創(chuàng)新思維下人工智能通識課程探究

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摘要:為了提升人工智能通識課程教學(xué)質(zhì)量，探討了基于創(chuàng)新思維的人工智能通識課程教學(xué)改革策略。分析了人工智能通識課程教學(xué)存在的問題:教學(xué)內(nèi)容重知識傳授、輕趣味性，實驗內(nèi)容重驗證性、輕創(chuàng)新思維培養(yǎng)，考核方法的改革力度不足。從創(chuàng)新思維培養(yǎng)和趣味性教學(xué)出發(fā)，并結(jié)合產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人項目對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、效果考核等方面進行分析與研究，每一部分注重依據(jù)學(xué)生興趣，結(jié)合身邊故事進行學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)置，并對創(chuàng)新思維的培養(yǎng)方法進行探索。研究成果能夠為人工智能的通識教育和有關(guān)的系列課程教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞:創(chuàng)新思維;人工智能通識課;協(xié)同育人;趣味性教學(xué)

人工智能技術(shù)的發(fā)展受到國家的高度重視，高等學(xué)校作為培養(yǎng)人才的基地，應(yīng)擔(dān)負起培養(yǎng)適應(yīng)智能化時代需要的人才重任。2018年，《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》［1］的核心目標(biāo)之一就是推動高校人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新體系優(yōu)化和人才培養(yǎng)體系的完善。智能時代信息科學(xué)與技術(shù)在各學(xué)科領(lǐng)域交叉滲透，為了培養(yǎng)合格的智能化人才，必須實現(xiàn)學(xué)科交叉融合和跨界整合。學(xué)科的交叉融合和跨界整合拓寬了學(xué)生的視野，同時也給學(xué)生增加了學(xué)習(xí)內(nèi)容，造成了一定的學(xué)習(xí)壓力。人工智能通識課程是智能化人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)課程，面向各學(xué)科大學(xué)生開設(shè)，人工智能通識課程涉及知識表示、搜索策略、不確定推理、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)等多學(xué)科知識［2］。如果不進行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式的改革，會影響教學(xué)效果，為了探索產(chǎn)學(xué)結(jié)合的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，應(yīng)拓展學(xué)生的新理論、新知識、新技術(shù)，發(fā)揮個人所長制訂個性化教學(xué)方案。近年來，我國對人工智能人才的需求越來越大，為了助推智能化人才的培養(yǎng)，教育部積極推動產(chǎn)學(xué)合作，大力支持校企協(xié)同育人項目的申報。在教學(xué)內(nèi)容改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師培訓(xùn)等方面進行推動，開拓了專業(yè)視野，提高了復(fù)合型人才培養(yǎng)水平，擴大了學(xué)生就業(yè)方向。很多高校于2003年就開設(shè)了人工智能等課程，并將其作為本科生的智能基礎(chǔ)課。很多學(xué)者撰文介紹和交流了該課程的教學(xué)方法，劉杰認為應(yīng)講解人工智能最新成果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，建立多元化考核機制［3］;馬麗等認為人工智能方向的課程教學(xué)應(yīng)采用啟發(fā)式教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實施課內(nèi)和課外相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式［4］;周惠巍等面向生物信息學(xué)專業(yè)本科生，開展人工智能課程理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式探究，包括基于案例教學(xué)法的人工智能理論教學(xué)內(nèi)容研究［5］。

1人工智能通識課程教學(xué)存在的問題

1.1教學(xué)內(nèi)容重知識傳授、輕趣味性

部分教師因為課時限制和教學(xué)任務(wù)要求，過于注重講授知識和完成教學(xué)任務(wù)。人工智能通識課程涵蓋的內(nèi)容較多，并且大部分內(nèi)容需要用數(shù)學(xué)的方法進行推理，導(dǎo)致學(xué)生感覺教學(xué)內(nèi)容枯燥和抽象，體驗不到人工智能的魅力，產(chǎn)生厭學(xué)情緒，造成對講授的知識一知半解。學(xué)生學(xué)完這門課程，只是感覺枯燥難懂，對于里面的算法、推理記憶模糊，這種教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式?jīng)]有激發(fā)學(xué)生對人工智能知識的好奇心和探究精神。

1.2實驗內(nèi)容重驗證性、輕創(chuàng)新思維培養(yǎng)

目前，人工智能通識課程的實驗內(nèi)容主要是根據(jù)教師講解的內(nèi)容，去實驗室進行驗證性實驗，驗證成功則實驗任務(wù)結(jié)束，未設(shè)置體驗性內(nèi)容并培養(yǎng)學(xué)生的探究和試錯能力。課程實驗內(nèi)容大多是根據(jù)教材內(nèi)容布置的，未結(jié)合學(xué)生身邊的故事，體驗性實驗內(nèi)容不足。教師在講解課程內(nèi)容時，對于學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)重視不夠，應(yīng)增加拓展學(xué)生想象空間的實驗內(nèi)容，不要過多強調(diào)實驗結(jié)果的量性評價［3］。

1.3考核方法的改革力度不足

部分高校的課程考核方式不靈活，在課程效果考核方面留給教師進行靈活教學(xué)、創(chuàng)新性教學(xué)、探究式教學(xué)的空間不足。部分高校教務(wù)部門統(tǒng)一要求課程考核內(nèi)容，沒有根據(jù)專業(yè)特色、教師授課情況、學(xué)生基礎(chǔ)等因素合理、靈活地設(shè)置考核任務(wù)，導(dǎo)致教師在講授內(nèi)容時發(fā)揮空間較小，限制了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式的優(yōu)化改革。

2人工智能通識課程教學(xué)改革策略

人工智能學(xué)科是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門技術(shù)科學(xué)，也是一門交叉學(xué)科，其包含了計算機科學(xué)、腦科學(xué)、認知科學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、邏輯學(xué)、哲學(xué)等多學(xué)科知識。通過講解人工智能通識課程，使學(xué)生做到知識融會貫通，并以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維為出發(fā)點。知識是多種多樣的，應(yīng)使學(xué)生的知識涉獵更廣、體系化更強，同時在不斷思考和學(xué)習(xí)中實現(xiàn)知識的融會貫通以及優(yōu)化組合。為了使課程教學(xué)研究內(nèi)容更具有針對性，對理、工、文、體、藝專業(yè)的大一、大二、大三學(xué)生進行了問卷調(diào)查，發(fā)放問卷1000份，回收有效問卷666份。

2.1靈活設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，開展產(chǎn)學(xué)結(jié)合

人工智能通識教材版本較多，每個教師可以根據(jù)自己的課題內(nèi)容和研究方向選擇合適的教材，以適用為本，并結(jié)合產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人項目合作單位在人工智能方面的一些新產(chǎn)品、新技術(shù)和培訓(xùn)案例制訂教學(xué)內(nèi)容，真正使教學(xué)內(nèi)容與合作企業(yè)的優(yōu)質(zhì)資源融會貫通、優(yōu)化組合。為了掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿，對理、工、文、體、藝等學(xué)科專業(yè)學(xué)生進行了調(diào)研，如表1所示。結(jié)果顯示，各專業(yè)學(xué)生對于人工智能通識課程有很多期待，希望課程內(nèi)容多一些“生動有趣的案例分析”“講身邊人工智能的應(yīng)用”的學(xué)生比例較大。講解人工智能課程時，可將授課內(nèi)容從看、聽、言、行、思五個方面進行設(shè)置［6］。2011年以來，以深度學(xué)習(xí)為代表的機器學(xué)習(xí)技術(shù)突飛猛進，發(fā)展速度較快，人工智能技術(shù)也已經(jīng)滲透到了生產(chǎn)生活的方方面面，為學(xué)生認識人工智能和研究人工智能技術(shù)提供了范例。人工智能通識課程能夠挖掘很多人工智能技術(shù)應(yīng)用到生活中的趣味故事。例如，教師可以在教學(xué)內(nèi)容中引用“機器人群體學(xué)習(xí)”“機器人足球賽”“AlphaGo戰(zhàn)勝李世石”等趣味性教學(xué)案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，如圖1所示。教師應(yīng)多與企業(yè)技術(shù)人員溝通，利用產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人平臺，時刻關(guān)注人工智能的成果發(fā)展情況，用最新成果拓展教材內(nèi)容，及時更新教學(xué)內(nèi)容，開拓學(xué)生視野，調(diào)節(jié)課堂氣氛，使學(xué)生保持學(xué)習(xí)興趣［4］。教師可以根據(jù)學(xué)生的關(guān)注點，邀請企業(yè)技術(shù)人員舉辦講座、演示新產(chǎn)品，將枯燥的算法和生動有趣的體驗性實驗相結(jié)合，使學(xué)生體會到人工智能技術(shù)的神奇與魅力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實踐技能。人工智能領(lǐng)域涉及內(nèi)容較多，教師需要在課堂教學(xué)中有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，提升學(xué)生的探究能力，進而培養(yǎng)更多智能化人才。

2.2創(chuàng)新教學(xué)方式，實現(xiàn)校企聯(lián)動

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該注重創(chuàng)新教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，開拓學(xué)生視野，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力［7］，進而培養(yǎng)更多適應(yīng)智能時代需要的復(fù)合型人才，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。2.2.1發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，課堂教學(xué)已不再是教師一人教、學(xué)生多人聽的模式，教師和學(xué)生的角色正在發(fā)生改變。隨著網(wǎng)絡(luò)資源、慕課資源的不斷豐富，教師應(yīng)該成為課堂教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、引導(dǎo)者、合作者。敏銳洞察人工智能技術(shù)對于人們生產(chǎn)方式、生活方式的改變，注重講身邊故事，為學(xué)生提供更多的想象空間，有效挖掘和激發(fā)學(xué)生自身的好奇心和求知欲［8］。教師在組織課堂活動時，要重點做到“引”“領(lǐng)”的作用，從現(xiàn)實生活中人們熟悉的案例入手，與學(xué)生分享一些人工智能技術(shù)在日常生活中生動有趣的應(yīng)用和故事，通過講趣味故事—形象化描述—感知—推理—生成(語音、圖片、文字)這個過程使學(xué)生從趣味故事入手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和想象空間，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識［9］。2.2.2增加實驗教學(xué)內(nèi)容，引入逆向思維。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實際情況，靈活設(shè)置實驗教學(xué)內(nèi)容，做到因材施教，為了更好地了解學(xué)生對于實驗課的認識以及對實驗教學(xué)內(nèi)容的需求，調(diào)查了學(xué)生對人工智能通識課程實驗教學(xué)內(nèi)容的需要，如圖2所示。結(jié)果顯示，希望增加“體驗性實驗內(nèi)容”的學(xué)生平均占比46.5%、“實驗仿真操作”占比54.5%、“實驗內(nèi)容增強趣味性”占比61%、“最新人工智能技術(shù)模擬操作”占比64.5%。對于編程能力較強的學(xué)生，可以讓其選擇一些典型算法進行模擬—運行—改進(或用不同程序語言實現(xiàn)或改進程序框架)—比較。對于編程能力較弱但是空間想象力較強的學(xué)生，可以讓其從認識自己開始，比如開展人臉識別算法實驗如圖3所示，通過臉部輪廓—臉部特征—人臉檢測—人臉識別—在實際中的應(yīng)用案例等過程進行人臉識別過程的分析與算法的應(yīng)用，算法的描述可以用偽代碼表示。根據(jù)學(xué)生的不同愛好、興趣點，劃分成項目小組，布置小項目，小組成員分工協(xié)作，完成任務(wù)［10］。引入逆向思維方式，讓學(xué)生根據(jù)智能技術(shù)處理的結(jié)果進行大膽地否定或改造，根據(jù)結(jié)果制訂處理方案，突破常規(guī)方法，激發(fā)創(chuàng)新思維。例如，對于圖3中人臉、眼、鼻、嘴巴等的識別，同學(xué)們可以觀察自己或者同伴的臉部特征，創(chuàng)造各種奇思妙想的解決方案，以全新的視角和突破口解決實際問題。

2.3改革考核模式，激發(fā)創(chuàng)新思維

合理的考核方法能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、連續(xù)性，增強學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新思維。設(shè)置靈活多樣的分級分層考核方式，不僅能夠有效檢測學(xué)習(xí)效果，還能實現(xiàn)因材施教的教學(xué)目標(biāo)。人工智能課程的考核應(yīng)注重學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的階段性、連續(xù)性，重點考查學(xué)生創(chuàng)新思維的綜合運用能力。根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)設(shè)置相關(guān)考核題目，教師可以與企業(yè)技術(shù)人員合作，通過視頻的方式組織學(xué)生答辯，也可以建立信息平臺，讓學(xué)生將文檔資料和自己所做題目的目標(biāo)、方法、步驟、思考角度錄制成視頻上傳。評估小組可以從學(xué)生題目的目標(biāo)、思考方法、靈活性、獨創(chuàng)性等角度進行評分。

3結(jié)語

在人工智能發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略的背景下，如何培養(yǎng)智能化創(chuàng)新型人才已經(jīng)成為各高校和專業(yè)建設(shè)的迫切任務(wù)。人工智能系列課程必須做好教學(xué)改革，優(yōu)化課程內(nèi)容，改進教學(xué)方法，并結(jié)合身邊故事進行學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)置，探索學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)方法，以推動人工智能教育走上新臺階，促進交叉學(xué)科的深度融合發(fā)展，以期為人工智能的通識教育和有關(guān)的系列課程教學(xué)提供借鑒。

作者:李海軍 王振嶺 段文秀 單位:德州學(xué)院計算機與信息學(xué)院