研究生人工智能原理教學(xué)改革
發(fā)布時(shí)間:2019-08-08 來(lái)源: 日記大全 點(diǎn)擊:
摘要:針對(duì)我院研究生人工智能課程教學(xué)中存在的問(wèn)題,根據(jù)人工智能課程特點(diǎn),提出包括課程內(nèi)容選定、教學(xué)方法設(shè)計(jì)及學(xué)員學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)等方面的一系列教改措施,實(shí)踐證明,教改措施的實(shí)施提高了課程教學(xué)水平,有效保證了研究生人才培養(yǎng)質(zhì)量,教學(xué)效果良好。
關(guān)鍵詞:人工智能;研究生教學(xué);教學(xué)改革;課程建設(shè)
人工智能(Artifical Intelligence)是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿學(xué)科,是在計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)心理學(xué)、哲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等多種學(xué)科研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,以模擬人類智能、智能行為及其規(guī)律為研究?jī)?nèi)容的一門綜合性邊緣學(xué)科[1]。由于人工智能自出現(xiàn)以來(lái)取得的巨大成就及其潛在的廣闊應(yīng)用前景,它又同空間技術(shù)、原子能技術(shù)并稱為20世紀(jì)的三大科學(xué)技術(shù)成就。作為一個(gè)多學(xué)科相互交叉滲透發(fā)展起來(lái)的學(xué)科,人工智能原理課程的突出特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、不易理解,對(duì)學(xué)員的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和邏輯思維能力要求較高。如何把握課程特點(diǎn),達(dá)到較好的教學(xué)效果,是包括研究生、本科生等各層次人工智能原理課程教學(xué)研究的熱點(diǎn)。
人工智能原理課程是我院計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件與理論學(xué)科碩士研究生學(xué)位課,是模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器等學(xué)科博士研究生的選修課。自2009年被學(xué)院確定為重點(diǎn)建設(shè)課程以來(lái),課程組在課程內(nèi)容選定、教學(xué)方法設(shè)計(jì)、學(xué)員學(xué)術(shù)研究能力、科研實(shí)踐能力培養(yǎng)及考核環(huán)節(jié)等作了一系列有益的嘗試,收到較好的效果,本文是對(duì)上述工作的初步總結(jié)。
1課程內(nèi)容的確定
為了在有限的學(xué)時(shí)內(nèi),使學(xué)員既能了解人工智能領(lǐng)域發(fā)展的概貌,又能掌握智能信息處理理論,為后續(xù)的課題研究及學(xué)位論文撰寫打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),課程組對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選、優(yōu)化。
1.1教材選定
在教材的選擇上,課程組分析比較了目前公開(kāi)出版的近20本人工智能原理教材,結(jié)合我院特點(diǎn),選定了由西安交通大學(xué)出版社出版、王永慶編著的《人工智能原理與方法》作為教材,該教材涉及面較廣、講解深入淺出,實(shí)用性、可讀性強(qiáng)。該書由全國(guó)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編審、推薦,自1998年出版以來(lái),已印刷了9次,印量達(dá)4萬(wàn)冊(cè),被國(guó)內(nèi)多所大學(xué)選定為人工智能課程教材或教學(xué)參考書。與此同時(shí),我們還為學(xué)員推薦了多本參考書,如西安電子科技大學(xué)出版社出版由廉師友編著的《人工智能技術(shù)導(dǎo)論》、機(jī)械工業(yè)出版社出版由George F.Luger著的《Artificial Intelligence Structures and Strategies for Complex Problem Solving》等。
1.2注重教學(xué)內(nèi)容的更新
人工智能是一門前沿性的學(xué)科,內(nèi)容更新較快,因此,為及時(shí)反映學(xué)科研究進(jìn)展,我們將教學(xué)內(nèi)容分為人工智能產(chǎn)生與發(fā)展、知識(shí)表示、推理與定理證明、搜索技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、專家系統(tǒng)等知識(shí)專題,課程組圍繞每個(gè)專題搜集數(shù)十篇優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文或?qū)W位論文,以反映各知識(shí)單元產(chǎn)生、發(fā)展及其代表性人物、當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、最新研究成果、存在的主要問(wèn)題、發(fā)展趨勢(shì)等,便于學(xué)員學(xué)習(xí)參考。
1.3充分利用人工智能網(wǎng)絡(luò)資源
將人工智能的典型網(wǎng)站、BBS等推薦給學(xué)員,如http://caai.cn/(中國(guó)人工智能協(xié)會(huì))、http://www.aaai. org/home.html(美國(guó)人工智能協(xié)會(huì))、http://caiac.ca/(加拿大人工智能協(xié)會(huì))等,它們包括了學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)、討論交流及大量的代碼資源等。通過(guò)使用這些資源,學(xué)員可及時(shí)了解人工智能最新發(fā)展動(dòng)態(tài),進(jìn)行人工智能程序設(shè)計(jì)的交流及對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行較為深入的探討。
2教學(xué)方法研究
研究生教學(xué)應(yīng)更突出學(xué)生的主體地位,注重發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺(jué)性,為此,課程組結(jié)合課程特點(diǎn),在教學(xué)方法進(jìn)行了如下探索。
2.1加強(qiáng)教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)設(shè)計(jì)就是對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)劃的過(guò)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(guò)程[2]。在教學(xué)過(guò)程中,每節(jié)課授課前,堅(jiān)持集體備課的原則,由課程組集體討論選定授課內(nèi)容,補(bǔ)充閱讀文獻(xiàn),根據(jù)授課對(duì)象與課程內(nèi)容特點(diǎn),確定課堂組織方式,采用的授課方式以研討式教學(xué)為主,給合講授、實(shí)驗(yàn)、自學(xué)等。
2.2抓好課堂教學(xué)環(huán)節(jié)
教學(xué)方法與教學(xué)手段是保證課堂教學(xué)效果的關(guān)鍵。本課程授課對(duì)象主要為碩士研究生,他們的接受能力較強(qiáng),有一定的求知欲。由于學(xué)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(shè)備,基本的軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境,教學(xué)過(guò)程可采用靈活教學(xué)方法、多種教學(xué)手段,提高教學(xué)效率,保證授課質(zhì)量。
1) 以研討式為主的教學(xué)方式。研究生教學(xué)應(yīng)堅(jiān)持學(xué)術(shù)研究為導(dǎo)向,發(fā)揮學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)性和自覺(jué)性。由于研究生學(xué)員有一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與自學(xué)能力,教員可以在課前給學(xué)員布置預(yù)習(xí)內(nèi)容,學(xué)員通過(guò)查閱資料、分析整理進(jìn)而形成自己的觀點(diǎn),使在課堂教學(xué)中師生互動(dòng)交流成為可能,改變傳統(tǒng)的教員講,學(xué)員聽(tīng)的灌輸式教學(xué)方式。研討式教學(xué)也有力于培養(yǎng)學(xué)員積極思考、創(chuàng)新思維的習(xí)慣與能力。
2) 教學(xué)手段的信息化。人工智能原理教學(xué)一個(gè)突出矛盾是知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng),但學(xué)時(shí)較少,因此,必須發(fā)揮現(xiàn)代教學(xué)手段的作用,提高教學(xué)效率。為此,課程組對(duì)每節(jié)課都精心設(shè)計(jì)了教學(xué)課件,課堂教學(xué)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(diǎn),改善教學(xué)效果;引入教學(xué)聲像資料,便于學(xué)員課下學(xué)習(xí);設(shè)計(jì)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(jié)、搜索策略更形象直觀,易于學(xué)習(xí)和掌握。
3注重培養(yǎng)學(xué)員學(xué)術(shù)研究能力
學(xué)術(shù)能力是指專門對(duì)某一學(xué)問(wèn)進(jìn)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(shí)踐及感性的敏感力等方面。研究生階段學(xué)習(xí)的一個(gè)突出特點(diǎn)是要求學(xué)習(xí)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(xué)術(shù)能力的重要途徑,在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,要求每個(gè)專題學(xué)習(xí)結(jié)束后,都要提交一份格式符合期刊發(fā)表要求的總結(jié)報(bào)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(shí)現(xiàn),也可以是對(duì)某一問(wèn)題的進(jìn)一步研究,或者是對(duì)該專題最新研究進(jìn)展的綜述。教員重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面予以指導(dǎo)。
1) 選題準(zhǔn)確。要求選題不能過(guò)于宏大,應(yīng)以小題目反映大問(wèn)題,具有一定的可研究性為宜。
2) 研究?jī)?nèi)容。研究目標(biāo)明確,方法恰當(dāng),能夠提出自己的見(jiàn)解,所提觀點(diǎn)正確。
3) 論文結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)清晰、完整,論述嚴(yán)謹(jǐn),表達(dá)規(guī)范。
4) 占有文獻(xiàn)豐富。撰寫過(guò)程中要有意識(shí)培養(yǎng)學(xué)員查閱科技文獻(xiàn)的能力,要求查閱反映最新研究成果的權(quán)威文獻(xiàn)。
4加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)
人工智能教學(xué)在進(jìn)行各種理論知識(shí)講授的同時(shí),還應(yīng)重視實(shí)踐教學(xué),把抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為形象、直觀的實(shí)驗(yàn),讓學(xué)員真正理解人工智能的概念、本質(zhì)、研究目標(biāo),從而提高學(xué)員多角度思維的能力和邏輯推理能力,進(jìn)一步了解信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的前沿,培養(yǎng)他們對(duì)人工智能研究的興趣,激發(fā)對(duì)人工智能技術(shù)未來(lái)的追求。為此,課程組借鑒國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),編寫了《人工智能原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》,圍繞問(wèn)題表示、經(jīng)典邏輯推理、不確定推理、搜索策略及簡(jiǎn)單專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等教學(xué)內(nèi)容提供了7組實(shí)驗(yàn)供學(xué)員選擇。
例如,在狀態(tài)空間搜索一節(jié)教學(xué)過(guò)程中,先完成理論部分的教學(xué),使學(xué)員對(duì)狀態(tài)空間基本概念、問(wèn)題表示及求解方法有一個(gè)準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí),然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。由學(xué)員自主完成重排九宮問(wèn)題求解的程序,初始狀態(tài)和目標(biāo)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(gè)數(shù)字平移到空格中[4]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程重點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)員掌握狀態(tài)空間進(jìn)行問(wèn)題求解的關(guān)鍵步驟:?jiǎn)栴}表示和搜索策略。問(wèn)題表示就是要確定該問(wèn)題的基本信息及程序?qū)崿F(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),基本信息有初始狀態(tài)集合、操作符集合、目標(biāo)檢測(cè)及路徑費(fèi)用函數(shù),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(shí)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(chǔ)上再定義估價(jià)函數(shù)實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式搜索。而在啟發(fā)式搜索實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,又可以通過(guò)定義不同的啟發(fā)函數(shù):如某狀態(tài)格局與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)格局不相同的牌數(shù)、不在目標(biāo)位置的牌距目標(biāo)位置的距離之和等加以比較,準(zhǔn)確理解啟發(fā)函數(shù)的意義。通過(guò)實(shí)驗(yàn),學(xué)員加深了對(duì)課堂講授的理論知識(shí)的理解,能夠熟練地將狀態(tài)空間法運(yùn)用于實(shí)際問(wèn)題的求解,提高了工程實(shí)踐能力。
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