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創(chuàng)新思維下人工智能通識(shí)課程探究

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創(chuàng)新思維下人工智能通識(shí)課程探究

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

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

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

1人工智能通識(shí)課程教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1教學(xué)內(nèi)容重知識(shí)傳授、輕趣味性

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

1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重驗(yàn)證性、輕創(chuàng)新思維培養(yǎng)

目前,人工智能通識(shí)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是根據(jù)教師講解的內(nèi)容,去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證成功則實(shí)驗(yàn)任務(wù)結(jié)束,未設(shè)置體驗(yàn)性?xún)?nèi)容并培養(yǎng)學(xué)生的探究和試錯(cuò)能力。課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是根據(jù)教材內(nèi)容布置的,未結(jié)合學(xué)生身邊的故事,體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不足。教師在講解課程內(nèi)容時(shí),對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)重視不夠,應(yīng)增加拓展學(xué)生想象空間的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,不要過(guò)多強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的量性評(píng)價(jià)[3]。

1.3考核方法的改革力度不足

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

2人工智能通識(shí)課程教學(xué)改革策略

人工智能學(xué)科是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人類(lèi)智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)技術(shù)科學(xué),也是一門(mén)交叉學(xué)科,其包含了計(jì)算機(jī)科學(xué)、腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、邏輯學(xué)、哲學(xué)等多學(xué)科知識(shí)。通過(guò)講解人工智能通識(shí)課程,使學(xué)生做到知識(shí)融會(huì)貫通,并以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維為出發(fā)點(diǎn)。知識(shí)是多種多樣的,應(yīng)使學(xué)生的知識(shí)涉獵更廣、體系化更強(qiáng),同時(shí)在不斷思考和學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通以及優(yōu)化組合。為了使課程教學(xué)研究?jī)?nèi)容更具有針對(duì)性,對(duì)理、工、文、體、藝專(zhuān)業(yè)的大一、大二、大三學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查,發(fā)放問(wèn)卷1000份,回收有效問(wèn)卷666份。

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

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

2.2創(chuàng)新教學(xué)方式,實(shí)現(xiàn)校企聯(lián)動(dòng)

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

2.3改革考核模式,激發(fā)創(chuàng)新思維

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

3結(jié)語(yǔ)

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

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