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《人工智能》课程的创新性教学探索100字
《人工智能》课程的创新性教学探索100字 中南大学人工智能课程开设于20世纪80年中期。1983年，蔡自兴作为访问学 者赴美国普度大学研修人工智能，并与美国国家工程科学院院士傅京孙（K�� S�� Fu）教授及清华大学徐光�v教授合作研究人工智能。在傅京孙院士的指 导下，蔡自兴和徐光�v教授执笔编著《人工智能及其应用》一书于1987年5月在 清华大学出版社问世，成为国内率先出版的具有自主知识产权的人工智能教材。本教材不仅为我校人工智能课程提供了一部好教材，而且促进了国内高校普遍开 设人工智能课程。此后，又陆续编著出版了《人工智能及其应用》第二版、第三 版“本科生用书”和“研究生用书”、第四版等，修读该课程的学生也与日俱增。
该书第二版还获得国家教育部科技进步一等奖。经过近20年建设，该课程于2003 年评为国家精品课程，并在2008年评为国家双语教学示范课程。这是至今国内唯 一同时获得国家级精品课程和双语教学示范课程的人工智能课程。同时，我们还 开发了人工智能网络课程，具有网络化、智能化和个性化等特色，被国家教育部 评为优秀网络课程，供兄弟院校人工智能教学参考使用，受到欢迎。［2］�� 作为国内第一门人工智能精品课程，我们按照教育部精品课程标准建设《人 工智能》课程，尤其是在教学内容、创新性教学方法和教学模式上进行不断改革 与探索，取得了很好的效果。本文即为我校人工智能精品课程建设与改革经验的 初步总结。�� 一、教学内容优化�� (一)课堂教学内容优化�� 教学内容的确定是课程的首要任务。如何选好教学内容，既能使学生了解本 领域的概貌，又能适合学生的基础，便于他们在有限的时间完成学习任务，是一 件难事。教学内容除了包含基础理论外，还应该反映人工智能领域的新发展和新 动态，跟上学科发展的步伐。本人工智能课程最初设定的教学内容分基础部分和 扩展应用部分。基础部分主要包括人工智能的定义和发展、知识的表示以及推理， 而扩展应用部分主要包括专家系统、机器学习、机器规划、机器视觉等。��近年来人工智能科学的快速发展，涌现出了大批新的方法和算法，研究热点 问题也从符号计算发展到智能计算和Agent等。�� 随着科学技术的不断进步，在科学研究和工程实践中遇到的问题变得越来越 复杂，传统的计算方法无法在一定时间内获得精确的解。为了在求解时间和求解 精度上取得平衡，很多具有启发式特征的智能计算算法应运而生。这些算法通过 模拟大自然和人类的智慧来实现对问题的优化求解。计算智能作为人工智能的一 个新的分支是目前的研究热点，它主要涉及神经计算、模糊计算、进化计算和人 工生命等领域，在如模式识别、图像处理、自动控制、通信网络等很多领域都得 到了成功应用。另一个近10年来人工智能的研究热点是Agent和多Agent系统，其 理论最早来自分布式人工智能，并随着并行计算和分布式处理等技术的发展而逐 渐成为热点。�� 以上两个内容都是人工智能的重要分支。因此，我们在《人工智能及其应用》 第三版［3］和第四版教材［4］中已经顺应形势加入了这方面的内容，并将教学 内容也进行了相应的扩展，加入了计算智能、分布式人工智能与Agent。由于不 确定性推理和基于概率的推理方法应用也越来越广泛，我们也将此类非经典推理 方法单独作为一章来进行教学。另外，还增加了一些新的内容，如本体论和非经 典推理、粒群优化和蚁群计算、决策树学习和增强学习、词法分析和语料库语言 学，以及路径规划和基于Web的专家系统等。图1给出本课程的教学内容大纲。
�� 人工智能的教学内容涉及面广且内容较多，要在有限课时内完成教学计划并 让学生掌握，具有一定难度。因此需要根据教学对象的需求有所取舍。中南大学 在智能科学与技术、计算机、自动化三个专业中均开设了人工智能课程，根据相 关专业课程教学对象，对学时和教学内容进行适当调整。对于智能科学与技术专 业，人工智能课程为必修课，共48个学时含实验8个学时。表1表示相关专业的人 工智能课程教学内容分配情况。
对于计算机和自动化专业，人工智能课程为选修课，共32个学时含实验8个学时。许多兄弟院校的计算机专业都把人工智能定为必修课，课程学时也在50 学时左右。因此，我们一再强烈建议我校的计算机专业把人工智能列为必修课， 并适当增加学时。由于智能科学与技术专业开设有专家系统和智能计算选修课程， 因此在人工智能教学内容中只将这两部分做简要阐述，而将重点放在知识表示和 推理以及扩展应用上。对于计算机专业学生来说，除基本的知识表示和推理外， 计算智能和Agent技术也是他们在软件开发和通讯技术理论学习中需掌握的重要 概念。同时，计算智能、专家系统对自动控制和电气工程也十分重要，对自动化 专业则应掌握该方面的内容。
(二)实验实践教学创新�� 国内人工智能课程在开设之初大多没有安排实验内容，仅为理论基础和概念 讲授。由于理论比较抽象，很难理解，学习效果不理想，学生们对于其应用实现 也十分困惑。此后，各高校也逐步在该课程中分配了实验学 《人工智能》课程的创新性教学探索 �� 人工智能课程是类专业的核心课程之一，也是智能科学与技术、自动化和电 子信息等专业的重要课程，其知识点具有不可替代的重要作用。该课程内容广泛， 具有很强的综合性、应用性、创新性和挑战性，［1］其开设能够更好地培养学 生的创新思维和技术创新能力，为学生提供了一种新的思维方法和问题求解手段。
同时，本课程能够培养学生对计算机前沿技术的前瞻性，提高他们的科技素质和 学术水平。通过课程的学习，学生对人工智能的定义和发展、基本原理和应用有 一定的了解和掌握，启发对人工智能的学习兴趣，培养创新能力。�� 时，大多数采用prolog语言和专家系统作为实验语言和对象。［5］为了改 进该课程的教学，我们也从没有实验到设置4个学时的实验课时，然后到现在的8 个学时的实验课时。随着课堂教学内容的改革，实验内容也进行了优化和�└� 新。�� 根据实验设备的性质，将实验分为两类：一类是实际硬件和软件实验，在实验室进行；
另一类为虚拟实验，由我们的人工智能网络课程提供，可以在网上进 行。实践性的实际硬件和软件实验包括八数码问题求解、移动机器人的路径规划 与行为决策实验等，要求用C或C++或Java等语言实现。认知性的虚拟实验包括搜 索策略实验、产生式系统实验、神经网络实验或自动规划实验等若干个实验。同 时还分为必修实验和选修实验。选修实验主要源于人工智能网络课程的虚拟实验 和软件实验。�� 随着新增智能科学与技术本科专业，我们也新开设了人工智能课程配套的 课程设计环节。课程设计包含三个方面内容：搜索游戏类、专家系统类和机器人 学实践类，由不同难度大小的题目组成，学生可根据自身能力和兴趣组成小组来 选择题目。根据题目的难易程度、学生完成任务情况和创新性进行评分。该设计 着重于将人工智能课堂讲授知识与实际紧密联系起来，培养学生解决实际问题的 能力。通过两周的设计，同学们学会面对一个实际问题，懂得如何去自己收集资 料、学习新的知识、制定解决问题的方案并通过实践不断地分析和解决前进道路 上可能遇到的问题，最终到达胜利的彼岸。在完成的过程中，还培养了学生的合 作精神，对于其今后工作或研究都有所帮助。
�オザ�、创新教学方法与模式�オ� 在七年精品课程的建设和改革探索中，我们发现该课程不能按照原有“教- 学”这种生搬硬套的方法进行课程教学，而应以激发学生兴趣、培养创新能力为 目标，探索新的教学方法。通过学习国内外先进教学经验和方法，我们应用了课 堂演示、课堂辩论、课堂互动、课后网络教学、网络实验等一系列教学新模式。
为提高学生的动手能力和理论水平，鼓励学生申请创新项目，参与科研课题，将 理论与实际相结合，为毕业后的工作和继续学习打下良好基础。总结起来，创新 教学方法与模式包括以下几个方面。
�ィㄒ唬┎捎孟执�教育技术构筑人工智能课程的现代教学模式�� 教学过程中采用多媒体教学课件和网络课程相结合的方法，充分利用多媒体 的丰富表现形式，利用网络课程的交互性、情景化和虚拟实验等，以学生为主体， 构筑人工智能课程的现代教学模式。在PowerPoint演示文稿和网络课程上采用了大量的多媒体表现形式，包括视频、动画、声音和图像等，目的在于使得人工智 能的抽象知识形象化，便于学生理解。通过动画和视频来演示抽象的概念、算法 和过程。通过声音和图像展示人工智能的历史、人物和发展前景等。�� 此外，我们开设了人工智能课堂的虚拟实验，使学生深入算法内部，并对算 法运行过程进行干预，以验证自己的假设，观看程序实现的过程，达到较好的理 解知识难点和重点的目的。�� 在课堂教学过程中，除多媒体课件和网络课程外，还给学生提供了相关参考 资源，包括：�� 第一，课程相关的特别是国外杂志和书籍目录，以及部分重要的。�� 第二，人工智能相关的网络资源，如网站、新闻组、BBS等。它们包括了大 量的文献资料、讨论、本领域研究的前沿动态等。�� 第三，人工智能课程相关的演示动画和实验等。�� 使用情况表明，学生非常乐于查阅这些资源。特别是一些优秀学生，能通过 使用这些资源，主动进行一些人工智能程序设计，探讨一些问题。在课堂讨论中 充分展示他们的才智与收获。
�ィǘ�）以趣导学，互动式教学，增加双语教学比例�� 与其他课程相比，人工智能是一门前沿课程并具有较大的趣味性，同时，该 课程内容繁多、理论性强、难度较大。一般来说，学生开始学习兴趣很大。但是， 当开始接触到抽象概念和算法时，往往感到不易理解，从而开始降低兴趣。因此， 需要将人工智能的趣味性、前沿性和理论性结合起来，通过多种途径和方法激发 和培养学生的学习兴趣。以下为我们采用的几种方法：�� 第一，通过有趣难题或游戏的说明来进行理论知识的讲解。如，常用的通过 八数码问题说明状态空间法、梵塔问题说明问题归约法等。又如，通过人脸或指 纹识别问题来引出神经网络理论，从而讲解神经学习方法；
�オト�、创新教学方法与模式�オ� 在多年的建设过程中我们已经取得了一定的成效，但也面临一些值得研究和有待解决的问题：
�ィㄒ唬┤斯ぶ悄芸纬痰氖笛榛方诓蛔愫涂问狈峙湮侍猹� 中南大学的人工智能课程的实验环节经历了从精品课程建设前没有到开设， 一直到其内容和形式上的改进过程。但目前实验还主要处于演示性和编程的实验 阶段，而非设计和训练阶段。此外，由于人工智能课程涵盖范围广、内容多，而 课程所设置的学时有限。如何分配好课堂教学与实验课时也是一个需要在今后课 程建设中不断探索的问题。�� 对于某些专业的人工智能课程，可以考虑单独开设人工智能实验课程或人工 智能程序设计与实验课程。
�ィǘ�）人工智能技术发展迅速情况下如何保持该精品课程持续发展的问 题�� 人工智能作为一门高度融合的交叉科学，其发展速度迅速，不断有新理论、 新问题涌现出来。我们的人工智能教学既要注重基础理论知识，又要紧跟学科发 展的步伐，势必要求对课程内容进行不断更新，这对我们的教学资源和教师素质 都提出了更高的要求。
四、结语�オ� 本文介绍了中南大学的精品课程——人工智能课程教学内容和创新性教学 方法的一些探索，已在课堂教学内容的优化、实验环节的改进、教学方法的创新 的实施上取得了很好的效果，充分激励了学生的学习积极性和主动性，多方位培 养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。我们的想法和做法可供兄弟院校 同行参考。不过，仍然存在一些不足之处。随着智能科学与技术的发展和更为广 泛的应用，人工智能课程的重要地位必将更加突显，我们也需要继续努力，与时 俱进，不断完善人工智能精品课程的建设。
�� ［1］薛莹. 创新教育新途径人工智能与机器人教育——哈尔滨市教育研究 院张丽华院长访谈录［J］. 中国信息技术教育, 2010（1）: 20-22.��［2］蔡自兴,等. 树立精品意识搞好人工智能课程建设［J］. 中国大学教 学, 2004（1）：28-29.�� ［3］蔡自兴, 徐光佑. 人工智能及其应用［M］.第3版. 北京: 清华大学出 版社, 2003.�� ［4］蔡自兴, 徐光佑. 人工智能及其应用［M］.第3版. 北京: 清华大学出 版社, 2010. �� ［5］韩洁琼, 闫大顺. 人工智能实验教学探讨［J］. 计算机教育, 2009 （11）: 135-138.�� ［5］刘丽珏,等.精益求精建设人工智能精品课程［J］. 计算机教育, 2009 （17）：69-71. 利用经典的20Q游戏（即通过20次提问来猜中对方所想的事物）来说明专家 系统的结构和设计方法；
在电脑游戏中，理解游戏人物的路径规划实现问题等。
这些难题或游戏能激发学生探究原理的兴趣，轻松掌握理论方法，并主动思考问 题的不同解法，培养其创新精神。�� 第三，购买多种类型的人工智能产品实物，如漫游车、多功能歌舞机器人、 机器狗、Amigo移动机器人等，用于演示和辅助说明课程中理论和方法的实际应 用，避免了理论讲解的乏味和空洞，有助于学生理解和保持兴趣。�� 在多年的人工智能教学过程中，我们发现由于该课程的自身特点，采用更多 的以学生主动学习或“教-学”互动为主更加适宜。在教学过程中我们采用了多 种交互式策略，前述的启发式教学即是一种互动式教学方法，此外还有课堂教师 提问、鼓励或指定学生提问、学生就某个知识点进行主题发言后老师点评等方法。
教师还通过互联网与学生进行网上交互，包括email、bbs和qq群等方式进行交谈 和文件交换。教师在教学过程中，有意识地鼓励优秀学生进一步探讨学习内容。
例如，在课堂教学和实验设计中，注意要求有学习余力和兴趣的学生选作部分探 索性、创新性的功课和实验，从而引导学生发挥个性优势，达到因材施教的目的。
例如，指导有兴趣的学生申请和研究中南大学大学生创新项目“仓库巡逻预警机 器人”，该机器人主要利用神经网络来实现。��人工智能属于多学科集成交叉的前沿科学，大量新的研究成果均发表在国际 刊物上，要鼓励学生积极追踪该学科的最新动态，就必须具备一定的专业阅读和 写作能力。因此，本课程的双语教学势在必行，并于2007年申请并被批准为教育 部全国双语教学示范课程。在教学过程中，采用中文、英文两种教材，并指定英 文和书籍，课件英文比例达80%，讲授英文比例达50%左右。这样做能够提高学生 的学习兴趣，并引导他们接触国外文献资料，加深对学习内容的理解，获得更宽 广的知识。此外，双语教学对教师也提出更高的要求，对提高师资水平也是一个 促进。�� （三）举行课堂讨论会，营造自由探索气氛�� 为调动学生的积极性，我们在授课过程中开展课堂讨论会、辩论会等活动， ［6］讨论的议题包括人工智能的，人工智能的应用前景和智能计算的发展与应 用等问题。课堂讨论会在国外大学的本科生教学中较为常见，在国内仅研究生教 学中有所采用。实际上，对培养自主学习能力的大学生来说这种讨论会很有意义。
让学生自己查阅资料，分析整理，提出自己的观点，使学生全方位的接触所学课 程，培养学生的研究能力，真正实现师生互动；
我们还鼓励学生用英语讨论。学 生对有些问题展开了激烈的争论，激发了学习潜能，明确了学习目标。在学生人 数较多时，可采用分组讨论或课外讨论进行。课程中还经常请来国内外知名专家、 在科研工作中担任主要任务的教授和博士生，为学生介绍最前沿的科学动态，激 发学生们对所学知识和科学研究的兴趣。
