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>> 研究生人工智能系列課程教學改革 研究生人工智能課程教學探索 研究生“人工智能”課程教學改革探索 人工智能實驗課教學改革研究 人工智能課程全英文教學改革 創(chuàng)新型人工智能教學改革與實踐 《人工智能》碩士課程教學改革的研究與實踐 落實科學發(fā)展觀,深化“人工智能”課程的教學改革 面向人工智能的信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)教學改革 人工智能課程教學方法研究 人工智能的應用研究 日本巨資扶持人工智能研究 人工智能系列課程研究 高中人工智能教學初探 《人工智能》雙語教學初索 人工智能雙語教學建設 人工智能實驗教學探討 “人工智能”之父 人工智能 AI人工智能 常見問題解答 當前所在位置：l(美國人工智能協(xié)會)、caiac.ca/(加拿大人工智能協(xié)會)等，它們包括了學科前沿動態(tài)、討論交流及大量的代碼資源等。通過使用這些資源，學員可及時了解人工智能最新發(fā)展動態(tài)，進行人工智能程序設計的交流及對一些問題進行較為深入的探討。

2教學方法研究

研究生教學應更突出學生的主體地位，注重發(fā)揮其學習的主動性和自覺性，為此，課程組結合課程特點，在教學方法進行了如下探索。

2.1加強教學設計

教學設計就是對教學活動進行系統(tǒng)計劃的過程, 是教什么(課程內(nèi)容)及怎么教(組織、方法、策略、手段及其他傳媒工具的使用等)的過程[2]。在教學過程中，每節(jié)課授課前，堅持集體備課的原則，由課程組集體討論選定授課內(nèi)容，補充閱讀文獻，根據(jù)授課對象與課程內(nèi)容特點，確定課堂組織方式，采用的授課方式以研討式教學為主，給合講授、實驗、自學等。

2.2抓好課堂教學環(huán)節(jié)

教學方法與教學手段是保證課堂教學效果的關鍵。本課程授課對象主要為碩士研究生，他們的接受能力較強，有一定的求知欲。由于學員人數(shù)較少，授課方式可靈活組織。教室有完備的多媒體設備，基本的軟件實驗環(huán)境，教學過程可采用靈活教學方法、多種教學手段，提高教學效率，保證授課質量。

1) 以研討式為主的教學方式。研究生教學應堅持學術研究為導向，發(fā)揮學員在學習過程中的主動性和自覺性。由于研究生學員有一定的學習基礎與自學能力，教員可以在課前給學員布置預習內(nèi)容，學員通過查閱資料、分析整理進而形成自己的觀點，使在課堂教學中師生互動交流成為可能，改變傳統(tǒng)的教員講，學員聽的灌輸式教學方式。研討式教學也有力于培養(yǎng)學員積極思考、創(chuàng)新思維的習慣與能力。

2) 教學手段的信息化。人工智能原理教學一個突出矛盾是知識點多、內(nèi)容抽象、理論性強，但學時較少，因此，必須發(fā)揮現(xiàn)代教學手段的作用，提高教學效率。為此，課程組對每節(jié)課都精心設計了教學課件，課堂教學中以課件為主，輔以板書，充分利用多媒體信息量大、直觀等優(yōu)點，改善教學效果；引入教學聲像資料，便于學員課下學習；設計演示程序，使部分比較抽象、不易于理解的內(nèi)容，如子句歸結、搜索策略更形象直觀，易于學習和掌握。

3注重培養(yǎng)學員學術研究能力

學術能力是指專門對某一學問進行系統(tǒng)的哲理或理論研究的能力，它不僅包括思辨的方面，還包括實踐及感性的敏感力等方面。研究生階段學習的一個突出特點是要求學習的主體――研究生必須具備研究的能力[3]。論文寫作是培養(yǎng)、鍛煉、提高研究生的學術能力的重要途徑，在教學實施過程中，要求每個專題學習結束后，都要提交一份格式符合期刊發(fā)表要求的總結報告，題目可自行選定，也可由教員指定；內(nèi)容既可以是人工智能該專題某一算法的實現(xiàn)，也可以是對某一問題的進一步研究，或者是對該專題最新研究進展的綜述。教員重點在以下幾個方面予以指導。

1) 選題準確。要求選題不能過于宏大，應以小題目反映大問題，具有一定的可研究性為宜。

2) 研究內(nèi)容。研究目標明確，方法恰當，能夠提出自己的見解，所提觀點正確。

3) 論文結構。結構清晰、完整，論述嚴謹，表達規(guī)范。

4) 占有文獻豐富。撰寫過程中要有意識培養(yǎng)學員查閱科技文獻的能力，要求查閱反映最新研究成果的權威文獻。

4加強實驗環(huán)節(jié)教學

人工智能教學在進行各種理論知識講授的同時，還應重視實踐教學，把抽象的知識轉化為形象、直觀的實驗，讓學員真正理解人工智能的概念、本質、研究目標，從而提高學員多角度思維的能力和邏輯推理能力，進一步了解信息技術、計算機技術發(fā)展的前沿，培養(yǎng)他們對人工智能研究的興趣，激發(fā)對人工智能技術未來的追求。為此，課程組借鑒國內(nèi)外知名大學人工智能實驗教學經(jīng)驗，編寫了《人工智能原理實驗指導書》，圍繞問題表示、經(jīng)典邏輯推理、不確定推理、搜索策略及簡單專家系統(tǒng)實現(xiàn)等教學內(nèi)容提供了7組實驗供學員選擇。

例如，在狀態(tài)空間搜索一節(jié)教學過程中，先完成理論部分的教學，使學員對狀態(tài)空間基本概念、問題表示及求解方法有一個準確的認識，然后進行實驗教學。由學員自主完成重排九宮問題求解的程序，初始狀態(tài)和目標狀態(tài)如圖1所示，調(diào)整的規(guī)則是，每次只能將與空格(左、上、下、右)相鄰的一個數(shù)字平移到空格中[4]。實驗過程重點指導學員掌握狀態(tài)空間進行問題求解的關鍵步驟：問題表示和搜索策略。問題表示就是要確定該問題的基本信息及程序實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結構，基本信息有初始狀態(tài)集合、操作符集合、目標檢測及路徑費用函數(shù)，數(shù)據(jù)結構可采用向量、鏈表等形式；搜索策略可分為盲目式搜索和啟發(fā)式搜索，可按照先易后難的原則，先實現(xiàn)盲目搜索中的廣度優(yōu)先及深度優(yōu)先搜索，在此基礎上再定義估價函數(shù)實現(xiàn)啟發(fā)式搜索。而在啟發(fā)式搜索實現(xiàn)過程中，又可以通過定義不同的啟發(fā)函數(shù)：如某狀態(tài)格局與目標節(jié)點格局不相同的牌數(shù)、不在目標位置的牌距目標位置的距離之和等加以比較，準確理解啟發(fā)函數(shù)的意義。通過實驗，學員加深了對課堂講授的理論知識的理解，能夠熟練地將狀態(tài)空間法運用于實際問題的求解，提高了工程實踐能力。

實驗教學組織方式可根據(jù)具體的實驗內(nèi)容特點，采用上機編程實驗、演示程序驗證、模擬平臺開發(fā)、分組討論等多種形式進行。

5適度開展雙語教學

研究生的英語基礎普遍較好，基本都通過了國家公共英語四級考試，部分學員通過了六級考試，加之在本科階段還開設了專業(yè)英語課程，因此，在培養(yǎng)研究生人工智能知識的同時，我們要提高學員閱讀原版英文資料、用英語進行簡單科技寫作及對外學術交流的能力，適度開展雙語教學，對此，我們可采取以下基本方式。

1) 專業(yè)術語全部用英語表示。

在教學過程中用英語表達人工智能原理中的專業(yè)術語和主要概念，如Knowledge Representation(知識表示)、Depth-First Search(深度優(yōu)先搜索)、Breadth- First Search(廣度優(yōu)先搜索)等。

2) 以英文原版教材為教學參考書。

選定機械工業(yè)出版社出版的《Artificial Intelligence Structures and Strategies for Complex Problem Solving》為參考書，該書“是人工智能課程的完美補充。它既能給讀者以歷史的觀點，又給出所有技術的實用指南[5]?！?/p>

3) 加強英文文獻的閱讀。

在課程論文撰寫時，要求閱讀一定數(shù)量的外文文獻；在討論課中，鼓勵學員使用英語進行討論。

經(jīng)過課程學習，學員都能準確掌握人工智能學科專業(yè)詞匯，英文運用能力得到一定提高，能較自如地閱讀原版英文專業(yè)資料，為進一步用英文進行學術交流及學術論文寫作打下基礎。

6考試與成績評定改革

考核方式采用傳統(tǒng)的試卷與課程論文、實踐環(huán)節(jié)等三部分組成，全面考查學員對基礎理論知識掌握情況以及理論聯(lián)系實際的能力，其中試卷占70%，課程論文占10%，實踐環(huán)節(jié)占20%。課程論文題目不作限制，由學員在課程學習階段結合某一專題選定題目，課程論文以選題意義、研究內(nèi)容、論文結構、參考文獻及撰寫規(guī)范等指標為評價依據(jù)；實驗成績采用實驗過程考查、實驗結果驗收和實驗報告評閱相結合的考核方法，綜合評定。這樣做不但考核了學員人工智能基本理論掌握情況，也反映了學員的學術研究能力和工程實踐能力。同時，考核結合實際教學進程，改變了單一課終總結性考核的弊端。

7結語

經(jīng)過課程組近兩年的教學方法研究與教學實踐，研究生人工智能原理課程教學收到較好的效果，但仍存在一些問題，如在課堂討論環(huán)節(jié)，個別學員準備不充分、討論不夠深入；課程論文撰寫選題隨意，文獻綜述不夠全面、準確，論文格式不夠規(guī)范等。在今后的授課中，課程組將根據(jù)授課研究生人數(shù)較少的特點，采取明確每名學員預習重點、加強課程論文交流等方式予以改進，力求取得更好的教學效果。同時，進一步充分利用便利的校園網(wǎng)平臺，開展“人工智能原理”網(wǎng)絡課程建設，購買或自主開發(fā)網(wǎng)絡教學資源，引導學員利用網(wǎng)絡資源進行個性化自主學習，增強教學過程的信息化程度。

參考文獻：

[1] 王永慶. 人工智能原理與方法[M]. 西安:西安交通大學出版社,2002:1.

[2] 李志厚. 國外教學設計研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 外國教育研究,1998(1):6-10.

[3] 肖川,胡樂樂. 論研究生學術能力的培養(yǎng)[J]. 學位與研究生教育,2006(9):1-5.

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[5] George F.Luger.Artificial Intelligence Structures and Strategies for Complex Problem Solving[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009:754.

Reform on Postgradrates Artificial Intelligence Course Teaching

TAN Yuehui, QI Jianfeng, WANG Hongsheng, LI Xiongwei

(Department of Computer Engineering, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

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關鍵詞：人工智能；教學改革；教學方法

引言

人工智能(ArtificialIntelligence)是一門研究和模擬人類智能的跨領域學科，是模擬、延伸和擴展人的智能的一門新技術。由于信息環(huán)境巨變與社會新需求的爆發(fā)，人工智能技術的日趨成熟。隨著AI3.0時代的到來，大數(shù)據(jù)、云計算等新技術的應用也愈發(fā)廣泛，對于管理類人才來說，加強對人工智能知識的深入學習，不斷將人工智能技術與管理知識結合起來，對其未來職業(yè)生涯的發(fā)展有著重要作用。人工智能是一門前沿學科，管理學院開設人工智能課程的目的是為了更好地培養(yǎng)學生的技術創(chuàng)新思維與能力，基于其覆蓋面廣、包容性強、應用需求空間巨大的學科特點，通過概率統(tǒng)計、數(shù)據(jù)結構、計算機編程語言、數(shù)據(jù)庫原理等基礎課程的學習，加強學生解決實際問題的能力，為就業(yè)打下基礎。本文基于社會對于人工智能領域的人才需求，結合諸多長期從事經(jīng)管類專業(yè)課程教學的老師意見，針對管理類人才的人工智能課程教學內(nèi)容與方法進行探討，以期對中國高校人工智能課程教學改革研究提供幫助與借鑒。

1、教學現(xiàn)狀與問題

作為一門綜合性、實踐性和應用性很強的理論技術學科，人工智能課程內(nèi)容及內(nèi)涵及其豐富，外延極其廣泛。學習這門課程，需要較好的數(shù)學基礎和較強的邏輯思維能力。針對管理類人才，該課程在課程教學過程中存在幾個較為突出的問題。(1)課堂教學氛圍枯燥目前，中國大多數(shù)大學仍采用傳統(tǒng)的課堂教學模式，在教學過程中照本宣科，忽略與學生的互動，并且缺乏能夠有效引起學生學習興趣與加深知識理解的教學環(huán)節(jié)設置，如此一來大大降低了學生自主思考的能力。在進行人工智能相關課程知識講解時，隨著章節(jié)的知識難度不斷增加，單向介紹式的枯燥教學方式無法反映人工智能學科的全貌，課堂講解難以同時給以學生感性和理性的認知，部分學生因乏味的課堂氛圍漸漸無法跟上教學進度，導致學習動力不足。(2)基礎課程掌握不牢管理類專業(yè)的學生大部分都會走向更加具體化的管理崗位，具有多學科的素養(yǎng)，但這也導致很多學生所學知識雜而不精。學生在基礎不夯實的情況下去學習更高層面的知識，給學生學習與老師教學都造成了很大困擾。人工智能課程知識點較多，涵蓋模式識別、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘等眾多內(nèi)容，概念抽象，不易學習。一些管理類專業(yè)的學生未能熟練掌握高等數(shù)學、運籌學、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)庫技術等先修課程，缺乏一定的關聯(lián)思考和研究意識，導致課程學習難度增加，產(chǎn)生學時不足和教學內(nèi)容難點過多的問題。(3)教學與實際應用脫節(jié)當下，人工智能廣泛應用于機器視覺、智能制造等各個領域，給學生提供了大量的現(xiàn)實案例，使得人工智能不再是高深莫測的理論，而是現(xiàn)實中可以觸及的內(nèi)容。例如，在機械學科領域，人工智能技術是電氣工程、機械設計制造、車輛工程等方向的重要技術來源；在醫(yī)療領域，是醫(yī)療器械的創(chuàng)新生產(chǎn)源動力；在能動領域，是高端能源裝備與新能源發(fā)展的重要驅動；在光電信息與計算機工程領域，技術的發(fā)展時刻推動著智能科學與技術核心價值的提升。然而，對于管理類專業(yè)的學生來說，現(xiàn)階段的人工智能教材涵蓋許多智能算法及相關理論，在教學過程中常常涉及到很多從未接觸過的抽象理論和復雜算法，書本中的應用實例大多紙上談兵，缺乏專門適用于管理類專業(yè)知識與人工智能技術相結合的教學實踐，加上一些教師授課方法單一，不利于引導學生將人工智能算法應用于現(xiàn)實生活。另外，大學生對知識的理解能力差異很大，教師采用統(tǒng)一的方式教給他們，這使一些學生無法跟上和理解，教師也無法控制學生的學習狀況，導致學生缺乏動力。因此，如何結合學生的現(xiàn)實情況，提高他們的動手能力和實踐經(jīng)驗也是人工智能課程教學要考慮的問題。

2、管理類人才的人工智能課程教學改進策略

課程教學改革是一項提高大學教學效果和人才培養(yǎng)質量的重要手段。如何在時代背景下應用新技術和新思想進行實施課程教學改革是高校亟待解決的問題。對于高校的教學工作而言，教學目標、教學內(nèi)容和教學方式的變化不再是課程資源的簡單數(shù)字化和信息化，而是充分利用時代信息資源優(yōu)勢的新型教學模式。針對管理類專業(yè)人工智能課程教學過程中存在的問題，可以從教學方法改進和教學內(nèi)容設置兩個方面進行課程教學改進。

2.1教學方法改進

教師對學生具有引領作用，其教學方法的改進能夠帶動學生改進自身學習方法。(1)啟發(fā)式案例教學案例教學法就是教師根據(jù)教學目標、教學內(nèi)容以及教學要求，通過安排一些具體的教學案例，引導學生積極參與案例思考、分析、討論和表達等多項活動，是一種培養(yǎng)學生認知問題、分析和解決問題等綜合能力的行之有效的教學方法。啟發(fā)式案例教學以自主、合作、探究為主要特征，調(diào)動學生的學習積極性，并緊密結合人工智能領域的相關理論與方法，有效理解知識要點及其關聯(lián)性，適用于管理類專業(yè)學生的教學。具體而言，高?；谄鋯栴}啟發(fā)性、教學互動性以及實踐有用性等特點，可以建立基于人工智能知識體系的教學案例庫，雖然這項建設將極具挑戰(zhàn)性與耗時性，但具有很強的積極效果：培養(yǎng)學生較強的批判性思維能力，更多地保留課程材料，更積極地參與課堂活動，對提高教學質量、培養(yǎng)具有人工智能背景的管理類人才具有重要意義。例如，通過單一案例教學，讓學生掌握相關基礎知識原理及應用；通過一題多解的案例使學生思考如何獲取最有效的解題方法；通過綜合案例的設計，啟發(fā)學生全方位地探索問題的解決方案。(2)研討互動式教學研討互動式的各個教學環(huán)節(jié)是逐漸遞進、有機結合的。研討是基于學生個體的差異性，在課堂討論的過程中對學生做出評判，從而對不同類型的學生開展針對性的教學。互動則是在研討的基礎上，通過老師與學生、學生與學生的互動，讓學生主動參與到課堂教學的過程中來。在人工智能課程教學過程中，教師通過課堂討論了解學生對于知識點的掌握情況，可以有針對性地設計教學內(nèi)容，例如，對于學校積極性不強的學生，將人工智能理論內(nèi)容與學生個人興趣范疇、社會產(chǎn)業(yè)發(fā)展及研究現(xiàn)狀聯(lián)系起來，能夠極大程度地提高學生學習的自主能力；對于基礎知識較為薄弱的學生，可以在教師的指導下查閱相關文獻資料，根據(jù)自己的理解撰寫心得報告，并在課堂或課外進行師生互動。像這樣研討與互動相結合的模式。有助于增強學生的探索和求知欲望，建立起濃厚的學習氛圍。(3)有效激勵式教學人工智能是引領未來的戰(zhàn)略性技術，人才需求量極大，對教師的教學水平也提出了更高要求，因此，進行有效激勵極為重要。在學生激勵方面，可以舉辦各類人工智能競賽項目，設置相應項目獎學金，吸引學生參與實踐，調(diào)動學生做研究、發(fā)論文的積極性。例如，教育部主辦的中國研究生人工智能創(chuàng)新大賽，圍繞新一代人工智能創(chuàng)新主題，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，提高學生的創(chuàng)新實踐能力，為人工智能領域健康發(fā)展提供人才支撐。高校也可以借鑒這種模式，在各學院乃至全校開展此類競賽項目，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力與團隊合作能力，鼓舞更多學生加入到人工智能課程的學習中來，激發(fā)其學習興趣。在教師激勵方面，在教師聘任和提升過程中把參加學生課程制定、課堂與課外作業(yè)、課程項目和論文指導等看作教學任務的一部分，鼓勵教師積極參與這些活動。(4)學科滲透式教學人工智能學科知識融合程度較高，學科交叉性強?；谌斯ぶ悄艿膶W科交叉性特點，增強管理類人才對學科應用的領悟，可以采取開展學科滲透式教學的方法。從2015年起，國務院和教育部先后印發(fā)了《國務院關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見教育》、《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》等文件，“互聯(lián)網(wǎng)+”、“智能+”已經(jīng)滲透到各個領域，人類進入數(shù)字經(jīng)濟時代，社會需求“技術+管理”的高端復合人才。例如，基于工業(yè)4.0和強國戰(zhàn)略，人工智能技術在智能制造的應用極為廣泛。上海理工大學非常重視少數(shù)民族預科班的教育質量。為增強少數(shù)民族管理類人才對該領域應用的認識，我們請機械工程、能源動力領域的相關專家以授課或講座的形式，進行相關領域知識和發(fā)展趨勢的講解，使學生理解更為透徹。此外，在教學實踐過程中，還可以用舉辦人工智能知識交流會、線上人工智能論壇等形式，促進不同專業(yè)間老師、學生對于人工智能知識模塊的見解，相互交流、滲透和學習，從而推動人工智能課程教學的改進。

2.2教學內(nèi)容設置

世界一流大學在人工智能課程內(nèi)容設置根據(jù)不同國家的教育體系設置，肯定會有不同，但頗有共通之處。本文借鑒世界頂尖大學經(jīng)驗，針對管理類專業(yè)人工智能課程教學內(nèi)容進行研究，結合中國教育體系設置，認為應從以下幾方面進行改進。(1)核心內(nèi)容設置為避免學生因為知識點過多而出現(xiàn)雜而不精的問題，勢必要精化教學內(nèi)容。在互聯(lián)網(wǎng)時代，我們可以使用云計算和其他方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸、存儲和處理，通過在線收集和整合網(wǎng)絡課程相關數(shù)據(jù)，挖掘和豐富教學資源，并在整合課程資源的基礎上，進行研究方法和前沿知識的擴展。在核心內(nèi)容設置方面，可以通過收集到的數(shù)據(jù)資料，選擇人工智能領域具有代表性且難易程度適中的知識作為重點，使學生能夠在有限的學時內(nèi)掌握人工智能的知識脈絡。例如，編寫針對管理類人才的人工智能教材，內(nèi)容涉及緒論、知識表示與推理、常用算法、機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等方面的同時，重點增加相應知識點在管理上的應用案例，加強學生對知識點的理解。同時，根據(jù)管理類專業(yè)偏向領域，開設關聯(lián)程度較大、應用較廣泛的人工智能選修課程，以便學生根據(jù)自己的興趣與需求選修具體方向的課程。(2)注重學生的數(shù)理及編程基礎良好的數(shù)理及編程基礎是學習人工智能的前提。只有具備了這些基礎，才能搞清楚人工智能模型的數(shù)量關系、空間形式和優(yōu)化過程等，才能將數(shù)學語言轉化為程序語言，并應用于實驗。管理學院人才的數(shù)理及編程基礎相對薄弱，因此，在安排學生學習人工智能課程之前，建議開設面向全體管理類專業(yè)學生的微積分、線性代數(shù)、概率論等專業(yè)基礎數(shù)學課程以及C語言、python等編程基礎課程，使學生具備數(shù)學分析的基礎與一定編程基礎，為學習人工智能課程打下堅實的基礎。另外，可以推進MOOC平臺建設，在平臺上開設人工智能網(wǎng)絡課程，幫助學生掌握人工智能知識基礎及專業(yè)技能。(3)實驗建設為了加強學生對于人工智能知識點間的關聯(lián)性理解，可以基于不同的應用模塊，設計具有前后鋪墊、上下關聯(lián)的綜合性實驗，設計不同層次的項目要求，同時基于相同的實驗課題，讓學生分組對實驗課題進行攻克，并設置多元化的實驗評價體系，通過實驗教學過程中反映出的不同進度，讓教師能對學生的學習水平做出準確評判，及時進行教學反思，以便更好地開展下一步工作。例如，針對人工智能課程應用中很廣的遺傳算法，在某一管理規(guī)劃的具體應用上設置理解－實現(xiàn)－參數(shù)分析－具體應用－嘗試改進－深度拓展的不同層次的項目要求，在這些項目層次中規(guī)定必做項與可選項，讓學生基于同一實驗課題進行合作學習，然后通過個人自我評價、小組成員互相評價以及教師評價的方式進行打分，對小組整體能力以及個人能力進行綜合評估，以期培養(yǎng)學生的自主思考能力。

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人工智能技術及其應用的發(fā)展歷史雖然只有短短的50余年，但是它作為信息技術的前沿領域，對社會經(jīng)濟和發(fā)展的影響卻越來越大。在基礎教育課程改革的大潮中，許多國家意識到基礎教育領域開展人工智能教育的必要性，努力把人工智能列入技術類教育的教學內(nèi)容中。作為師范類院校，教授人工智能課是有必要的。? 

（1）為部分優(yōu)秀的學生將來做更深入的研究打堅實的基礎。在面向知識經(jīng)濟的今天，研究獲取、表示和使用知識的人工智能學科越來越受到人們的重視。目前人工智能研究被列為中國高技術領域的重點之一。以專家系統(tǒng)為代表的智能化系統(tǒng)在信息技術中也占有重要地位。因此在高等教育中開展人工智能教育和智能化系統(tǒng)的研發(fā)，不僅是計算機科學的應用，也是促進各學科服務于國民經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢。為使人工智能的理論、方法和技術的研究與應用普及和深入，教育重心必須要下移，即從研究生教育向本科教育普及。開展本科層次人工智能普及教育的有效途徑之一是在本科高年級開設相關選修課。開展人工智能教育，不僅能夠更好地發(fā)揮高等院校的育人和科學研究功能，而且能為學生拓寬專業(yè)路徑，擴大自主學習空間和發(fā)展個性創(chuàng)造條件，同時也為營造一個使學生不僅有寬厚、扎實的理論基礎，且具綜合分析和解決問題能力的環(huán)境。? 

（2）為將來從教的學生積聚大量的知識。英國早在1999年，人工智能課程已經(jīng)作為選修課出現(xiàn)在中學的信息與通訊技術（ICT）課程中。許多中小學還通過機器人競賽活動來激發(fā)中小學生學習人工智能的興趣，使學生不僅提高了用信息技術解決問題的能力，而且培養(yǎng)了多種思維方式，獲得了更多的創(chuàng)新空間。美國現(xiàn)行的中學信息技術課程設置中，將人工智能的內(nèi)容作為“媒體與技術”層面對12年級學生的要求。澳大利亞的部分中學開設的信息處理與技術課程，人工智能、信息系統(tǒng)、算法和程序設計、社會和倫理道德、計算機系統(tǒng)分別作為5個主題共同構成了該課程的教學內(nèi)容。在該課程的大綱中規(guī)定，人工智能部分的教學內(nèi)容在高中第3學期為12年級的學生開設，教學時間為10周。? 

在我國，多年以來中學奧林匹克信息學競賽中一直包含有人工智能相關的題目，涉及啟發(fā)式搜索、博弈、智能程序設計等問題。2003年4月，我國教育部正式頒布《普通高中技術課程標準（實驗）》，首次在信息技術科目中設立了“人工智能初步”選修模塊，標志著我國高中人工智能課程的正式起步。? 

我國的新課程標準頒布后，教育部評審并通過了分別由教育科學出版社、廣東高教出版社、地圖出版社、上?？萍冀逃霭嫔绾驼憬逃霭嫔绯霭娴?套高中《人工智能初步》教材，并開發(fā)了相應的教輔材料，包括教師用書和配套光盤等。為了配合中學人工智能課程的實施，國內(nèi)也推出了一些適合中學生學習與體驗的人工智能軟件和網(wǎng)絡資源。另一方面，一些高校的本科生、研究生也逐步關注中學人工智能教育的開展并將其作為畢業(yè)論文的研究選題。一些師范院校適應形勢要求，已為師范生開設了與此相關的選修課程。? 

2 人工智能的教育及教學條件現(xiàn)狀? 

通過對本人多年的教學過程進行總結，我校的《人工智能》課程教育現(xiàn)狀可總結為如下幾點：? 

（1)理論知識充裕。但與實踐相脫節(jié)，特別是在智能科學技術的教育教學方面。盡管知識面相當廣泛，而人工智能理論的普及教育以及智能技術的開發(fā)與應用仍然十分滯后。? 

(2)同其它普通高等院校一樣，在本校，人工智能技術的研究與應用尚未普及，甚至比不上其它院校。這不利于培養(yǎng)學生的科研興趣及創(chuàng)造精神。? 

（3）缺乏配套實驗教材，實驗教學內(nèi)容缺乏，無法培養(yǎng)學生的研究能力和創(chuàng)新能力。只有開設實驗項目，才能使人工智能的相關知識具有研究性和綜合性。? 

（4）對中小學智能教育的深度及教學方式、教學特點缺乏研究。做為師范類院校，我認為在對學生進行基礎知識教育的基礎上，要緊抓中小學智能教育的特點對師范類學生進行相關的教育與培訓。? 

相對于教育現(xiàn)狀，我校的《人工智能》課程教學條件現(xiàn)狀要稍好一些，其狀態(tài)如下：? 

（1）教材使用國家級規(guī)劃教材，此教材非常系統(tǒng)地介紹了人工智能的基本原理、方法和應用技術，適合本科及研究生使用。在我們的授課過程中，也會適當為學生提供相關的國內(nèi)其他先進教材，如中南大學蔡自興教授的《人工智能及其應用》等。? 

（2）為了促進學生自主學習，我們準備了多種類型的擴充性學習資料，加強學生主動學習的意識，包括：課程相關雜志和書籍目錄，以及部分重要的參考文獻，與人工智能相關的網(wǎng)絡資源如優(yōu)秀BBS、新聞組、網(wǎng)址等。 它們包括了大量的文獻資料、本領域研究的前沿動態(tài)等。 使用表明，學生非常樂于查閱這些資源。 使學生能通過使用這些資源進行一些人工智能程序設計，探討一些問題，在課堂討論中展示他們的收獲。? 

(3）校園網(wǎng)的普及與不斷優(yōu)化使本課程有優(yōu)良的實踐性教學環(huán)境，能充分滿足教學需要。我們擁有較充足的多媒體教室和網(wǎng)絡教室，為實現(xiàn)本課程教學提供了物質保障。在網(wǎng)絡資源建設方面，全校辦公室、教室、學生宿舍和教師宿舍都以寬帶網(wǎng)相連，這些硬件設備對本課程教學發(fā)揮了重要作用，使本課程教學質量得以明顯提高。? 

3 人工智能教學方法及手段的改革? 

針對我們現(xiàn)在所采取的教學方法，我認為存在許多不足，如教學方式比較單一，教學內(nèi)容偏重理論講解等，為此，提出以下教學方法的改革：? 

（1）通過多種途徑激發(fā)學生的學習興趣。課程的學習效果，直接受到學生興趣和參與意識的影響。一般來講，《人工智能》作為一門前沿課程，開始學生學習興趣很大，當開始接觸到抽象理論知識及部分算法時，學生往往感到不易接受。 我們通過各種途徑和方法， 激發(fā)和培養(yǎng)學生的學習興趣，包括鼓勵學生參與某部分知識的擴充性資料查找,預留一定時間請學生負責對此內(nèi)容進行講解，布置學生對某個基本成型的實驗進行糾錯及驗證，降低問題解決的難度。學生因此產(chǎn)生興趣從而做更深度研究。? 

(2）進行啟發(fā)式教學。 我們可以嘗試在教學過程中不斷提出問題請學生思考，啟發(fā)學生求解這些問題，鼓勵學生提出自己的猜想和解決方案，然后擺出教材中的解決方案，并與同學所提出的觀點進行分析和比較，這足以加強學生學習的主動意識和參與意識，提高學生學習的積極性。? 

(3）課堂辯論與交互式教學。 組織課堂辯論，討論的議題可定位為譬如人工智能是否能超過人類智能等有爭議的問題。學生通過對這些問題展開激烈爭論，激發(fā)了學習潛能，明確了學習目標。當然師生間的交流方式還有很多，如郵件互發(fā)、QQ留言等，也可在課程網(wǎng)站中的互動平臺進行交流。? 

(4）分層次因材施教。 在授課過程中，通過對每個具體學生的學習進度、課堂作業(yè)情況進行及時評估，對學生提出進一步的學習建議和指導， 實現(xiàn)個性化的教學。 對優(yōu)秀學生探討，可以在教學設計和實驗設計中要求其選作部分探索性、創(chuàng)新性的功課和實驗，以發(fā)揮學生個性優(yōu)勢。對于有意于將來從事中小學教育的學生可以在機器人及人工智能技術發(fā)展現(xiàn)狀等知識層面對其做問題講解。而那些看似缺乏興趣的學生，我們可以用多媒體手段如播放人工智能相關電影及科學小片引起其興趣，實行逐步引導的教學過程。? 

另外，我們可以嘗試雙語教學。 采用中文教材和講授的同時，注重在課程中的關鍵詞同時用英文表示，并適當指定英文參考短文和英文參考書。使學生能夠接觸國外文獻資料，加深對學習內(nèi)容的理解，獲得更寬廣的知識。我們也可以在教學內(nèi)容安排上，注重理論聯(lián)系實際，將一些人工智能網(wǎng)絡上的虛擬實驗給學生進行課外上網(wǎng)練習，從而使學生了解算法的具體運行過程， 通過參與達到知識的理解，掌握基本方法和技術。? 

 

根據(jù)現(xiàn)有的條件，我們在教學中可以采用多媒體教學和網(wǎng)絡課程教學相結合的方法，充分利用多媒體的豐富表現(xiàn)形式，利用網(wǎng)絡課程的交互性、情景化等特點，構筑以學生為主體的《人工智能》課程現(xiàn)代教學模式。 對于抽象知識，可通過動畫和視頻演示，通過聲音和圖像展示人工智能的歷史、人物和前景，做到學生直接而深刻地看到知識的內(nèi)涵外延。網(wǎng)絡課程能較好地實現(xiàn)交互并使學習過程情景化，通過網(wǎng)絡課程的課堂練習和章節(jié)練習，教師可以評價學生的學習情況，并給學生提出學習建議，從而提高學生的研究力和創(chuàng)新力。我們也可以給學生播放中學《人工智能》課程課堂教學錄像，以使學生看到初高中學生的知識范圍及深度；同時給學生播放現(xiàn)有的《人工智能》科學成果，讓學生看到理論背后的實踐；也可以播放科幻片，激發(fā)學生想象的翅膀從而有興趣把人工智能作為將來深造的方向?！度斯ぶ悄堋肥且婚T較新的課程，改進教學方法和手段不僅要靠教師，也應增加硬件設備的投入。如果人工智能能采用智能輔助教學系統(tǒng)或機器人輔助教學過程逼真、形象，一目了然，這樣可大大提高學生的學習效率，尤其是提高學生的觀察判斷能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。? 

4 人工智能實踐教學設計的探討? 

我們可以在教學過程中，適量開設一些實驗和設計，提高學生的動手能力，并加深他們對理論知識的理解，降低理論的抽象度，提升理論的實用性。在近兩年的教學過程中，我們會適量加入一些人工智能語言的教學過程。例如，在講解了“野人與傳教士過河”等問題后，我們可以讓學生使用Visual Prolog或者C ?++?對算法進行實現(xiàn)；在講解 TSP 問題的遺傳算法解決案例后，指出編碼方案、初始種群大小、進化代數(shù)、交叉率變異率等因素對求解結果的影響，并要求學生通過實驗的方式來分析、理解這些問題，并提出“尋找更有利的解決方案”等問題。把學生的興趣激發(fā)后，為解決這些問題，學生會在課外主動查閱相關文獻、相互討論以實現(xiàn)他們所設計的方案，這樣既培養(yǎng)了學生善于鉆研和勇于創(chuàng)新的精神又提高了學生的實踐與創(chuàng)新能力。? 

參考文獻：? 

［1］ 熊德蘭,李梅蓮,鄢靖豐.人工智能中實踐教學的探討［J］.宿州學院學報,2008(1).? 

［2］ 何元烈,汪玲.“Visual C ?++?”在“人工智能”教學中的應用與探討［J］.廣東工業(yè)大學學報:社會科學版,2008(8).? 

篇4

關鍵詞：人工智能；研究生教學；教學方法

人工智能是一門研究機器智能的學科，是在研究人類智能行為規(guī)律的基礎上，利用人工的方法和技術，研制智能機器或智能系統(tǒng)來模仿、延伸和擴展人的智能，實現(xiàn)智能行為。在知識經(jīng)濟向智能經(jīng)濟高度發(fā)展的今天，人工智能具有重要的理論意義和社會價值。人工智能理論已經(jīng)滲透到各個領域，人工智能技術也得到廣泛應用，許多研究成果已經(jīng)進入人們的生活。

人工智能課程是一門多學科交叉的課程，具有很強前沿性，涉及哲學、認知科學、行為科學、腦科學、生理學、心理學、語言學、邏輯學、物理學、數(shù)學等眾多領域；涉及面寬，內(nèi)容廣泛，更新快。人工智能課程的開設能夠更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和技術創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生對計算機前沿技術的前瞻性，提高他們的科技素質和學術水平[1]。

人工智能課程內(nèi)容的廣泛性、前沿性和應用性特點決定了授課方法的多樣性。與本科生相比，研究生在教育目標和身心特征方面都有較大的區(qū)別。筆者多年從事研究生人工智能課程教學工作，現(xiàn)總結多年教學經(jīng)驗如下。

1研究生培養(yǎng)目標及其教學特點

研究生教育階段的教育目標是使研究生形成具有個性化的研究品格、研究定向和研究視野，以具有獨立思考并獲得獨創(chuàng)研究成果的能力[2]。從這一意義上講，個性化是研究生教育培養(yǎng)目標的構成主體。尤其隨著我國經(jīng)濟持續(xù)高速增長，社會對知識創(chuàng)新、新經(jīng)濟生長點的期望值增大，這就要求我國研究生教育在其培養(yǎng)目標的定位上不僅要重視人才培養(yǎng)的高層次性，更要重視創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)。并且，研究生身心發(fā)展已較成熟，具有較穩(wěn)定的個性特征，思維力強，具有較高的專業(yè)性思維意識和創(chuàng)造力，為獨立地進行專業(yè)研究活動提供了心理上和智力上的保證。而且，研究生已具備了基礎理論和專業(yè)知識，特別是有一定工作經(jīng)歷的研究生，他們不僅有本科教育階段的知識積累，也有應用這些知識的經(jīng)驗，對于擴大其專業(yè)知識領域并進行研究有著積極主動的態(tài)度?？傊?，從年齡構成及身心特征上講，研究生適應高層次、跨學科知識領域的學習和研究。

研究生的特征及其教育目標決定了研究生教學不應該是由教師講授已定論的知識，而應是以教學為基本依托，通過教學提出具有研究性、探索性、未確定性甚至是尚存爭議性的課題，激勵研究生獨立思考和質疑，讓他們在思考和質疑的過程中提出問題，培育他們發(fā)現(xiàn)問題、提出質疑的科學批判精神，訓練并提高其創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)新精神。創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力主要表現(xiàn)在具有健全的人格、強烈的責任感、開放的心態(tài)、團結合作的精神、嚴謹科學的思維能力和創(chuàng)新思維方式。

個性是創(chuàng)新的源泉，研究生課程體系的設置應該具有一定的靈活性，依據(jù)研究生不同的知識基礎和研究定向，設置具有彈性化的課程，使研究生的個性化得以凸顯。另外，為提高研究生專業(yè)研究和創(chuàng)新能力，在課程教學中，也應凸顯教學的研究性和專業(yè)性，重視專業(yè)領域背景知識和研究方法的講授，開展跨學科、非專業(yè)知識的教學，教學內(nèi)容應涵蓋專業(yè)領域的研究熱點、難點、爭議問題和最新研究動態(tài)，還應包括交叉學科、邊緣學科的研究趨勢，以擴展學生的視野[3]。也就是說，研究生教學既要凸顯研究生的個性化特點，又要凸顯內(nèi)容的學術性和研究的指向性。

2人工智能課程的特點

2.1多學科交叉，具有很強的前沿性

人工智能是一門多學科交叉的課程。課程內(nèi)容的理解需要運用多學科知識和較強的邏輯思維能力，多學科的知識相互聯(lián)系、相互交叉，融合形成新的知識，成為新的思維方法和綜合能力的萌發(fā)點。通過課程學習，學生可以通過不同學科知識的融合來達到對原有知識的超越，用一種全新的思維方法來思考所遇到的問題，提出新的解決辦法。這也是創(chuàng)造力的迸發(fā)和智能的飛躍。具有了知識的廣度和深度才具有融會貫通、創(chuàng)新的可能，人工智能課程的開設能夠更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和技術創(chuàng)新能力，為學生提供一種新的思維方法和問題求解手段。

2.2涉及面寬，內(nèi)容廣泛，更新快

人工智能課程是一門知識點較多的課程，它以概率統(tǒng)計、離散數(shù)學、數(shù)據(jù)結構、計算機編程語言、數(shù)據(jù)庫原理等課程為基礎，涵蓋了模式識別、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、計算智能、自然語言理解、專家系統(tǒng)等眾多研究方向，內(nèi)容涉及面廣，概念抽象，不易理解。并且，人工智能課程內(nèi)容更新快，近年來人工智能科學的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出了大批新方法，研究熱點問題也從符號計算發(fā)展到智能計算和Agent等。其中，計算智能主要涉及神經(jīng)計算、模糊計算、進化計算和人工生命等領域，在模式識別、圖像處理、自動控制、通信網(wǎng)絡等很多領域都得到了成功應用；Agent最早來自分布式人工智能，隨著并行計算和分布式處理等技術的發(fā)展而逐漸成為熱點。

在互聯(lián)網(wǎng)上有大量最新的與課程內(nèi)容相關的研究論文，為學生提供了很好的查閱文獻的環(huán)境，使學生能夠根據(jù)所學習的內(nèi)容和所在課題組的研究方向閱讀相應文獻，提高學生的學習興趣和獨立提出問題、解決問題的能力。

2.3應用性強

人工智能理論已經(jīng)滲透到科學的各個領域，當前，幾乎所有的科學與技術分支都在共享著人工智能領域所提供的理論和技術。例如，自第一個專家系統(tǒng)DENDRAL研制成功以來，專家系統(tǒng)已成功地應用于數(shù)學、物理、化學、醫(yī)學、地質、氣象、農(nóng)業(yè)、法律、教育、交通運輸、軍事、經(jīng)濟等幾乎所有領域；數(shù)據(jù)挖掘技術是以一種更自動化的方式對具有大量數(shù)據(jù)的商業(yè)活動進行分析和預測，在市場營銷、銀行、制造業(yè)、保險業(yè)、計算機安全、醫(yī)藥、交通、電信等領域已有許多案例；語義Web讓Web上的信息能夠被機器所理解，實現(xiàn)Web信息的自動處理，成功地將人工智能的研究成果應用到互聯(lián)網(wǎng)。另外，在機器視覺、自然語言理解、智能控制與智能制造等方面，人工智能技術也得到廣泛的應用，有許多研究成果已經(jīng)進入人們的生活。目前，從理論到技術，從產(chǎn)品到工程，從家庭到社會，智能無處不在，人工智能廣泛的應用性給學生提供了大量的現(xiàn)實案例，使得人工智能不再是高深莫測的理論，而是現(xiàn)實中可以觸及的內(nèi)容。

人工智能課程的多學科交叉性、內(nèi)容廣泛性、概念抽象、不易理解以及前沿性和應用性特點決定了在該課程的講授過程中應該采用多種授課方法。多種授課方法的采用一方面便于授課內(nèi)容的理解，另一方面也能夠更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和技術創(chuàng)新能力，提高他們的科技素質和學術水平。

3人工智能課程教學方法

3.1基于問題的啟發(fā)式教學法

蘇霍姆林斯基說：“喚起人實行自我教育，乃是一種真正的教育。”基于問題的啟發(fā)式教學法是教師在深入了解學生心理特點和學習規(guī)律的基礎上，設計適合教學的啟發(fā)式問題，并采取靈活多樣、生動活潑的啟發(fā)方式，充分調(diào)動學生的學習興趣，激發(fā)、引導學生進行科學思維，培養(yǎng)學生獨立思考問題、提出問題和解決問題的能力。該教學方法強調(diào)的是過程，教師的主要任務是提出問題，依據(jù)舉一反三的思路引導學生展開邏輯推理，通過逐層分析深入思考問題，最后綜合學生觀點闡述相關理論。

在課程教學中，有許多內(nèi)容適合于采用啟發(fā)式教學方法。例如，在知識表示方法的學習過程中，教師首先提出問題：“你是怎樣進行數(shù)學定理證明的？”并在學生的回答過程中，引導學生認識到知識及其表示的重要性；隨后，提出問題：“在計算機中如何表示知識？”引導學生逐步總結出不同知識表示方法在知識表達能力、推理效率、可實現(xiàn)性、可組織性、可維護性方面的區(qū)別。另外，在確定性推理的教學過程中，教師可以利用“某處發(fā)生盜竊案，公安局派出5個偵查員去調(diào)查，研究案情時，5個偵查員各給出了一句可信的結論，據(jù)此判斷誰是盜竊犯”的問題[4]，讓學生進行判斷和討論，引導學生認識到推理過程中可以使用多條規(guī)則進行推理，并且推理路線也可能存在多條，從而引出推理的兩大基本問題：解決沖突消解等問題的推理策略，以及解決推理線路等問題的搜索策略。

啟發(fā)式教學法的要點是設計適當?shù)膯l(fā)式問題和啟發(fā)方式、安排能調(diào)動學生積極性的討論環(huán)境、鼓勵學生發(fā)表個性化觀點。教師不僅用問題引發(fā)學生思考，更要鼓勵學生讓思維自由馳騁，主動提出問題，討論問題，尋求問題解決方案。在探討、研究問題中，不要以現(xiàn)有的結論和固定的程式束縛思想，鼓勵學生的個性化觀點。啟發(fā)式教學是一種民主、科學的教學方法，其中包含諸多具體的教學方法，如激疑啟發(fā)法、比喻啟發(fā)法、類比啟發(fā)法、聯(lián)系啟發(fā)法，等等。啟發(fā)式教學在傳授知識的同時，更注重的是對創(chuàng)新的孕育、萌芽、生成和壯大，它能促使學生自己獲取知識、思考問題、提出問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)學生的自學能力。以問題為基礎的啟發(fā)式教學，利用問題引導學生學習，全方位深層次發(fā)展學生的創(chuàng)新思維和探究性學習能力。問題可以誘發(fā)出學生的求知欲，激發(fā)、喚醒了學生的主體意識；問題往往是面向生活世界的實踐活動的，它使教學活動從以傳授知識為中心轉化為傳授知識與培養(yǎng)能力并重，理論與實踐相結合，提高了學生分析、綜合、觀察、想象等思維能力。

3.2基于案例的探究式教學法

基于案例的探究式教學法要求教師能夠根據(jù)學生的認知水平和能力，創(chuàng)設引導學生進行探究活動的案例，以激發(fā)學生探究問題的興趣，促進學生質疑、探求的創(chuàng)造性學習動機，通過選擇與確定問題、討論與提出設想、實踐與尋求結果、驗證與得出結論，發(fā)展學生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學生獨立探究、研究能力和創(chuàng)新能力。探究式教學強調(diào)學生的積極參與，強調(diào)師生互動。對教師來說，必須轉變傳統(tǒng)的“傳道”觀念，以平等的心態(tài)與學生交流探討。在課堂上，要努力營造民主、寬松、和諧的教學氛圍，積極引導學生大膽設想，大膽探索。使學生樹立研究型學習的觀念，消除依附心理，養(yǎng)成勤于思考、善于思考的良好學習習慣，通過積極參與研討培養(yǎng)學生自己獲取新知、探求未知的能力，以及團隊意識和合作精神。

我們在本課程神經(jīng)網(wǎng)絡部分的教學中，將基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的維吾爾文手寫字母識別作為案例開展了探究式教學活動。在介紹了前饋多層感知器及標準BP算法之后，教師將科研項目中基于標準BP算法的維吾爾文手寫字母識別實驗及其結果詳細地在課堂上進行演示，引導學生對實驗提出質疑。在教學實踐中，學生提出了大量問題，例如，輸出層神經(jīng)元個數(shù)如何確定，為什么輸出層神經(jīng)元個數(shù)對識別率會有影響？網(wǎng)絡訓練過程中出現(xiàn)震蕩的原因是什么？如何解決？為什么有時誤差較大，權值的調(diào)整量反而很??？等等。在教師事先準備好的實驗演示的基礎上，開展學生進行課堂討論，讓學生提出解決問題的各種方法，并現(xiàn)場通過實驗進行驗證，逐步讓學生理解BP網(wǎng)絡結構設計、輸入輸出數(shù)據(jù)的預處理、初始權值設計的必要性及其實現(xiàn)方法。課堂授課實踐表明，這種方法極大地激發(fā)了學生的學習興趣，使學生能夠大膽設想，大膽探索，增加了學生的自信心和創(chuàng)新精神。本次課堂討論結束后，教師根據(jù)學生的討論以及實驗結果演示，總結標準BP算法的局限性，例如，“易形成局部極小”，“訓練次數(shù)多，學習效率低”，“訓練時有學習新樣本遺忘舊樣本的趨勢”等，并要求學生通過查資料、搜集必要的信息、積極地思索和實驗驗證提出解決上述問題的方法，將學生分組，讓學生展開討論，為下次討論課作好準備。

傳統(tǒng)教學方法是告訴學生怎么去做，在一定程度上損害了學生的積極性。而案例教學要求學生自己去思考、去創(chuàng)造，使得枯燥乏味的內(nèi)容變得生動活潑，并且案例教學中，通過學生之間的交流既可以使學生取長補短、促進人際交流能力，也可以引導學生變注重知識為注重能力。

案例教學法的關鍵是案例的選擇。案例是為教學目標服務的，因此它應該具有典型性，且應該與所對應的理論知識有直接的聯(lián)系。案例最好是經(jīng)過深入調(diào)查研究。來源于實踐，不能只是一堆數(shù)據(jù)的羅列。教科書的編寫應采用圖片、表格、曲線等方式讓學生看到算法的實驗結果，啟發(fā)學生思考。另外，案例應該只有情況沒有結果，有激烈的矛盾沖突，沒有處理辦法和結論，由學生對案例提出質疑，從這個意義上講，案例的情況越復雜，越多樣性，越有價值。

案例教學法能夠實現(xiàn)教學相長。教學中，教師不僅是教師而且也是學員。一方面，教師是整個教學的主導者，掌握著教學進程，引導學生思考、組織討論研究，進行總結、歸納。另一方面，在教學中通過共同研討，教師不但可以發(fā)現(xiàn)自己的弱點，而且從學生那里可以了解到大量感性材料。另外，案例教學法能夠調(diào)動學生學習主動性。教學中，由于不斷變換教學形式，學生大腦興奮不斷轉移，注意力能夠得到及時調(diào)節(jié)，有利于學生精神始終維持最佳狀態(tài)。案例教學的最大特點是它的真實性。由于教學內(nèi)容是具體的實例，加之采用是形象、直觀、生動的形式，給人以身臨其境之感，易于學習和理解。最后，案例教學法能夠集思廣益。教師在課堂上不是“獨唱”，而是和大家一起討論思考，學生在課堂上也不是忙于記筆記，而是共同探討問題。由于調(diào)動集體的智慧和力量，容易開闊思路，收到良好的效果。

3.3加強研討

鑒于研究生的培養(yǎng)目標和人工智能課程研究范疇的寬泛性、應用性、創(chuàng)新性和前沿性，根據(jù)我校計算機系碩士生指導教師的研究領域，我們在課堂教學中為計算智能、機器學習算法、機器視覺、自然語言理解部分增加了研討會，要求學生上網(wǎng)進行文獻檢索、閱讀和學術研討，根據(jù)個人的研究興趣和研究設想上臺作報告。另外，我們還邀請相應專家和成果突出的各屆研究生為學生做報告，介紹他們的研究實踐、研究成果和心得體會。例如，在自然語言理解部分的課堂教學中，在介紹完自然語言理解的基本概念與原理之后，我們要求將來做這個領域的研究生在通過查資料了解所在研究小組工作的基礎上，上臺作報告。機器翻譯研究組的同學在學習自然語言理解部分的內(nèi)容之后，對其所在小組目前的工作及采用的技術、存在的問題做了分析，并通過閱讀文獻，提出了初步的解決問題的設想。與自己所在研究小組的科研相結合，開展文獻檢索和學術研討，一方面讓學生開闊了眼界，另一方面也提高了學生查閱文獻、主動獲取知識、獨立思考的科研能力。

4結語

人工智能理論已經(jīng)滲透到科學的各個領域，人工智能技術也得到了廣泛的應用。人工智能課程具有多學科交叉、內(nèi)容廣泛、前沿性和應用性強等特點，課程開設能夠很好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和技術創(chuàng)新能力。教與學是教師與學生雙方互動的過程，教學中要根據(jù)學生身心特征的實際情況采用相應的教學方法，并結合本?？蒲嘘犖榈难芯款I域，不斷地探索和提高，才能使教學工作更上一層樓，切實為國家、為社會培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的高層次人才。

參考文獻：

[1] 陳白帆,蔡自興,劉麗玨. 人工智能精品課程的創(chuàng)新性教學探索[J]. 計算機教育,2010(19):27-31.

[2] 謝安邦. 構建合理的研究生教育課程體系[J]. 高等教育研究,2003,24(5):68-72.

[3] 教育部研究生工作辦公室,國務院學位委員會辦公室. 高層次人才培養(yǎng)的研究與探索[M]. 北京:高等教育出版社,2000.

[4] 蔡自興,徐光佑. 人工智能及其應用[M]. 4版. 北京:清華大學出版社,2010:113.

Exploration of Artificial Intelligence Course Teaching of Graduate Students

ZHAO Hui1, JIA Zhenhong1, WANG Weiqing2

(1.School of Information Engineering, Xinjiang University, Urumuchi 830046, China;

2.Graduate School, Xinjiang University, Urumuchi 830046, China)

篇5

關鍵詞:中西合璧;人工智能;雙語教學

雙語教學是我國高等教育適應國際化趨勢、培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神和國際視野的復合型高素質人才的需要。作為一種全新的教學方式,它承接了中外文化的碰撞和融合[1]。各校在教學過程中都遇到了各種困難,也探索了不少經(jīng)驗。自2005年秋季,我校在人工智能課程中采用雙語授課,在教學實踐中摸索出一套中西合璧的雙語教學模式,將中西方的優(yōu)勢有效結合起來,比較適用于工科專業(yè)課程的雙語教學。

1中西合璧的雙語教材

教材是體現(xiàn)教學內(nèi)容的知識載體,是教師和學生進行教學活動的基本工具。我們重點調(diào)查了MIT、Stanford和CMU等國外高校,他們均選用了Stuart J. Russell和Peter Norvig合著的《Artificial Intelligence: A Modern Approach》,該教材幾乎涵蓋了CC2001關于人工智能課程的全部內(nèi)容。該書網(wǎng)站(aima.cs. berkeley.edu/)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,目前已有100多個國家的1 100多所大學選用該書作為教材。我們對選用該教材的部分高校授課情況作了追蹤調(diào)查,結果表明絕大部分人工智能課程的實際授課內(nèi)容都與該教材內(nèi)容基本一致。在國內(nèi),中南大學的人工智能課程是國家級精品課程,教材是課程負責人蔡自興教授與徐光佑教授主編、清華大學出版社出版的《人工智能及其應用》(第三版)(該教材分本科生用書和研究生用書兩種版本),與其課程內(nèi)容設置完全配套。

我校選用了《Artificial Intelligence: A Modern Approach(2nd)》一書,清華大學出版社出版了影印版(人民郵電出版社出版了中譯文版本),同時將Nils J. Nilsson著的《Artificial Intelligence: A New Synthesis》作為輔助教材,機械工業(yè)出版社出版了英文影印版及中譯文版本。

人工智能這一學科誕生于西方,目前該領域的諸多成果和文獻均以英文為語言載體。選用英文原版教材、推行雙語教學,為學生的后續(xù)學習和研究深造奠定了良好基礎。另外,與國內(nèi)教材相比,國外教材更注重知識產(chǎn)生的過程、解決問題的思維方法,對提高學生的學習興趣、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力極其有益。另一方面,選用原版教材的問題也顯而易見。一是原版教材內(nèi)容過多,需要精心篩選、分清主次后才能使用;二是原版教材昂貴,增加了學生的經(jīng)濟負擔,再購買配套中譯文版,負擔更重;三是學生英語水平參差不齊,雙語授課的課程還不成體系,前后課程缺乏銜接性和延續(xù)性,學生直接使用原版教材有一定的語言障礙,即使有配套的中譯文版,同時翻看兩本書也不方便。

我們正在逐步消化吸收英文原版教材,在無損原版教材思想精髓的前提下,自主編寫適用于雙語教學的中西合璧講義。雙語教材以英文語言為主,以中文注釋為輔,有效降低學生閱讀的難度,更趨實用。

2中西合璧的授課語言

語言是信息傳遞的載體,是教學過程中必不可少的工具。雙語教學涉及到這種信息傳遞載體的改變。

在雙語教學中,外語的使用比例要求不低于50%,這是不夠科學的。雙語教學不是語言課,教學質量依然是核心,語言僅僅是載體,引入外語教學的目的無非是為了保證知識的“原汁原味”,同時訓練學生的專業(yè)外語聽說能力,但這一切都應以學生聽懂課為前提。雙語授課進度慢已是不爭的事實,更有些雙語教師,為了兼顧上述目的,先用外語講一遍,再用漢語解釋一遍,這種做法極不可取,也是緊張的課時限制所不允許的。雙語課味同嚼蠟,引不起學生興趣,也是普遍存在的現(xiàn)象。

我校人工智能課程的授課對象是計算機專業(yè)的四年級本科生,學生的英語水平很不均衡,如果不考慮實際情況,大比例地采用英語講授,是難以保證教學效果的。我們把握的原則是:1)英語主要用于講解專業(yè)性內(nèi)容,如專業(yè)術語、技術原理、算法等,這樣學生在學術交流中就不會對專業(yè)技術內(nèi)容存在語言障礙;2)只用學生能聽懂的語言講授專業(yè)性內(nèi)容,對過于生澀的專業(yè)技術內(nèi)容,還要使用漢語講解,這樣學生就不會把專業(yè)技術內(nèi)容學“夾生”了,在作研究時才不會有技術上的障礙;3)用母語調(diào)節(jié)課堂氣氛,適當穿插的人工智能領域人物、故事及笑話以漢語為主,把學生發(fā)散的注意力快速集中起來,把學生的學習興趣激發(fā)出來;4)中英文銜接,不重復表述,這樣就不會額外占用課時。

例如,在講解Agent技術時,對于Agent的定義、結構等核心內(nèi)容,我們采用英語講解;而對于Agent涉及到的心理學、邏輯學等方面的生澀理論,則用漢語給出扼要的說明;對于為闡釋Agent的rationality概念而舉的吸塵機器人、黑足泥蜂搬運食物的例子,則主要用漢語講解,激發(fā)學生的興趣,抓住學生的注意力。

3中西合璧的教學課件

作為一種新型的教學手段,多媒體以其鮮明的圖像、生動的畫面、靈活多變的動畫及聲音效果克服了傳統(tǒng)教學模式的諸多不足,受到師生的認可與好評[2]。本文探討的重點不是如何設計媒體的表現(xiàn)形式,而是如何利用課件更好地發(fā)揮雙語教學的效果。很多雙語教學任課教師只注重追求授課過程中外語的使用比例,課件全文用外語制作,在講解過程中還要費盡周折地解釋,收效甚微。我們在制作課件時,不單純追求英語比例,而是想方設法讓課件能更好地輔助學生理解,在關鍵處均用雙語同步給出內(nèi)容,或者以英文為主,給出扼要的中文注釋。這樣,學生能夠通過視覺信息更好地理解授課內(nèi)容,而教師也不必再用中英文重復敘述。

此外,在課件素材的選取上,也應注意國內(nèi)外結合。比如,在講解啟發(fā)式搜索技術時,國外課件(包括教材)常用的素材是八皇后、八數(shù)碼等問題,其中八皇后問題相對大多數(shù)同學來講比較陌生,而國內(nèi)的重排九宮(與八數(shù)碼問題是一個問題)、華容道等問題對學生來講則更熟悉。用國內(nèi)的素材入門、用國外的素材拓寬視野,也是多媒體課件的中西合璧之道。

4中西合璧的文化熏陶

文化是生活在一定地域內(nèi)的人們的思想、信念及生活與行為方式的總稱。從人才培養(yǎng)的角度,我們一般將培養(yǎng)目標分為知識、能力和素質三個層面,文化屬素質培養(yǎng)范疇。文化的熏陶和感染在育人中具有重要作用,這一點往往容易被工科專業(yè)課教師忽略。

從歷史文化的角度看,中西方文化從萌芽、發(fā)展到現(xiàn)在的格局,無疑是各具特色的。雙語教學提供了開放的空間,讓學生在學習的同時廣泛吸納西方文化,但這也給中國傳統(tǒng)文化造成了一定的沖擊,如不注意調(diào)和,勢必造成文化失衡,對培養(yǎng)學生的世界觀、人生觀、價值觀都不利。尤其計算機類課程中的技術內(nèi)容大部分誕生于西方,如果不在教學過程中進行一種文化平衡,往往會使學生產(chǎn)生一種我不如人的自卑心理或崇洋心理。

中西方文化對人與自然的基本觀點是不同的。中國文化關注的對象是人,人與人的關系自先秦時期便成為中國文化的核心與基礎問題。而西方文化較多關注的是自然,人與自然的關系是古希臘注重的中心問題,由此衍生出理智和科技。中國的哲學是一種人生哲學,在處理人與自然的關系上,中國文化講究天人合一、順天應物、道法自然。把自然人格化,追求人與自然和諧發(fā)展。從古希臘泰勒斯的自然哲學開始,探索自然奧秘,開發(fā)和利用自然資源為人類服務就成為了歐洲思想的主流。西方科學起源于對自然的探索和研究,很早就出現(xiàn)了畢達哥拉斯、阿基米得這樣名垂千古的科學家。在人與自然的關系上,西方文化認為人與自然處于對立的斗爭狀態(tài)。西方人也講人與人之間的關系,但首先關注的不是倫理而是競爭,因而出現(xiàn)了“優(yōu)勝劣汰”的規(guī)律[3]。

在工科專業(yè)課堂上,涉及到文化要素的主要是兩方面內(nèi)容,一是與課程技術內(nèi)容有關的哲學觀點,二是本學科發(fā)展歷程中的人物、事件和形成的學派等等。在教學過程中,教師要注意穿插上述內(nèi)容,對學生進行文化熏陶,要注意中西合璧。比如,介紹人工智能發(fā)展過程中的重要人物時,必然提及Turing、McCarthy、Minsky、Shannoon、Simon、Newell、Feigenbaum、Hopfield、Brooks等西方學者,但同樣也不能忽略國內(nèi)的吳文俊、王守覺、蔡文等學者,他們近年分別在機器定理證明、仿生模式識別、可拓學等領域取得了開創(chuàng)性成果,而這些還沒有來得及寫進人工智能教科書。

5中西合璧的思維方式

對學生思維方式的培養(yǎng)也是教學任務之一。中西方文化的差異也將導致思維方式的不同。在技術思維方面,中國強調(diào)系統(tǒng)和整體,更具辯證性;而西方強調(diào)細節(jié)和局部,更注重邏輯性。西方人的思維方法更偏于二元對立,而中國文化環(huán)境則造就了中國人思維方式的連續(xù)統(tǒng)合特征[4]。外文教材的編寫體例與中文教材有著明顯的不同,這就是中西方思維方式不同的原因。教師首先要注意到這種思維方式的差異,并在教學活動中讓學生也逐步意識到這種差異,并進一步接納和學會西方的思維方式,將中西方的思維方式融于一身。舉例來說,在講解邏輯推理技術時,可以通過介紹邏輯學的三大起源(古希臘的形式邏輯、古印度的因明學、我國先秦時期的名辯學)向學生呈現(xiàn)這種思維方式的差異,在講解演繹推理、模糊推理、云推理時,也要注意體現(xiàn)中西方思維方式中各自的特長,以利于學生吸納。

6結語

自2005年開展雙語教學以來,我們每年授課后都進行一次教學效果的問卷調(diào)查,“接受雙語教學”的學生比例從2005年的37%逐年上升到2009年的89%,說明這套雙語教學模式已經(jīng)得到了絕大多數(shù)學生的認可。

中西合璧的雙語教學模式是我們在人工智能教學過程中探索出來的,但是也可以推廣到其他工科專業(yè)課中。雙語教學中各種要素的中西合璧不是簡單相加,而是要結合專業(yè)內(nèi)容進行深度融合,這需要任課教師廣泛涉獵、精心加工、用心引導。雙語教學不能停留在語言形式和技術內(nèi)容層面上,還要上升到文化和思維層面。

注:本論文受到哈爾濱工程大學教學改革工程項目支持。

參考文獻:

[1] 施錦芳. 高校雙語教學模式及方法的研究與實踐[J]. 沈陽教育學院學報,2010,12(2):33-35.

[2] 周荃,胡奕. 多媒體教學:傳統(tǒng)教學手段的歷史性轉型[J]. 廣州市經(jīng)濟管理干部學院學報,2006,8(2):69-71.

[3] 鄧紹建. 中西方文化差異研究[J]. 價值工程,2010(5):220-221.

[4] 馬麗,滕修攀. 中西方思維方式的文化差異研究:二元對立與連續(xù)統(tǒng)合的視角[J]. 社會心理科學,2010,25(2):13-17.

Sino-west Style Bilingual Teaching Mode for Artificial Intelligence

LIU Hai-bo, SHEN Jing, ZHANG Guo-yin, LIU Jie

(College of Computer Science and Technology, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

篇6

 

1　智能系·信科院

 

智能科技系是2002年9月初正式成立的，它完全根植于北人信息科學中心，末作增擴。后者的簡稱——“信息中心”——雖然易與“計算中心”或“情報資料中心”混淆，卻是上世紀八十年代中期北大一些有識之士倡議建立的第一個多學科交叉研究中心。它以數(shù)學系、無線電f電子學)系和計算機系為主，聯(lián)合心理學、中文、遙感等共十個系所而組成，宗旨是開展多學科交叉研究，充分發(fā)揮北大的綜合優(yōu)勢。即使放在二十余年后的今天來看，這樣的舉措也是頗有前瞻性和魄力的。在此基礎上，北大很快于1986年建立了第一個國家重點實驗室。就是這樣人數(shù)不多的一個機構，先后出過三名院士和一名北大常務副校長。以指紋識別為代表的研究成果進入國際先進行列，在國內(nèi)得到廣泛應用。

 

2003年9月10日，北京大學最大的學院——信息科學技術學院——成立。它包括計算機、電子學、微電子學和智能科學四個系，有十二個(研究)所和中心，兩個國家重點實驗室和若干部門實驗室。系是教學單位，所和中心是研究實體。從此，智能科學系(暨信息中心、國家實驗室三位一體)翻開了新的一頁。

 

2　專業(yè)增列·學會指導

 

成立智能科學系除了要順應北大“系并院”的潮流，也是完善作為學校基本建制單位所必備的。何新貴院士為系取了名稱，如今許多學校也大都采用這樣的稱謂。查紅彬教授擔任系主任，筆者是主管學科建設和教學的副主任，具體參與負責各項相關工作。創(chuàng)辦國內(nèi)第一個智能科學與技術本科專業(yè)也是我們這一班人繼承傳統(tǒng)的首要任務。事實上，早在一年多前，大家就進行了醞釀，特別是中國人工智能學會教育工作委員會多次組織的相關研討，成為重要的準備基礎。

 

北大是一級學科下自主增設、增列學科專業(yè)的學校。系領導上任伊始第一件事就是要在當年申辦智能本科專業(yè)，而且志在必得。為此，我們在前期制定了詳細的步驟計劃，進行了深入調(diào)研和各項準備工作。我們起草完成了所需的各項材料(人才需求論證、專業(yè)建設規(guī)劃和適應培養(yǎng)目標的教學計劃與課程設置方案、教師教輔隊伍和基本辦學條件說明以及國內(nèi)外背景對比材料等)，中國人工智能學會涂序彥等學者對此進行了專家論證，協(xié)助完成了論證報告。這些工作就緒后，我們在2003年10月下旬向學校主管副校長、教務部負責領導和學院領導做了匯報說明，并于10月30日正式提交申請材料。經(jīng)學校的學部討論通過，校教務部審核和校教學科研工作委員會論證(由于是國家公布專業(yè)目錄外者)，再經(jīng)校學術委員會審議，報校長辦公會批準，最后于12月15日前順利完成了全部程序，報教育部備案。2004年初，教育部正式批復并公布了北京大學“智能科學與技術”新的本科招生專業(yè)。這個專業(yè)名稱是查紅彬教授建議的，日后成為教育部批復新申辦學校的統(tǒng)一提法。

 

由于“智能科學與技術”未在國家公布的專業(yè)目錄中，因此是增列而非設置，北京大學將其置于計算機科學與技術一級學科之下。由于北大歷來嚴格控制招生規(guī)模，我們的30名招生計劃是由信息學院其他三個系從原有計劃分配名額中擠出來的。新專業(yè)的計劃發(fā)展規(guī)模最終為50名。

 

3　教學計劃·四校會議

 

智能科學系雖然成功地創(chuàng)建了國內(nèi)第一個“智能科學技術本科”專業(yè)，但也面臨著許多挑戰(zhàn)。首先是缺乏本科教學的經(jīng)驗。盡管信息中心前身具有北大最早的碩士點、博士點和博士后流動站，研究生培養(yǎng)己歷十余年，但一直實施科研主導體制，未曾從事過本科教學。師資隊伍擴充快，新進年輕博士比例大，而真正有過本科教學經(jīng)歷者寥寥無幾。此外，信息學院成立后開始調(diào)整教學計劃，制定了一年級統(tǒng)一課程內(nèi)容，新生是按學院統(tǒng)一招進來，第一年共同學習，后三年才分專業(yè)培養(yǎng)。我們雖然為申辦專業(yè)制定了一套課程計劃，但因不兼容學院的統(tǒng)一規(guī)劃而未能第一次通過學院教學指導委員會的審核。為此，我們組織學院經(jīng)驗豐富的老教授，為本系青年教師進行教學培訓，聽取學院主管負責領導和幾位多年從事本科教學管理的老系主任對教學計劃的修訂意見。

 

通過幾個月的努力，我們完善了智能科學系的課程體系，并最終通過學院教學指導委員會的審核。這個教學計劃具有幾個特點：一個大基礎——以學院的數(shù)、理和信息類為主，強調(diào)寬厚扎實;三個核心課程群作為專業(yè)理論基礎，包括智能基礎課程群(智能科學技術導論、人工智能、腦與認知科學、信息論、信號與系統(tǒng))、機器感知課程群(生物信息處理、圖像處理、數(shù)字信號處理、模式識別)和計算智能與知識發(fā)現(xiàn)課程群(智能信息處理、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、計算智能等)，以及兩門實驗(機器感知和機器智能)和其他各種選修課。四年學分150分，其中必修88學分(包括全校公選26學分、大類平臺20學分、學院要求的13學分、專業(yè)必修29學分)，專業(yè)選修56學分(含專業(yè)課44學分、通選課12學分)，畢業(yè)設計6學分。

 

為了更好地交流經(jīng)驗，擴大本專業(yè)的影響力，2005年5月，我們發(fā)起并與第二批獲準的學校(南開、北郵、西電)在北大召開了四校研討會，圍繞各個學校在智能科學與技術本科專業(yè)的建設、招生、教學計劃制定和未來發(fā)展設想等方面進行交流研討，并建立了聯(lián)系機制和網(wǎng)站。全國一些兄弟院校也紛紛來北大了解情況，開展座談，我們則盡可能貢獻自己的經(jīng)驗，給予支持。

 

4　招生·分流

 

從2004年開始，信息科學技術學院按學院大類招生，每年接收330～340名本科生，占全校的1/9左右。學生高考排名在全校屬中上，但成績分布差異較大。與學校的其他學院(多從一個系成長為一個學院，如數(shù)、理、化、生等)相比，信息學院是由四個不同的系合并而來的，專業(yè)跨度大，因此采用一年分流的模式(上述學院為二年分流)，筆者被指定負責這項工作。我們提出自愿為主、計劃為輔的方針，盡量滿足同學們的興趣志向。制定的分配計劃是：電子學系120人、計算機系110人、微電子系70人、智能科學系30人，允許有10%的調(diào)整。分流工作在大一下學期(每年4月份)進行，包括全院動員、四個系專題介紹宣傳、開放日參觀咨詢等幾個步驟，可謂熱鬧非凡，同學們可以充分了解了四個系的專業(yè)特色。

 

為了克服盲目性引發(fā)的偏差，我們建立了一個網(wǎng)上分流系統(tǒng)，在正式填報專業(yè)前，增加了摸底預填報的環(huán)節(jié)，及時反饋群體意向的分布信息，指導學生們的選擇，也便于學院掌握動向，調(diào)整措施。這種大類招生、進來一段時間后再分專業(yè)的舉措體現(xiàn)了北大的人文關懷。智能專業(yè)初辦，基礎條件差，缺乏畢業(yè)生記錄的宣傳說明，與學院其他三個老牌系(電子學系50年歷史、計算機和微電子系30年歷史)相比較并無優(yōu)勢可言，但是我們通過扎扎實實的工作和細致有效的改進，使這個新方向日益顯現(xiàn)出魅力。隨著智能專業(yè)的成熟，特別是有了第一屆畢業(yè)生后，就愈加受到更多學生的喜愛。

 

選擇智能專業(yè)的人數(shù)逐年上升，2004級34人、2005級36人、2006級39人、2007級43人，目前正在進行的2008級分流達到45人。除了在信息學院內(nèi)部的影響力不斷擴大，北京大學其他學院的轉系情況也開始有了可喜的變化。北大最好的元培計劃實驗班今年第一次有4名學生選擇智能專業(yè)，醫(yī)學部和光華管理學院也有申請者(本文成稿時這項工作還在進行)，2008級學生肯定突破50名，我們在第五年就達到了創(chuàng)辦智能科學專業(yè)的規(guī)劃目標。

 

5　首屆生·班主任

 

在新辦專業(yè)中，有一項由教授擔任智能本科專業(yè)班主任的舉措。這是利用教授的學識、經(jīng)驗和責任心來更好地管理呵護自己的學生，避免了年輕教師因職稱晉升等壓力可能出現(xiàn)的疏漏。這一做法取得明顯效果，不僅受到同學們的普遍歡迎，信息學院也開始考慮推行。筆者擔任了智能專業(yè)的第一任班主任。首屆學生(2004級)有34名，他們進入北大后毅然選擇全新的智能專業(yè)是很有勇氣的，全班有11名來自北京的學生，5名女同學，這個比例迥異于整個信息學院的總體分布。

 

該班學生的年齡恰與我自己的孩子相同，我天然地熟悉他們的一般特點，也理解家長們的想法。北大信息學院的淘汰率平均是7%，每年都有20多人退學。這班學生在大一時的成績并不占優(yōu)，其中有幾人處在邊緣位置，因此，我立下的最低目標就是確保所有同學不掉隊。我首先通過全班民主選舉任命了一個5人組成的班委會，這個5人機構在隨后的幾年中發(fā)揮了重要作用：其次走訪宿舍，了解每個人的情況，為了消除代溝，我努力融入同學當中，學習熟悉他們的語境和思維想法。我同多數(shù)同學家長有過接觸，從中更深入地掌握學生的性格特點，也包括尋求家長的必要配合。我與所有同學做過不止一次的個人交談，經(jīng)常是在晚間，很多時候是他們主動找我，談遇到的各種困惑、自己的想法、志向等，我利用這些機會及時解決了具體問題。在學習上，我組織全班同學開展互幫互學，尤其對幾門有難度的專業(yè)課程進行“聯(lián)合攻關”。全班的“數(shù)據(jù)結構與算法”課程成績甚至超過了計算機系。

 

幾年來，全班團結互助，像一個大家庭，班委會也一再連任，得到全體擁護。到畢業(yè)時全部合格，實現(xiàn)了我的愿望。不僅如此，全班的學習成績在學校的綜合評估中優(yōu)良率達93‰畢業(yè)設計都在良以上，有14人獲優(yōu)秀，更有三名同學的畢業(yè)論文被評為學院“十佳”論文。學院的第一、三名也都出自我班。34名同學中有22名繼續(xù)保送本校讀研(其中20人仍在本系)，4名同學去了大的國企和知名外企工作，8名同學出國深造，在歐、美一些名校攻讀博士，其中有一名學生同時拿到了包括哈佛、MIT、CMU、UCLA在內(nèi)的著名大學的全額獎學金(最后選擇MIT)。第一屆智能專業(yè)學生的良好成績極大鼓舞了我們，增強了我們辦智能專業(yè)的信心，也為以后的幾屆同學做出榜樣。

 

幾年班主任的經(jīng)歷讓我深深地體會到，進入二十一世紀的大學，教書、育人同等重要。要適應新時代年輕人的特點，保持我們民族的優(yōu)良傳統(tǒng)，把人格培養(yǎng)放在首位。能夠進入北大的學生都是各地的尖子，當他們聚集在這所著名學府時，首先要調(diào)整原來俯視周圍的習慣，學會平視甚至仰視其他同學，平和自己的心態(tài)，開闊胸懷，樹立人生抱負和刻苦努力的決心，這樣才能正確對待困難和挫折，才有所作為。班主任的工作往往細致入微，其實是把70%的精力用到30%的人上面。一些學生掉隊是否可以避免，關鍵看班主任的工作是否到位。

 

6　培養(yǎng)體系·本研貫通

 

北大是(文)理科性質的學校，“智能科學與技術”專業(yè)也是按理學設置，盡管它更強調(diào)學科交叉。從智能科學的內(nèi)涵來看，我們設立的培養(yǎng)方向更多地是繼承自身傳統(tǒng)和學校的綜合優(yōu)勢，突出“以人為本”的腦認知和與心理生理結合，開展機器感知(視、聽、觸)和數(shù)據(jù)轉換信息，進而發(fā)現(xiàn)知識的機器智能兩個方面的研究。同時，我們配合學院的教學指導規(guī)劃設置課程計劃，除了全校的公共必修課程(外語、政治和體育)，還有學院的公共平臺課。第一年主要是夯實數(shù)學、物理和信息類的基礎，后三年的專業(yè)課程安排是以必修的專業(yè)基礎和機器感知與機器智能兩個方向的專業(yè)核心課程為架構。為了強調(diào)學生的動手能力，還重點建設了兩門實驗課程。此外，還利用學校的各種本科科研基金項目(包括大學生創(chuàng)新基金、著政基金、泰兆基金、校長基金)和各個實驗室承擔的項目來吸引學生，培養(yǎng)他們思考問題的能力，提高他們的研究興趣，為日后進一步深造打基礎。由于絕大多數(shù)學生都將讀研，這樣的安排無疑起到了積極作用，并成為撰寫畢業(yè)論文的基礎。我們還打通了本科高年級與研究生一年級的課程，利用各種機會舉辦研究講座，如龍星計劃、專題報告、國際人工智能遠程教學等活動，開闊學生的視野，引導研究方向，調(diào)動學生的潛質。從專業(yè)特點來看，我們的智能學科更偏向于“軟”的一側，因此也充分利用信息學院，特別是計算機系的各類教學資源來幫助扶持新辦專業(yè)的成長。

 

我們原有的博士、碩士點是計算機應用技術和信號與信息處理兩個方向，為了讓我們的培養(yǎng)體系更加系統(tǒng)，我們進行了兩年的精心準備。2007年底，我們正式向北大研究生院申請增列“智能科學與技術”碩士和博士點。經(jīng)過必要的論證，最終獲得批準，及時銜接第一屆本科畢業(yè)生升研。至此，本、碩、博一以貫通，作為計算機科學與技術下的二級學科，一個完整的智能科學技術專業(yè)培養(yǎng)體系建立起來，從培養(yǎng)體制上保證了新興智能專業(yè)的順利發(fā)展。

 

7　特色專業(yè)·教學團隊

 

五年來，北京大學智能科學技術本科專業(yè)從醞釀到創(chuàng)辦，可謂初見成效，走過了頗具挑戰(zhàn)的歷程。除了確定具有特色的培養(yǎng)目標和方向外，還需要扎扎實實落實每一個環(huán)節(jié)，并在實踐中檢驗。本科教學迥異于研究生培養(yǎng)，它的計劃性、按部就班執(zhí)行的嚴格性以及每堂課程的內(nèi)容安排和效果評估必須一絲不茍。

 

信息學院秉承了北大的優(yōu)良傳統(tǒng)，對這個新辦的專業(yè)給予了巨大支持和關懷，使我們能迅速成長起來。我們從一開始就有一套嚴格的課程設置審核程序、教案檢查制度和新教師上崗準入的試講考核手續(xù)。學院有一支由經(jīng)驗豐富的退休教師組成的督導組，隨堂聽課評估每一位教師的講課內(nèi)容、方式和教學效果，及時糾正問題。作業(yè)批改和試卷出題也都有嚴格規(guī)定。在課程體系的建設方面，信息學院打通了一年級的公共部分，深化和夯實了數(shù)理基礎。

 

在專業(yè)課程上，智能科學系提煉了三個課程群，并組織教師進行重點建設。此外還加強對學生動手能力和獨立思考解決問題能力的培養(yǎng)。

 

除了在專業(yè)上實施分流培養(yǎng)外，我們還針對北大學生的特點，在基礎課采用實驗班的A、B分級組合方式，滿足不同專業(yè)對各自基礎培養(yǎng)的要求。在專業(yè)課程群中，也允許不同興趣的組合選擇，充分發(fā)揮和提升學生的能力。為了更好地關懷學生順利成長，我們除規(guī)定教授擔任班主任外，還設立了本科生學術導師制，加強對學生的各種指導。智能科學系也注重師資隊伍建設，引進了一大批(半數(shù)以上)優(yōu)秀的年輕教師，其中信息學院中從國外回來的教師比例是最高的，為這一新興學科注入了最具活力和新思想的力量。在招聘教師時，教學需求和能力成為評價的重要指標。

 

2007年，我們接受了教育部的學科評估，新辦專業(yè)得到好評。學校開始關注我們的進步，在隨后的一年中，我們一再從學校的競爭中脫穎而出，陸續(xù)獲得了國家一類特色專業(yè)、北京市一類特色專業(yè)和北京市優(yōu)秀教學團隊等稱號，2008年又獲得國家級教學團隊稱號。我們的培養(yǎng)體系和人工智能雙語教學也分獲北京大學的教學一、二等獎。

 

8　結語·致謝

 

盡管北大年輕的“智能科學與技術”本科專業(yè)建設初見成效，但征程是漫長的，我們還會面臨更多的挑戰(zhàn)和問題。然而，智能科學這個本科專業(yè)方向是很有希望的，它不僅吸引了大學的新生，也在高考人群中產(chǎn)生著愈加重要的影響，它的健康發(fā)展需要大家共同的努力和精心培植。每所大學都有不同的特點，我們應該從學校、師資、方向、生源以及學科培養(yǎng)性質和目標等條件出發(fā)來建設新興專業(yè)。以上是筆者對北京大學第一個“智能科學與技術”本科專業(yè)創(chuàng)建歷程的回顧，希望與同行共享。

 

在專業(yè)建設過程中，許多人給予了熱情幫助和支持。這里要特別感謝北大信息學院陳徐宗教授，感謝中國人工智能學會涂序彥和王萬森教授。

 

最后引龔定庵一句名言：“但開風氣不為師”。

 

9　總結與展望

 

本文介紹了廈門大學智能科學與技術系在學科發(fā)展、科學研究和人才培養(yǎng)方面的基本建設情況。我們希望這些初步的工作總結能對目前正積極籌辦本專業(yè)的兄弟院校起到一定的借鑒作用。

 

“智能科學與技術”專業(yè)在我國的發(fā)展尚屬初級階段。盡管近幾年得到了國內(nèi)部分高校的重視，但其發(fā)展并不是很快，且進一步發(fā)展也存在一些障礙。比如，從專業(yè)配置來看，目前智能科學與技術并非一級學科，多數(shù)學校的“智能科學與技術”專業(yè)博士培養(yǎng)都是依附于其他相關專業(yè)。從長遠來看，這并不利于整個學科的發(fā)展。希望通過各相關高校的廣泛交流和積極配合，“智能科學與技術”專業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展能更上一層樓。

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烏當區(qū)下壩中學座落在烏當區(qū)東北角的下壩鄉(xiāng)下壩街上，學校占地面積6705 m2?，F(xiàn)有在校生379名，教職工49名，專任教師43人，工勤人員3人，教輔人員3人。學?，F(xiàn)有教學樓一棟，學生宿舍樓和綜合樓各一幢。理化生教學實驗儀器按國家一類標準配備，實驗儀器設備值達到22.3萬元。配有物理實驗室、化學實驗室、生物實驗室各1間；物理儀器保管室各一間、化學儀器保管室、生物儀器保管室各1間。所有的實驗室通水通電，并按照要求建立臺帳管理，實驗儀器入柜。圖書室和閱覽室各1間，生均圖書52冊，電腦87臺，全部能上網(wǎng)。

二、學校開展科普活動遇到的困難

（一）教育評估體系對青少年科技創(chuàng)新教育評估的缺失

目前，農(nóng)村中小學科技教育教師承擔科技活動輔導任務未能被列入本人工作量，屬“額外工作”；科技輔導教師在工作中取得的成績和榮譽在晉級和評選先進時得不到教育行政部門的承認；其次，科技輔導教師在撰寫科技活動學術論文，即使是參加全國或省級論文評審獲獎，其論文在評定職稱時，也得不到主管部門的承認等。上述問題的存在，難以調(diào)動科技輔導教師（特別是年輕教師）的工作積極性。

（二）農(nóng)村中小學開展青少年科技教育工作經(jīng)費不充分的矛盾，制約了科技創(chuàng)新活動的開展

多年來，學校的經(jīng)費上只能維持正常的辦公運轉。搞科技創(chuàng)新的實踐活動需要購買儀器、材料，培訓教師等，每一項都需要一筆不菲的支出。這對于本來經(jīng)費就捉襟見肘的農(nóng)村學校來說是不堪重負的經(jīng)濟負擔。因此，科技活動的開展也只能停留在“紙上談兵”的層次，想在科技競賽的活動獲得科技創(chuàng)新大獎也只能是“望洋興嘆”了。

（三）農(nóng)村教師的知識老化和自身動手能力不強

由于教師教學工作任務重、信息閉塞等多方面的原因，許多教師基本上無法了解學科發(fā)展的前沿信息，不能掌握必要的組織開展活動的理論和方法，科技輔導教師知識老化，學科單一的弱點，缺少綜合駕馭各門學科知識的能力，迫切需要充實和更新。

三、我校近幾年開展科普活動的探索

（一）領導高度重視，構筑青少年科技教育保障體系

學校領導要切實轉變觀念，像開展新課程改革和藝術教育一樣重視青少年科技教育活動，在人力、財力上給予全力支持。為使科技教育活動落到實處，學校成立以校長為組長，科技輔導教師為成員的科技活動領導小組，形成一個領導總體抓、教導處具體抓、各科學任課老師重點抓的科技活動組織網(wǎng)絡。學校還應該廣泛宣傳，使全體教師達成共識，形成全校師生共同參與科技活動的良好氛圍。

（二）加大宣傳力度，創(chuàng)設科普文化氛圍

學校充分利用廣播、墻報、黑板報等形式進行科普宣傳，讓學生感受科技的重要性，營造學科學、愛科學、講科學、用科學的濃厚氛圍，推動學習型學校建設，促進全體學生科學素質的提高，很受學生歡迎。為了讓學生自始至終都帶著一種高漲的，激動的情緒參加科普活動，在活動中感到自己的智慧和力量，體驗到創(chuàng)造的歡樂，我們以專業(yè)為主線，挖掘各種蘊涵于專業(yè)教學、生活習慣養(yǎng)成教育中的宣傳陣地，耳濡目染地滲透科普教育，使得科普教育看得見，摸得著，不僅具有雕塑的代表性而且更有實踐功能。

（三）以少年宮建設為載體，推動學?？破栈顒咏】涤兄鹊匕l(fā)展

我校少年宮于籌建于2014年，共投入20萬元，裝備了可供培訓和訓練、活動功能室十幾間。如何將我?？破栈顒拥挠兄乳_展與少年宮的資源相整會，從而解決科普活動所臨的師資、課時和經(jīng)費缺乏的困難？學校從以下幾個方面，將兩項活動的資源進行整合，確?？破栈顒釉趯W校有秩的開展：

1.適當調(diào)整課程設置。

學校根據(jù)實際情況出發(fā)，每學期定期將七、八年級某個下午三節(jié)課程全部調(diào)整為：體育、美術、綜合實踐課程，此下午三節(jié)課都統(tǒng)稱為活動興趣課。學生根據(jù)自己個人的興趣愛好選擇參加不同的興趣小組。經(jīng)過近兩年的探索，現(xiàn)我校興趣小組共分為：舞蹈、合唱、美術、聲樂、民族特長、信息技術、人工智能、科技、武術、籃球、國學、蘆笙、嗩吶。

其中，信息技術主要依據(jù)學校的電腦室，由信息技術教師負責開展，課程內(nèi)容為電腦的一些常用軟件的使用和后期電腦組裝的實踐；人工智能的教學內(nèi)容為簡單機器人的設計和實踐，教師主要是聘請貴州師范大學人工智能社團的在校大學生擔任；科技興趣小組的教學內(nèi)容為學校義務教育階段各學科知識的外延，輔導老師為學校老師或貴州師范學院相關社團的在校學生擔任。我校擔任興趣小組的輔導教師，其三節(jié)課時量計為教師的工作量，解決了科普活動輔導教師工作量的問題。

2.聘請貴州師范學院的社團擔任我校興趣小組的指導教師。

由于我校是一所農(nóng)村寄宿制學校，師資力量不足和師資結構不配套等方面的影響，擔任科普方面輔導的教師比較少，為解決此師資力量不足的問題，依靠貴州師范學院落戶烏當區(qū)這一特殊優(yōu)勢，學樣主動和師范學院團支部聯(lián)系，聘請師范學院相關社團的在校生介入我校擔任興趣小組的輔導員。不僅解決了科普興趣小組缺乏師資的困難，同時師范學生自己帶來的相關教學硬件設備解決了我校無力購買硬件的困難。

3.將少年宮的活動經(jīng)費用于科普活動的開展。

少年宮每年有一定的活動經(jīng)費，而聘請貴州師范學院社團學生所需相關的經(jīng)費學校又無力承擔，如何解決此問題？將科普活動的開展納入少年宮活動建設體系，彌補了科普活動開展經(jīng)費不足的問題。

4.科普活動開展的延續(xù)性

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【關鍵詞】專家系統(tǒng)；專家系統(tǒng)外殼；認知教學；InterModeller

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A【論文編號】1009―8097 (2008) 08―0018―04

2003年教育部頒布的高中信息技術課程標準中把《人工智能初步》作為其中的選修模塊，此模塊主要包括了三部分內(nèi)容：“知識及其表示”，“推理與專家系統(tǒng)”，“人工智能語言與問題求解”?？紤]到高中生的認知風格認知水平，課標在“推理與專家系統(tǒng)”內(nèi)容的教學要求是：學會使用一個簡易的專家系統(tǒng)外殼并能用它開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)。

一 專家系統(tǒng)及其外殼

專家系統(tǒng)是一個智能計算機程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量某個領域專家水平的知識與經(jīng)驗，模擬人類專家推理的過程來處理現(xiàn)實世界中需要專家做出解釋的復雜問題。它一般由知識庫、推理機、工作內(nèi)存、解釋器和人-機界面組成（如圖1所示）。其中知識庫包括規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫。規(guī)則庫一般是以產(chǎn)生式表示的集合，里面存有大量的“ifthen”語句，這是專家系統(tǒng)的核心之一；數(shù)據(jù)庫則是存放輸入的事實、各種中間結果和最后結果的工作區(qū)，可以理解為陳述性知識。推理機是“控制協(xié)調(diào)規(guī)則庫與數(shù)據(jù)庫的運行”的程序，其任務是模擬領域專家的思維過程，控制并執(zhí)行對問題的求解。它所包含的推理方式和控制策略實質上是屬于產(chǎn)生式系統(tǒng)。[1] br>

圖1 專家系統(tǒng)的典型結構

專家系統(tǒng)外殼是一類用于建造專家系統(tǒng)的特殊軟件。通常是由一些已經(jīng)成熟的專家系統(tǒng)抽去具體知識演化而來。和具體的專家系統(tǒng)相比，它保留了原系統(tǒng)的基本功能、骨架（知識庫及推理機結構）、外殼，把領域專用的界面改成了通用界面。課標正是基于專家系統(tǒng)外殼操作簡單、功能完善、通用性強的特點，提出了符合高中學生認知的教學目標，即要求學生利用專家系統(tǒng)外殼，通過構建相應的知識庫來創(chuàng)建一個專家系統(tǒng)。

二 專家系統(tǒng)教學的認知教學理論基礎

認知心理學關于人類認知過程尤其是高級思維過程的研究，為專家系統(tǒng)研究者編制體現(xiàn)人類思維的計算機程序提供了理論基礎。同時，專家系統(tǒng)的研究在某種程度上又促進了認知心理學的研究。鑒于專家系統(tǒng)與認知心理學之間的關系以及認知心理學在當前教學中的作用，認知教學理論理所當然地成為專家系統(tǒng)教學的理論基礎。[2]

認知教學理論指導下的教學過程主要包括：首先，教師通過一系列關于某種概念、定理、觀念、定律等的描述，讓學生知道“這是什么”；然后，通過一系列程序性知識的介紹，讓學生懂得“是怎樣的”即明確它的特點和特性；接著，教師再通過一系列啟發(fā)性的介紹讓學生知道這種概念、定理、觀念、定律等是如何產(chǎn)生的，在何時、何地能夠使用，并且讓學生能夠準確地在一些復雜的環(huán)境中對它們加以運用，使學生在大腦里對這些新輸入的知識加以重新建構，從而培養(yǎng)起學生嚴密的邏輯思維能力和很強的認知能力。

結合“專家系統(tǒng)”內(nèi)容的教學過程，可以發(fā)現(xiàn)認知教學理論中的知識（尤其是程序性知識）表征與習得、專家與新手的比較（認知學徒教學法）、問題解決與問題解決教學法等可以在專家系統(tǒng)教學中發(fā)揮重要的作用。

1 知識的表征與習得

根據(jù)知識的狀態(tài)和表征方式，認知心理學將知識分為兩類：陳述性知識和程序性知識。陳述性知識說明事物、情況是怎樣的，是對事實、定義、規(guī)則、原理等的描述；程序性知識則是關于怎樣完成某項活動的知識。推理、決策或者解決問題等活動都是典型的程序性知識。一般認為陳述性知識采用以語義網(wǎng)絡為基礎地表征，而程序性知識的表征形式為產(chǎn)生式系統(tǒng)，通常以“ifthen”形式表示條件這－關系，即先確認當前的情境和條件，然后產(chǎn)生相應的行動。所謂“產(chǎn)生式”，就是這樣一些“前提－結論”的結合規(guī)則。它表明了所要進行的活動以及做出這種活動的條件，眾多的產(chǎn)生式聯(lián)系在一起，就構成了復雜的產(chǎn)生式系統(tǒng)。

高中《人工智能初步》課程的專家系統(tǒng)知識教學正是遵循了這一理論，教師首先是要求學生選擇建立一個專家系統(tǒng)的主題內(nèi)容，比如動物識別專家系統(tǒng)、疾病診斷專家系統(tǒng)等等。在選定主題后，學生的首要任務則是把收集來的各種知識表征為層級的命題網(wǎng)絡結構的陳述性知識，便于理解與記憶。然后，按照一定的邏輯將陳述性知識轉化為基于產(chǎn)生式的程序性知識，便于推理與編程。

實際上一個完整專家系統(tǒng)包含的知識庫是很復雜的，包含了多條產(chǎn)生式。推理機所能推理的知識層級也不僅僅如圖示的三層，而是可以推理到許多層。但在實際教學過程中，教師要引導學生選擇那些貼進學生生活、易于理解的陳述性知識作為專家系統(tǒng)的內(nèi)容，要始終把知識控制在學生的認知范圍之內(nèi)。設計的產(chǎn)生式系統(tǒng)開始時不應過于復雜，條目數(shù)應合理，在教學過程中可以先從一兩條產(chǎn)生式開始，逐步遞加，最終形成一個較完整的專家系統(tǒng)。

2 認知學徒教學法

高中階段的專家系統(tǒng)學習主要是利用簡易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)來進行。學習者根據(jù)自身需要設計相應的知識庫來開發(fā)不同的專家系統(tǒng)。學生利用專家系統(tǒng)外殼工具，通過了解由某一領域專家建構的專家系統(tǒng)，并在教師的指導下親手開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)，來體驗專家系統(tǒng)的開發(fā)過程，加深學習體驗。在這一學習過程中，學生和專家系統(tǒng)構成了一種專家與新手的關系，剛開始學專家系統(tǒng)的學生（相對新手）、課程教師（相對于學生為專家）以及專家建構的專家系統(tǒng)（相對于教師為專家），如圖2所示。學生開發(fā)專家系統(tǒng)的過程也即相對的新手向相對的專家轉化過程中，對陳述性知識和程序性知識的依賴程度有顯著的變化，不斷的將內(nèi)容的陳述性表征轉變?yōu)轶w現(xiàn)產(chǎn)生式規(guī)則的程序性知識。

圖2 專家系統(tǒng)教學過程中各角色之間的關系

基于“專家－新手”研究提出的“認知學徒教學法”可以在此提供很好的教學思路。它是一種通過允許學生獲取、開發(fā)和利用真實領域中的活動工具支持學生在某一領域中學習的方法，這種方法在人工智能中通常稱為“基于解釋的學習”（explanation-based learning）?！皩W徒制”概念強調(diào)經(jīng)驗活動在學習中的重要性,并突出學習內(nèi)在固有的依存于背景的、情境的和文化適應的本質。利用這一教學方法，可以使學生依據(jù)表面特征，以零散的、孤立的儲存知識的方式向專家在任務情景和問題解決時使用“組塊”的方式轉變。

3 問題解決教學法

美國加州大學心理系主任梅耶教授提出的關于解決問題教學的三個標準：第一，當你選擇好要求學生解決的問題后，就要把解決這個問題所涉及的內(nèi)容表征和計劃步驟分割為學生可以接受的較小的操作單元，教會他們?nèi)娴亟邮苄畔?，并對信息進行編碼；第二，解決問題時要集中注意于過程，而不是結果，應當讓學生找出自己解決問題的過程與充滿解決問題過程間的差距，分析矛盾之所在及產(chǎn)生矛盾沖突的原因；第三，針對特定問題，教給學生特定的問題解決的技巧，具體問題具體分析。在專家系統(tǒng)中采用問題解決教學，實質上是將學習內(nèi)容轉化為具體案例，在具體問題的解決過程中，培養(yǎng)學生的思維多樣性和創(chuàng)造能力。

構建專家系統(tǒng)的最終目的是實現(xiàn)某一問題的最終解決，它具有強烈的目的指向性。同時，構建專家系統(tǒng)的過程本身又是一個問題解決過程，如圖3所示例。學生將陳述性知識轉換為程序性知識之后，在頭腦中已初步形成了問題解決的方法與邏輯，接著就要將程序性知識轉化為計算機可以識別的信息即編程過程。專家系統(tǒng)所要解決的問題大多是劣構或非結構化問題，涉及到的問題空間很大，問題狀態(tài)很多。學生構建專家系統(tǒng)的過程，是一個搜索解決問題策略的過程，通過問題解決策略中的正向搜索策略和逆向搜索策略的使用，最終實現(xiàn)問題的解決。專家系統(tǒng)教學的重點就是陳述性知識向程序性知識轉換，相對應的是分析問題和確定解決方案這一過程上，而利用專家系統(tǒng)外殼從而開發(fā)出一個簡單的專家系統(tǒng)這一結果本身則相對是簡單。

圖3 專家系統(tǒng)教學的過程

三 專家系統(tǒng)的教學應用

在2003年“人工智能初步”納入新課以后，我國先后出版了5套《人工智能初步》教材并通過了教育部組織的專家評審，供高中階段的教學使用，這些教材中都介紹了專家系統(tǒng)外殼工具，如InterModeller[3]，ESES，E2glite。這里以InterModeller一個具體的案例來闡述以認知教學理論為基礎的專家系統(tǒng)知識教學的具體過程。

1 選擇內(nèi)容，確定開發(fā)工具

不同的專家系統(tǒng)用于處理不同領域的知識。在構建一個專家系統(tǒng)前，需要進行任務分析，根據(jù)不同的任務選擇合適的專家系統(tǒng)外殼。根據(jù)現(xiàn)有專家系統(tǒng)外殼的功能及可獲取性等因素考慮，在此我們以專家系統(tǒng)外殼InterModeller為例，給出用專家系統(tǒng)外殼來建立交通工具分類專家系統(tǒng)。

2 分析問題，轉化知識

學生從日常生活經(jīng)驗可知交通工具的一些基本特征，如從車輪數(shù)目上看可為4輪車和2輪車，按所使用的燃料動力源不同又可分為汽油車和柴油車等。通過對眾多知識的收集與整理，畫出圖4的知識語義圖，為的是便于接下來知識庫中規(guī)則的編寫。

圖4 交通工具分類語義網(wǎng)絡

3 求解問題，構造知識庫

根據(jù)已畫出知識的語義圖，在InterModeller專家系統(tǒng)外殼知識庫中編寫圖5所示的產(chǎn)生式規(guī)則。

圖5 交通工具分類的規(guī)則實例

上面構建的只是專家系統(tǒng)的原型，如果要構造一個完整的專家系統(tǒng)，就要不斷的擴充知識，增加規(guī)則，將其完善。InterModeller知識庫的規(guī)則編寫方法并不局限于產(chǎn)生式規(guī)則一種，學生還可以通過畫決策樹來編寫知識庫。學生也可以在InterModeller的決策樹模型中畫出決策樹結構圖，即可實現(xiàn)知識庫的構造。

4 問題解決，運行調(diào)試系統(tǒng)

學生根據(jù)所完成知識庫的構造后，即可運行InterModeller專家系統(tǒng)。根據(jù)上述知識庫所建立的專家系統(tǒng)如圖6所示。

最后，學生和老師、其他同學以及領域專家討論交流，對自己構建的專家系統(tǒng)不斷的進行調(diào)試和修改，直到建立一個較為完善的專家系統(tǒng)為止。

圖6 交通工具分類專家系統(tǒng)運行界面。

四 結語

在高中信息技術的《人工智能初步》選修模塊教學中，開展“利用外殼開發(fā)專家系統(tǒng)”的教學，對于學生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)具有積極的意義。一方面，為了完成該任務, 學生需要編制規(guī)劃、制定知識獲取策略,并具體付諸實施, 這是一個不斷深化的過程。學生還得明確與系統(tǒng)有關的所有變量或相關的因素, 并且將這些變量和因素轉化為問題求解過程, 得出相應的結論。在進行一系列問題求解分析之后, 運用產(chǎn)生式規(guī)則來表示知識。 該過程中有助于提高他們的分析、思維與判斷能力。另一方面，在專家系統(tǒng)運行時，學生可以向專家系統(tǒng)提出諸如“為什么（Why）”、“如何（How）”、“如果……會怎么樣”等問題, 系統(tǒng)接受用戶的問題指令后,可以根據(jù)推理的邏輯進程, 即時將答案呈現(xiàn)給用戶，這個過程如同教師與學生在進行面對面的教學，學生還可以充分體驗人類專家的求解思路和推理風格。完善的專家系統(tǒng)還可以讓其他學生去運用和體驗, 具有一定的實用價值。正如美國著名的學習論專家Jonassen所指出的：那些自行設計專家系統(tǒng)的學生將會在這種活動中受益匪淺, 因為這是一個對所學知識進行深度加工的過程。[4]

參考文獻

[1] 張劍平.關于人工智能教育的思考[J].電化教育研究,2003,(1):24-28.

[2] 楊銀輝.《專家系統(tǒng)及其設計》教學設計[J].中小學信息技術教育,2004,(1):27-34.

[3] 周躍良,張燕.人工智能教育的理論基礎及教學組織[J].中小學信息技術教育,2003,(10):10-13.

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關鍵詞：智能控制；教學方法；教學改革

作者簡介：李俊紅（1980-），女，山東淄博人，南通大學電氣工程學院，講師；姜平（1962-），男，江蘇南通人，南通大學電氣工程學院，教授。（江蘇 南通 226019）

基金項目：本文系南通大學教學改革研究項目（項目編號：2012B031）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0088-02

“智能控制”課程是自動化學科各專業(yè)的一門專業(yè)課程，[1-3]是“自動控制原理”、“現(xiàn)代控制理論”等課程的后續(xù)課程。智能控制是控制理論發(fā)展的高級階段，是自動控制、人工智能、運籌學等多種學科的交叉融合。[4，5]智能控制課程主要闡述控制理論的最新發(fā)展，主要內(nèi)容一般為模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制等。該課程中有些內(nèi)容抽象，理論性較強，公式較多，學生容易覺得枯燥而不愿深入學習。如何提高學生對這門課程的學習興趣，在有限的課時內(nèi)讓學生了解新的控制理論和方法，提高他們的創(chuàng)新能力，是這門課程改革的重要內(nèi)容。在教學過程中，通過改進教學方法、考核方式等做法，促進了學生學習的積極性，收到了良好的效果。

一、教學方法的改革

深化教學方法的改革是教學改革的重點，也是筆者一直探索和深入思考的問題，因此在教學過程中采取了一些措施。

1.在教學過程中注意將科研引入教學

智能控制是很寬泛的一個名稱，它是控制理論發(fā)展的高級階段。而控制理論是在不斷發(fā)展的，現(xiàn)有的教科書上雖然介紹了基本的智能控制算法，比如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制等，但最新發(fā)展的研究方向和熱點往往涉及不到。因此，在教學過程中將參加國際會議時了解到的控制理論的最新方向介紹給學生，讓學生了解智能控制的前沿。如果學校邀請相關的專家來做相關講座，通知學生盡量前去聆聽。通過這樣的訓練，提高學生對控制學科的興趣，拓寬學生各方面的視野，有助于他們創(chuàng)新思維模式的培養(yǎng)。比如邀請智能控制專家胡教授做智能機器人的講座，學生傾聽了之后反響很大，通過這樣的方式大大拓寬了他們的知識面，讓他們了解到智能控制確確實實是用于實際系統(tǒng)的，而不是停留在純理論階段。

2.在教學過程中倡導啟發(fā)式、問題式教學

原有的教學過程一般采用灌輸式，一堂課40分鐘基本是老師在講，學生很少參與，整個課堂死氣沉沉，沒有生機。教師應在講課過程中設置一些小問題，引導學生積極參與進來。比如在講模糊控制器的結構時，首先畫出一維和二維模糊控制器的結構框圖，介紹模糊控制器的輸入和輸出，然后讓學生回顧PID控制算法的形式，回答一維和二維模糊控制器與PID控制器之間的聯(lián)系和區(qū)別，加深對模糊控制算法的理解。在講水箱液位系統(tǒng)模糊控制規(guī)則時，畫出系統(tǒng)的輸出響應曲線，讓學生回答在不同的階段控制規(guī)則應該怎樣選取。

通過啟發(fā)式教學、問題式教學，改變學生的被動地位，充分調(diào)動他們的積極性、主動性和創(chuàng)造性，讓學生以積極的態(tài)度參與到課堂學習中去。

二、充分利用MATLAB軟件

MATLAB是美國The MathWorks公司開發(fā)的一種語言，[6]在信號處理和通信、圖像和視頻處理、控制系統(tǒng)、測試和測量、計算金融學及計算生物學等眾多應用領域具有廣泛的應用。它將數(shù)值分析、信號處理、矩陣計算、圖形功能和系統(tǒng)仿真融合為一體，用戶可以在易學易用的環(huán)境中求解問題，避免了傳統(tǒng)的復雜專業(yè)編程。MATLAB還有圖形化開發(fā)環(huán)境SIMULIKINK，應用于系統(tǒng)模擬、動態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。

智能控制是在人工智能和自動控制等多門學科基礎上發(fā)展起來的交叉學科，在課程內(nèi)容上有自己的特點。有些算法，比如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等很多章節(jié)，涉及到模糊數(shù)學、最優(yōu)化算法等許多理論知識，相對其他課程來說理論性比較強。因此如何提高學生的學習興趣讓這門課生動起來，是值得探討的問題。MATLAB給這門課程的學習提供了一個很好的載體和工具，智能控制中的典型控制算法，比如模糊控制（Fuzzy Control）、神經(jīng)網(wǎng)絡控制（Neural Network Control）等在MATLAB中都具有現(xiàn)成的工具箱。模糊邏輯工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）提供了基于鼠標操作的圖形用戶界面，用戶可以容易地完成模糊邏輯的設計過程。其包含5個圖形編輯器，而且可以與Simulink無縫協(xié)同工作。

在講課過程中，對于某些抽象內(nèi)容可以隨時使用MATLAB軟件給學生做展示。比如在講模糊隸屬度函數(shù)內(nèi)容時，通過以下命令可以建立一個高斯型隸屬度函數(shù)：

>> x=0：0.1：10； y=gaussmf（x，[2 5]）；

>>plot（x，y）；

>>xlabel（‘gaussmf，p=[2 5]’）

運行一下之后，就可以得到隸屬度函數(shù)圖形，如圖1所示：

通過這樣的做法，這樣讓學生很直觀的看到高斯型隸屬度函數(shù)的形狀，加深了印象。

除了在課堂上隨時運用之外，在講完模糊控制的基本思想之后，讓學生去圖書館借閱相關的MATLAB書籍，設計一個實際系統(tǒng)的模糊控制器，掌握模糊控制算法的MATLAB設計方法。通過這樣的做法，有助于學生對智能控制課程的理解和掌握，而且對于學生掌握和應用MATLAB也起到很好的效果。學完這門課程之后，他們在后續(xù)的課程設計和畢業(yè)設計中也能夠得心應手地應用這個工具。

三、改進考核方式

很多課程往往采用的傳統(tǒng)的考核方式，即學完這門課程后，根據(jù)講課內(nèi)容將重點要考查學生的內(nèi)容以試卷的形式讓學生在規(guī)定兩個小時內(nèi)完成，最終成績以考試成績和平時上課表現(xiàn)決定。這樣的考核方式比較單一，而且試卷上往往反映的是學生對于理論知識掌握的情況，很難綜合考查學生的知識運用能力和創(chuàng)新能力，而學校最終培養(yǎng)的應該是創(chuàng)新型人才，而不是高分低能、按部就班的學生。因此，筆者對這樣的考核方式進行了改革，總結如下：

第一種考核方式是課程設計方式，即充分利用實驗室的浙江中控DCS和齊鑫公司的鍋爐水箱液位實驗系統(tǒng)，實驗對象的工藝流程圖如圖2所示。工藝流程是：水泵將水從儲水箱中抽到高位水箱，經(jīng)電動調(diào)節(jié)閥流入水箱，最后再流回儲水箱，構成一個動態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。被控對象是水箱，被控量是水箱液位，液位傳感器采用差壓變送器。由進水電動調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行機構調(diào)節(jié)液位高度，將出水調(diào)節(jié)閥設置為手操器方式。

設計的要求是讓學生在了解被控對象工藝流程的基礎上，設計一個二維的模糊控制器，將模糊控制方法用于水箱液位系統(tǒng)的實際控制，并與傳統(tǒng)的PID控制方法進行比較。學生在設計過程中要考慮很多因素，比如確定論域、量化因子的選取規(guī)則、隸屬度函數(shù)的確定、模糊控制規(guī)則的選定、精確化計算等許多問題。通過這樣的訓練，可以讓學生深刻理解課堂上所學的知識，并與實際結合起來，將抽象的理論用于實際對象的控制，同時還增強了學生的動手能力。

第二種考核方式是小論文方式，在學完模糊控制（Fuzzy Control）、神經(jīng)網(wǎng)絡控制（Neural Network Control）等幾種智能控制方法之后，讓學生搜集相關資料，總結智能控制方面的相關進展，以小論文的形式上交。通過這樣的考核方式，可以鍛煉學生查找文獻和資料的能力。

四、小結

本課程組老師在“智能控制”課程教學過程中，注意改革傳統(tǒng)的教學方法和教學理念，將科研引入教學，培養(yǎng)學生對智能控制最新理論的興趣，培養(yǎng)他們的科研意識；講課中改變灌輸式為啟發(fā)式、問題式教學，提高課堂效率；通過改進考核方式，提高學生的創(chuàng)新能力。以上這些做法在教學過程中都取得了較好的成效。

參考文獻：

[1]吳建設，于昕，焦李成.“智能控制”教學方法探索與思考[J].計算機教育，2010，（19）：93-95.

[2]李世華.智能控制概論課程的雙語教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2009，31（4）：8-9.

[3]徐凱，王愛娟.電氣類專業(yè)智能控制理論教學改革的探討[J].實驗室研究與探索，2011，30（3）：130-133，144.

[4]袁宇浩，張廣明.研究生“智能控制”課程教學探討[J].中國電力教育，2010，（7）：52-53.

篇10

關鍵詞:專家系統(tǒng);課程建設;教學改革;實驗教學;CLIPS

“專家系統(tǒng)”課程是本科專業(yè)“智能科學與技術”的特色課程之一,該專業(yè)是由北京大學在2004年率先自主建立的[1]。此后,國內(nèi)很多大學也都陸續(xù)基于各自的特色建設開設了該專業(yè),如北京郵電大學、南開大學、首都師范大學、西安郵電大學、北京科技大學、廈門大學、中南大學等。基于一個新興本科專業(yè)設立的專業(yè)基礎特色課程,應該如何建設,實施教學與改革,突出專業(yè)特色?各類學校都在摸索中。中南大學的“專家系統(tǒng)”課程是國家級“智能科學基礎系列課程教學團隊”主干課程之一,它由國家級教學名師領銜,以雙語建設為教學基本手段,以精品意識為指導[2],培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新意識,發(fā)掘學生興趣潛能,非常具有專業(yè)特色。

1課程建設情況

專家系統(tǒng)使用人類專家推理的計算機模型處理現(xiàn)實世界中需要專家做出解釋的復雜問題,并得出與專家相同的結論[3]。其最大特點是不僅可以幫助人們處理信息,還能說明處理的方式和理由[4]。我們結合專家系統(tǒng)課程特色與學習認知過程特點,采取認知教學作為專家系統(tǒng)教學的理論基礎[5-6],根據(jù)智能科學與技術系列課程教研經(jīng)驗,融合雙語教學方式,初步提出課程定位和建設目標,給出了教學基本要求。

1.1課程定位與建設目標

在學習本課程之前,學生最好已經(jīng)選修過離散數(shù)學、人工智能和面向對象的程序設計課程,本課程32個學時,2個學分,其中實驗課6學時。此外,“專家系統(tǒng)”還可作為自動化、計算機科學與技術等相關專業(yè)有興趣的學生的選修課程?？蔀閷W生提供一種新的手段和方法求解傳統(tǒng)方法難解問題,也為學生們了解智能科學與技術領域知識提供良好的窗口。

專家系統(tǒng)成為智能科學與技術本科專業(yè)的專業(yè)基礎課程,目的在于培養(yǎng)學生理解和掌握專家系統(tǒng)技術的基本觀念、基本理論和智能科學方法;并靈活設計和構建不同領域的專家系統(tǒng),解決實際問題,為學習后續(xù)課程奠定方法基礎。通過教學過程,培養(yǎng)學生善于分析繼承已有的科學進步成果、激勵學生善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的自主科學創(chuàng)新精神。

1.2課程教材設計

本校專家系統(tǒng)課程選用了蔡自興編寫的《高級專家系統(tǒng):原理、設計及應用》[3]一書,該教材包括專家系統(tǒng)的基本理論、技術方法和實際應用的諸多內(nèi)容,知識點介紹全面詳盡,同時列舉了諸多實例,便于課堂分析與課后理解。

根據(jù)雙語教學的要求,外文參考教材[7]選用了Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書,該書對CLIPS語言分析透徹,有大量的課后習題與資料,適合學生作為主要參考書目進行課后學習。實驗教材選用了電子工業(yè)出版社出版的《決策支持與專家系統(tǒng)實驗教程》一書,主要利用了同時,根據(jù)雙語教學的要求,外文參考教材選用了China Machine Press出版的Expert Systems Principles and Programming (Third Edition)一書,該書對CLIPS語言分析透徹,有大量的課后習題與資料,有利于學生作為主要參考書目進行課后學習。我校實驗教材選用了電子工業(yè)出版社出版的《決策支持與專家系統(tǒng)實驗教程》一書。主要利用了該書后半部分內(nèi)容。目前,國內(nèi)基于CLIPS的“專家系統(tǒng)”實驗教學教材在國內(nèi)幾乎沒有容,專家系統(tǒng)課程實驗及其教材建設還需進一步改革與探索。

1.3教學要求與知識框架

通過學習,使學生了解和掌握專家系統(tǒng)的相關原理和方法,。要求學生掌握知識表示方法、搜索推理技術的相關內(nèi)容,熟悉和了解常見的專家系統(tǒng)解釋機制、開發(fā)工具和評估方法,學會基于規(guī)則專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于模型的專家系統(tǒng)和基于Web專家系統(tǒng)的結構建立和應用,掌握專家系統(tǒng)的常用編程語言――CLIPS,了解專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究課題。經(jīng)過對專家系統(tǒng)課程知識內(nèi)容進行分類,可分為以下6個模塊,如表1所示。。

經(jīng)過對專家系統(tǒng)課程知識內(nèi)容進行分類,可分為以下6個模塊,如表1所示。

模塊一專家系統(tǒng)的定義、發(fā)展歷史、研究內(nèi)容、類型、結構和特點以及構建步驟;。

模塊二熟悉專家系統(tǒng)時可能采用的人工智能的知識表示方法和搜索推理技術,結合傳統(tǒng)人工智能方法和計算智能的一些方法;。

模塊三了解專家系統(tǒng)的解釋機制、開發(fā)工具和評估方法;。

模塊四熟悉基于規(guī)則專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于模型的專家系統(tǒng)和基于Web專家系統(tǒng)的結構、推理技術、設計方法及應用示例;。

模塊五掌握人工智能和專家系統(tǒng)的編程語言――CLIPS,了解其他LISP,PROLOG和關系數(shù)據(jù)操作語言等;。

模塊六展望專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究課題,并了解新型專家系統(tǒng)的特征與示例。

從教學要求角度出發(fā),模塊一、模塊三和模塊六的教學要求相對一般,但卻是學生涉及專家系統(tǒng)技術的必備知識模塊。相對而言,模塊五是基本教學條件要求中最高的一個模塊,因為模塊二與模塊四的深刻理解與系統(tǒng)設計需通過模塊五而實現(xiàn)的。

從教學內(nèi)容的重難點角度出發(fā),模塊二是重點部分之一,但因有人工智能課程的基礎,相對而言,教學實施過程中較為順暢。模塊四與模塊五是專家系統(tǒng)課程重點闡述部分,其中模塊五也是難點部分,在實驗教學環(huán)節(jié)中,由于大部分學生初次接觸推理性的編程語言,所以需要一定的入門時間和練習次數(shù)。

2專家系統(tǒng)課程教學改革實施

2.1基于多媒體的專家系統(tǒng)課程教學

教學應以學習者為中心,以先進教育技術為手段,相輔相成,促進教學效果。人類的感官功能中視覺與聽覺器官起到了94%作用[78],而視聽覺的協(xié)同作業(yè)能大大提高學習效率,而。多媒體教學就是一種集聲、文、圖、色于一體的教學手段之一,其實施。多媒體教學的關鍵實施內(nèi)容就是教學設計,而教學設計的難點就是在不增加學生信息加工系統(tǒng)中工作記憶負荷的前提下,用促進生成的方式呈現(xiàn)學習材料,包括教材、課件、講義、課堂講解、課后習題等。

結合專家系統(tǒng)課程教學情況,教學設計分為以下3個方面進行詳盡闡述:。

1) 把握好課堂教學知識量。

專家系統(tǒng)課程相對智能科學與技術專業(yè)第六期的學生而言是非常新穎的一門非常新穎的課程,學生們相對的學習熱情比較高,但這里還需仍然需要對學生的先前知識結構和能力有個簡單的估計。教師需考慮學生的工作記憶容量,并對學生的長期記憶有個估計,把握學習材料內(nèi)在負荷。學習材料并非越多越好,關鍵在于精華,給學生留下深刻印象?！皩＜蚁到y(tǒng)”課堂教授部分以原理性與推理性知識為主,應增加實踐技術實例,這樣讓學生緊密聯(lián)系實際應用進行學習,。多媒體視頻就是一個很好的表現(xiàn)手段。將制作好的實例視頻,向學生們展示,不但讓課程氛圍活躍,還激發(fā)學生對實踐教學的興趣;不但沒有增加課堂的知識負荷,還可以留給學生課后對比學習。

2) 多元化課件制作呈現(xiàn)形式。

專家系統(tǒng)是一門推理性知識要求很強的課程,同時也需要掌握一門有利的開發(fā)工具方能使學生做到靈活應用。經(jīng)過教學實踐與課后調(diào)查發(fā)現(xiàn),學生們對知識表述與相關畫面共同呈現(xiàn)的形式比單一媒體呈現(xiàn)形式學習效果好,知識和畫面也必須是關聯(lián)的,呈現(xiàn)位置和各部分的比例也需考慮充分。為此,課件制作是一個“改無止境”的工程,因為每一屆的學生具有自己的特點,且專家系統(tǒng)課程知識點的不斷更新,每一年都要對課件進行大量的補充與改進。

3) 基于認知教學的課堂講解過程。

認知教學模式中,是以學生為主體,教學教師起主導作用。課堂講解是面對面教學活動中的重要環(huán)節(jié),,它是多媒體中聯(lián)系言語與畫面的橋梁,是減少學生工作記憶負荷的有效手段。

專家系統(tǒng)課程知識可分為表示性知識與推理技術性知識,根據(jù)相關認知心理學理論,可將知識分為兩類:陳述性知識和程序性知識[5]。其中在教育心理學中“陳述性知識”是指個人具有有意識的提取線索,能夠直接加以回憶和陳述。其實就是關于“是什么”的知識,包括對事實,規(guī)則,事件等信息的表達。教育心理學中“程序性知識”是指個人沒有有意識的提取線索,其存在只能借助某種作業(yè)形式簡介推測的知識稱為程序性知識,而現(xiàn)代認知心理學為程序性知識以產(chǎn)生式及產(chǎn)生式系統(tǒng)來表征的。所以可將陳述性知識采用“專家系統(tǒng)”中的語義網(wǎng)絡形式為基礎地表征,而程序性知識的表征形式可用“專家系統(tǒng)”中的產(chǎn)生式系統(tǒng),以“ifthen”形式表示條件這一關系。眾多形式的產(chǎn)生式規(guī)則相互聯(lián)系就組成了復雜的產(chǎn)生式系統(tǒng)?；谡J知理論的“專家系統(tǒng)”知識教學實施過程中,首先應選定系統(tǒng)設計內(nèi)容,掌握開發(fā)系統(tǒng)時所需的知識與工具,;其次分析問題,并根據(jù)系統(tǒng)的具體特征轉化知識。而后;接著對問題模型進行求解,建立和構造知識庫,;最后,利用實現(xiàn)工具編寫代碼,系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

2.2專家系統(tǒng)課程雙語教學的實施

專家系統(tǒng)課程是信息學科新興發(fā)展的一門課程,有許多關鍵性進展相關研究進展和成果的資料均源于英文文獻,因而提高學生雙語水平是一種大勢所需,。同時,雙語教學提高了對教師整體素質的要求,在雙語教學過程中,有意識的增強教學互動,以問題啟發(fā)式教學與課堂辯論形式教學,學生通過查閱主題文獻進行針對性的演講或討論,教師對學生的表現(xiàn)加以評述,并進行補充。這種形式可擴大教師的知識面,使得任課老師了解前沿的研究成果。也可培養(yǎng)學生主動學習的積極性和創(chuàng)新能力,使得課程具有鮮活的生命力。雙語教學對教師,特別是教師的其外語水平及其口語表達能力,,。促進了師資整體水平的提高。專家系統(tǒng)的雙語教材已在1.2中介紹,但實驗教材的設計與編寫工作現(xiàn)仍處于空缺,這也是雙語教學的需完善的內(nèi)容工作之一。由于雙語教學增加了授課難道難度,進而影響了授課的進度,應充分發(fā)揮多媒體先進教學手段對專業(yè)術語和難以理解的內(nèi)容,進行注解,幫助于學生理解。在貫徹雙語教學的過程中,除了指定適當英文參考短文或參考書,開發(fā)雙語課件外,還應使學生接觸國內(nèi)外文獻資料,開闊眼界,拓寬知識面,強化雙語的意識,激發(fā)學生主觀能動性,使學生找到課程學習的歸屬感。

2.3改革“專家系統(tǒng)”課程實時交互活動

專家系統(tǒng)課程是一門理論與實踐關系密切的課程之一,課堂留下的作業(yè)大多需要計算機編程或計算機輔助教學方能較好的地完成。根據(jù)此特點,改革傳統(tǒng)的作業(yè)形式與批審方法可節(jié)約反饋時間,同時可實現(xiàn)“低碳無紙化”辦公。利用網(wǎng)絡進行作業(yè)上交,教師批閱后通過網(wǎng)絡及時返回給學生,不但能提高老師的辦公效率,也使學生得到快速與準確的反饋。

針對多校區(qū)的現(xiàn)狀,我們利用網(wǎng)絡教學資源,采用了多種交互式策略,通過Email和群討論組等方式進行在線交流,也可傳遞參考資料,交流課外成果,實現(xiàn)只要老師在實驗室,學生在任何有網(wǎng)絡終端PC機處,就能進行了實時交流或批改作業(yè)。避免了學生為了課后的困惑問題積壓至下一堂課的矛盾,同時也節(jié)約了學生往返路程上耗費的時間。

為了進一步體現(xiàn)教學效果,我們下一步擬進行考試方式的變革,應綜合考慮課堂出勤情況、平時正式作業(yè)成績、課堂討論情況和期末課程考試進行綜合評分。還應考慮以雙語形式進行筆試,當面交卷后進行雙語發(fā)問。若有課程論文或創(chuàng)新作品表現(xiàn)突出者,可免參加最后的課程考試。使考試不再是學生的負擔,而成為衡量與培養(yǎng)創(chuàng)新能力。和口試。

3基于CLIPS的專家系統(tǒng)實驗教學

3.1專家系統(tǒng)與CLIPS語言

CLIPS(C Language Integrated Production system)是由美國航空航天局約翰遜空間中心(NASA’’s Johnson Space Center)開發(fā)的一種專家系統(tǒng)工具,由C語言編寫而成。早期的專家系統(tǒng)工具大都用LISP、Prolog等編程語言開發(fā),共同問題是運行速度慢,可移植性差,解決復雜問題的能力差。CLIPS是基于Rete算法的前向推理語言,其優(yōu)點包括:①邏輯推理方面的強大功能強。②、可移植性好。③、可擴展性好。④、有利于和其他語言聯(lián)合使用等。

3.1專家系統(tǒng)與CLIPS語言

專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機程序系統(tǒng)有著完全不同的體系結構,通常它由知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取機制、解釋機制和人機接口等幾個基本的、獨立的部分所組成,其中尤以知識庫與推理機相互分離而別具特色。用clips語言能夠更好地熟悉專家系統(tǒng)的整個組成。CLIPS可為基于規(guī)則、面向對象以及過程的編程提供支持(rule-based, object-oriented, and procedural programming)。

以基于規(guī)則的專家系統(tǒng)利用CLIPS工具編程作為實例闡述。在CLIPS中找到專家系統(tǒng)基礎的組成部分――Fact List、Knowledge Base、Inference Engine。Fact List中存放用于推理的事實,而Knowledge Base包含所有的規(guī)則,Inference Engine控制所有的進程。圖1所示為專家系統(tǒng)框架示意圖。專家系統(tǒng)中最核心的就是知識庫,知識庫中包含了大量某個領域專家的知識。,為了使計算機能運用專家的領域知識,必須要采用一定的方式表示知識 。目前常用的知識表示方式有產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡、框架、狀態(tài)空間、邏輯模式、腳本、過程、面向對象等?；谝?guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)是目前實現(xiàn)知識運用最基本的方法。

3.2專家系統(tǒng)實驗教學內(nèi)容

通過CLIPS軟件環(huán)境提供了的驗證性、設計性和開發(fā)性實驗,幫助學生更好地熟悉和掌握專家系統(tǒng)的基本原理和方法;,通過實驗提高學生總結實驗結果的能力,使之對專家系統(tǒng)的相關理論有更深刻的認識。實驗內(nèi)容如表2所示:。

其中,實驗1為實驗2的基礎,這兩個實驗應與講授課程穿插,使得學生利用課堂學到的理論聯(lián)系實際實驗操作,通過這兩個實驗的學習能夠掌握專家系統(tǒng)的開發(fā)過程、掌握用產(chǎn)生式規(guī)則繪制推理樹的方法、掌握、編寫CLIPS應用程序的方法以及程序運行環(huán)境的應用等。實驗3是一個有難度的實驗,需要大量的課余準備時間,所以在完成實驗3的時候,必須預留3周的時間,提前布置給學生,讓學生做好實驗前的準備,這樣方能取得較好的實驗教學效果。這些被挑選出來的CLIPS專家系統(tǒng)的代碼應是經(jīng)典的學習內(nèi)容,通過該實驗培養(yǎng)學生獨立分析與開發(fā)完整的專家系統(tǒng)的能力。

3.3實驗教學實例分析

1) 實驗目的:學習和理解CLIPS編程語言,通過分析用CLIPS編寫的“野人過河”的程序,深入理解專家系統(tǒng)的編程技巧,加深對專家系統(tǒng)的認識和理解。

2) 實驗說明:野人過河問題屬于智能學科中的一個經(jīng)典問題,問題描述如下:,有三3個牧師傳教士和三3個野人過河,只有一條能裝下兩個人的船,在河的任何一方或者船上,如果野人的人數(shù)大于牧師的人數(shù),那么牧師就會有危險。

假設問題的初始狀態(tài)和目標狀態(tài),假設和分為1岸和2岸: 。

初始狀態(tài):1岸,3野人,3牧師;2岸,0野人,0牧師;船停在1岸,船上有0個人;。

目標狀態(tài):1岸,0野人,0牧師;2岸,3野人,3牧師;船停在2岸,船上有0個人;。

整個問題就抽象成了如何從初始狀態(tài)經(jīng)中間的一系列狀態(tài)達到目標狀態(tài)。問題狀態(tài)的改變是通過劃船渡河來引發(fā)的,所以合理的渡河操作就成了通常所說的(算符)就是問題求解的關鍵。,根據(jù)題目要求,可以得出以下5個算符:渡1野人、渡1牧師、渡1野人1牧師、渡2野人、渡2牧師,。根據(jù)渡船方向的不同,也可以理解為10個往還算符。定義算符知道以后,剩下的核心問題就是搜索方法了,。本程序采用深度優(yōu)先搜索,通過不斷擴展后繼結點節(jié)點,逐步找出下一步可以進行的渡河操作,;如果沒有找到則返回其父節(jié)點,看看是否有其它其他兄弟節(jié)點可以擴展。

搜索中采用的一些規(guī)則如下:

(1.) 渡船優(yōu)先規(guī)則:1岸一次運走的人越多越好(即1岸運多人優(yōu)先),同時野人優(yōu)先運走;2岸一次運走的人越少越好(即2岸運少人優(yōu)先),同時傳教士優(yōu)先運走;。

(2.) 不能重復上次渡船操作,避免進入死循環(huán)。;

(3.)任何時候 河兩邊兩岸的野人和牧師數(shù)在任何時候均分別大于等于0且小于等于3;

(4.) 由于只是找出最優(yōu)解,所以當找到某一算符(當前最優(yōu)先的)滿足操作條件后,不再搜索其兄弟節(jié)點,而是直接載入鏈表。

(5.) 若擴展某節(jié)點a的時候,沒有找到合適子節(jié)點,則從鏈表中返回節(jié)點a的父節(jié)點b,從上次已經(jīng)選擇了的算符之后的算符中找最優(yōu)先的算符繼續(xù)擴展b。

通過實驗教學過程中的專家系統(tǒng)開發(fā)實例分析,總結了出應用于在許多專家系統(tǒng)項目中的線性生命周期模型,如圖32所示。這個模型包括從計劃到系統(tǒng)評估的許多階段,對系統(tǒng)開發(fā)的描述一直到功能評估這種程度上。之后,生命周期不斷重復:從計劃到系統(tǒng)評估,直到系統(tǒng)交付正常使用。

4結語

專家系統(tǒng)課程的發(fā)展開發(fā)過程是教學研究和教學改革實踐相結合的過程,需要不斷加強學習、總結經(jīng)驗。本文從總結了專家系統(tǒng)課程定位與、建設目標、教材的選用設計和課程知識框架等方面的總結了“專家系統(tǒng)”課程建設情況。在,并就教學改革過程中注重多媒體教學的效果、雙語的實施和課程互動活動的改革等問題進行比較深入的介紹與探討。通過CLIPS語言與專家系統(tǒng)實驗的結合,闡述了實驗教學的目的、CLIPS實驗特色及和實驗方法,體現(xiàn)了基于CLIPS實驗教學的優(yōu)勢與特色。在未來的教育領域,專家系統(tǒng)技術將成為信息時代教育發(fā)展的新生力軍,專家系統(tǒng)也將成為新世紀人類智能管理與決策的得力助手。

致謝注 :本文受國家級智能科學基礎系列課程教學團隊項目(2008)支持,感謝本文得到中南大學信息科學與工程學院智能所的大力支持,特別感謝蔡自興教授的鼓勵與幫助。

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Exploration in Course Construction and Teaching Reform of Expert System

YU Ling-li, WEI Shi-yong

(Institute of Information Science & and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)