自主智能系统的　设计和分析，与软件系统、物理机器、传感器和驱动器有关，常　以机器人或自主飞行器作为例子加以介绍。一个智能系统必　须感知它的环境，与其它Ａｇｅｎｔ和人类交互作用，并作用于环　境，以完成指定的任务。　人工智能的研究论题包括计算机视觉、规划与行动、多　Ａｇｅｎｔ系统、语音识别、自动语言理解、专家系统和机器学习　“大班授课、小班讨论”是研究性学习的简称。研究性学习　是以“学习活动”的形式呈现，即学生在教师指导下生活中选　题，用科研方式主动获取知识解决问题的学习活动。它是一种　以学生自主性、探索性为主的学习方式。它以“学会学习”为总　目标指导学生转变学习方式，强调为用而学，围绕解决实际问　题学习，引导学生主动获取知识、重视实践。它使学生在思考　如何解决实际问题的同时学会关注社会和人生。这是实现知　识、能力和素质协调发展的有效途径。一般来说，这种教学需　等。这些研究论题的基础是通用和专用的知识表示和推理机　制、问题求解和搜索算法，以及计算智能技术等。此外，人工智　能还提供一套工具以解决那些用其它方法难以解决甚至无法　要课对课程重新划分，将课程内容分为精讲部分、略讲部分、自　学部分以及研讨部分。　２．３实践技能培养　解决的问题。这些工具包括启发式搜索和规划算法，知识表示　和推理形式，机器学习技术，语音和语言理解方法，计算机视觉　和机器人学等。通过学习，学生能够知道什么时候需要某种合　适的人工智能方法用于给定的问题，并选择适当实现方法。　１．２本校及课程团队实际特点　在我校，最早是由计算机学院智能所的余永权和曾碧等教　授面向计算机专业本科生进行讲授的。课题组从一开始就注　重教学大纲和教学进度的统一，试卷和评分标准的一致，注意　采用多种教学手段，以利于学生对这门课程的学习，并得到了　广泛的好评。几年来，计算机学院一直十分重视本课程的教学　和课程建设，历届担任本课程教学任务的教师团结合作，交流　教学心得，相互学习，取长补短，始终以高度的责任心和饱满的　热情投入教学。　人工智能是整个计算机科学领域中发展最快、知识更新最　快的学科之一。任课教师紧跟时代脉搏，积极开展科学研究和　应用实践，不断更新知识结构，充实教学内容。并且，针对反映　近年人工智能领域的快速变化的模糊控制、机器学习和数据挖　掘等热点技术展开教学研讨，厚积而薄发，并已出版了多本专　著，如：《神经网络模糊逻辑控制》，《模糊控制技术与模糊家用　电器》，《单片机模糊逻辑控制》，《计算机接口与通信》，《单片机　在控制系统中的应用》等。近三年来课题组共获得两项国家基　金，四项省基金的资助。　２新的教学思想和理念　２．１基于问题的教学　教学模式指在一定的教学思想指导下为保持某种教学任　务的相对稳定而具体的教学活动结构。目前主要的教学模式　包括：ＬＢＬ教学模式（１ｅｃｔｕｒｅ—ｂａｓｅｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ，ＬＢＬ）、ＣＢＬ教学模　式（ｃａｓｅ—ｂａｓｅｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ，ＣＢＬ）、ＰＢＬ（ｐｒｏｂｌｅｍ－ｂａｓｅｄ　ｌｅａｒｎｉｎｇ，　ＰＢＬ）教学模式等。其中，ＣＢＬ是最传统的教学方法，以传授知　识为教学目标，强调学科知识的系统性和完整性。它使学生形　成逻辑清晰、条理简明的知识结构，但是不能很好地调动学生　的学习积极性。ＣＢＬ首先要求筛选典型案例，通过对案例的讲　解，让学生在发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程　中，学习和掌握相关知识。ＰＢＬ的教学设计有几个固定的环　节．组织小组、设置问题、行动进展、结果汇报和反馈。它强调　学习者之间的交流合作、多种学习途径的整合及外部支持与引　导在解决问题中的作用。它以学生为主导，锻炼学生自主解决　问题的能力和团队协作能力，培养学生的创新能力，提高实践　中人际沟通协调能力，实现主动学习。　２．２大班授课小班讨论　高校计算机类专业大学生实践技能培养目前仍然依赖于　实验课程教学。但是，高校计算机类专业的知识更新较快，给　我们带来了很大压力。实践技能培养与实验教学体系相结合，　是实践技能培养体系的基石。实验教学不只是理论教学的附　属环节。中共中央国务院在《关于深化教育改革全面推进素质　教育的决定》中明确指出：“实施素质教育，以培养学生的创新　精神和实践能力为重点。”对一、二年级学生来说，实践技能培　养是打基础阶段；对已经具有一定学科知识基础的二、三年级　学生，应该注重学生实践技能及创新思维的培养。我们可以将　实验教学分为设计性、研究性、应用性实验３类，对高年级学生　着重培养实践能力和创新能力。　３对课程的改进　目前的很多改革也在朝ＰＢＬ的方向发展　。另一方面，还　有不少踢出要反转课堂的，其实也是增加主动性和讨论性嘲。　同时，也有不少课程改革讨论考核方式的转变　。实验教学的　改革正式方兴未艾【１０１，多种形式的培养学生实践能力更是重点　ｆｌ”。有鉴于此，自２０１　１年以来，课题组响应学校号召积极学习　ＰＢＬ。　课题组在有限的范围和符合客观条件要求的前提下逐步　开展相关改革：首先将课程的引入以及例题的设置改成学生探　索性解决问题的过程。具体来说就是对于一般性的作业，取出　部分内容简单适合建立感性认识的，提前一节课布置。尽管这　样做会有部分学生无所适从，但是经过几次训练之后，学生探　索知识内在结构的能力得到了极大的提高。然后，针对本课程　不同分支间的联系，我们推出了在条件允许情况下类似课程设　计的大作业。这类大作业作为学期的最后一次作业，能够体现　知识点之间关联性和实用性。尽管受制于作业本身形式的限　制，它仍然打破了课程不同分支间的壁垒，让学生能够活学活　用，深入掌握工程科学应用的精髓。最后，课题组正在尝试一　种竞选作业的方式，来结合机器人和仿真平台，利用提问演示　的方式提供ＰＢＬ教学中必要的问题及解决方式展示。竞选作　业就是让有兴趣的学生，以自愿参加为原则的，为机器人和仿　真平台编写程序。教师给出要求和模拟器，学生自由组队参　加，最后教师从中选取一到两个加载演示。尽管上述活动在客　观条件限制下，参加的人数有限，但在目前不具备专用实验室，　缺少足够的实验设施的情况下，它是很好的推动ＰＢＬ的方式。　在上述教学改革的过程中，课题组实际上对人工智能实验　课做了三点改进。第一，基于问题的教学理念整合实验内容。　将过去分散的，独立的实验和大作业整合成四到六个包含作业　和实验内容的问题。然后请学生通过解决这些问题来学习和　巩固相关内容。第二，根据小班讨论的方式改革实验考核方　本栏目责任编辑：王力　第１１卷第１９期（２０１５年７月）　式。在实践当中，往往每个人的基础和学习能力差异较大，有　ＣｏｍｐｕｔｅｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ电脑知识与技术　【２１段俊花，张森社，危建国，毛强．人工智能实验课教学改革研究　ｆＪ１．计算机教育，２０１３（１９）：８０—８４．　【３】韩洁琼，阊大顺．人工智能实验教学探讨［Ｊ］－课程与教学，２００９　（１　１）：１３５—１３８．　【４］段涛，黄静．ＬＢＬ—ＣＢＬ－ＰＢＬ—ＲＢＬ四轨模式在数据库原理课　时还会各有所长。因此，小班讨论的方式有利于相互促进。第　三，结合实践技能培养的目标来更新实验工具。目前已有的实　验方案甚少考虑将来的实践，例如在实践当中应用Ｐｒｏｌｏｇ语言　就非常少见。本文提出的实验设计方案大多基于ｃ＋＋和Ｊａｖａ　等常用语言，更包括机器人平台上的通用编程方法，力求让学　生通过人工智能实验课能够提高实践能力。　程教学中的应用探讨［Ｊ］．计算机教育，２０１５（３）：１０２—１０５．　【５］周杭霞，雷凌，刘砚秋，陈燕敏．“大班授课、小班讨论”研究性　４结论　目前人工智能课程教学过于依赖基于讲义的教学。同时，　已经出现了很多先进的教学思想，比如基于问题的教学、大班　教学模式探讨［Ｊ］．计算机教育，２０１５（８）：１６—１７，３９．　【６］孙全党，徐久成，孔德宇．计算机类专业大学生“五结合”实践　技能培养体系构建ｆＪＪ．计算机教育，２０１５（１２）：１５—１８．．　［７］李丽丽．信息与编码教学改革探索．电脑知识与技术，２０１５　授课小班讨论、实践技能培养等。本文在回顾现状与新的方式　方法后，提出在人工智能课程教学中增加和改进实验课程的观　（１２）：１２６—１２７，１３３．　点。主要包括三点：基于基于问题的教学理念整合实验内容，　【８】张明，郭小燕．“互联网＋”时代新型教育教学模式的研究与启　根据小班讨论的方式改革实验考核方式，结合实践技能培养的　示——微课、慕课、翻转课堂『Ｊ１．２０１５（１２）：１６７—１７１１．　目标来更新实验工具。。　［９】程春英，李海峰，包春花．关于软件工程课程改革的探讨［Ｊ］，　２０１５（１２）：１　１３—１　１４．　参考文献：　［１０】马明，李发海，曹霞．高校实验教学中的云服务模式探讨ｆＪ］，　【１】陈白帆，蔡自兴，刘丽珏．人工智能精品课程的创新性教学探　２０１５（１２）：１３９—１４０．　索［Ｊ】．计算机教育，２０１０（１９）：２７—３１．　【１１】杨宇行．试析高校实习实训基地创新性建设路径［Ｊ】，２０１５　（１２）：１５６－１５７，１５９．　（上接第１Ｏ５页）　践，突出了学以致用的原则，注重培养学生解决工作中实际问　证代考的方式来考核学生，参与工业与信息化部全国网络与信　题的能力。　息技术培训考试项目（ＮＴＣ）。ＮＴＣ考试侧重于实用性，考试内　参考文献：　容涵盖实际工作内容，考试内容充分体现技术应用的特点，能　真正反映应试者的真实工作技能。以ＮＴＣ考试来提升教师教　【１］缪海燕．基ＴＯＰＣＡＲＥＳ—ＣＤＩＯ理念的网络安全课程教学改　学水平，增强学生的职业竞争能力，使学生能与将来的工作岗　革与实践【Ｊ】．产业与科技论坛，２０１５（０５）．　位零距离对接。　［２］包欢欢．高校信息网络安全课程教学浅谈［Ｊ］．亚太教育，２０１５　３结语　（０２）．　【３］尚涛，刘建伟．网络安全课程探究型实验教学模式构建［Ｊ］．工　网络安全技术课程是计算机网络技术专业的核心课程，课　业和信息化教育，２０１５（０５）．　程的理论部分和实践部分都比较复杂多变。本文提出了在选　［４］刘宗平．高职院校计算机网络安全课程教学研究［Ｊ］．计算机　择教学内容、制定教学方案和考核方式等方面的教学改革与实　光盘软件与应用，２０１４（０９）．　本拦目责任编辑：王力