時間:2023-09-21 16:38:18
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關(guān)鍵詞:新工科;人工智能導(dǎo)論;實踐教學(xué);校企合作;案例庫
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G及人工智能等信息技術(shù)的發(fā)展,為了應(yīng)對中國產(chǎn)業(yè)變革及新一輪的科技革命,適應(yīng)“中國制造2025”國家戰(zhàn)略需要及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展,同時將國際工程教育思想本土化,“新工科”應(yīng)運而生[1]。信息技術(shù)發(fā)展催生出了人工智能相關(guān)的專業(yè),國內(nèi)高校紛紛設(shè)立了智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。近年來,人工智能技術(shù)的發(fā)展引領(lǐng)著人類社會正逐漸走進智能社會,人工智能將深刻影響人類社會。隨著人工智能的進一步發(fā)展,高等教育的價值也將進一步提高[2]。因此,各高校應(yīng)盡快建立與新工科相一致的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè),并深入研究我國人工智能的人才培養(yǎng)體系、課程設(shè)置、實驗平臺及成果轉(zhuǎn)化等方法,改革傳統(tǒng)人工智能的教育教學(xué)方法,形成有新工科特色的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)工程教育方法。由于傳統(tǒng)的專業(yè)是按學(xué)科劃分的,因此,目前的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系以理論為主,強調(diào)學(xué)科知識的系統(tǒng)性和完備性[3]。人工智能導(dǎo)論作為智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程,同時也是人工智能“入門性”和“引導(dǎo)性”的課程。但是,目前人工智能導(dǎo)論的課程設(shè)置上主要存在課程內(nèi)容陳舊、實踐課程不足、教材理論過強、教學(xué)模式老舊及實踐教學(xué)與企業(yè)需求不適應(yīng)等問題。尤其是人工智能導(dǎo)論課程,缺乏實踐教學(xué)將會降低學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣和積極性。因此,為了解決這些問題,并使高校跟上人工智能時代的腳步,抓住高等教育發(fā)展的新機遇,進行面向新工科的人工智能導(dǎo)論實踐教學(xué)模式探索具有重要的現(xiàn)實意義。
1人工智能對新工科人才的新要求
1.1具備多學(xué)科交叉知識。人工智能導(dǎo)論是一個多個學(xué)科交叉而成的一門課程。人工智能導(dǎo)論主要包括知識系統(tǒng)、智能搜索技術(shù)、腦科學(xué)、機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、專家系統(tǒng)、智能計算及分布式智能等內(nèi)容[4]。因此,一個合格人工智能專業(yè)人才需要具備多學(xué)科知識。1.2具備多領(lǐng)域應(yīng)用能力。人工智能導(dǎo)論的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,基本包含工業(yè)、農(nóng)業(yè)及社會生活的各個行業(yè)(如工業(yè)生產(chǎn)、通信、醫(yī)療、金融、社會治安、交通領(lǐng)域及服務(wù)業(yè)等)[5]。人工智能導(dǎo)論課程要求學(xué)生在學(xué)好理論前提下也應(yīng)該掌握各行業(yè)的相關(guān)知識,只有這樣才能提高人工智能技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。1.3具備人工智能創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。目前,創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展成為了我國現(xiàn)階段發(fā)展的重要力量,人工智能成為經(jīng)濟發(fā)展的新引擎[5]。在大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的號角下,人工智能技術(shù)作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程中的一個大趨勢。因此,當今新形勢下培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的人工智能專業(yè)人才對我國經(jīng)濟發(fā)展及大學(xué)畢業(yè)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)具有重要意義。1.4具備人工智能人文素養(yǎng)。人的內(nèi)在品質(zhì)就是人文素養(yǎng),人文科學(xué)的知識水平和研究能力是人文素養(yǎng)的重要組成部分,人文素養(yǎng)是人文科學(xué)體現(xiàn)出來的以人為研究對象和中心的精神[6]。人工智能對人類社會帶來的是便利還是帶來災(zāi)難,關(guān)鍵是使用者的思想道德和人文素養(yǎng)。因此,培養(yǎng)具有人文精神的人工智能專業(yè)人才具有重要的意義。
2人工智能導(dǎo)論課程教學(xué)現(xiàn)狀
目前,許多高校已經(jīng)認識到傳統(tǒng)的人工智能導(dǎo)論課程已經(jīng)不能適應(yīng)社會和學(xué)生發(fā)展的需要。尤其是地方普通高校在師資、科研及學(xué)科力量薄弱情況下進行人工智能導(dǎo)論的實踐教學(xué)。目前人工智能導(dǎo)論的課程設(shè)置上主要存在的問題如下:⑴本科生課程內(nèi)容陳舊。近年來,隨著云計算、大數(shù)據(jù)、5G等信息技術(shù)的快速發(fā)展,也帶動人工智能技術(shù)發(fā)展日新月異。對于高校來說,要緊跟人工智能技術(shù)前沿,傳授學(xué)生的知識也要緊跟人工智能的發(fā)展。目前,雖然也出現(xiàn)了不少新的人工智能導(dǎo)論教材,但在課堂上能夠教學(xué)的新內(nèi)容仍然不多,教材內(nèi)容仍然集中在傳統(tǒng)的人工智能技術(shù)(如問題求解、知識表示、歸結(jié)原理及經(jīng)典推理等技術(shù))上。⑵研究生課程內(nèi)容重疊。研究生的人工智能導(dǎo)論課程應(yīng)作為本科生課程的一個延續(xù),但部分高校對研究生人工智能導(dǎo)論課程的教學(xué)重視不夠。很多本科生已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容在研究生階段又進行了重復(fù)。因此,在新工科背景下培養(yǎng)高層次的人工智能人才,就必須要在研究生階段加強新工科人才實踐能力的培養(yǎng),選擇合理的人工智能導(dǎo)論課程,改革研究生階段人工智能導(dǎo)論的教學(xué)理念和教學(xué)模式。⑶實踐課程不足。實踐教學(xué)是提高人工智能新工科人才能力的重要路徑。目前,大多數(shù)院校的人工智能導(dǎo)論課程理論與實踐聯(lián)系不夠緊密,對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)不夠,只知道理論,而不進行實際的實踐應(yīng)用就不能成為合格的人工智能新工科人才。另外,大多數(shù)地方高校的人工智能實驗室建設(shè)投入不足,實驗條件差,驗證性的實驗較多,實驗課時不足,學(xué)生對人工智能新技術(shù)的接觸不夠。⑷人工智能導(dǎo)論教材理論性過強。目前,現(xiàn)有的人工智能導(dǎo)論教材以理論為主,缺乏人工智能實踐內(nèi)容。在課程教學(xué)過程中學(xué)生經(jīng)常會感覺索然無味,當實踐課程開設(shè)不足時,這種情況會非常明顯。學(xué)生會漸漸的對人工智能導(dǎo)論課程失去興趣和熱情,最終會導(dǎo)致課程的教學(xué)質(zhì)量和效果下降,不能達到新工科人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)的預(yù)期。⑸教學(xué)模式老舊。人工智能導(dǎo)論是多學(xué)科交叉的課程,課程內(nèi)容理論性強、抽象、多知識點是新工科的特點。然而,大多數(shù)地方高校仍然采用過去的課堂教學(xué)模式(即“教師講、學(xué)生聽”的教學(xué)模式),這種單向灌輸?shù)慕虒W(xué)方式以教師為主,學(xué)生的主動性不夠,只是在被動接收知識。學(xué)校這種重視理論不重視實踐的教學(xué)模式,在一定程度上影響了新工科人才的實踐能力,從而導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)社會需求脫節(jié)。
3人工智能導(dǎo)論實踐教學(xué)初探
3.1人工智能導(dǎo)論課程實踐平臺建設(shè)。為了提高學(xué)生對實踐教學(xué)的興趣,南陽師范學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在人工智能導(dǎo)論授課過程中廣泛應(yīng)用多種計算機實驗教學(xué)平臺,如采用開源的PaddlePaddle百度飛槳深度學(xué)習(xí)平臺,希冀一體化人工智能實踐教學(xué)平臺及大數(shù)據(jù)綜合實驗平臺。教師可以在實踐教學(xué)過程中方便的使用這些平臺進行授課,學(xué)生也可以在課堂中跟隨老師完成相關(guān)實驗,并能夠在課下進行相關(guān)實驗練習(xí)及提交作業(yè)。3.2人工智能導(dǎo)論課程實驗內(nèi)容優(yōu)化。在人工智能導(dǎo)論實踐教學(xué)過程中,以學(xué)生興趣為導(dǎo)向,開展相關(guān)應(yīng)用課程實驗,南陽師范學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院對人工智能導(dǎo)論實驗課程內(nèi)容進行優(yōu)化。優(yōu)化后的主要實驗課程包括搜索優(yōu)化算法實現(xiàn)、智能計算實現(xiàn)、貝葉斯分類實驗、最近鄰算法實驗、機器學(xué)習(xí)實驗及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實驗。最后,通過期末課程設(shè)計進一步提高學(xué)生解決實際問題及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力。3.3人工智能導(dǎo)論實踐教學(xué)模式改革。⑴校企合作為使人工智能導(dǎo)論實踐教學(xué)不與企業(yè)脫節(jié),校企合作是關(guān)鍵。應(yīng)積極派遣教師進企業(yè)進修,了解企業(yè)需求,并提高教師的工程能力。從2018年以來,南陽師范學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院每年暑假期間累積派遣教師58人/次前往百度、中興、科大訊飛、神舟數(shù)碼及江蘇傳智播客公司等進修培訓(xùn)。同時已經(jīng)在固定時間邀請相關(guān)企業(yè)講師到學(xué)校進行人工智能方面的項目教學(xué)。建立起了具有地方區(qū)域特色的師資隊伍及校企協(xié)調(diào)的實踐教學(xué)模式,從而避免人工智能導(dǎo)論課程實踐與企業(yè)實際脫節(jié)。⑵“雙導(dǎo)師”負責制人工智能導(dǎo)論實踐課程實行“雙導(dǎo)師”制,邀請企業(yè)中實踐經(jīng)驗豐富的人才任教或任職,校企合作建立實踐教師指導(dǎo)團隊,改革教學(xué)策略及教學(xué)方法,以項目為牽引,將人工智能導(dǎo)論實踐課程作為第二課堂學(xué)分。還要積極制定人工智能相關(guān)的科技作品競賽的獎勵機制,積極引導(dǎo)學(xué)生參加各種人工智能相關(guān)的比賽,從而進一步提高學(xué)生在創(chuàng)新實踐方面的能力。⑶采用案例教學(xué)法以案例導(dǎo)入進行教學(xué),提高學(xué)生興趣。首先,從人工智能競賽的部分賽事中、(如百度的人工智能大賽,“2020年全國人工智能大賽”,“2020中國高校計算機大賽人工智能創(chuàng)意賽”等)中選取貼近實際問題的案例作為人工智能導(dǎo)論實踐課程的案例來源。然后,采用目前主流的人工智能開發(fā)軟件進行算法代碼的編寫,引導(dǎo)學(xué)生采用Python語言調(diào)用第三方接口庫進行算法的實現(xiàn)。最后,讓學(xué)生使用主流的編程語言(如C++、Java等)開發(fā)完善算法或進行系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。
4結(jié)束語
在新工科背景下,人工智能導(dǎo)論作為智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程,人工智能人才培養(yǎng)應(yīng)注重提高學(xué)生解決問題的能力。在這種背景下,筆者結(jié)合近年來了解到的企業(yè)需求和上課的實際,對人工智能導(dǎo)論實踐教學(xué)模式進行初探,具體如下:①校企合作,構(gòu)建人工智能實踐平臺;②建立案例庫,優(yōu)化實踐的內(nèi)容;③校企“雙導(dǎo)師”制,采用案例教學(xué),從而進一步提高學(xué)生在創(chuàng)新實踐方面的能力。
參考文獻:
[1]楊晴,王曉墨,成曉北等.新工科背景下的新能源科學(xué)與工程專業(yè)——哈佛大學(xué)工科教育在學(xué)科交叉方面的啟示[J].高等工程教育研究,2019.S1:23-24,33
[2]李明媚,成希,羅娟.人工智能時代的高等教育之變與不變[J].黑龍江高教研究,2020.2:41-44
[3]陳義明,劉桂波,張林峰等.智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系建設(shè)的理論思考[J].計算機教育,2020.309(9):103-107
[4]劉永,胡欽曉.論人工智能教育的未來發(fā)展:基于學(xué)科建設(shè)的視角[J].中國電化教育,2020.2:37-42
[5]姚琳,石志國.人工智能課程體系與教學(xué)方法研究[J].中國大學(xué)教學(xué),2019.10:19-22
當前高職教育中為計算機專業(yè)學(xué)生所開設(shè)的人工智能課程很大程度上沿用了普通高等教育環(huán)境下的教學(xué)方式和內(nèi)容,這顯然與高職教育本身培養(yǎng)人才的目標和方式不一致。高職教育的最終目標是要培養(yǎng)適應(yīng)生產(chǎn)需要的技能型、應(yīng)用型人才,而高職教育在教學(xué)方式上應(yīng)更為注重實踐教學(xué),包括各種實驗、實訓(xùn)、實習(xí)和設(shè)計。因此,人工智能課程中單純的理論講授并不能有效地適應(yīng)高職教育的實際教學(xué)環(huán)境要求,有必要對人工智能課程在教學(xué)內(nèi)容和方式上加以改革。三個改革途徑(一)引導(dǎo)學(xué)生閱讀應(yīng)用研究文獻
高職教育強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用技能,其中重要的一點是要培養(yǎng)學(xué)生把理論知識應(yīng)用到實際生產(chǎn)中的能力。然而在教學(xué)實踐過程中,學(xué)生普遍反映由于人工智能課程理論性強,難于從課本理論聯(lián)系到實際的專業(yè)應(yīng)用上,這樣對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高技能應(yīng)用水平是不利的。
實際上,人工智能涉及的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛,其中在專家系統(tǒng)、模式識別、智能控制、數(shù)據(jù)挖掘、自然語言理解等方面尤為突出,每一種應(yīng)用都能夠很好地體現(xiàn)出人工智能學(xué)科的基本理論方法特點。因此,在課程學(xué)習(xí)的開始階段,應(yīng)讓學(xué)生按照個人興趣自行選定某個應(yīng)用領(lǐng)域,在一定的提示和引導(dǎo)下通過檢索有關(guān)文獻,訪問相關(guān)的科研院校網(wǎng)站等方式獲取資料,了解當前該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和具體產(chǎn)品的開發(fā)和使用情況,最后在課程的結(jié)束階段以學(xué)習(xí)報告的形式在課堂上加以演示和共同討論,這樣可以大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能課程的主觀能動性,開闊學(xué)生的知識視野。資料的收集閱讀與思考是知識應(yīng)用的首要環(huán)節(jié),對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的知識應(yīng)用技能很有幫助。(二)安排學(xué)生對經(jīng)典算法程序進行實驗
與普通高等教育相比,高職教育更加強調(diào)實踐教學(xué)的重要性。從實踐中學(xué)習(xí)和理解理論知識,并且把所學(xué)知識運用到實踐中,這是高職教育的重要特點。人工智能課程內(nèi)容抽象而概念性強,單純的理論講解學(xué)生難以從中得到啟發(fā),也難以體現(xiàn)出高職教育突出實踐教學(xué)的特點,為此需要安排學(xué)生動手實驗,從實踐中理解人工智能科學(xué)的理論原理和應(yīng)用途徑。
在人工智能科學(xué)的發(fā)展過程中,先后提出了一些經(jīng)典的優(yōu)秀算法程序,如A*算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP學(xué)習(xí)算法等,在科研和工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用,在實踐教學(xué)中同樣有著重要價值。根據(jù)教學(xué)要求和實際情況,學(xué)生并不需要自行設(shè)計關(guān)于這些算法的具體程序,在提倡開放和共享源代碼的今天,通過網(wǎng)絡(luò)能夠獲得大量相關(guān)的程序代碼資源。同時,一些軟件平臺也集成了一些工具箱,如遺傳算法工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱等,只需設(shè)定相關(guān)輸入?yún)?shù)和數(shù)據(jù),便可通過調(diào)用工具箱函數(shù)實現(xiàn)算法,極為簡便而易于理解。
學(xué)生應(yīng)通過對這些程序作驗證性實驗來理解所學(xué)內(nèi)容。為安排學(xué)生有效地進行實驗,教師應(yīng)結(jié)合當前階段所講授的內(nèi)容準備相應(yīng)的算法程序,當該部分內(nèi)容結(jié)束后在課堂上講解和演示算法程序的運行方法。學(xué)生獲得該算法程序以及具體的實驗任務(wù)后在課后完成實驗并提交實驗報告。
例如,在講授啟發(fā)式搜索時,可向?qū)W生提供A*算法求解八數(shù)碼難題的算法程序,并對某個學(xué)生給定某個初始棋盤狀態(tài),要求學(xué)生動手運行程序并記錄由算法擴展所得的每個棋盤狀態(tài)的估價函數(shù)計算結(jié)果,以及相應(yīng)的OPEN表和CLOSED表的變化情況,從中理解A*算法的原理特點。又如,在講授BP學(xué)習(xí)算法時,可根據(jù)學(xué)生的實際情況對內(nèi)容進行調(diào)整,強調(diào)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實際工程應(yīng)用價值,而對BP算法的基本原理只作簡單介紹。向?qū)W生提供利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)特定目標函數(shù)的MATLAB程序代碼后,要求學(xué)生動手運行該程序,并且記錄和對比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練前后對目標函數(shù)的逼近效果。
(三)啟發(fā)學(xué)生引入人工智能理論方法對畢業(yè)設(shè)計加以創(chuàng)新
畢業(yè)設(shè)計是高職教育的重要環(huán)節(jié),學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計對以往所學(xué)知識作系統(tǒng)性總結(jié),通過畢業(yè)設(shè)計能進一步加強學(xué)生的技能訓(xùn)練,提高學(xué)生的技能應(yīng)用水平。從實踐教學(xué)的角度來講,畢業(yè)設(shè)計不僅僅要求學(xué)生對已學(xué)知識和技能的簡單重復(fù)運用,更重要的是強調(diào)學(xué)生能夠主動獨立地分析實際問題,對問題的解決方法提出新的觀點并付諸實踐。然而從教學(xué)的實際來看,在畢業(yè)設(shè)計中學(xué)生創(chuàng)新的主動性不足,往往停留在繼承和模仿階段,畢業(yè)設(shè)計作品少有突破和創(chuàng)新。究其原因,并非學(xué)生所學(xué)知識和技能不足,而是學(xué)生未懂得如何分析已有問題,在其基礎(chǔ)上引入新的解決方法或提出新的應(yīng)用內(nèi)容。
2016年1月,美國佐治亞理工學(xué)院計算機學(xué)院的教授AshokGoel,借助IBM的Watson人工智能系統(tǒng)創(chuàng)建了一個在線機器人JillWatson,并將其作為課程教學(xué)助理。其目的是幫助教師回答學(xué)生通過在線論壇提出的大量課程問題。通過幾個月的反復(fù)調(diào)試,JillWatson的回答已經(jīng)能夠達到97%的正確率。現(xiàn)在,機器人助教已經(jīng)可以直接與學(xué)生溝通,不需要真人助教的幫助。這項人工智能在教育中的使用,解決了AshokGoel教授的助教人數(shù)不夠,難以及時回答學(xué)生提問的困境,增加了學(xué)生參與在線學(xué)習(xí)的興趣,提高了在線學(xué)習(xí)的留存率。
這只是人工智能在教育領(lǐng)域的小試牛刀。雖然有專家預(yù)測在未來十年內(nèi)不會看到人形機器人替代教師進入課堂,不過地平線報告2016年基礎(chǔ)教育版和2107年高等教育版都預(yù)測未來五年內(nèi)人工智能將會在教育行業(yè)普及。
教育行業(yè)已有的人工智能研究和應(yīng)用
Woolf等人在2013年提出了人工智能在教育領(lǐng)域應(yīng)努力解決“五大挑戰(zhàn)”:①為每一個學(xué)習(xí)者提供虛擬導(dǎo)師:無處不在地支持用戶建模、社會仿真和知識表達的整合。②解決21世紀技能:協(xié)助學(xué)習(xí)者自我定位、自我評估、團隊合作等。③交互數(shù)據(jù)分析:對個人學(xué)習(xí)、社會環(huán)境、學(xué)習(xí)環(huán)境、個人興趣等大量數(shù)據(jù)的匯集。④為全球課堂提供機會:增加全球教室的互聯(lián)性與可訪問性。⑤終身學(xué)習(xí)技術(shù):讓學(xué)習(xí)走出課堂,進入社會。
過去十年,一些研究者對人工智能在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用做了大量的探索。相關(guān)的研究成果包括:①跟蹤學(xué)習(xí)者的思維步驟和解決問題的潛在目標結(jié)構(gòu)(Anderson等,1995);②診斷誤解和評估學(xué)習(xí)者的理解域(VanLehn,1988);③提供及時的指導(dǎo)、反饋和解釋(Shute,2008);④促進高效學(xué)習(xí)的行為,如自我調(diào)節(jié)、自我監(jiān)控和自我解釋(Azevedo&Hadwin,2005);⑤以合適的難度水平和最適當?shù)膬?nèi)容來規(guī)劃學(xué)習(xí)活動(VanLehn,2006)。
這些研究,基本上使用到了人工智能的每一項技術(shù)——自然語言處理、不確定性推理、規(guī)劃、認知模型、案例推理、機器學(xué)習(xí)等。“智能導(dǎo)師系統(tǒng)”就是基于這些研究和技術(shù)而開發(fā)的人工智能教育應(yīng)用。類似的成熟產(chǎn)品包括Tabtor(hellothinkster.com)、CarnegieLearning(carnegielearning.com)和FrontRow(frontrowed.com)。2014年,加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)的一項試驗發(fā)現(xiàn)用智能導(dǎo)師系統(tǒng)的學(xué)習(xí)者比使用其他教學(xué)方法的學(xué)習(xí)者獲得的成績更高。
人工智能在教育行業(yè)的新發(fā)展
教育行業(yè)的三種類型(內(nèi)容、平臺和評估)的服務(wù)商都在經(jīng)歷著一場變革。內(nèi)容出版商面臨紙質(zhì)印刷到數(shù)字出版和開放教育內(nèi)容的挑戰(zhàn)。學(xué)習(xí)平臺正試圖區(qū)分自適應(yīng)、個性化和數(shù)據(jù)分析的功能。評估供應(yīng)商則繼續(xù)探尋從多項選擇題測試轉(zhuǎn)向更具創(chuàng)新性的問題類型。人工智能將為這三種類型教育服務(wù)商帶來新的發(fā)展思路和契機,同時也惠及教育生態(tài)系統(tǒng)中的所有利益相關(guān)者。學(xué)生通過即時反饋和指導(dǎo)提高學(xué)習(xí)效率,教師將獲得豐富的學(xué)習(xí)分析和個性化指導(dǎo)經(jīng)驗,父母能夠低成本地為孩子改進職業(yè)前景,學(xué)校能夠規(guī)模化提高教育質(zhì)量,政府能夠提供負擔得起的教育。2017年,人工智能將在以下領(lǐng)域發(fā)揮其效益。
1.人工智能批改作業(yè)
批改作業(yè)和試卷是一件乏味的工作,這通常會占據(jù)教師大量的時間,而這些時間本可以更多地用于與學(xué)生互動、教學(xué)設(shè)計和專業(yè)發(fā)展。
目前,人工智能批改作業(yè)已經(jīng)相當接近真人教師了,除了選擇題、填空題外,作文的批改能力已經(jīng)大幅提高。美國斯坦福大學(xué)已經(jīng)成功開發(fā)出一種機器學(xué)習(xí)程序,能夠批改8~10年級的作文。隨著圖像識別能力的大幅提高,手寫答案的識別也接近可能。就連占有美國標準化考試60%市場份額的全球最大教育企業(yè)——培生公司也認為,人工智能已經(jīng)可以出現(xiàn)在教室并提供足夠可信的評估。據(jù)培生公司近期的報告IntelligenceUnleashed推測,人工智能軟件所具有的廣泛的、定制的反饋能夠最終淘汰傳統(tǒng)測試。
2.人工智能實現(xiàn)一對一輔導(dǎo)
自適應(yīng)學(xué)習(xí)軟件已經(jīng)能為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)支撐。據(jù)2011年VanLehn的一項研究發(fā)現(xiàn),人工智能在某些特定主題和方法上比未經(jīng)訓(xùn)練的導(dǎo)師更具有效性。進一步的研究發(fā)現(xiàn),人工智能導(dǎo)師能在學(xué)生出錯的具體步驟上給予實時干預(yù),而不是就整個問題的答案給予反饋(Corbett&Anderson,2001;Shute,2008)。
自適應(yīng)學(xué)習(xí)在拉美地區(qū)正在興起。AndréUrani市政學(xué)校的學(xué)生使用人工智能軟件Geekie觀看在線課程(視頻和練習(xí))。Geekie為學(xué)生提供每一步的實時反饋,并隨著學(xué)習(xí)的進展來傳授更為精細的課程內(nèi)容。
早在1984年,本杰明·布盧姆的研究就提出一對一輔導(dǎo)能帶來更好的學(xué)習(xí)效果。而人工智能技術(shù)可以模擬一對一輔導(dǎo),以更好地跟蹤、適應(yīng)和支持個體學(xué)習(xí)者。這將是人工智能在教育中更高層次的個性化學(xué)習(xí)應(yīng)用。例如,比爾·蓋茨看好的人工智能聊天機器人或個人虛擬導(dǎo)師,能在學(xué)生面臨挑戰(zhàn)時提供強有力的支持,隨時隨地回答學(xué)生的提問;還可以為學(xué)生訂制學(xué)習(xí)方案和規(guī)劃職業(yè)發(fā)展路徑,并引導(dǎo)學(xué)生走向成功。更重要的是,人工智能可以匹配聊天機器人或虛擬導(dǎo)師的面孔和聲音來滿足學(xué)生個人喜好。對比網(wǎng)頁界面的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng),這才是真正做到了一人一導(dǎo)師。
3.人工智能關(guān)注學(xué)生情感
2016年地平線報告高等教育版把情感計算列為教育技術(shù)發(fā)展普及的重要方向。也就是說,人工智能不僅限于模擬人類傳遞知識,還能通過生物監(jiān)測技術(shù)(皮膚電導(dǎo)、面部表情、姿勢、聲音等)來了解學(xué)生在學(xué)習(xí)中的情緒,適時調(diào)整教育方法和策略。例如,機器人導(dǎo)師捕捉到學(xué)生厭煩的面部表情時,就可以立即改變教學(xué)方式努力激發(fā)他們的興趣。這種關(guān)注情感的人機交流為學(xué)生營造一個更真實的個性化學(xué)習(xí)環(huán)境,更好地維持了學(xué)習(xí)者的動機。美國匹茲堡大學(xué)開發(fā)的AttentiveLearner智能移動學(xué)習(xí)系統(tǒng)就能通過手勢監(jiān)測學(xué)生的思想是否集中。突尼斯蘇斯國家工程學(xué)院的研究人員正在研究開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的人工智能教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠識別學(xué)生在任何地方開展科學(xué)實驗的面部表情,以優(yōu)化遠程虛擬實驗室的教學(xué)過程。
進一步的研究發(fā)現(xiàn),人工智能還可以關(guān)注學(xué)生的心理健康。當前已經(jīng)有使用人工智能來為自閉癥兒童提供有效支持的案例。例如,倫敦知識實驗室在Topcliffe小學(xué)開展試驗,讓自閉癥學(xué)生與半自動虛擬男孩安迪開展互動交流,研究人員發(fā)現(xiàn)患有自閉癥的學(xué)生在社交能力方面有進步。
4.人工智能改進數(shù)字出版
教科書等課程材料并非總是完美,傳統(tǒng)印刷出版讓課程的修訂變得過于緩慢。這不僅是生產(chǎn)工藝的問題,更主要的是紙質(zhì)課程材料無法快速獲取使用者的反饋來識別缺陷所在。而數(shù)字化出版在人工智能的支撐下能徹底改變這一現(xiàn)狀。
人工智能可幫助使用者快速識別課程缺陷。大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程Coursera的提供者已經(jīng)將這一想法付諸實踐。當發(fā)現(xiàn)大量學(xué)生的作業(yè)提交了錯誤的答案時,系統(tǒng)會提示課程材料的缺陷,進而有助于彌補課程的不足。
另一項人工智能在數(shù)字化出版的應(yīng)用是自動化組織和編寫教材。這是基于深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)能模仿人類的行為進行讀和寫。ScottR.Parfitt博士的內(nèi)容技術(shù)公司CTI就依據(jù)這項技術(shù)幫助教師定制教科書——教師導(dǎo)入教學(xué)大綱,CTI的人工智能引擎能自動填充教科書的核心內(nèi)容。
隨著自然用戶界面和自然語言處理在人工智能領(lǐng)域的成熟應(yīng)用,課程材料的數(shù)字化出版也會有更新的形態(tài)——不再局限于書本或網(wǎng)頁的形式,聊天機器人和虛擬導(dǎo)師將成為內(nèi)容表達的更好的方式。
5.人工智能作為學(xué)生
多年的研究表明,教會別人才是更好的學(xué)習(xí),即learning-by-teaching。美國斯坦福大學(xué)教育學(xué)教授DanielSchwartz正基于這一理念來開發(fā)新的人工智能產(chǎn)品。他聯(lián)合了多個領(lǐng)域的專家一起開發(fā)了人工智能應(yīng)用——貝蒂的大腦(Betty’sBrain),讓學(xué)生來教貝蒂學(xué)習(xí)生物知識。試點研究發(fā)現(xiàn),使用這一方法來學(xué)習(xí)的學(xué)生比其他學(xué)生成績更好,且在科學(xué)推理上也更勝一籌。
類似的研究和開發(fā)還有瑞典隆德大學(xué)的TimeElf和美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的SimStudent,這兩個人工智能產(chǎn)品也是基于learning-by-teaching而開發(fā),讓學(xué)生在教會機器人知識的過程中深化對知識的理解。
另外,人工智能還推動其他教育方法和技術(shù)更好實現(xiàn)。如讓虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境更具沉浸感;給學(xué)生帶來更多動手實踐的機會;提供基于豐富學(xué)習(xí)分析的仿真和游戲化學(xué)習(xí)場景等。
關(guān)鍵詞:應(yīng)用型本科院校;人工智能;電子信息工程;專業(yè)建設(shè)
一研究背景
在發(fā)達國家,應(yīng)用型本科院校一直占有很大的比重。在我國,應(yīng)用型本科院校也逐漸成為高等教育大眾化的主力軍,對我國高等教育系統(tǒng)未來發(fā)展越來越重要的作用。金陵科技學(xué)院作為教育部應(yīng)用科技大學(xué)改革試點戰(zhàn)略研究單位、中國應(yīng)用技術(shù)大學(xué)(學(xué)院)聯(lián)盟創(chuàng)始單位,也正在積極地去探究相關(guān)的應(yīng)用型專業(yè)建設(shè)模式。電子信息工程專業(yè)作為學(xué)校的一門深度涉軟專業(yè),也要緊跟南京城市軟件建設(shè)發(fā)展方向,這對應(yīng)用型電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)既是機遇又是挑戰(zhàn)。隨著社會的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步,電子信息工程的應(yīng)用也越來越廣泛,對人們的生活產(chǎn)生了非常大的影響。,不但改變著人們獲取信息、存儲信息和管理信息的方式,而且為人們進行信息的獲取、存儲和管理提供了新的途徑和方法,目前,各行業(yè)大都需要電子信息工程專業(yè)人才,而且薪金很高。2015年5月8日,備受矚目的《中國制造2025》由國務(wù)院正式下發(fā),這是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)。該規(guī)劃二個突出特點是,將"加快新一代信息通信技術(shù)與制造業(yè)的深度融合"作為貫徹始終的主題,提出堅持自主研發(fā)和開放合作并舉,加快建立現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)體系,為推動信息化與工業(yè)化深度融合、實現(xiàn)制造業(yè)由大變強、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國提供強有力的基礎(chǔ)支撐。在今年,隨著國家“兩會”的盛大召開,人工智能首次被提升到國家發(fā)展戰(zhàn)略高度,人工智能技術(shù)的重大突破將帶來新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命,大力發(fā)展人工智能技術(shù)是中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級的重要動力。電子信息技術(shù)的巨大成功和進步,使人工智能可以深層次、多維度地參與到各個行業(yè)各個領(lǐng)域中,使科技的進步快速融入到跨界合作中。比如,電子信息技術(shù)的成熟,使人工智能可以深度服務(wù)于醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)、配合甚至取代醫(yī)生進行精確的手術(shù)治療。在無人駕駛領(lǐng)域,無人駕駛汽車、無人駕駛飛機、無人駕駛艦船都已經(jīng)陸續(xù)投入使用;在軍事領(lǐng)域,人工智能的運用更是已經(jīng)爐火純青,俄羅斯與美國的人工智能作戰(zhàn)部隊和相關(guān)系統(tǒng),已經(jīng)在反恐作戰(zhàn)中屢立戰(zhàn)功,威力無比,作戰(zhàn)效能與性價比遠遠超越人類士兵。由此可看出,人工智能在電子信息技術(shù)大發(fā)展的當下,終于在應(yīng)用層面開始發(fā)光發(fā)熱,現(xiàn)出巨大的生命力和后續(xù)無窮無盡的成長潛力,人工智能在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用,是國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整、產(chǎn)能升級改造、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、核心技術(shù)創(chuàng)新獲得成功的關(guān)鍵。隨著BAT、華為、大疆無人機等高科技企業(yè)在人工智能應(yīng)用和開發(fā)上的不斷探索,刺激更多人才和資本向人工智能商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域涌入。目前,基于人工智能學(xué)習(xí)背景下,軟硬件相關(guān)知識過硬的電子信息類專業(yè)人才已經(jīng)成為社會上最為緊缺的人才,薪水待遇很高。
二需要解決的關(guān)鍵問題
作為應(yīng)用型本科院校,如何將“人工智能”新概念融入到電子信息工程專業(yè)建設(shè)中,根據(jù)社會發(fā)展的需求,校企緊密結(jié)合,培養(yǎng)出復(fù)合型的,應(yīng)用型的社會緊缺人才,是需要去解決的關(guān)鍵問題。1.像當年互聯(lián)網(wǎng)的崛起一樣,人工智能真正的發(fā)展才剛剛興起,相關(guān)的概念及定義還不完全定型,如何把握好未來人工智能的發(fā)展方向,有針對性地在傳統(tǒng)的電子信息工程課程計劃中規(guī)劃與人工智能息息相關(guān)的課程,比如人工智能原理,機器學(xué)習(xí),深度學(xué)習(xí)等課程,將兩者有機融合,在人才培養(yǎng)上面臨較大的挑戰(zhàn)。2.人工智能是一門綜合了控制論、信息論、計算機科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、哲學(xué)等多門學(xué)科的嶄新概念。如果要將“人工智能”融入到電子信息工程專業(yè)建設(shè)中,就不僅需要學(xué)生學(xué)好如模擬電子技術(shù),數(shù)字電子技術(shù),數(shù)字信號處理,單片機技術(shù),C/C++程序設(shè)計等傳統(tǒng)的課程,打好基礎(chǔ),還需要加強在數(shù)據(jù)挖掘,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的課程方面的建設(shè),扎實學(xué)生的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)。這對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力要求更高,老師的教學(xué)水平也提出更高的要求。因此,如何加強此方面的師資專業(yè)培訓(xùn),是一個該課題需要解決的關(guān)鍵問題。3.一個專業(yè)人才的培養(yǎng),不僅需要優(yōu)秀的師資力量以及良好的學(xué)風,還需要有相關(guān)的硬件實驗平臺作為支撐。如何根據(jù)“人工智能”新概念,針對性地新建一些諸如智能傳感器實驗室,人體特征識別實驗室,機器人實驗室等,把電子信息工程專業(yè)中的電子器件技術(shù),信號處理技術(shù)等應(yīng)用于人臉識別,智能家居,機器人等熱門領(lǐng)域,根據(jù)學(xué)生的興趣愛好因材施教,提高學(xué)生的動手能力,也是該課題需要去解決的一個關(guān)鍵問題。
三研究內(nèi)容
本文以“人工智能”新概念下的電子信息工程專業(yè)教學(xué)及實踐模式為研究內(nèi)容,重點研究如何將人工智能相關(guān)的理論及實驗課程建設(shè)融入到傳統(tǒng)的電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案中,做到無縫結(jié)合,在培養(yǎng)模式上需要有一定的理論創(chuàng)新,以更好地適應(yīng)人工智能類的高新電子信息技術(shù)企業(yè)對相關(guān)應(yīng)用型人才的要求。目前擬以現(xiàn)有電子信息工程專業(yè)的課程體系和專業(yè)方向為基礎(chǔ),形成以“人工智能”為導(dǎo)向的應(yīng)用型電子信息工程特色專業(yè)建設(shè),在未來的專業(yè)發(fā)展規(guī)劃中,逐漸形成物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、機器人,無人機,人臉識別,語音交互,智能駕駛等不同的專業(yè)方向,增加學(xué)生的就業(yè)面,提高學(xué)生的就業(yè)層次,加強學(xué)生的就業(yè)競爭力。主要具體體現(xiàn)在以下幾個方面:
(一)實踐教學(xué)的形式多樣
可采用以“學(xué)生興趣愛好”為依據(jù)的引導(dǎo)式教學(xué)實踐模式,在扎實學(xué)生數(shù)學(xué)物理等理論的基礎(chǔ)上,將最新的人工智能概念貫穿在電子信息工程專業(yè)課程體系中,通過不同的應(yīng)用型實驗項目拓寬學(xué)生的知識面,提高學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力,動手實踐能力,創(chuàng)新能力以及獨立開展研究的能力,將課堂教學(xué)、校內(nèi)實驗和校外企業(yè)實習(xí)三者相互結(jié)合,鼓勵學(xué)生參加諸如全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽,全國大學(xué)生智能設(shè)計競賽,中美創(chuàng)客大賽等賽事,以確保培養(yǎng)出高素質(zhì)的應(yīng)用型專業(yè)人才。同時,讓學(xué)生從大二開始就自選課題、進實驗室、根據(jù)興趣愛好組建不同研究方向的實驗團隊,并為學(xué)生按照不同的研究方向配備專業(yè)教師,以此讓學(xué)生融入到教師的科研工作中去,形成所謂的本科生導(dǎo)師制制度,由相應(yīng)的導(dǎo)師全程指導(dǎo),開展科學(xué)研究,培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力和動手實踐能力。
(二)注重提高教師的教學(xué)及科研水平
在努力提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的同時,注重提高應(yīng)用型電子信息工程專業(yè)教師的教學(xué)及科研水平,使其能夠很好地將“人工智能”新概念用于電子信息工程專業(yè)的教學(xué)中,指導(dǎo)學(xué)生參加相關(guān)的各種競賽,提高教師團隊的實踐能力及技術(shù)水平。通過海內(nèi)外招聘和內(nèi)部強化培養(yǎng)(教師博士化、教師雙師化、教師國際化)等舉措,加強師資團隊建設(shè);通過鼓勵教師積極開設(shè)MOOC課程,參加教師技能大賽以及國內(nèi)外教學(xué)培訓(xùn),從多方面提高教師的教學(xué)水平。
(三)建立完善的校企合作制度,為學(xué)生提供相應(yīng)的實習(xí)基地
企業(yè)工程師可以參與相關(guān)的人才培養(yǎng)方案修訂和部分的教學(xué)實踐工作。這種合作制度既可以提高教師的科研應(yīng)用水平,也可以為學(xué)生提供就業(yè)機會,增強學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。
(四)注重課程大綱修改,實驗室平臺建設(shè)
以改革傳統(tǒng)的電子信息工程專業(yè)的培養(yǎng)模式為目標,總結(jié)在“人工智能”新概念下教學(xué)及實踐的相關(guān)經(jīng)驗,形成一個有鮮明特色的電子信息工程專業(yè)培育模式。應(yīng)用型本科院校電子信息工程專業(yè)人才未來的發(fā)展戰(zhàn)略和改革方向,應(yīng)重點考察“人工智能”新概念下專業(yè)人才培養(yǎng)模式的優(yōu)缺點。重點關(guān)注“人工智能”新概念下的教學(xué)及實踐課程大綱修訂、教師教學(xué)及科研能力培訓(xùn)體系構(gòu)建、實驗室軟硬件平臺建設(shè)、校企合作培養(yǎng)模式探討及校外實習(xí)基金建設(shè)等工作。
四結(jié)語
本文探討和研究了“人工智能”新概念下應(yīng)用型電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)模式,結(jié)合金陵科技學(xué)院電子信息工程專業(yè)的發(fā)展情況,對原有的專業(yè)培養(yǎng)模式做了一定的理論創(chuàng)新,引入了“人工智能”新概念,從理論和實踐教學(xué),學(xué)生學(xué)習(xí)能力和教師教研技能培養(yǎng),校企合作辦學(xué),實驗室建設(shè)等方面進行了一系列的探討。
參考文獻
[1]姚俊.電子信息工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究[J].山東社會科學(xué)2016(S1):357-358.
[2]葉全意,徐志國,吳杰,等.應(yīng)用型本科院校電子信息類專業(yè)大學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].教育教學(xué)論壇,2016(46):93-94.
關(guān)鍵詞:人工智能;網(wǎng)絡(luò)教育;應(yīng)用;前景
中圖分類號:TP18
“人工智能”一詞最早是在20世紀50年代末期在Dartmouth學(xué)會上提出的。它是計算機技術(shù)的一個分支學(xué)科,但又同時包含了很多領(lǐng)域的不同學(xué)科,例如生物信息學(xué)、機械理論學(xué)、數(shù)理推論、語言文化等,它的研究領(lǐng)域非常的廣泛,包括機器翻譯研究、智能控制研究、專家系統(tǒng)學(xué)、機器人研究、語言和圖像理解研究、遺傳編程研究、自動程序設(shè)計研究、航天科學(xué)與應(yīng)用、龐大的信息處理、儲存、管理研究。此后,越來越多的科研人員開始了對人工智能技術(shù)的研究。國際上比較先進的研究機構(gòu)有麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、賓夕法尼亞大學(xué)、耶魯大學(xué)、德國人工智能研究中心、索尼公司等,中國的先進研究機構(gòu)主要有清華大學(xué)、北京紫光優(yōu)藍機器人技術(shù)有限公司、中國科學(xué)院先進技術(shù)研究院、北京大學(xué)、南京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京郵電大學(xué)等幾十家機構(gòu)。
目前,將人工智能應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)教育中是很多研究者關(guān)注的熱點,在近些年的研究中取得了很大的進步,取得了一些先進的成果,但是在研究中也遇到了一些問題,需要研究人員進行解決并創(chuàng)新。本文首先介紹了網(wǎng)絡(luò)教育的現(xiàn)狀,探討了人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用,通過研究提出了做好人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中應(yīng)用的有效措施,最后對人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中的發(fā)展前景進行展望。
1 網(wǎng)絡(luò)教育的現(xiàn)狀
隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對教育的觀念以及接受教育的方式發(fā)生了巨大的改變,“網(wǎng)絡(luò)教育文化”日趨成熟。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展給傳統(tǒng)的教育模式帶來新的挑戰(zhàn),它除了將傳統(tǒng)教育模式的一些顯著不足進行了改變以外,同時使教學(xué)更富有吸引力和生氣,吸引更多的人愿意到Internet教學(xué)中來學(xué)習(xí)自己想要的知識,他們可以不受時間、空間、身份的限制,到這個虛擬的課堂來進行“充電”。但在當前,網(wǎng)絡(luò)教育還在初級的發(fā)展階段,在實際的推廣和應(yīng)用中還存在著一些問題:
(1)在網(wǎng)絡(luò)遠程教育的過程中,支持學(xué)習(xí)的服務(wù)系統(tǒng)沒有很好的滿足學(xué)習(xí)者的要求,引導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的手段和給學(xué)習(xí)者答疑的方法都比較落后,服務(wù)的方式受到一些客觀因素的限制;
(2)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中有很的問題存在,例如空間的分散性差,時間的流動性和自主性差,除此之外,便攜性也比較差等;
(3)目前,雖然網(wǎng)絡(luò)教育中進行的考試具有開放性,但是考試的公平公正性、考試類型的科學(xué)性、出題的權(quán)威性都很難保證;
(4)目前來看,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身具有了信息查詢能力,但這種查詢的能力是很有限的。
2 人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用
2.1 智能決策支持系統(tǒng)
智能決策支持系統(tǒng)是在1980年左右由美國的研究大師波恩切克提出來的,是決策支持系統(tǒng)與人工智能技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。目前,由于智能決策支持系統(tǒng)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新,在網(wǎng)絡(luò)教育的應(yīng)用和研究方面表現(xiàn)出很強的發(fā)展?jié)摿?。例如,智能決策支持系統(tǒng)在數(shù)字和移動圖書館中的得到了廣泛的應(yīng)用,該系統(tǒng)能夠為數(shù)字圖書館的管理人員提供決策和管理所需的數(shù)據(jù)、信息,幫助他們明確決策和管理的目標,通過建立決策模型并加以修改或完善,為數(shù)字圖書館正確、有效的管理和決策提供必要的支持。
2.2 智能教學(xué)系統(tǒng)
智能教學(xué)系統(tǒng)是在1970年以后迅速發(fā)展起來的,可以為學(xué)習(xí)者提供一種智能的授課環(huán)境,它將計算機的模擬功能來體現(xiàn)在整個教學(xué)過程中,使用人工智能技術(shù)和多媒體技術(shù)等先進的教學(xué)手段,共同形成一個交互式的開放的教學(xué)系統(tǒng),在這個學(xué)習(xí)系統(tǒng)中,學(xué)生可以主動的獲取學(xué)習(xí)知識,系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的個人情況來進行合理和科學(xué)的教學(xué),以達到最佳的、理想的教學(xué)效果。
2.3 智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)
支持服務(wù)是現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的重要構(gòu)成要素。建立和維持一個高效靈活、強有力的支持服務(wù)子系統(tǒng)是有效地開發(fā)、管理和實施計算機網(wǎng)絡(luò)教育項目的保證。智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)可以創(chuàng)造一個優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境,使學(xué)習(xí)者方便快捷地調(diào)用各種資源,以獲得學(xué)習(xí)的成功。
2.4 智能硬件網(wǎng)絡(luò)
智能網(wǎng)是20世紀80年代初期興起的研究課題。隨著網(wǎng)絡(luò)的日益普及,通過網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習(xí),不僅要求多媒體綜合化的信息處理能力,而且要求網(wǎng)絡(luò)能夠提供高級信息處理能力。就目前的狀況而言,對現(xiàn)有的計算機教育網(wǎng)絡(luò)賦予其一定的“智能”,從硬件性能本身加以提升是一種不乏遠見的選擇。
3 做好人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中應(yīng)用的有效措施
3.1 加大資金的支持
對于做好人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用工作,絕對離不開資金的支持,因此各級政府部門應(yīng)該做好相關(guān)的預(yù)算,落實好國家對于支持人工智能技術(shù)的相關(guān)政策,對于在人工智能技術(shù)發(fā)展中做出突出貢獻的企業(yè)和科研單位要給予一定的資金支持,支持這些企業(yè)、科研單位的研究工作,促進人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中更好的發(fā)展和應(yīng)用。
3.2 加快人員培訓(xùn)工作,建立技術(shù)研究團隊
人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用工作具有技術(shù)性、專業(yè)性強等很多特征,因此,必須培養(yǎng)一批高素質(zhì)的人工智能專業(yè)人才,同時還要對這些人員進行全面的業(yè)務(wù)培訓(xùn),使得這些人員既要懂管理,又要精通人工智能的專業(yè)知識,通過全面的業(yè)務(wù)培訓(xùn)和人才引進,建立人工智能的技術(shù)研究團隊,使得這些人的才能得到很好的發(fā)揮,在人工智能方面有所創(chuàng)新,保證人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中得到更好的應(yīng)用。
3.3 加強和先進研究機構(gòu)的合作
在人工智能技術(shù)研究方面,美國、英國、德國等國家都走在世界的前列,而我國的人工智能技術(shù)研究的能力較低,與上述發(fā)達國家相比還存在一定的差距。因此,如何縮小這種差距,實現(xiàn)人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中更好的應(yīng)用,就需要我們的研究人員加強專業(yè)知識的學(xué)習(xí),和這些國家的先進研究機構(gòu)進行有效的溝通和聯(lián)系,借鑒其先進的研究經(jīng)驗,根據(jù)自己的實際需要,進行一些實際的合作。
4 結(jié)束語
由于人工智能技術(shù)本身存在著巨大的優(yōu)勢,人工智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也會不斷地進行發(fā)展而趨于成熟,這將極大地改善并且優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)教育的學(xué)習(xí)環(huán)境,全面提升網(wǎng)絡(luò)教育的整體教學(xué)質(zhì)量,并有望增強網(wǎng)絡(luò)教育的全面開放性。為了做好人工智能在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用,需要加大資金的支持,加快人員培訓(xùn)工作,建立技術(shù)研究團隊,加強和先進研究機構(gòu)的合作,使網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的支持服務(wù)更加人性化和擬人化,更加體現(xiàn)以人為本的關(guān)懷精神。
參考文獻:
[1]呂生榮.淺談人工智能在計算機輔助教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技資訊,2009(01):198.
[2]張園.人工智能技術(shù)在計算機輔助教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].科技資訊,2007(34):108-109.
[3]陸志一,吳學(xué)慶.計算機未來的發(fā)展趨勢[J].黑龍江科技信息,2008(04).
[4]張瑞.計算機科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢探析[J].制造業(yè)自動化,2010(08).
[5]何月瑤.計算機技術(shù)發(fā)展態(tài)勢分析[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2007(05).
關(guān)鍵詞:人工智能;研究生教學(xué);教學(xué)方法
人工智能是一門研究機器智能的學(xué)科,是在研究人類智能行為規(guī)律的基礎(chǔ)上,利用人工的方法和技術(shù),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(lǐng)域,人工智能技術(shù)也得到廣泛應(yīng)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(xué)科交叉的課程,具有很強前沿性,涉及哲學(xué)、認知科學(xué)、行為科學(xué)、腦科學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、邏輯學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)等眾多領(lǐng)域;涉及面寬,內(nèi)容廣泛,更新快。人工智能課程的開設(shè)能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和技術(shù)創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生對計算機前沿技術(shù)的前瞻性,提高他們的科技素質(zhì)和學(xué)術(shù)水平[1]。
人工智能課程內(nèi)容的廣泛性、前沿性和應(yīng)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(xué)工作,現(xiàn)總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗如下。
1研究生培養(yǎng)目標及其教學(xué)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(gòu)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(chǔ)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(yīng)用這些知識的經(jīng)驗,對于擴大其專業(yè)知識領(lǐng)域并進行研究有著積極主動的態(tài)度??傊?,從年齡構(gòu)成及身心特征上講,研究生適應(yīng)高層次、跨學(xué)科知識領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究。
研究生的特征及其教育目標決定了研究生教學(xué)不應(yīng)該是由教師講授已定論的知識,而應(yīng)是以教學(xué)為基本依托,通過教學(xué)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(zhì)疑,讓他們在思考和質(zhì)疑的過程中提出問題,培育他們發(fā)現(xiàn)問題、提出質(zhì)疑的科學(xué)批判精神,訓(xùn)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(jié)合作的精神、嚴謹科學(xué)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(shè)置應(yīng)該具有一定的靈活性,依據(jù)研究生不同的知識基礎(chǔ)和研究定向,設(shè)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(xué)中,也應(yīng)凸顯教學(xué)的研究性和專業(yè)性,重視專業(yè)領(lǐng)域背景知識和研究方法的講授,開展跨學(xué)科、非專業(yè)知識的教學(xué),教學(xué)內(nèi)容應(yīng)涵蓋專業(yè)領(lǐng)域的研究熱點、難點、爭議問題和最新研究動態(tài),還應(yīng)包括交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科的研究趨勢,以擴展學(xué)生的視野[3]。也就是說,研究生教學(xué)既要凸顯研究生的個性化特點,又要凸顯內(nèi)容的學(xué)術(shù)性和研究的指向性。
2人工智能課程的特點
2.1多學(xué)科交叉,具有很強的前沿性
人工智能是一門多學(xué)科交叉的課程。課程內(nèi)容的理解需要運用多學(xué)科知識和較強的邏輯思維能力,多學(xué)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(xué)習(xí),學(xué)生可以通過不同學(xué)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(shè)能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和技術(shù)創(chuàng)新能力,為學(xué)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(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機編程語言、數(shù)據(jù)庫原理等課程為基礎(chǔ),涵蓋了模式識別、機器學(xué)習(xí)、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(xué)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(lǐng)域,在模式識別、圖像處理、自動控制、通信網(wǎng)絡(luò)等很多領(lǐng)域都得到了成功應(yīng)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(shù)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(guān)的研究論文,為學(xué)生提供了很好的查閱文獻的環(huán)境,使學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)習(xí)的內(nèi)容和所在課題組的研究方向閱讀相應(yīng)文獻,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獨立提出問題、解決問題的能力。
2.3應(yīng)用性強
人工智能理論已經(jīng)滲透到科學(xué)的各個領(lǐng)域,當前,幾乎所有的科學(xué)與技術(shù)分支都在共享著人工智能領(lǐng)域所提供的理論和技術(shù)。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(yīng)用于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、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(lǐng)域;數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)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(yù)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(lǐng)域已有許多案例;語義Web讓W(xué)eb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(yīng)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(shù)也得到廣泛的應(yīng)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(shù),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(yīng)用性給學(xué)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(xué)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(yīng)用性特點決定了在該課程的講授過程中應(yīng)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(xué)生的創(chuàng)新思維和技術(shù)創(chuàng)新能力,提高他們的科技素質(zhì)和學(xué)術(shù)水平。
3人工智能課程教學(xué)方法
3.1基于問題的啟發(fā)式教學(xué)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?!被趩栴}的啟發(fā)式教學(xué)法是教師在深入了解學(xué)生心理特點和學(xué)習(xí)規(guī)律的基礎(chǔ)上,設(shè)計適合教學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)思維,培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題、提出問題和解決問題的能力。該教學(xué)方法強調(diào)的是過程,教師的主要任務(wù)是提出問題,依據(jù)舉一反三的思路引導(dǎo)學(xué)生展開邏輯推理,通過逐層分析深入思考問題,最后綜合學(xué)生觀點闡述相關(guān)理論。
在課程教學(xué)中,有許多內(nèi)容適合于采用啟發(fā)式教學(xué)方法。例如,在知識表示方法的學(xué)習(xí)過程中,教師首先提出問題:“你是怎樣進行數(shù)學(xué)定理證明的?”并在學(xué)生的回答過程中,引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)學(xué)生逐步總結(jié)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(xué)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(jié)論,據(jù)此判斷誰是盜竊犯”的問題[4],讓學(xué)生進行判斷和討論,引導(dǎo)學(xué)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(xué)法的要點是設(shè)計適當?shù)膯l(fā)式問題和啟發(fā)方式、安排能調(diào)動學(xué)生積極性的討論環(huán)境、鼓勵學(xué)生發(fā)表個性化觀點。教師不僅用問題引發(fā)學(xué)生思考,更要鼓勵學(xué)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(jié)論和固定的程式束縛思想,鼓勵學(xué)生的個性化觀點。啟發(fā)式教學(xué)是一種民主、科學(xué)的教學(xué)方法,其中包含諸多具體的教學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生的自學(xué)能力。以問題為基礎(chǔ)的啟發(fā)式教學(xué),利用問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),全方位深層次發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維和探究性學(xué)習(xí)能力。問題可以誘發(fā)出學(xué)生的求知欲,激發(fā)、喚醒了學(xué)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(xué)活動從以傳授知識為中心轉(zhuǎn)化為傳授知識與培養(yǎng)能力并重,理論與實踐相結(jié)合,提高了學(xué)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(xué)法
基于案例的探究式教學(xué)法要求教師能夠根據(jù)學(xué)生的認知水平和能力,創(chuàng)設(shè)引導(dǎo)學(xué)生進行探究活動的案例,以激發(fā)學(xué)生探究問題的興趣,促進學(xué)生質(zhì)疑、探求的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)動機,通過選擇與確定問題、討論與提出設(shè)想、實踐與尋求結(jié)果、驗證與得出結(jié)論,發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學(xué)生獨立探究、研究能力和創(chuàng)新能力。探究式教學(xué)強調(diào)學(xué)生的積極參與,強調(diào)師生互動。對教師來說,必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的“傳道”觀念,以平等的心態(tài)與學(xué)生交流探討。在課堂上,要努力營造民主、寬松、和諧的教學(xué)氛圍,積極引導(dǎo)學(xué)生大膽設(shè)想,大膽探索。使學(xué)生樹立研究型學(xué)習(xí)的觀念,消除依附心理,養(yǎng)成勤于思考、善于思考的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣,通過積極參與研討培養(yǎng)學(xué)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(luò)部分的教學(xué)中,將基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的維吾爾文手寫字母識別作為案例開展了探究式教學(xué)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(jié)果詳細地在課堂上進行演示,引導(dǎo)學(xué)生對實驗提出質(zhì)疑。在教學(xué)實踐中,學(xué)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(luò)訓(xùn)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(quán)值的調(diào)整量反而很小?等等。在教師事先準備好的實驗演示的基礎(chǔ)上,開展學(xué)生進行課堂討論,讓學(xué)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(xué)生理解BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計、輸入輸出數(shù)據(jù)的預(yù)處理、初始權(quán)值設(shè)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生能夠大膽設(shè)想,大膽探索,增加了學(xué)生的自信心和創(chuàng)新精神。本次課堂討論結(jié)束后,教師根據(jù)學(xué)生的討論以及實驗結(jié)果演示,總結(jié)標準BP算法的局限性,例如,“易形成局部極小”,“訓(xùn)練次數(shù)多,學(xué)習(xí)效率低”,“訓(xùn)練時有學(xué)習(xí)新樣本遺忘舊樣本的趨勢”等,并要求學(xué)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(xué)生分組,讓學(xué)生展開討論,為下次討論課作好準備。
傳統(tǒng)教學(xué)方法是告訴學(xué)生怎么去做,在一定程度上損害了學(xué)生的積極性。而案例教學(xué)要求學(xué)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(xué)中,通過學(xué)生之間的交流既可以使學(xué)生取長補短、促進人際交流能力,也可以引導(dǎo)學(xué)生變注重知識為注重能力。
案例教學(xué)法的關(guān)鍵是案例的選擇。案例是為教學(xué)目標服務(wù)的,因此它應(yīng)該具有典型性,且應(yīng)該與所對應(yīng)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(yīng)采用圖片、表格、曲線等方式讓學(xué)生看到算法的實驗結(jié)果,啟發(fā)學(xué)生思考。另外,案例應(yīng)該只有情況沒有結(jié)果,有激烈的矛盾沖突,沒有處理辦法和結(jié)論,由學(xué)生對案例提出質(zhì)疑,從這個意義上講,案例的情況越復(fù)雜,越多樣性,越有價值。
案例教學(xué)法能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)相長。教學(xué)中,教師不僅是教師而且也是學(xué)員。一方面,教師是整個教學(xué)的主導(dǎo)者,掌握著教學(xué)進程,引導(dǎo)學(xué)生思考、組織討論研究,進行總結(jié)、歸納。另一方面,在教學(xué)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(xué)生那里可以了解到大量感性材料。另外,案例教學(xué)法能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。教學(xué)中,由于不斷變換教學(xué)形式,學(xué)生大腦興奮不斷轉(zhuǎn)移,注意力能夠得到及時調(diào)節(jié),有利于學(xué)生精神始終維持最佳狀態(tài)。案例教學(xué)的最大特點是它的真實性。由于教學(xué)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(xué)習(xí)和理解。最后,案例教學(xué)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(xué)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(yīng)用性、創(chuàng)新性和前沿性,根據(jù)我校計算機系碩士生指導(dǎo)教師的研究領(lǐng)域,我們在課堂教學(xué)中為計算智能、機器學(xué)習(xí)算法、機器視覺、自然語言理解部分增加了研討會,要求學(xué)生上網(wǎng)進行文獻檢索、閱讀和學(xué)術(shù)研討,根據(jù)個人的研究興趣和研究設(shè)想上臺作報告。另外,我們還邀請相應(yīng)專家和成果突出的各屆研究生為學(xué)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(xué)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(lǐng)域的研究生在通過查資料了解所在研究小組工作的基礎(chǔ)上,上臺作報告。機器翻譯研究組的同學(xué)在學(xué)習(xí)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(shù)、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(shè)想。與自己所在研究小組的科研相結(jié)合,開展文獻檢索和學(xué)術(shù)研討,一方面讓學(xué)生開闊了眼界,另一方面也提高了學(xué)生查閱文獻、主動獲取知識、獨立思考的科研能力。
4結(jié)語
人工智能理論已經(jīng)滲透到科學(xué)的各個領(lǐng)域,人工智能技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。人工智能課程具有多學(xué)科交叉、內(nèi)容廣泛、前沿性和應(yīng)用性強等特點,課程開設(shè)能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和技術(shù)創(chuàng)新能力。教與學(xué)是教師與學(xué)生雙方互動的過程,教學(xué)中要根據(jù)學(xué)生身心特征的實際情況采用相應(yīng)的教學(xué)方法,并結(jié)合本??蒲嘘犖榈难芯款I(lǐng)域,不斷地探索和提高,才能使教學(xué)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(xué)探索[J]. 計算機教育,2010(19):27-31.
[2] 謝安邦. 構(gòu)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(wù)院學(xué)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(yīng)用[M]. 4版. 北京:清華大學(xué)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)
關(guān)鍵詞:人工智能;Prolog語言;專家系統(tǒng);虛擬足球機器人 新一輪課程改革亮點之一:技術(shù)課程標準,由信息技術(shù)和通用技術(shù)組成。作為技術(shù)領(lǐng)域的集大成者:人工智能貫穿于整個技術(shù)領(lǐng)域。信息技術(shù)開設(shè)人工智能初步選修模塊,通用技術(shù)也有簡易機器人選修模塊,面向中學(xué)生有青少年機器人大賽。經(jīng)過兩年準備,筆者在部分學(xué)生中開展人工智能實驗教學(xué),深受學(xué)生歡迎。下面是筆者的一些做法和感受。
一、聯(lián)系實際,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
信息技術(shù)必修課中“用智能工具解決問題”一節(jié),學(xué)生已對身邊的智能工具及其使用已經(jīng)有一定的感性認識。但是對什么是人工智能,人工智能給人類生活帶來哪些好處等問題還不是很清楚。哪里沒有興趣,哪里就沒有記憶。通過生活中的一些實例,如,俄羅斯國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫與電腦“深藍”間“人機大戰(zhàn)”視頻,英國eliza機器人對話,滅火機器人、足球機器人等引導(dǎo)學(xué)生進入人工智能的多彩世界當中,也可以讓學(xué)生通過百度搜索其他方面如軍事等方面的應(yīng)用。讓學(xué)生明白人工智能技術(shù)已經(jīng)滲透到人們的社會生活,在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
二、由淺入深,介紹人工智能
人工智能是計算機科學(xué)的一個重要分支,它是由計算機科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、哲學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科相互滲透而發(fā)展起來的。其主要內(nèi)容是:人工智能語言、搜索技術(shù)、知識表示、自然語言理解與機器翻譯、專家系統(tǒng)等。要實現(xiàn)人工智能技術(shù),使機器具有智能,則需要人們給它設(shè)計智能程序。因此,讓學(xué)生掌握一種簡單實用的人工智能語言是必要的。Prolog是一種邏輯編程語言。它建立在邏輯學(xué)的理論基礎(chǔ)之上,最初被運用于自然語言等研究領(lǐng)域?,F(xiàn)已廣泛地應(yīng)用在人工智能方面,利用它可以建造專家系統(tǒng)、自然語言理解、智能知識庫等。Prolog教學(xué)主要結(jié)合“找醫(yī)生看病”這個簡單的實例,了解Prolog語言的謂詞邏輯、事實、規(guī)則和目標,進而介紹Prolog程序的運行機理,讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)在Prolog程序中一般不需要告訴計算機“怎么做”,而只要告訴它“做什么”。一旦給Prolog提供必要的事實和規(guī)則之后,它就能使用內(nèi)部的演繹推理機制自動求解指定的問題,而不需要在程序中列出詳細的解決步驟,這也正是人工智能語言與其他計算機程序設(shè)計語言的不同之處。如果系統(tǒng)完善,將機器人專家引入醫(yī)院,不但能大大減輕醫(yī)生的工作量,而且專家就在我們身邊,讓看病難、就醫(yī)難成為歷史。
三、虛擬智能,體驗人工智能
由于學(xué)校資金和條件限制,筆者利用AI-RCJ虛擬足球機器人作為教育載體。AI-RCJ是一套虛擬足球機器人的制作平臺軟件和競技仿真環(huán)境。該軟件以寓教于樂的方式,打破了傳統(tǒng)教育的模式,為使用者提供了一個新穎的教育平臺。整個系統(tǒng)由五部分組成,《初識機器人》和《足球機器人》是基礎(chǔ)類,《進攻機器人》《守門員》《我的球隊》三個模塊是整個競技仿真環(huán)境的核心部分。在這三個模塊中滲透給學(xué)生計算機程序設(shè)計的基本思想、順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu);讓學(xué)生了解數(shù)學(xué)平面坐標、體會不同質(zhì)量的物體碰撞帶來的不同效果和狀態(tài)。使用者可根據(jù)自己的策略建立一個虛擬足球機器人,用戶可選用圖形化編輯器――機器人快車或者代碼編輯器――CodeCanvas來實現(xiàn)機器人的策略及算法。編寫好的機器人控制代碼經(jīng)過編譯以后,就可以導(dǎo)入到AI-RCJ仿真競技環(huán)境下和其他的足球機器人進行比賽。不斷地在比賽中總結(jié)和改進,在競技中品味學(xué)習(xí)人工智能的樂趣。
四、實際操作,挑戰(zhàn)機器人設(shè)計
如果資金允許,可采購一些機器人組件,進行實際的組裝和設(shè)計。以小型足球機器人為例,其硬件結(jié)構(gòu)主要由6部分組成:行走機構(gòu)、擊球機構(gòu)、帶球機構(gòu)、電路部分(決策,控制和通信等電路)、電源裝置及輔助部分(小車底盤,外罩)。機器人小車應(yīng)能準確地接收上位機指令,并根據(jù)指令要求迅速完成決策子系統(tǒng)的意圖(帶球,射門,攔截等戰(zhàn)術(shù)動作)。決策系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心部分,它主動完成知識提取并確定機器人的協(xié)同任務(wù)。機器人的通信系統(tǒng)特別是無線通信系統(tǒng)是保證從主機端到機器人底層之間的數(shù)據(jù)傳送是可靠的,從而使得機器人能夠比較順利流暢地進行。
經(jīng)過兩年實驗教學(xué),學(xué)生認真學(xué)習(xí),積極性很高,都想成為機器人制作的高手,與往日的玩游戲和上QQ不可同日而語,信息技術(shù)課真正成為學(xué)生的主人。遺憾的是由于經(jīng)費問題不能讓每位學(xué)生親自設(shè)計機器人,讓自己的作品在綠茵場上一展英姿。但筆者相信隨著國家教育投入的增加,這一難題必將迎刃而解。