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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(jié)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(guān)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(zhì)量。
1) 以研討式為主的教學方式。研究生教學應堅持學術(shù)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(jié)、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(shù)研究能力
學術(shù)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(shù)能力的重要途徑,在教學實施過程中,要求每個專題學習結(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(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)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(quán)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(zhuǎn)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(zhì)、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(shù)、計算機技術(shù)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(shù)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(guān)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?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、目標檢測及路徑費用函數(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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)交流及學術(shù)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(jié)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(jié)構(gòu)、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(jié)果驗收和實驗報告評閱相結(jié)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(shù)研究能力和工程實踐能力。同時,考核結(jié)合實際教學進程,改變了單一課終總結(jié)性考核的弊端。
7結(jié)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:
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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)
關(guān)鍵詞: 游戲開發(fā) 人工智能 教學方法
1.背景
隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來,人們的生活方式發(fā)生了許多重大的變革,其中之一便是網(wǎng)絡游戲的盛行。如同雨后春筍般冒出來的網(wǎng)吧,以及快速增長的PC,使得人們接觸到互聯(lián)網(wǎng)的機會越來越多,這就為網(wǎng)絡游戲的傳播與發(fā)展創(chuàng)造了可能。一方面,數(shù)量龐大的網(wǎng)民群體中,年輕人占了絕大部分,網(wǎng)絡游戲豐富了社會公眾的文化娛樂生活,深受廣大年輕人喜愛,這更促進了游戲產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。另一方面,現(xiàn)代社會生活節(jié)奏加快,人們壓力日益增大,許多人傾向于在網(wǎng)游中尋求安慰,釋放壓力,因而全球市場對于網(wǎng)游的需求有增無減。同時,隨著科技的發(fā)展和人們對游戲越來越高的要求,游戲逐漸向真實體驗、感覺、觸覺等人性化發(fā)展,讓玩家有身臨其境的感覺,在整個游戲過程中得到享受游戲的一種特別的快樂和放松。[1]
近年來3D影像和仿真科技的不斷發(fā)展,讓游戲開發(fā)人員得以創(chuàng)建出更吸引人、更令人沉迷其中的游戲環(huán)境。然而要做出更能令人流連忘返的游戲就得應用人工智能(AI)。AI的應用使游戲角色能夠任意走動、角色可以走進障礙物、能夠控制非玩家角色是否按照團隊運動等,同時,AI還能延長游戲的生命周期,讓游戲更加有趣和更具有挑戰(zhàn)性。
AI能夠處理游戲角色的追趕、躲避、聚集、避障和尋徑問題;AI給游戲角色賦予模糊邏輯和有限狀態(tài)機等基于基本規(guī)則的推理能力;AI腳本可以擴充AI引擎,讓設計者和玩家更好地設計和玩游戲,等等。因此,將AI應用在游戲開發(fā)中以設計實現(xiàn)游戲角色的各種行為勢在必行,有著重要的現(xiàn)實意義。
2.教學內(nèi)容及其特點
本系人工智能課程的教學內(nèi)容主要是處理追趕、躲避、聚集、攔截和避障等問題,使用經(jīng)典A*算法及其改進算法解決尋路問題,以及有限狀態(tài)機,等等。本文主要針對游戲中游戲角色的尋路問題進行探討。游戲設計中游戲角色的尋路問題是設計的關(guān)鍵,傳統(tǒng)的方法是應用A*算法及其改進算法等來實現(xiàn)游戲角色的尋路問題,目前逐漸有學者應用神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、粒子群算法等智能算法來實現(xiàn)游戲角色的尋路問題。如:迷宮尋路游戲中《幫助Bob找到回家的路》應用遺傳算法,《智能采礦》游戲中應用神經(jīng)網(wǎng)絡,用粒子群實現(xiàn)坦克大戰(zhàn)游戲,等等。嘗試應用魚群算法、螢火蟲算法等智能算法求解游戲角色的尋路問題中,以實現(xiàn)游戲的更加智能化、人性化,同時,新的仿生算法的學習和應用能吸引學生的學習注意力、增強學生的學習興趣。
智能算法是解決智能計算問題的方法,已成為人工智能界一個研究的熱點領域,研究的最終目標就是為了讓計算機和集成有計算功能的各種工具及設備更加獨立、更加聰明,能夠自主思考和行動,最終成為我們工作和生活中必不可少的一部分。智能算法主要包括:人工神經(jīng)網(wǎng)絡、進化算法、人工免疫算法、模擬退火算法、蟻群算法、粒子群算法、蜂群算法、人工魚群算法、人口遷移算法、人工螢火蟲算法等。[2]智能算法是一類仿生算法,就是向自然界學習,采用類比的方法,通過模仿自然界中動物飛行、覓食、求偶等行為以得到解決問題的一般方法,如蟻群、粒子群、蜂群、魚群、螢火蟲算法等。此外,還有很多智能算法通過模仿一些自然或物理現(xiàn)象和規(guī)律,如模擬退火算法通過模擬液體的結(jié)晶過程設計,免疫算法是模擬生物、植物或動物免疫系統(tǒng)自適應調(diào)節(jié)功能設計的,人工神經(jīng)網(wǎng)絡是模擬人的大腦結(jié)構(gòu)及信號處理過程而設計的,進化算法是基于達爾文的“優(yōu)勝劣汰、適者生存”原理設計的。[3]
針對本系人工智能課程的教學內(nèi)容,建議補充人工智能中幾種簡單的智能算法的知識點,選取相關(guān)人工智能教材的一些內(nèi)容結(jié)合智能算法進行教學。
3.教學方法
針對人工智能課程內(nèi)容,根據(jù)高校教育規(guī)律、高校學生學習的特點,采用教學、實踐相結(jié)合的教學方法,大小課結(jié)合,大課講授理論知識,小課進行課堂實驗,小課的課堂實驗中嚴格要求學生親手編寫代碼,應用大課所學理論知識完成簡單小游戲以實現(xiàn)理論和實踐知識的掌握。同時,借助游戲系的優(yōu)勢,制作動漫,采用動漫技術(shù)來實現(xiàn)人工智能中各種算法的仿生機制,讓學生深刻體會每一種算法的原理和仿生機制,這樣能增強學生學習人工智能課程的興趣,可以取得更好的教學效果。
4.教學效果評價方法
人工智能這門課,最重要的是注重學生對人工智能理論及在游戲中應用的知識和能力的培養(yǎng)。因此,本課程學習結(jié)束后主要采用以下方式進行考查:(1)閉卷考試。主要考查對人工智能理論的理解、掌握和綜合運用能力。(2)課堂練習。要求對課堂上介紹過的算法理解、分析、應用,編程實現(xiàn)游戲中的某個功能,最終課程結(jié)束時能完成一個功能完整的小游戲。(3)大作業(yè)。檢查學生的動手編程能力,要求從介紹過的算法中找一種算法實現(xiàn)一個小游戲中游戲角色的移動、尋路等行為,形成一個演示游戲。該門課成績分配如下:成績=閉卷考試(70%)+課堂練習(10%)+大作業(yè)(20%)。
5.結(jié)語
人工智能是隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和人們對自然界的深入理解而發(fā)展起來的,人工智能的應用逐漸廣泛。游戲開發(fā)中人工智能的應用實現(xiàn)了游戲逐漸向真實體驗、感覺、觸覺等人性化發(fā)展,讓玩家有身臨其境的感覺。因此,在網(wǎng)絡游戲相關(guān)專業(yè)開設人工智能課程勢在必行,有著重要的現(xiàn)實意義。
參考文獻:
[1]周樂.韓國游戲產(chǎn)業(yè)概況..
【關(guān)鍵字】人工智能;課程改革;高中;信息技術(shù);課程實施
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097 (2008) 10―0043―04
教育部在2003年頒布的高中信息技術(shù)新課程標準中,首次把“人工智能初步”設置為選修模塊,與多媒體、網(wǎng)絡、程序設計、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等一起列入信息技術(shù)課程體系[1]。此舉曾被視作信息技術(shù)課程改革的亮點之一。然而,在如今高中信息技術(shù)新課改已經(jīng)全面鋪開之際,人工智能選修課程的推進仍然舉步維艱,面臨諸多困難和問題。
一 高中人工智能課程的現(xiàn)狀分析
自2004年我國部分省級實驗區(qū)開始推進高中新課程改革以來,信息技術(shù)課程改革已經(jīng)開展了四年之久。從目前的總體情況來看,信息技術(shù)課程的基礎模塊與多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、算法與程序設計三個選修模塊的實施情況較好,而數(shù)據(jù)庫技術(shù)與人工智能初步兩個選修模塊的推進情況相對不佳。特別是人工智能課程,至今在全國范圍內(nèi)正式開設該課程的學校寥寥可數(shù),少數(shù)高中展開了一定的探索和實驗,而大多數(shù)學校仍持有觀望態(tài)度。以下分別從實施取向和實施層次的角度分析該課程的現(xiàn)狀:
(1) 課程實施的取向
由于我國長期以來實行的是全國統(tǒng)一的課程與教材,按照統(tǒng)一規(guī)定執(zhí)行教學計劃,對學校和學生的評價也是按照統(tǒng)一標準與方式實施的,因此我國以往的課程實施基本上都采用了忠實觀的取向[2]。本次新課改中信息技術(shù)課程的實施過程難免受到這種取向的影響。然而,新課程標準中對信息技術(shù)技術(shù)各個模塊的具體實施并沒有明確而詳細的規(guī)定,從而使教師對包括人工智能模塊在內(nèi)的課程實施缺乏長期慣于依賴的參照和依據(jù),增加了課程實施的難度,造成部分模塊的課程難以開設的情況。
(2) 課程實施的層次
課程實施包括五個層面的變化,即教材的改變、組織方式的改變、角色和行為的改變、知識與理解的改變、價值的內(nèi)化[3]。目前高中人工智能課程在教材改變的層面已經(jīng)做出了一定的努力。在課程標準的指導下,現(xiàn)已出版的五套教材在體例、版面、學習活動、評價等方面進行了多樣化的設計,基本上貫徹了新課標所倡導的課程目標和理念。在組織方式的層次,少數(shù)已經(jīng)開設人工智能課程的學校結(jié)合學生的興趣與學校的實際情況,有針對性地開展了課程的組織。然而,仍然有一些地區(qū)或?qū)W校不愿或不習慣打破原有的課程組織方式,而是采用硬性規(guī)定的方式,人為指定兩三門課程,將選修變?yōu)楸匦?,限制學生的自由選擇,依然維持原有的固定班級授課的形式。教材的改變僅僅是課程實施的開始,在組織方式、角色或行為、知識與理解、價值等層次,大部分學校還未發(fā)生變化或變化還很小。
(3) 課程實施的典型個案
目前國內(nèi)開展人工智能課程教學或?qū)嶒灥牡湫蛯W校如表1所示??傮w來看,這兩所學校都地處東南沿海地區(qū),且學校本身比較積極參與高中新課改的實踐探索,屬于“敢于吃螃蟹”的類型??紤]到課程本身的要求較高,兩所學校都選取了基礎較好的學生開展教學。到目前為止,兩所學校均已開展了三期的教學或?qū)嶒炋剿?,任課教師及時總結(jié)教學心得體會,并在相關(guān)教學刊物或課程研修活動中與廣大一線教師分享教學經(jīng)驗。
二 高中人工智能課程的影響因素
根據(jù)Snyder的研究,可以把課程實施的影響因素歸納為四個方面:課程改革自身的性質(zhì)、校區(qū)的整體情況、學校的水平以及外部環(huán)境[4]。結(jié)合高中人工智能課程的現(xiàn)狀,本文分別從以上四個方面來探討影響該課程的主要因素。
(1) 課改自身的性質(zhì)
課程改革本身的性質(zhì)是影響課程實施的第一要素。它包括課程改革的必要性及其相關(guān)性、改革方案的清晰程度、改革內(nèi)容的復雜性以及改革方案的質(zhì)量與實用性。結(jié)合信息技術(shù)新課程改革的相關(guān)調(diào)查研究,廣大信息技術(shù)教師和教研人員對課改的必要性應該認識得比較到位,然而他們對信息技術(shù)課程中是否有必要單獨開設人工智能模塊存有疑惑。其次,不少教師對課程改革方案(課程標準)的認識并不是非常清晰。他們認為新課程標準中的教學理念、實施建議等內(nèi)容相對抽象,不易把握和理解,缺乏具體的針對性,可操作性不強。再次,人工智能課程的實用性相比其他模塊并不明顯,課程內(nèi)容也相對難度較高。這些因素造成課程設置的必要性不強、實施難度大、實用性不高,直接影響人工智能課程在學校的順利設置。
(2) 校區(qū)的整體情況
校區(qū)的整體情況主要包括地區(qū)的適應性、地方管理部門的支持、教學隊伍的培養(yǎng)、教學研討和交流等等。各地區(qū)對課程改革的需要程度會直接影響人們實施課程的積極性和主動性。我國東西部地區(qū)的學校對課程改革的需求程度不同,從而造成了課程實施的地區(qū)差別。從目前開設人工智能課程或教學實驗的學校來看,均分布于東南沿海較為發(fā)達的地區(qū)。這些學校的共同特點是基礎條件較好,對課程改革的積極性高,敢于進行教學嘗試和革新。此外,地方管理部分的支持對課程實施也有很大影響,如廣東省為了推動信息技術(shù)課程改革,專門出臺了關(guān)于課程標準的教學指導意見[5]。其中強調(diào)“要特別注意人工智能初步”,并針對人工智能課程提供了較為具體的教學建議,從而促使該省出現(xiàn)了全國最早正式開設人工智能課程的學校。師資隊伍也是影響課程的因素之一。目前大多數(shù)高中缺乏熟悉人工智能課程內(nèi)容和教學方法的專業(yè)教師,使得學校無法開設該課程。因此,有關(guān)人工智能課程的研討和學習交流顯得尤為重要,然而目前這些方面的活動總體上相對缺乏。
(3) 學校的水平
學校水平對課程實施的影響因素包括校長的作用、教師的個人特征和教師集體的行為取向。學校是課程改革的基本單位,校長和教師是學校課程改革的動因。校長對課改理念的理解,以及對課改的支持、參與程度都會影響課程的順利實施。校長通常會根據(jù)上級主管部門的意見,結(jié)合本校的實際情況,權(quán)衡課程改革可能對學校形成的各種影響。在高考的影響下,信息技術(shù)課程在高中各科中長期存在地位“低人一等”的現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)課時常被“侵占”的現(xiàn)象。如果校長對信息技術(shù)課程本身不重視,那么要求學校開設人工智能選修課無疑是一種奢望。此外,一所學校教師個人和集體的改革意識的強弱也會影響課程的實施。從人工智能課程的現(xiàn)狀來看,恰好印證了這一點:改革意識強的教師個人或教研組即使沒有上級的硬性指令,也能積極展開各選修模塊的教學嘗試和探索,并自覺地從教學者成長為研究者,而思想保守的學校即使具備了課程實施的基本條件,也不愿積極開設相關(guān)的選修課程,長期停留于課程的“忠實執(zhí)行者”的層次。
(4) 外部環(huán)境
外部環(huán)境因素主要包括政府部門的重視、外部機構(gòu)的支持以及社區(qū)與家長的協(xié)助。各國課程改革的經(jīng)驗表明,教育行政部門和相關(guān)機構(gòu)的態(tài)度在很大程度上影響到新課程的順利實施。特別是我國長期以來受到前蘇聯(lián)教育模式的影響,課程改革通常是自上而下的模式,新課程的實施主要依靠各級政府教育行政部門的政策和指令的推動。本次新課程改革同樣繼承了這一模式,但是整個教育體制和評價體系未能及時進行相應的調(diào)整,因此在某些方面造成各級教育部門的政策抵觸,出現(xiàn)“上有政策、下有對策”的情況。此外,社區(qū)與家長對新課改的認識和態(tài)度也影響到人工智能課程的實施。研究表明,社區(qū)與家長更加關(guān)心的是新課改是否有助于提高學生的學業(yè)成績,是否會給學生造成更大的負擔,而對學生能力的全面發(fā)展和個性的培養(yǎng)則是其次的考慮。因此,要使社區(qū)與家長認識和了解課程改革的意義和目標,引導其關(guān)心新課程、支持新課程才能更好的促進新課改的健康發(fā)展,進而才可能使得包括人工智能在內(nèi)的高中各科選修模塊得以全面開設與實施。
三 高中人工智能課程的反思
通過調(diào)查訪談以及與相關(guān)授課教師的交流,筆者了解到高中人工智能課程的教學情況和教師的經(jīng)驗體會??傮w來說,該課程的推進情況不如預期理想,需要從課程的設計、管理、教學以及評價等方面進行反思。
(1) 課程設計
本次高中信息技術(shù)課程改革將原來的一門課程分解為1個必修模塊和5個選修模塊,從而給學生提供多樣化的選擇。“人工智能初步”選修模塊是作為智能信息技術(shù)處理專題設置的,以反映信息技術(shù)學科的發(fā)展趨勢,體現(xiàn)教育的時代性要求。課程設置的目的在于使學生在技術(shù)掌握與使用的過程中,逐漸領會信息技術(shù)在現(xiàn)代社會中的應用以及對科學技術(shù)和人類發(fā)展的深遠意義[6]。然而,以上的描述更多是該模塊的隱性價值,相比其他模塊該課程的顯性價值并不是很直觀。而一線的信息技術(shù)教師較多關(guān)注的是該課程的顯性價值:課程能給學生帶來些什么?學生的實踐能力能否有較大提高?教師們在沒有找到一個合理的價值依托之前,一般不會貿(mào)然開課。這一點值得課程設計者和教研人員的深刻思考。
通過網(wǎng)絡問卷調(diào)查,不少教師認為人工智能課程在高中開設是有一定必要性的[7],但并不意味著所有的學生都需要學習該課程。課程應面向?qū)θ斯ぶ悄苡幸欢ㄅd趣的學習者,且最好有一定的基礎。事實上,相對于其他選修模塊,選擇人工智能課程的學生并不是很多。因此,結(jié)合我國目前的情況,可以考慮優(yōu)先在發(fā)達地區(qū)條件較好的部分學校開設,再進一步利用其示范作用,以點帶面,逐步鋪開培訓、指導、交流的規(guī)模和影響面,積極穩(wěn)妥地推進高中人工智能課程的建設。
(2) 課程管理
課程的有效管理有助于提高課程實施的質(zhì)量。上個世紀90年代以來,我國的中小學課程由原來的中央集權(quán)管理體制逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閲?、地方、學校的三級管理體制。國家負責課程的總體規(guī)劃,省級教育部門結(jié)合本地區(qū)實際制定課程計劃或?qū)嵤┓桨?,而學校也將有權(quán)根據(jù)學校傳統(tǒng)或?qū)W生興趣開發(fā)適合本校的課程。目前人工智能課程雖然已被列入國家課程標準,但在地方管理層面并未得到應有的認可。部分地區(qū)考慮到高考因素,直接將人工智能模塊排除在學生的選擇范圍之外,無疑成為阻礙該課程順利實施的一個重要原因。
目前我國高中了解熟悉人工智能教學內(nèi)容、方法的教師十分缺乏,相關(guān)教育主管部門需加強該課程的師資培養(yǎng),邀請教材編寫人員和相關(guān)專家,積極開展各級培訓、研討和交流活動,以務實的態(tài)度來聽取學科教師的意見,為他們提供一些明確的、可操作的指導和建議。也可以開展優(yōu)秀教學案例的征集和評獎,通過公開課的觀摩和點評活動,或吸納中學教師參與有關(guān)課程改革和教學研究的課題,以此提高教師參與改革的積極性。此外,國內(nèi)高等師范院校信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)應該對新課改作出及時的反應,針對高中信息技術(shù)各選修模塊為師范生開設相關(guān)的課程,為課改的成功實施提供后備師資力量的支持。
(3) 課程教學
從已開展的人工智能課程教學或?qū)嶒炃闆r來看,主要的教學體會包括:教學對象選取時要有針對性,不宜硬性指定,應結(jié)合學習者自己的興趣和學習基礎供其自由選擇;由于課程的理論和技術(shù)的要求較高,不宜大量采用“講授法”進行教學,應設計一些有挑戰(zhàn)性的活動供學生實踐;為保證教學進度有序進行,可通過課堂小測及時鞏固所學內(nèi)容;應提供良好的網(wǎng)絡條件和計算機設備以支持課程教學和實踐的順利開展。
國外一些高校通過遠程網(wǎng)絡的手段與中學合作開展人工智能教學,加快了課程建設的步伐,并提高了教學質(zhì)量。大學負責教學網(wǎng)站的建設維護,主持與中小學的討論答疑,中學則負責課程教學的具體實施。文中個案也印證了這種做法的有效性:讓一些致力于高中人工智能課程研究的高校和部分條件較好的中學建立共同體,協(xié)作推動課程的實施。一方面,高校研究人員能為中學提供教學指導建議、技術(shù)和資源的支持;另一方面,中學的教學實踐也為高校進行課程教學研究提供了材料和依據(jù)。
(4) 課程評價
研究表明,評價目前已成為影響高中信息技術(shù)新課程實施的一個重要問題[8]。從本次課改的動因來看,針對我國現(xiàn)行教育體制下的高考選拔制度在很多方面呈現(xiàn)的弊端,新課改力圖在一定程度上改變這一局面,努力使學習者能夠真正獲得全面的發(fā)展。但是,在目前情況下以高考為“指揮棒”的評價體系短期內(nèi)仍然無法發(fā)生質(zhì)的變化。高中新課改實施以來,部分省份相繼將信息技術(shù)課程納入了高考的范疇,以往信息技術(shù)課程不受重視的情況逐漸得到了一些改善。然而,高考是否解決信息技術(shù)課程評價問題的一劑良藥,進而為人工智能課程的實施及其評價帶來新的希望,目前仍是值得懷疑和思考的問題。特別是當前高考科目已經(jīng)較多,再增加科目無疑會加重學習者的負擔,且很容易回到應試教育的老路上。
其次,雖然新課程標準中提供了關(guān)于課程評價的建議,但是其中的內(nèi)容仍然比較抽象,可操作性不夠。如在信息技術(shù)課程標準的評價建議中,提倡評價主體的多元化,關(guān)注學生的個別差異,綜合應用多種過程性評價方式,適當滲透表現(xiàn)性評價的理念,等等。這些內(nèi)容從理念上來講都是很好的,但是如何在教學實踐中加以操作實施,對一線教師而言仍是不夠明確和難以把握的問題。而且,信息技術(shù)課程的每個模塊各有特色,然而課程標準并未就此提供專門的評價建議。因此,一套科學合理、適合人工智能課程的評價體系和方法仍需要教研人員在實踐中不斷摸索總結(jié)。
參考文獻
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一、網(wǎng)站的構(gòu)建
1.網(wǎng)站框架設計
我國高中階段人工智能教育還處于起步階段,據(jù)調(diào)查,全國已開設人工智能課程的中學不超過十所。事實上,對于人工智能這一前沿學科,大部分信息技術(shù)教師還缺乏足夠的了解,因此對于該課程的開設也一直處于觀望狀態(tài)??紤]到人工智能教育的實際情況以及網(wǎng)站的主要對象,我們以高中信息技術(shù)選修課教材《人工智能初步》為基礎,按教學內(nèi)容設置和劃分欄目,同時又圍繞“學人工智能、教人工智能、用人工智能、機器人專題”四大專題進行內(nèi)容重組。當然,網(wǎng)站的基本架構(gòu)并非一成不變,它需要在實際應用中進行檢驗與修正,最終實現(xiàn)網(wǎng)站的完美架構(gòu)。依據(jù)上述思路建構(gòu)的網(wǎng)站基本框架如圖1所示。
2.網(wǎng)站的欄目設計
新聞欄目以圖文的形式人工智能發(fā)展的最新情況,這是激發(fā)并維持廣大師生關(guān)注人工智能的基礎,也是師生獲取最新信息的窗口。子欄目“中國動態(tài)”“歐美動態(tài)”等分別介紹了各地區(qū)最新的人工智能信息,尤其是機器人產(chǎn)品的新聞。子欄目“會議論壇”,“比賽通知”為師生、參與比賽提供服務。
論文欄目是作為資源型網(wǎng)站的基礎。子欄目“教學研究”主要面向從事人工智能教育的研究者和教師,探討教學方法、分析教學案例、推薦教材和參考書,為更好的開展人工智能教學提供理論依據(jù)。子欄目“學習樂園”主要面向?qū)W生,展示活動實錄、闡述學習感受,聆聽專家意見,為更好的學習人工智能提供事實參考,教師也通過“學習樂園”來了解學生的所思所感所想。子欄目“賽事規(guī)則”介紹了各個地區(qū)和各級機器人比賽的一些規(guī)則,有利于師生更好的進行人工智能的教與學。
資源、視頻、圖庫、酷站:這四個欄目是資源型網(wǎng)站的核心。尤其是資源模塊中的子欄目“電子書刊”“教學課件”“人工智能軟件”分別以不同的文件格式向師生提供教與學的資源,使其能快速準確地獲取符合需求的資源,免去了在因特網(wǎng)上盲目搜索出現(xiàn)大量冗余信息的麻煩。網(wǎng)站整合了文本、視頻、圖片等多媒體信息,以豐富多彩的形式呈現(xiàn)資源,增強了網(wǎng)站的吸引力和信息的可閱讀性。
愛問欄目是作為學習型網(wǎng)站的基礎,也是本網(wǎng)站的一大特色。“愛問”是采用了模仿“百度知道系統(tǒng)”的程序設計,更注重知識的答疑解惑。我們將此欄目劃分為“學人工智能”“教人工智能”“用人工智能”“機器人問題”四個子欄目,師生可根據(jù)各自的需要進行提問、回答問題、搜索問題等操作。同時,設立了積分制,激發(fā)師生提問和回答問題的熱情。
用戶中心欄目是學習型網(wǎng)站的核心。作為一個專題網(wǎng)站,必然要十分強調(diào)學習的功能。子欄目“網(wǎng)絡書簽”的功能可以使學習者記錄自己所瀏覽過的或所感興趣的網(wǎng)頁,便于在下次登陸后繼續(xù)學習。在子欄目“信息”功能中,學習者可以新聞、論文、資源、愛問等信息,待管理員審核通過后即可在網(wǎng)站中顯示出來。另外,教師也可在教學過程中通過此模塊要求學生提交作業(yè),便于教師隨時隨地的批改作業(yè)。
二、網(wǎng)站的訪問數(shù)據(jù)分析
人工智能教育專題網(wǎng)站從開設至今將近8個月的時間,已經(jīng)有超過1萬的獨立訪客訪問了本站,我們選取了最近訪問的2000位獨立訪客進行研究。通過對地域、被檢索方式、受訪頁面及回頭率的分析,可為網(wǎng)站下一步的改進與完善提供依據(jù),為其他人工智能教育類網(wǎng)站的建設,在網(wǎng)站的用戶類型,網(wǎng)站的內(nèi)容選擇與更新,網(wǎng)站的推介宣傳等方面提供參考與借鑒。
1.地域分析
在統(tǒng)計到的訪問該網(wǎng)站的地域中,國外共有12個國家訪問了本網(wǎng)站。國內(nèi)除西藏、澳門之外,其他省份、直轄市、特別行政區(qū)都有訪問過本網(wǎng)站,這為我們今后在高中普及人工智能教育提供了有力的依據(jù)。但是,通過圖2的數(shù)據(jù)我們也可看到,各個地區(qū)間的訪問量差距較大,并且訪問量靠前的幾個省份基本上是沿海地區(qū),而中部和西部地區(qū)的訪問量比較少,所以在今后的工作中不僅要加強網(wǎng)站本身的建設和宣傳,更要把人工智能教育的理念推廣到中部和西部地區(qū),使那里的中小學師生也接觸人工智能的知識,激發(fā)他們對信息技術(shù)美好前景的向往。
2.被檢索方式分析
搜索引擎是網(wǎng)絡上最常用的獲取資源的方式。掌握用戶使用搜索引擎的情況,有助于了解網(wǎng)站的被檢索方式。統(tǒng)計搜索關(guān)鍵字的次數(shù),有助于了解網(wǎng)站被檢索訪問的原因。在專題網(wǎng)站建設完成后,向“百度”、“Google”等大型搜索引擎系統(tǒng)提交收錄網(wǎng)頁申請是極其必要的,它有利于提高網(wǎng)站的知名度和訪問量。而在網(wǎng)站中增加“人工智能”,“prolog 源程序”等文字內(nèi)容,將會有利于用戶在盲目搜索時能訪問到該專題網(wǎng)站。
3.受訪頁面分析
受訪頁面是指用戶訪問該專題網(wǎng)站時所停留的頁面。通過對受訪頁面的統(tǒng)計,使我們能夠掌握用戶相對較為關(guān)注網(wǎng)站的哪些內(nèi)容。表1數(shù)據(jù)中“學人工智能”占23.82%,“資源下載”占了16.32%,表明用戶對人工智能的知識還不是很了解,對人工智能的認識還停留在“學”的層面,遠未達到“教”的程度。人工智能教育類網(wǎng)站在建設中,如果能提供大量的人工智能的基礎知識以及豐富的可下載資源,將會顯著提高網(wǎng)站的受歡迎度以及用戶的認可度。
4.回頭率分析
在網(wǎng)站訪問統(tǒng)計中,通常將距離上次訪問超過12小時的再次訪問記錄為一次回頭。通過對回頭率的統(tǒng)計(表略)看出該專題網(wǎng)站的粘性不是很高,尤其是3次回訪以上的用戶還不多。通過對部分用戶訪談后了解到,網(wǎng)站的更新速度慢,資源較少,內(nèi)容偏難是其不愿進行多次回訪的主要原因。所以,人工智能教育類網(wǎng)站在維護期間要注意內(nèi)容的時效性、豐富性、通俗性才能保證網(wǎng)站訪問的可持續(xù)性。
三、網(wǎng)站建設的若干思考
目前國內(nèi)外有關(guān)人工智能的專題網(wǎng)站不多,針對人工智能教育的網(wǎng)站更少。在可供借鑒的成熟案例較少、研究又處于剛起步階段的情況下,有必要對我們的工作進行反思總結(jié)。通過上述訪問數(shù)據(jù)的分析,以及在人工智能教育專題網(wǎng)站建設的準備階段,實施階段及運行階段的實踐,我們認為在建設人工智能教育類網(wǎng)站時應當注意以下幾個問題。
1. 充分關(guān)注用戶信息
訪問量是綜合類或門戶類網(wǎng)站的生命線,應當盡可能地拓寬訪問者的類型與層次。但人工智能作為一門新興學科,其專題網(wǎng)站的學科性特點甚至比普通的專題學習網(wǎng)站還要突出,因此單從訪問量上來說,它是無法和門戶類網(wǎng)站相比的。所以在建設的初期首先就要考慮的網(wǎng)站的對象問題,也就是要關(guān)注哪類人訪問了網(wǎng)站。只有準確的掌握了用戶的信息才能更好提供用戶需要的資源。
在這里,人工智能教育專題網(wǎng)站是通過以下三種手段來獲取用戶信息的。
第一,用戶必須注冊才能訪問網(wǎng)站,注冊的內(nèi)容包括年齡、身份、學歷,電子郵件等內(nèi)容。
第二,在網(wǎng)站中設立“網(wǎng)站調(diào)查”欄目,可以對“你是如何知道本站的”,“你覺得本站建設的如何”等內(nèi)容教學在線調(diào)查。
第三,通過“中國站長站”等專業(yè)的數(shù)據(jù)收集程序來獲取用戶基本信息,可收集到用戶地域、受訪問頁面、用戶回頭率等信息。只有掌握了準確的用戶信息,才能更好的為用戶提供服務。
2.與用戶攜手共建網(wǎng)上資源
人工智能的子學科門類眾多,僅高中教材《人工智能初步》中就有知識及其表達、推理與專家系統(tǒng)、人工智能語言與問題求解等多個主題。而且我國的人工智能研究相對薄弱,很多資料都是外文的。任何一個人要很熟練的掌握人工智能的各個內(nèi)容是很困難也是不現(xiàn)實的。我們通過一年多的實踐也體會到,僅僅依靠課題組成員很難保證網(wǎng)站資源庫內(nèi)容的全面性和針對性。所以在網(wǎng)站最新一次改版中,我們增加了用戶的信息功能,使得用戶自己可以新聞、添加文章,上傳資源,只要經(jīng)過管理員審核即可在網(wǎng)站中顯示。
另外,在人工智能教學過程中,我們也充分利用學生的優(yōu)勢,要求學生以作業(yè)的形式提交文本和視頻資源,并將作業(yè)的數(shù)量和質(zhì)量作為考察學生學習效果的一個指標。這些舉措保證了網(wǎng)站內(nèi)容更新的時效性和內(nèi)容的針對性。用戶所的就是用戶所關(guān)注的,用戶所關(guān)注的就是網(wǎng)站所要收集的。
3.通過多種形式充分發(fā)揮網(wǎng)站作用
目前,全國高中開設了“人工智能初步”選修課的學校極少,教師手頭上可供選擇的教材也只有5套。從專題網(wǎng)站上統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看,雖然網(wǎng)站目前的用戶主要是教師,但“學人工智能”頁面訪問量卻遠多于“教人工智能”。從這些情況看,單靠幾個人工智能教育類的專題網(wǎng)站無法從根本上解決高中人工智能教育現(xiàn)階段所面臨的窘境。所以,在條件允許的情況下,可以通過研修班、會議論壇等形式組織教師進行面對面的交流。
例如,我們就在2007年5月25日至27日在浙江師范大學舉辦了全國首屆“高中人工智能課程研修班”,來自全國十個省市的70余位信息技術(shù)教師及教研員參加了研修班的學習。在研修活動中,教師不僅學習了人工智能的知識,也對人工智能教育的現(xiàn)狀及發(fā)展過程中遇到的問題做了充分了探討和交流。本次研修活動結(jié)束后,人工智能教育專題網(wǎng)站則成了學員們交換信息、交流體會、共享資源的有效平臺。
四、結(jié)束語
總之,借助專題網(wǎng)站的平臺作用開展各種活動,不僅彌補了人工智能教育網(wǎng)站缺乏面對面交流和互動的缺點,也為把網(wǎng)站資源建設的更具針對性提供了有效幫助。
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摘要:本文從計算機學科本科的教學理念出發(fā),提出了從計算機學科分支的角度認知人工智能,組織并實施教學的方法。
關(guān)鍵詞:人工智能;綜合學科;計算機學科分支
中圖分類號:G642
文獻標識碼:B
1引言
目前國內(nèi)流行的人工智能教材都是把人工智能學科作為由計算機科學、心理學、神經(jīng)生理學、控制論、信息論、語言學等多種學科相互滲透的綜合學科加以介紹。這些教材核心內(nèi)容雖然相同,但作者編寫教材的思路卻有不同,有些教材以智能體(agent)的觀點論述,還有一些教材以應用為目的來論述。這些教材對于各相關(guān)領域從事人工智能科研與工程的技術(shù)人員來說,是比較適宜的。但對于我國高等院校計算機專業(yè)的本科學生來講,卻存在一些問題。不僅是由于在一門課程中涉及眾多學科的知識,使學生難以接受,而且講授的角度不能與前期所學知識緊密配合,也增加了學習的困難。
人工智能是由多種學科相互滲透的綜合學科,但它是明確屬于計算機科學分支的學科。這是因為從功能上和方法上人工智能與計算機學科是一致的。實際上,人工智能不僅使用了許多其他計算機學科分支的技術(shù),而且在發(fā)展過程中,也開拓了許多新的方法和技術(shù),充實了計算機學科。若按計算機處理的對象來區(qū)分計算機應用的話,則可分為三個部分:數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理與知識處理,人工智能就對應知識處理工作。
對于我國高等院校計算機學科的本科教學來講,人工智能課程的課時一般只有40課時左右。以什么角度組織教材內(nèi)容,提高教學效果,使學生較容易地理解和掌握人工智能的原理與技術(shù)呢?通過多年的人工智能教學實踐,我們逐漸總結(jié)出了進行人工智能教學的方法:既從計算機學科本科的教學理念出發(fā),考慮人工智能這門學科的特點,以作為計算機學科的一門分支的角度認知人工智能,組織教材的知識架構(gòu)并進行教學。用計算機學科的觀點分析人工智能的基本原理與方法時,重點強調(diào)的是這些基本原理與方法與其他的計算機分支的共同點和不同點。共同點是強調(diào)計算機學科的本質(zhì),不同點是強調(diào)人工智能的本質(zhì)。
2計算機學科本科的教學理念
計算機學科本科的教學理念可以歸結(jié)為:傳授知識、提高能力、培養(yǎng)素質(zhì)(包括專業(yè)素質(zhì)與品格素質(zhì),專業(yè)課以專業(yè)素質(zhì)為主)。其中,原來作為教育核心的知識現(xiàn)被看成是教育的基礎,即把知識作為載體,用來實現(xiàn)能力的提高,在潛移默化中實施素質(zhì)教育。高等院校對學生能力的培養(yǎng)主要包括:學習能力、分析問題與解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。對于本科學生,重在學習能力與分析問題與解決問題的能力,對創(chuàng)新只是培養(yǎng)興趣。素質(zhì)是知識和能力的升華,計算機專業(yè)素質(zhì)顯示的是這一領域的水平,素質(zhì)水平的提升也將通過知識的增多和能力的增加體現(xiàn)出來。
3以計算機分支的角度認知人工智能
什么是人工智能?目前人們普遍接受的定義是:用機器來模擬人的智能,也就是用計算機來模擬人的智能。若以計算機分支的角度也就是用計算機學科的觀點看待人工智能,我們需從兩個方面加以說明。
首先,從計算機的能力,也就是它能做什么講起。用計算機解決某種問題,需要有三個基本的條件:第一,必須把問題形式化。第二,問題是可計算的,就要有算法。第三,問題要有合理的復雜度。人的智能所能解決的問題往往不能滿足這三個條件。因此,人工智能就是對于不能滿足這些條件的問題,通過使用它的技術(shù)和方法,使問題滿足這三個條件,由計算機去解決問題。比如,一般來講不可能將自然語言全部形式化,但人工智能使用一階謂詞邏輯表示自然語言的部分句子,并用算法進行推理,解決一定范圍的問題。另外,使用啟發(fā)式搜索可降低問題的復雜度,使問題在可能的范圍內(nèi)得到解決。
其次,從計算機的核心技術(shù)加以闡述。用計算機解決問題是靠程序?qū)崿F(xiàn)的,程序是什么?一本經(jīng)典的計算機教科書的名字“算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)=程序”給出了解釋,這說明在計算機學科中算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心地位,一般的計算機程序也確實可分成這兩個部分。而作為典型的人工智能程序可分成三個部分,控制部分(推理機)、規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫。其中,控制部分和規(guī)則庫對應于算法,數(shù)據(jù)庫對應于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。實際上,控制部分由搜索策略和推理機制組成,規(guī)則庫是將一般計算機程序的算法中的與實際問題有關(guān)的知識抽出來單獨組成。而數(shù)據(jù)庫往往用來存放一些基本的事實和一些中間的結(jié)果,也常常采用知識表示的方法,因此,人們也經(jīng)常把規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫合稱為知識庫。在人工智能程序中與算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應的正是人工智能的兩大核心:搜索和知識表示(包括推理)。
4以計算機分支的角度組織并實施教學
人工智能為了模擬人的智能,處理的對象是知識,知識處理則需采用知識表示。又由于往往沒有確定的算法,只能使用搜索。本文的觀點是人工智能課程的教學內(nèi)容應以知識為主線,以知識表示和搜索為基石進行組織。
首先,教學的第一個核心是知識表示。知識表示就是研究用計算機來表示知識的方法,這些方法需滿足兩個條件:除了計算機可接受這個條件以外還要能刻畫智能行為。這是與一般的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同的地方。什么方法適合呢?由此引出了邏輯表示方法。
形式邏輯是關(guān)于思維的形式和規(guī)律的科學,數(shù)理邏輯從邏輯上講是現(xiàn)代的形式邏輯,是用符號和數(shù)學的方法來研究推理規(guī)律的學科。數(shù)理邏輯一般是指命題邏輯和一階謂詞邏輯。一階謂詞邏輯比命題邏輯表達能力強,邏輯的表達方式與人類的自然語言接近,因此,用一階謂詞邏輯作為知識表示工具容易被人接受。不僅如此,由一階謂詞邏輯表示已知條件和所要證明的定理,使用歸結(jié)原理則可建立計算機程序?qū)崿F(xiàn)自動定理證明(半可判定算法)。這一過程是在Herbrand定理的基礎上得以成立的。由于人工智能中的許多問題都可以化成類似于定理證明的問題,因此可以把與Herbrand定理有關(guān)的一系列工作看成是表示和推理的理論基礎。評價知識表示方法的性能,即要考察表示能力,又要考慮是否有效地支持知識的推理。顯然,具有充分的表示能力又有堅實的理論基礎的表示方法是最使人放心的,一階謂詞邏輯恰好滿足這一條件。
在這一部分的講授中,將通過一系列的演變過程,展現(xiàn)出如何將一組謂詞公式轉(zhuǎn)換成子句的集合,又如何通過使用置換與合一的手段,達到可以應用歸結(jié)推理規(guī)則,而最終得到證明的目的,而這一切又都是在有嚴格的定理保證之下完成的。這些內(nèi)容的講授,對于培養(yǎng)學生嚴緊的邏輯思維能力是一個極好的實例。
邏輯表示與歸結(jié)推理方法是知識表示的基礎部分,用來說明人工智能系統(tǒng)進行推理的原理。而作為真正最實用的產(chǎn)生式表示法將通過Horn子句的正向推理和反向推理過程引入,產(chǎn)生式表示法中的帶與不帶變量的正、反向推理相當于命題邏輯和一階謂詞邏輯層面的Horn子句的正、反向推理。作為結(jié)構(gòu)化表示的語義網(wǎng)絡和框架表示法也以一階謂詞邏輯為基礎,它們均可轉(zhuǎn)變成為等價的一階謂詞邏輯的表示形式。
在教學中,關(guān)于其他知識表示方面的內(nèi)容,比如:產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡、框架,都以一階謂詞邏輯為基礎給以說明。關(guān)于產(chǎn)生式表示法在人工智能的心理學認知體系結(jié)構(gòu)中,被看成是人的思維中因果關(guān)系的一種反映,而在本文中則看成是一種類似于Horn子句形式的一種表示。在講授時將這些內(nèi)容作為一個整體,說明原理與實用方法之間的關(guān)系,根據(jù)實際問題的需要,可以降低表示的能力。而另一方面,為了解決實際問題,可以擴充表示的能力。
一階謂詞邏輯表示的能力雖然在通用的表示法中是最強的,但是知識與客觀真理不同,它總是局部的、片面的或表面的,這在常識中尤為明顯。在解題過程中還會不斷地更新,知識表示要適應這個特點,采用經(jīng)典的一階謂詞邏輯表達有困難,這就需要用非單調(diào)邏輯來表達。另一方面,在人工智能處理的信息和知識中,存在大量的不準確、不完全、不一致的地方,這又需要研究關(guān)于不確定性知識的表示和推理的研究。實際上,非單調(diào)邏輯和不確定性推理部分在教學中將作為知識表示的擴展加以介紹。機器學習作為人工智能的重要組成部分,它的主要方法都是基于歸納推理,也可以看成是非經(jīng)典邏輯的應用。
人工智能教學的另一個核心是搜索問題。一般來講,用計算機求解問題,就是用已知的知識,對于給定的數(shù)據(jù)進行加工,期望得到解答,其解法則由某種程序來表述。其他的計算機分支處理的問題,往往知識比較充分,例如多數(shù)的科學計算問題,就可以在看到數(shù)據(jù)以前根據(jù)知識寫出程序,這個程序?qū)τ谝磺袛?shù)據(jù)都是適用的。而人工智能處理的問題知識不夠充分,或程序太復雜,此時可以寫出一個元程序,對于給定的數(shù)據(jù),它根據(jù)知識,做出一個程序?qū)iT加工這些給定的數(shù)據(jù)。這時,這個元程序可以通用于一大類知識,通常并不包含領域知識的具體細節(jié),因此,對于這個元程序的研究就脫離了問題的具體領域,成為人工智能內(nèi)部的課題,這正是搜索。
在教學中,通過掌握知識的多少來講授各種不同的搜索。搜索是由于知識不足而產(chǎn)生的,同時搜索與知識是相輔相成的。當知識較多時,搜索的工作量不多,可使用一些盲目的搜索策略。當知識較少時,搜索的工作量較大,則需使用一些啟發(fā)式的搜索策略。啟發(fā)式搜索是搜索方法中需重點說明的,它起到了降低被求解問題復雜度,提高搜索效率的作用,但太強的啟發(fā)信息,往往找不到最佳解。如何能減少搜索范圍,提高搜索效率,而且還保證找到最佳解,這成為搜索方法應明確的問題。A*算法是N.J.Nilsson在20世紀70年代初的研究成果,他解決了這個問題,證明了A*算法的可采納性。類似于定理證明,在教學時也將A*算法及其有關(guān)證明看成是搜索方法的理論基礎加以介紹。
在搜索部分的教學中,除了把A*算法及其有關(guān)證明作為重點,當作是搜索方法的理論基礎來講解以外,還要給出若干搜索算法。一方面,這些算法說明了各種搜索的方法,另一方面,在這些算法中經(jīng)常有一些算法細節(jié)抽象的技巧,對這些內(nèi)容的細致分析,將會逐漸提高學生抽象思維的能力。
在實際的知識庫系統(tǒng)中,回溯和與或樹的搜索算法應用較多。而當問題的有關(guān)知識較少,規(guī)模大到一定程度之后,往往采用引進了隨機因素的搜索算法,比如:模擬退火算法、遺傳算法等?,F(xiàn)在,這些算法一般稱為高級搜索,教學時作為搜索的擴展來講授。
人工智能技術(shù)方面的研究往往涉及各應用領域的課題。反映到教學中,就是人工智能的各個分支的介紹,這包括知識庫系統(tǒng)、自然語言理解、規(guī)劃、機器人等。
總之,教學內(nèi)容可分成兩個部分,第一部分是基礎理論和基本方法,包括:邏輯表示與歸結(jié)推理方法、搜索原理,知識表示(包括產(chǎn)生式系統(tǒng)、語義網(wǎng)絡、框架)、推理(包括不確定性推理、非單調(diào)推理)、機器學習。第二部分是實用技術(shù),包括知識庫系統(tǒng)、高級搜索、自然語言理解。
5結(jié)束語
經(jīng)過長期的人工智能教學實踐,筆者逐漸形成了以計算機學科分支的角度來講授人工智能課程的思路。從學生的接受、理解和掌握人工智能的基本原理與技術(shù)方面來看,有較好的效果。但如何把計算機學科和其他人工智能所涉及的領域更完美地結(jié)合起來,較好地在教學效果與寬廣的知識面之間找到平衡點,還需今后進一步的研究與探索。
參考文獻
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1 引言
近年來,任務驅(qū)動教學法越來越受到信息技術(shù)教師的青睞。教育部于2003年的《普通中學信息技術(shù)課程標準》在實施建議中指出:“‘任務驅(qū)動’教學強調(diào)讓學生在密切聯(lián)系學習、生活和社會實際的有意義的‘任務’情境中,通過完成任務來學習知識、獲得技能、形成能力、內(nèi)化倫理。因此要正確認識任務驅(qū)動中‘任務’的特定含義,使用中要堅持科學、適度、適當?shù)脑瓌t,避免濫用和泛化;要注意任務的情境性、有意義性、可操作性;任務的大小要適當、要求應具體,各任務之間還要互相聯(lián)系,形成循序漸進的梯度,組成一個任務鏈,以便學生踏著任務的階梯去建構(gòu)知識。”然而在教學實踐中如何設計出恰如其分的任務,如何在任務驅(qū)動中更好地落實三維目標,是要解決的問題。
“用智能工具處理信息”是湛江市第二中學許淼淼老師執(zhí)教的一堂示范課,該課在2010年第六屆廣東省信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課評比活動(高中組)中獲得一等獎。本課例以“憶上海世博,探智能奧秘”為主線,進行任務設計,是一堂“任務驅(qū)動”教學法的典型課例。
2 任務驅(qū)動教學的設計
2.1 教學內(nèi)容分析
教師必須以課標為依據(jù),對教學內(nèi)容進行認真細致的分析,在充分分析教學內(nèi)容的基礎上,確定一個單元或一個部分要求學生掌握的知識點?!坝弥悄芄ぞ咛幚硇畔ⅰ笔腔浗贪姹匦?《信息技術(shù)基礎》第四章“信息的加工與表達(下)”第二節(jié)的內(nèi)容。課標要求學生通過部分智能信息處理工具軟件的使用,體驗其工作過程,了解其實際應用價值,提高對信息智能處理內(nèi)容的學習興趣,從而為選修“人工智能初步”指引方向。對于本節(jié)內(nèi)容,應以體驗為主,最后在體驗的基礎上進行認知和理解。
2.2 學生學習特征分析
本課教學對象是高中一年級的學生,這個階段的學生已經(jīng)具有一定的邏輯思維能力和學習的自覺性,但還需要教師及時、合理、周詳?shù)匾龑?。通過前面階段的信息技術(shù)課的學習,他們已初步掌握一定的操作技能,能夠根據(jù)任務的需求,利用工具軟件處理信息。但是他們在自主思考方面還不主動、合作與探究的意識和技能等方面還比較欠缺。
鑒于本節(jié)課內(nèi)容的前沿性和新穎性,教師完全可以放手讓學生自己去實踐,讓學生動手動腦,培養(yǎng)他們自主探索、勇于實踐的能力。通過合作交流,激發(fā)學生學習的興趣,提高學習效率。
2.3 確定教學目標
教學目標是指導教學過程設計與教學效果評價的依據(jù)。根據(jù)教學內(nèi)容與學生學習特征,確定當前教學內(nèi)容所要達到的目標水平,這是進行教學設計的首要環(huán)節(jié)?!坝弥悄芄ぞ咛幚硇畔ⅰ敝械慕虒W目標如下:
1)知識與技能目標:①了解信息智能處理的方式;②感受信息智能處理的基本工作過程;③初步了信息解智能處理的工作原理;④體驗信息智能工具的應用價值。
2)過程與方法目標:①掌握簡單智能信息處理工具的使用方法;②通過完成任務,體驗人工智能的獨特魅力;③掌握分析問題、呈現(xiàn)觀點和交流思想的方法。
3)情感、態(tài)度、價值觀目標:①感受智能信息處理的魅力,形成對人工智能這一前沿技術(shù)的探索愿望;②體驗人工智能技術(shù)的實際應用價值。
2.4 教學重點、難點
1)教學重點:體驗信息智能處理工具的應用。
2)教學難點:理解模式識別和自然語言理解的工作原理。
2.5 任務設計說明
本課中,許老師以“憶上海世博,探智能奧秘”為主題,變?nèi)斯ぶ悄苡沙橄蟮骄唧w,任務探究活動貫穿整課堂,調(diào)動學生的學習熱情,使學生能主動參與、積極探索,掌握技巧的同時培養(yǎng)各種能力。本課中任務的設定由探究任務、繼續(xù)探究任務和拓展任務組成,層層遞進,體現(xiàn)了分層任務的概念,并且環(huán)環(huán)相扣,設計巧妙。
2.6 教學設計流程圖(圖1)
3 任務驅(qū)動教學模式的實施過程
3.1 創(chuàng)設情境,引入課題
【情境設置】播放視頻“世博會海寶博士與楊瀾的對話”。
【教師引入】大家思考一下,海寶博士是真人么?他是如何跟主持人交流的呢?
【學生討論】海寶博士不是真人,而是機器人,它植入芯片,有語音識別系統(tǒng),是一臺高級的電腦……
【教師引申】我們大家說的這些都是人工智能的范疇,今天我們就共同學習如何用智能工具處理信息。(課件展示課題“用智能工具處理信息”)。
【設計意圖】通過智能機器人的演示,創(chuàng)設一種人工智能的神奇氛圍,使學生對智能處理信息有一個全面的認識,還可營造課堂氛圍和激發(fā)學生對智能技術(shù)的興趣。
3.2 感知體驗,啟發(fā)探索
探究活動一:體驗機器翻譯的樂趣
【活動背景】對于英語水平不好的學生來說,翻譯句子是件非常頭疼的事情,現(xiàn)在出現(xiàn)了翻譯軟件,可以幫助人們進行翻譯,但是它翻譯得好不好呢?就讓我們來體驗一下。
【活動任務】將學生分成兩組,分別打開Google在線翻譯和雅虎在線翻譯,分別將“城市,讓生活更美好”譯成英文再譯成中文然后再譯成英文。
【活動探究】是誰在給我們翻譯?為什么兩種翻譯軟件兩次翻譯的中文和英文會有這么大的不同?這些網(wǎng)站又是如何進行雙向翻譯的呢?
探究活動二:體驗手寫輸入的樂趣
【活動背景】用鍵盤錄入漢字對于同學們來講已經(jīng)不是什么難題,但對于電腦初學者,漢字錄入是他們感到非常頭痛的一件事情。手寫板的出現(xiàn)令輸入漢字不再是一般人使用計算機的關(guān)卡,語音輸入更是手疾人士應用計算機時的必需。這里我們借助“微軟拼音2003輸入板”來體驗手寫板的神奇功能。
【活動任務】打開微軟拼音2003手寫輸入板,在桌面上建立記事本文件,內(nèi)容為“城市,讓生活更美好”。
【任務探究】怎樣書寫漢字可以提高識別率?導致識別率不高的原因有哪些?
3.3 層層深入,探究新知
新知一:自然語言理解
回顧活動一:體驗機器翻譯的樂趣
【教師引申】很顯然,幾秒鐘之內(nèi)就給出翻譯結(jié)果,不可能是人類,給我們翻譯的應該是機器。那為什么一般的工具又不具備翻譯功能呢?
【原理探討】機器翻譯智能工具,它屬于人工智能領域中的自然語言理解,但計算機不是人類,不能理解字里行間的意思,翻譯起來比較生硬,有時候翻譯得荒謬可笑。
【得出結(jié)論】下面請大家結(jié)合自己的英語知識對“城市,讓生活更美好”進行翻譯,并根據(jù)自己翻譯的過程推測出翻譯軟件的工作過程(如圖2所示)。
【概念理解】自然語言理解主要是指研究如何使計算機能夠理解和生成自然語言的技術(shù)。自然語言的理解過程可分為3個層次:語法分析、句法分析和語義分析。
【設計意圖】通過活動一的開展,使學生感受自然語言理解技術(shù)應用的魅力和價值,激發(fā)學習興趣。在已有體驗的基礎上提出概念,加深學生的理解。
新知二:模式識別技術(shù)
回顧活動二:體驗手寫輸入的樂趣
【教師引申】在剛才的活動中,同學們體驗了手寫輸入漢字的神奇效果,但是如果我們的書寫不規(guī)范,或我們寫的字字庫里還沒有,也是不能輸入的。
【原理探討】智能手寫輸入是人工智能技術(shù)的研究領域之一,它所采用的是模式識別技術(shù)。
【牛刀小試】接下來我們玩一個游戲“掌中寫字”:兩人一組,甲閉眼伸手,乙在其手心寫字,甲猜字,然后互換角色進行。思考人腦是怎樣猜字的?經(jīng)歷了怎樣的過程?
【得出結(jié)論】根據(jù)人腦猜字的過程推斷手寫輸入軟件的工作流程,如圖3所示。
【概念理解】模式識別是利用計算機對物體、圖像、語音、字符等進行自動識別的技術(shù)。它的一般過程包括:樣本采集、信息的數(shù)字化、預處理、數(shù)據(jù)特征的提取、與標準模式進行比較、分類識別等。
【設計意圖】通過游戲時猜字過程的對比,加深學生對模式識別過程的理解。
3.4 總結(jié)提升,共享交流
【共享交流】請大家就自己所實踐的活動過程及結(jié)果發(fā)表意見,并結(jié)合教材簡單分析其工作流程及原理,了解人工智能的兩個研究領域:模式識別和自然語言處理。
【總結(jié)提升】人工智能(AI,artificial intelligence)是研究、開發(fā)利用計算機來模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)學科。
【設計意圖】通過學生共同討論交流,進一步加深鞏固本節(jié)課的知識。
3.5 課外延伸,展望未來
【課后探究】利用飛信與網(wǎng)絡機器人“海寶博士”聊天,試圖發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡機器人的語言破綻。
【得出結(jié)論】機器不能完全代替人,我們不能完全依賴機器。在現(xiàn)實生活中,同學們應該學會舉一反三,并懂得在適當?shù)那闆r下選擇合適的智能信息處理工具為自己的學習、生活和工作服務。
【展望未來】人工智能對我們的生活正起著越來越大的作用,它是人類智慧的結(jié)晶。作為一名中學生,我們還沒有足夠的知識和能力參與到人工智能的前沿研究當中,但我們可以利用學習到的初步知識,積極探索,多些創(chuàng)意,也許未來就有你想實現(xiàn)的更智能的處理工具,更好地為人類服務。(觀看世博短片《2020年老王的一家》,暢想未來生活中的智能工具。)
【設計意圖】在學生的心中埋下美好的種子,激勵他們探究未來世界的勇氣。
4 結(jié)束語
用智能工具處理信息這一課,許老師很好地發(fā)揮了“任務驅(qū)動”教學法的作用,注重學生的參與體驗,活動設計環(huán)環(huán)相扣,啟發(fā)學生自主探究并總結(jié)規(guī)律,體現(xiàn)了新課程以教師為主導、學生為主體的教育理念;通過設置幾個活動,層層深入帶領學生研究探討,順利實現(xiàn)預定的目標,同時也有效培養(yǎng)了學生自主學習的能力。
“任務驅(qū)動”教學法在信息技術(shù)教學中備受關(guān)注有其一定的道理,但怎樣使其發(fā)揮更大作用,還需要在實踐中繼續(xù)探討和研究。
參考文獻
關(guān)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(zhì)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(jié)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(guān)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(jié)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(zhì)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(shù)語、技術(shù)原理、算法等,這樣學生在學術(shù)交流中就不會對專業(yè)技術(shù)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(shù)內(nèi)容,還要使用漢語講解,這樣學生就不會把專業(yè)技術(shù)內(nèi)容學“夾生”了,在作研究時才不會有技術(shù)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(shù)時,對于Agent的定義、結(jié)構(gòu)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(guān)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(jié)合。比如,在講解啟發(fā)式搜索技術(shù)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(zhì)三個層面,文化屬素質(zhì)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(shù)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(guān)注的對象是人,人與人的關(guān)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(guān)注的是自然,人與自然的關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)系,但首先關(guān)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(shù)內(nèi)容有關(guān)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(shù)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(shù)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?qū)W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(jié)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(jié)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(shù)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。
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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)
關(guān)鍵詞:智慧;智能;人類智能;人工智能
0引言
不久前剛結(jié)束的圍棋人機大戰(zhàn),使人工智能受到人們空前廣泛的關(guān)注。它一方面表明智能科學與技術(shù)的發(fā)展極為迅速,同時也激起了社會對智能科學技術(shù)及其人才培養(yǎng)十分強烈的期待。人們對“中國大腦”計劃的熱議達到了前所未有的程度,“中國制造2025”計劃正在快速推進,我國自主研制的智能服務機器人正在走向服務領域的許多行業(yè),國內(nèi)許多企業(yè)自發(fā)興起的“機器換人”浪潮正高歌猛進。國務院政府工作報告中提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”雖然被人們解釋為互聯(lián)網(wǎng)向各領域的強勢滲透,但是更多的有識之士卻把“+”理解為“升級”,即“計算機互聯(lián)網(wǎng)絡”向“人工智能互聯(lián)網(wǎng)絡”的升級,而這正好與“中國大腦”計劃相呼應!
為了適應這種發(fā)展的需要,努力辦好“智能科學與技術(shù)”專業(yè),北京郵電大學智能科學與技術(shù)研究中心曾經(jīng)對設置了本專業(yè)的全國各主要高校做了一次普遍性的專業(yè)調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn),各校對于“智能科學與技術(shù)”專業(yè)的理解差異非常巨大。最狹義的理解,是把本專業(yè)看做是“計算機科學與技術(shù)的一個分支”;最廣義的理解,是把它看做是“從理工到人文和社會幾乎無所不包的綜合學科”。
從科學研究和長遠發(fā)展的觀點來看,這樣發(fā)散的理解會有利于人們解放思想,激勵創(chuàng)新,把本學科的研究做深做透做到位。不過,從當前的本學科教育教學來說,這樣分散的理解可能使“智能科學與技術(shù)”學科的人才培養(yǎng)工作迷失方向。
1基本模型
為了準確理解“智能科學與技術(shù)”學科,首先需要建立“智能科學與技術(shù)”學科的基本模型,這樣才能從學科整體上厘清它的基本概念、基本原理和基本規(guī)律,規(guī)制過于寬泛和過于狹窄的偏差。圖1就是為此而設計的基本模型。
在圖1中,底部的橢圓代表外部環(huán)境的客體事物,也就是需要研究的“問題”;其上的整個部分代表主體及其與客體相互作用的過程:主體接受來自客體所產(chǎn)生的“本體論信息”,經(jīng)過主體思考之后產(chǎn)生與客體交互的“智能行為”反作用于客體,解決問題。就在這個主客相互作用的過程中,主體充分展現(xiàn)了自己的智慧能力。其中的主體可以是人類個體,也可以是人類群體。因此,這是研究“智能科學與技術(shù)”的基本模型。
不斷提升自己生存與發(fā)展的水平,這既是人類與生俱來的目標,也是人類永不枯竭的動力。為了實現(xiàn)這個目標,人類就要運用自己的智慧和知識不斷去發(fā)現(xiàn)應當解決而且可能解決的問題,在此基礎上努力去解決所發(fā)現(xiàn)的問題,不斷前進。
人類的這種智慧能力包含兩個相互聯(lián)系相互作用相輔相成的部分:其一是根據(jù)人類所追求的目標和現(xiàn)有的知識去發(fā)現(xiàn)問題、定義問題和預設問題求解目標的能力,這是人類在長期實踐過程中積累起來的一種內(nèi)隱性的智慧能力,所以稱為隱性智慧;其二是在隱性智慧所確定的工作框架內(nèi),在求解目標的引導下,運用相關(guān)信息和知識去生成解決問題的策略,成功解決問題實現(xiàn)求解目標的能力,這是一種外顯性和操作性的智慧能力,所以稱為顯性智慧。
在圖1的模型中,隱性智慧具體表現(xiàn)為“主體所定義的問題、主體的知識庫里已經(jīng)擁有的知識、主體為求解問題所預設的求解目標(也存在知識庫內(nèi))”,這三者就構(gòu)成了主體為求解問題所設置的初始工作框架。顯性智慧則具體表現(xiàn)為圖1中的“感知、認知、基礎意識、情感生成、理智生成、綜合決策、策略執(zhí)行、效果檢驗以及反饋學習優(yōu)化”所代表的問題求解過程。
由于隱性智慧是人類內(nèi)隱性的智慧,需要明確的目標、足夠的知識、很強的直覺能力、豐富的想象能力、甚至需要靈感和頓悟能力,才能創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)值得解決的問題,所以,隱性智慧難以用人造機器去模擬。然而,由于顯性智慧具有外顯性和操作性特征,主要具備獲取信息、生成知識、生成和執(zhí)行策略的能力,因此,顯性智慧有可能被人造機器所模擬。在約定俗成的學術(shù)語匯中,“智慧”比較抽象,帶有形而上的色彩;而“智能”則比較具體,帶有形而下的特點。于是,人類的顯性智慧也常常被稱為“人類智能”。
鑒于人類顯性智慧與隱性智慧之間存在不可分割的深刻內(nèi)在聯(lián)系,人們就把研究和探索“人類隱性智慧和顯性智慧奧秘”的科學技術(shù)稱為“智能科學技術(shù)”,而把其中著重研究和模擬“人類顯性智慧(人類智能)能力”的科學技術(shù)稱為“人工智能”科學技術(shù),或者就簡稱為“人工智能”。換言之,人工智能是“智能科學與技術(shù)”的一部分。
圖1的基本模型及其相關(guān)解釋啟示我們:“智能科學與技術(shù)”的內(nèi)涵既具有極強的基礎性,涉及與物質(zhì)資源同樣基礎的信息資源;又具有極強的深刻性,涉及人類創(chuàng)造性智慧的深邃奧秘;還具有極強的應用性,涉及極其廣泛的應用領域。
因此,為了研究與學習“智能科學與技術(shù)”,人們應當具備人文社會科學、基礎自然科學和應用技術(shù)科學的知識與能力,應當自覺遵循“文理交互,理工融通”的交叉科學理念。雖然我國高校仍有文科、理科、工科之分,但是,為了培養(yǎng)有發(fā)展能力和創(chuàng)新能力的人才,還是要在發(fā)揮各校特色的同時努力貫徹“文理交互,理工融通”的方針。這是智能科學與技術(shù)學科的鮮明特點,需要引起教學與研究人員的高度關(guān)注。
2基本方法
概念是學科的基石。從圖1的基本模型可以看出,“智能科學與技術(shù)”包含了許多重要的新概念。除了上面已經(jīng)討論過的隱性智慧和顯性智慧的基礎概念之外,還有信息(包括本體論信息和認識論信息,特別是其中的語法信息、語義信息和語用信息)、知識(包括本能性知識、經(jīng)驗性知識、規(guī)范性知識、常識性知識、知識的內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)和外部生態(tài)系統(tǒng))、基礎意識、情感、理智、智能策略、智能行為等一系列基本概念。
考慮到本文篇幅的限制,同時也考慮到讀者可以很容易從現(xiàn)有文獻中詳細了解到這些概念,因此,這里只予以列舉,而不準備展開具體的討論。有需要的讀者可以參閱相關(guān)文獻。
這里需要特別關(guān)注的,是研究和學習“智能科學與技術(shù)”所需要確立的新的科學觀和方法論問題。只有掌握了這些新的科學觀和方法論,才能準確地理解“智能科學與技術(shù)”的基本概念、基本內(nèi)容和基本規(guī)律。
有比較才能有鑒別,事物總是相比較而存在。了解“智能科學與技術(shù)”所需要的科學觀和方法論的便捷方法之一,就是把它們同讀者已經(jīng)熟悉的“物質(zhì)科學與技術(shù)”的科學觀和方法論進行對比。眾所周知,智能系統(tǒng)是一類開放的復雜信息系統(tǒng),因此,這里的比較對象也要選擇相對比較復雜的物質(zhì)系統(tǒng)。表1就是這種比較的一些結(jié)果。
由表1可知,“物質(zhì)科學技術(shù)”所采用的科學觀包括(1)物質(zhì)觀:認為研究的對象是物質(zhì)的;(2)結(jié)構(gòu)觀:認為研究的關(guān)注點應當是物質(zhì)的結(jié)構(gòu);(3)孤立觀:認為所研究的物質(zhì)對象是與其它對象沒有關(guān)聯(lián)的;(4)靜止觀:認為所研究的物質(zhì)對象是靜止的,至少在研究期內(nèi)是靜止的。
基于這樣的科學觀,在處理比較復雜的物質(zhì)對象的時候,物質(zhì)科學技術(shù)所采用的方法論就是“分解一分析”,更具體地說就是“分而治之,各個擊破,直接還原”。也就是人們所熟悉的“還原論”。
和“物質(zhì)科學與技術(shù)”的情形不同,“智能科學與技術(shù)”的科學觀包括(1)信息觀:認為所研究的對象是信息;(2)系統(tǒng)觀:認為研究的關(guān)注點應當是系統(tǒng)化的信息,即必須同時關(guān)注信息的形式、內(nèi)容和價值;(3)生態(tài)觀:認為信息不是孤立的或靜止的,而是生長發(fā)展的;(4)機制觀:認為信息的生長發(fā)展必然存在一定的機制。
基于這樣的科學觀,“智能科學與技術(shù)”所采用的方法論就是“轉(zhuǎn)換―創(chuàng)生”。更具體一些說,就是“智能科學與技術(shù)”基本模型(圖1)所展示的“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生定律”。其中,“信息轉(zhuǎn)換”是手段,“智能創(chuàng)生”是目的。
十分清楚,“物質(zhì)科學與技術(shù)”的“分而治之”方法論體現(xiàn)了它的“物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)觀、孤立觀和靜止觀”;“智能科學與技術(shù)”的“轉(zhuǎn)換創(chuàng)生”方法論體現(xiàn)了它的“信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀和機制觀”。
這個對比告訴我們,由于研究對象不同,導致學科的性質(zhì)也不相同,我們不能把自己所熟悉的“物質(zhì)科學與技術(shù)”的科學觀和方法論統(tǒng)統(tǒng)照搬到“智能科學與技術(shù)”學科領域。雖然在研究局部細節(jié)問題的時候,這兩種科學觀和方法論的差異表現(xiàn)的不是很明顯,但是在研究系統(tǒng)全局問題的時候,這種差別就會變得十分顯著。這也是值得“智能科學與技術(shù)”的研究者和學習者特別關(guān)注的特點。
事實上,“人工智能”的研究就經(jīng)歷了一場方法論的變革。按照“分解―分析”的方法論思想,人工智能被分解為結(jié)構(gòu)模擬(人工神經(jīng)網(wǎng)絡)、功能模擬(物理符號系統(tǒng))和行為模擬(感知動作系統(tǒng))三大學派,結(jié)果長期不能互相融通。20世紀末和21世紀初,一些研究人員提出“新的集成”和“現(xiàn)代方方法”試圖找到三者融通的具體方法,但是都沒有取得成功。2007年,本文作者按照“轉(zhuǎn)換―創(chuàng)生”方法論思想提出了機制模擬的智能生成方法,結(jié)果發(fā)現(xiàn):結(jié)構(gòu)模擬(人工神經(jīng)網(wǎng)絡)、功能模擬(物理符號系統(tǒng))和行為模擬(感知動作系統(tǒng))分別是機制模擬的A、B、C型,從而實現(xiàn)了人工智能模擬方法的統(tǒng)一,見表2。
由此可見,以往人們把人工神經(jīng)網(wǎng)絡課程、物理符號系統(tǒng)課程(即普遍流行的人工智能和專家系統(tǒng)課程)、感知動作系統(tǒng)課程(即智能機器人或智能體課程)分開講授或者只講授其中一門或兩門課程的做法是不合理的。
同時,我們一直把圖1的模型稱為“智能科學與技術(shù)的基本模型”。不過,如果注意到“智能科學與技術(shù)”的科學觀一信息觀,系統(tǒng)觀,生態(tài)觀和機制觀,那么,我們也可以把圖1稱為“生態(tài)意義上的信息科學與技術(shù)基本模型”。這是因為,雖然在經(jīng)典意義上的信息科學與技術(shù)基本模型只能覆蓋到圖1模型中的信息層次,但在生態(tài)學意義上,知識和智能都是信息的生態(tài)學產(chǎn)物,因此生態(tài)學意義上的信息科學與技術(shù)基本模型就覆蓋了圖1模型的全體。在生態(tài)學的意義上,“智能科學與技術(shù)”基本模型與“信息科學與技術(shù)”基本模型就合二為一:自頂向下觀察,圖1就是“智能科學與技術(shù)”的基本模型;自底向上觀察,圖1就是“信息科學與技術(shù)”的基本模型。于是有:
智能科學與技術(shù)=生態(tài)學意義的信息科學與技術(shù)
如果把“智能科學與技術(shù)”模型中的“由信息轉(zhuǎn)換為知識”和“由信息、知識和目標轉(zhuǎn)換為智能”這兩個核心部分命名為“核心智能科學與技術(shù)”,把非生態(tài)學意義上的信息科學與技術(shù)命名為“常規(guī)信息科學與技術(shù)”,那么,也可以有:
智能科學與技術(shù)=核心智能科學與技術(shù)+常規(guī)信息科學與技術(shù)
在我國教育部的學科目錄中,“智能科學與技術(shù)”其實就是“核心智能科學與技術(shù)”,目錄中的“信息科學與技術(shù)”其實就是“常規(guī)(非生態(tài)學意義的)信息科學與技術(shù)”,后者又被劃分成“通信”、“計算”、“自動化”、“物聯(lián)網(wǎng)”、“信息安全”這樣一些更加狹窄而且相互交疊的二級學科,顯然有待進一步合理化。
3基本課程
北京郵電大學智能科學與技術(shù)研究中心最近實施的全國高校智能科學與技術(shù)專業(yè)教學計劃調(diào)查表明,我國多數(shù)學校的教學計劃確實體現(xiàn)了“計算機科學與技術(shù)的一個分支學科”的特點,很少學校的教學計劃能夠表現(xiàn)“文理相交,理工融通”的交叉科學精神。這就提出了一個尖銳的問題,如果真的把“智能科學與技術(shù)學科”辦成“計算機科學與技術(shù)學科”的一個分支學科,那么,這樣的“智能科學與技術(shù)學科”還有存在的理由嗎?
由以上分析的“智能科學與技術(shù)”的基本模型和基本方法可以知道,為了學習、理解和掌握“智能科學與技術(shù)”學科,人們的知識結(jié)構(gòu)必須包含社會科學、人文科學、基礎科學、應用技術(shù)的基礎知識與綜合能力。
為此,由中國人工智能學會教育工作委員會和清華大學出版社計算機分社共同組建的“全國高校智能科學與技術(shù)專業(yè)系列教材規(guī)劃與編審委員會”(以下簡稱編委會)提出了如下的本學科核心課程和相應的核心教材。
(1)一年級第一學期的課程智能科學與技術(shù)導論是一個引導型課程,旨在以準確而通俗的概念、全面而淺近的思路、親切而富有感染力的語言,引導剛剛踏入校門的新生了解:什么是“智能科學與技術(shù)”?為什么要學習“智能科學與技術(shù)”?怎樣才能學好“智能科學與技術(shù)”?
(2)二年級第一學期的課程腦與認知科學基礎是本學科特需的自然科學基礎(腦科學)和社會科學基礎(認知科學),旨在為學生提供關(guān)于人類智能的腦科學基礎知識和人類認知能力的科學知識,特別是關(guān)于“腦結(jié)構(gòu)如何產(chǎn)生認知能力(物質(zhì)如何生成精神)”的科學機理。
(3)二年級第二學期的課程不確定性數(shù)學引論是本學科特需的數(shù)學基礎知識課程,旨在為學生提供關(guān)于“智能科學與技術(shù)”領域必然涉及到的各種不確定性(包括隨機不確定性、模糊不確定性、粗糙不確定性以及非線性引起的混沌不確定性)的描述與處理知識,特別要闡明這些不確定性的根源、相互關(guān)系、描述和處理方法。
(4)三年級第一學期的課程機器智能是本學科的專業(yè)基礎課程,旨在用“智能科學與技術(shù)”的方法論闡述人類智能的各種模擬方法(包括結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬和機制模擬),以及這些不同模擬方法之間的相互關(guān)系和統(tǒng)一的途徑,為學生學習機器(人造系統(tǒng))智能奠定理論和方法的基礎。
(5)四年級第一學期的課程《科技史與方法論》,由于智能科學技術(shù)本身富有科學觀和方法論的特色,因此這是一門具有本學科特色的總結(jié)性課程,旨在為學生提供關(guān)于科學技術(shù)發(fā)展史(特別是智能科學技術(shù)發(fā)展史)所展現(xiàn)的科學觀和方法論知識,使學生能夠從“智能科學與技術(shù)”的學科知識基礎上站立起來,具有縱觀和把握智能科學技術(shù)發(fā)展規(guī)律的能力,使學生的學術(shù)眼界能夠“形成于課堂,而又遠遠超越課堂”。
編委會認為,這些核心課程的綜合(加上各個學校的人文社會科學通識課程和各有特色的專業(yè)課程),將為學習者提供必要的“文理相交,理工融通”的交叉學科思維素質(zhì)和能力。無論是理科型學校還是工科型學校,都要在保證上述核心課程優(yōu)質(zhì)教學的基礎上努力發(fā)揮自己的特色,而不應當削弱這些核心課程的教學質(zhì)量。
5結(jié)語
據(jù)統(tǒng)計,2017年中國人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過700億元,隨著各地人工智能建設的逐步啟動,預計到2020年,中國人工智能核心產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過1600億元,年復合增長率將達31.7%。
隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟,人工智能創(chuàng)業(yè)的難度逐步降低,越來越多的創(chuàng)業(yè)公司加入人工智能的陣營。
2018年被稱為人工智能爆發(fā)的元年,人工智能技術(shù)應用所催生的商業(yè)價值逐步凸顯。人工智能逐步切入到社會生活的方方面面,帶來生產(chǎn)效率及生活品質(zhì)的大幅提升。智能紅利時代開啟!資本、巨頭和創(chuàng)業(yè)公司紛紛涌入,將人工智能拉到了信息產(chǎn)業(yè)革命的風口。
如何把握產(chǎn)業(yè)動向,抓住風口機會?創(chuàng)業(yè)邦研究中心憑借在人工智能等前言科技領域持續(xù)研究、洞察的能力,在對國內(nèi)人工智能創(chuàng)業(yè)公司進行系統(tǒng)調(diào)研的基礎上,推出《2018中國人工智能白皮書》,對人工智能的核心技術(shù)、主要應用領域、巨頭和創(chuàng)業(yè)公司的布局、未來發(fā)展態(tài)勢和投資機會進行了深度解析。
第一部分人工智能行業(yè)發(fā)展概述
1.人工智能概念及發(fā)展
人工智能(Artificial Intelligence, AI)又稱機器智能,是指由人制造出來的機器所表現(xiàn)出來的智能,即通過普通計算機程序的手段實現(xiàn)的類人智能技術(shù)。
自1956年達特茅斯會議提出“人工智能”的概念以來,“人工智能”經(jīng)歷了寒冬與交替的起起伏伏60多年的發(fā)展歷程。2010年以后,深度學習的發(fā)展推動語音識別、圖像識別和自然語言處理等技術(shù)取得了驚人突破,前所未有的人工智能商業(yè)化和全球化浪潮席卷而來。
人工智能發(fā)展歷程
2.人工智能產(chǎn)業(yè)鏈圖譜
人工智能產(chǎn)業(yè)鏈可以分為基礎設施層、應用技術(shù)層和行業(yè)應用層。
A基礎層,主要有基礎數(shù)據(jù)提供商、半導體芯片供應商、傳感器供應商和云服務商。
B技術(shù)層,主要有語音識別、自然語言處理、計算機視覺、深度學習技術(shù)提供商。
C應用層,主要是把人工智能相關(guān)技術(shù)集成到自己的產(chǎn)品和服務中,然后切入特定場景。目前來看,自動駕駛、醫(yī)療、安防、金融、營銷等領域是業(yè)內(nèi)人士普遍比較看好方向。
人工智能產(chǎn)業(yè)鏈
資料來源:創(chuàng)業(yè)邦研究中心
第二部分人工智能行業(yè)巨頭布局
巨頭積極尋找人工智能落地場景,B、C 端全面發(fā)力。
資料來源:券商報告、互聯(lián)網(wǎng)公開信息,創(chuàng)業(yè)邦研究中心整理
第三部分機器視覺技術(shù)解讀及行業(yè)分析
1.機器視覺技術(shù)概念
機器視覺是指通過用計算機或圖像處理器及相關(guān)設備來模擬人類視覺,以讓機器獲得相關(guān)的視覺信息并加以理解,它是將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行分析處理的技術(shù)。
機器視覺的兩個組成部分
資料來源:互聯(lián)網(wǎng)公開信息,創(chuàng)業(yè)邦研究中心整理
2.發(fā)展關(guān)鍵要素:數(shù)據(jù)、算力和算法
數(shù)據(jù)、算力和算法是影響機器視覺行業(yè)發(fā)展的三要素。 人工智能正在像嬰兒一樣成長,機器不再只是通過特定的編程完成任務,而是通過不斷學習來掌握本領,這主要依賴高效的模型算法進行大量數(shù)據(jù)訓練,其背后需要具備高性能計算能力的軟硬件作為支撐。
深度學習出現(xiàn)后,機器視覺的主要識別方式發(fā)生重大轉(zhuǎn)變,自學習狀態(tài)成為視覺識別主流,即機器從海量數(shù)據(jù)里自行歸納特征,然后按照該特征規(guī)律使圖像識別的精準度也得到極大的提升,從70%+提升到95%。
3.商業(yè)模式分析
機器視覺包括軟件平臺開發(fā)和軟硬件一體解決方案服務。整體用戶更偏向于B端。軟件服務提供商作為技術(shù)算法的驅(qū)動者,其商業(yè)模式應以“技術(shù)層+場景應用”作為突破口。軟硬件一體化服務供應商作為生態(tài)構(gòu)建者,適合以“全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)+場景應用”作為突破口,加速商業(yè)化。
(1)軟件服務:技術(shù)算法驅(qū)動者—“技術(shù)層+場景應用”作為突破口
這種商業(yè)模式主要是提供以工程師為主的企業(yè)級軟件服務。有海量數(shù)據(jù)支撐,構(gòu)建起功能和信息架構(gòu)較為復雜的生態(tài)系統(tǒng),推動最末端的消費者體驗。
此類商業(yè)模式成功關(guān)鍵因素:深耕算法和通用技術(shù),建立技術(shù)優(yōu)勢,同時以場景應用為入口,積累用戶軟件。視覺軟件服務按處理方式和存儲位置的不同可分為在線API、離線SDK、私有云等。
國內(nèi)外基礎算法應用對比
資料來源:互聯(lián)網(wǎng)公開信息,創(chuàng)業(yè)邦研究中心整理
(2)軟硬件一體化:生態(tài)構(gòu)建者—“全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)+場景應用”作為突破口
軟硬一體化的商業(yè)模式是一種“終端+軟件+服務”全產(chǎn)業(yè)鏈體系。成功的因素是大量算力投入,海量優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)積累,建立算法平臺、通用技術(shù)平臺和應用平臺,以場景為入口,積累用戶。亮點是打造終端、操作系統(tǒng)、應用和服務一體化的生態(tài)系統(tǒng),各部分相輔相承,銳化企業(yè)競爭力,在產(chǎn)業(yè)鏈中擁有更多話語權(quán)。
4.投資方向
(1)前端智能化,低成本的視覺解決模塊或設備
從需求層面講,一些場景對實時響應是有很高要求的。提供某些前端就本身有一定計算能力的低成本的視覺模塊和設備將有很大市場需求。前置計算讓前端設備成為數(shù)據(jù)采集設備和數(shù)據(jù)處理單元的合體,一方面提升了處理速度,另一方面可以處理云端難以解決的問題。
機器視覺在消費領域落地的一個障礙是支持高性能運算的低功耗、低價位芯片選擇太少。從低功耗、高運算能力的芯片出發(fā),結(jié)合先進的算法開發(fā)模塊和產(chǎn)品,這類企業(yè)將在機器視覺領域擁有核心競爭力。
(2)深度學習解決視覺算法場景的專用芯片
以AI芯片方式作為視覺處理芯片有相當大的市場空間。以手勢識別為例,傳統(tǒng)的識別方案大都基于顏色空間,如 RGB,HSV ,YCrBr,無法排除類膚色物體及黑色皮膚對識別精度的干擾。借助深度學習,如通過 R-CNN 訓練大量標注后的手勢圖像數(shù)據(jù),得到的模型在處理帶有復雜背景及暗光環(huán)境下的手勢識別問題時,比傳統(tǒng)方案的效果好很多。
(3)新興服務領域的特殊應用
前沿技術(shù)帶來的新領域(如無人車、服務機器人、谷歌眼鏡等),對機器視覺提出了新要求。機器視覺可以讓機器人在多種場合實現(xiàn)應用。服務機器人與工業(yè)機器人最大的區(qū)別就是多維空間的應用。目前國內(nèi)的機器視覺,涉及三維空間、多維空間,其技術(shù)基本上處在初始階段,未來存在較大市場增長空間。
(4)數(shù)據(jù)是爭奪要點,應用場景是著力關(guān)鍵
機器視覺的研究雖然始于學術(shù)界,但作為商業(yè)應用,能解決實際問題才是核心的競爭力。當一家公司先天能夠獲得大量連續(xù)不斷的優(yōu)質(zhì)場景數(shù)據(jù),又有挖掘該數(shù)據(jù)價值的先進技術(shù)時,商業(yè)模式和數(shù)據(jù)模式上就能形成協(xié)同效應。創(chuàng)業(yè)公司要么通過自有平臺獲取數(shù)據(jù),要么選擇與擁有數(shù)據(jù)源的公司進行合作,同時選擇一個商業(yè)落地的方向,實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)循環(huán)。
第四部分智能語言技術(shù)解讀及行業(yè)分析
1.語音識別技術(shù)
(1)語音識別技術(shù)已趨成熟,全球應用持續(xù)升溫
語音識別技術(shù)已趨成熟,全球應用持續(xù)升溫。語音識別技術(shù)經(jīng)歷了長達60年的發(fā)展,近年來機器學習和深度神經(jīng)網(wǎng)絡的引入,使得語音識別的準確率提升到足以在實際場景中應用。深度神經(jīng)網(wǎng)絡逐步找到模型結(jié)構(gòu)和調(diào)參算法來替代或結(jié)合高斯混合算法和HMM算法,在識別率上取得突破。根據(jù)Google Trends統(tǒng)計,自2008年iPhone及谷歌語音搜索推出以來語音搜索增長超35倍。百度人工智能專家吳恩達預測,2020年語音及圖像搜索占比有望達到50%。Echo熱銷超過400萬,帶動智能音箱熱潮。
(2)語音識別進入巨頭崛起時代,開放平臺擴大生態(tài)圈成主流
語音識別即將進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時代。隨著亞馬遜Echo的大賣,語音交互技術(shù)催生的新商機,吸引大大小小的公司構(gòu)建自己主導的語音生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。各大公司紛紛開放各自的智能語音平臺和語音能力,欲吸引更多玩家進入他們的生態(tài)系統(tǒng)。
(3)語音識別技術(shù)發(fā)展瓶頸與趨勢
低噪聲語料下的高識別率在現(xiàn)實環(huán)境使用中會明顯下降到70-80%,遠場識別、復雜噪聲環(huán)境和特異性口音的識別是下一個階段需要解決的問題。
麥克風陣列類前端技術(shù)不僅是通過降噪和聲源定位帶來識別率的提高,帶環(huán)境音的語料的搜集、標注可用于模型的訓練,有助于打造更新一代的語音識別引擎技術(shù)。語音巨頭已經(jīng)在布局。
在IOT包括車載領域,云端識別并非通行的最優(yōu)方案,把識別引擎結(jié)合場景進行裁剪后往芯片端遷徙是工程化發(fā)展的方向。
2.自然語言處理(NLP)發(fā)展現(xiàn)狀
(1)多技術(shù)融合應用促進NLP技術(shù)及應用的發(fā)展
深度學習、算力和大數(shù)據(jù)的爆發(fā)極大促進了自然語言處理技術(shù)的發(fā)展。深度學習在某些語言問題上正在取得很大的突破,比如翻譯和寫作。2014年開始LSTM、Word2Vec以及Attention Model等技術(shù)研究的進展,使DL有了路徑在語義理解領域取得突破,并且已經(jīng)有了明顯的進展。對話、翻譯、寫作新技術(shù)成果里都開始逐漸混合入DL的框架。2014-2015年,硅谷在語義理解領域的投資熱度劇增。
深度學習能最大程度發(fā)揮對大數(shù)據(jù)和算力資源的利用,語義理解的發(fā)展還需要深度學習、搜索算法、知識圖譜、記憶網(wǎng)絡等知識的協(xié)同應用,應用場景越明確(如客服/助理),邏輯推理要求越淺(如翻譯),知識圖譜領域越成熟(如數(shù)據(jù)飽和度和標準性較強的行業(yè)),技術(shù)上實現(xiàn)可能性相對較低。在各種技術(shù)融合應用發(fā)展的情況下,具備獲取一定優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)資源能力并可結(jié)合行業(yè)Domain knowledge構(gòu)建出技術(shù)、產(chǎn)品、用戶反饋閉環(huán)的企業(yè)會有更好的發(fā)展機會。
(2)NLP主要應用場景
問答系統(tǒng)。問答系統(tǒng)能用準確、簡潔的自然語言回答用戶用自然語言提出的問題。基本工作原理是在線做匹配和排序。比如 IBM 的 Watson,典型的辦法是把問答用FAQ索引起來,與搜索引擎相似。對每一個新問題進行檢索,再將回答按匹配度進行排序,把最有可能的答案排在前面,往往就取第一個作為答案返回給用戶。
圖像檢索。同樣也是基于深度學習技術(shù),跨模態(tài)地把文本和圖片聯(lián)系起來。
機器翻譯。機器翻譯的歷史被認為與自然語言處理的歷史是一樣的。最近,深度學習被成功地運用到機器翻譯里,使得機器翻譯的準確率大幅度提升。
對話系統(tǒng)。對話系統(tǒng)的回復是完全開放的,要求機器能準確地理解問題,并且基于自身的知識系統(tǒng)和對于對話目標的理解,去生成一個回復。
(3)創(chuàng)業(yè)公司的機遇
1)機器翻譯方面:經(jīng)過多年的探索,機器翻譯的水平已經(jīng)得到大幅度提升,在很多垂直領域已經(jīng)能夠在相當大程度上替代一部分人工,機器翻譯技術(shù)的商業(yè)化應用已經(jīng)開始進入大規(guī)模爆發(fā)的前夜。
2)應用于垂直領域的自然語言處理技術(shù)
避開巨頭們對語音交互入口的競爭,以某一細分行業(yè)為切入點,深耕垂直領域,對創(chuàng)業(yè)公司也是一個不錯的選擇。
第五部分人工智能在金融行業(yè)的應用分析
人工智能產(chǎn)業(yè)鏈包含基礎層、技術(shù)層、應用層三個層面?;A層的大數(shù)據(jù)、云計算等細分技術(shù)被應用到金融征信、保險、理財管理、支付等金融細分領域;技術(shù)層的機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡與知識圖譜應用于金融領域的征信與反欺詐、智能投顧、智能量化交易,計算機視覺與生物識別應用于金融領域的身份識別,語音識別及自然語言處理應用于金融領域的智能客服、智能投研;應用層的認知智能應用于金融領域的智能風控。
人工智能在金融行業(yè)的典型應用情況
資料來源:創(chuàng)業(yè)邦研究中心
第六部分人工智能在醫(yī)療行業(yè)的應用分析
1.人工智能在醫(yī)療行業(yè)的應用圖譜
人工智能在醫(yī)療行業(yè)的應用潛力巨大,目前在健康管理、輔助診療、虛擬助理、醫(yī)學影像、智能化器械、藥物挖掘和醫(yī)院管理等領域均有企業(yè)在布局,其中醫(yī)學影像、藥物挖掘、健康管理,輔助診療、虛擬助理的應用發(fā)展速度較快。
圖 人工智能在醫(yī)療行業(yè)的應用圖譜
資料來源:創(chuàng)業(yè)邦研究中心
2.人工智能在醫(yī)療行業(yè)的具體應用場景
醫(yī)學影像。人工智能應用于醫(yī)學影像,通過深度學習,實現(xiàn)機器對醫(yī)學影像的分析判斷,是協(xié)助醫(yī)生完成診斷、治療工作的一種輔助工具,幫助更快的獲取影像信息,進行定性定量分析,提升醫(yī)生看圖/讀圖的效率,協(xié)助發(fā)現(xiàn)隱藏病灶。 人工智能通過影像分類、目標檢測、圖像分割、圖像檢索等方式,完成病灶識別與標注,三維重建,靶區(qū)自動勾畫與自適應放療等功能,應用在疾病的篩查、診斷和治療階段。目前較為火熱的應用有肺部篩查、糖網(wǎng)篩查、腫瘤診斷和治療等。
藥物挖掘。人工智能在藥物研發(fā)上的應用可總結(jié)為臨床前和臨床后兩個階段。臨床前階段:將深度學習技術(shù)應用于藥物臨床前研究,在計算機上模擬藥物篩選的過程,包括靶點選擇、藥效和晶型分析等,預測化合物的活性、穩(wěn)定性和副作用,快速 、準確地挖掘和篩選合適的化合物或生物,提高篩選效率,優(yōu)化構(gòu)效關(guān)系。臨床后階段:針對臨床試驗的不同階段,利用人工智能技術(shù)對患者病歷進行分析,迅速篩選符合條件的被試者,監(jiān)測管理臨床試驗過程中的患者服藥依從性和數(shù)據(jù)收集過程,提高臨床試驗的準確性。
虛擬助理。醫(yī)療虛擬助理是基于醫(yī)療領域的知識系統(tǒng),通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)人機交互,從而在就醫(yī)過程中,承擔診前問詢、診中記錄等工作,成為醫(yī)務人員的合作伙伴,使醫(yī)生有更多時間可以與患者互動。醫(yī)療虛擬助理根據(jù)參與就醫(yī)過程的功能不同,主要有智能導診分診,智能問診,用藥咨詢和語音電子病歷等方向。
第七部分智能駕駛行業(yè)分析
1.智能駕駛行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈
智能駕駛行業(yè)的中心業(yè)務是以Google、百度為代表的智能駕駛操縱解決方案提供商和以特斯拉、蔚來為代表的成車廠商。該類廠商,上接上游軟硬件提供商,下接公司和消費者,在整個業(yè)務鏈中扮演至關(guān)重要的一環(huán)。
產(chǎn)業(yè)鏈上游廠商多為細分技術(shù)提供商,如深度學習、人機交互、圖像識別和新材料、新制造新能源等。
智能駕駛產(chǎn)業(yè)鏈圖譜
資料來源:創(chuàng)業(yè)邦研究中心
2.智能駕駛市場分析
伴隨著 ADAS 技術(shù)的不斷更新,推斷全球 L1-L5 智能駕駛市場的滲透率會在接下來 5年內(nèi)處于高速滲透期,然 后伴隨半無人駕駛的普及進入穩(wěn)速增長期。在未來的 2025 年無人駕駛放量階段后,依賴全產(chǎn)業(yè)鏈的配合而進入市場成熟期。預測到2030年,全球 L4/5 級別的自動駕駛車輛滲透率將達到 15%,單車應用成本的顯著提升之 外,從 L1-L4 級別的智能駕駛功能全面滲透為汽車產(chǎn)業(yè)帶來全面的市場機會。
按照 IHS Automotive 保守估計,全球 L4/L5 自動駕駛汽車產(chǎn)量在 2025 年將接近 60 萬輛,并在 2025- 2035 年間獲得高速發(fā)展,年復合增長率將達到43%,并在2035年達到2100萬輛。另有接近 7600 萬輛的汽車具備部分自動駕駛功能,同時會帶動產(chǎn)業(yè)鏈衍生市場的大規(guī)模催化擴張。
根據(jù)獨立市場調(diào)研機構(gòu) Strategy Engineers 的預測,L4 高度自動駕駛等級下,自動駕駛零部件成本約在 3100 美元/車,其中硬件占比 45%,軟件占比 30%,系統(tǒng)整合占比 14%,車聯(lián)網(wǎng)部分占比 11%。按照全球 1 億輛量 產(chǎn)規(guī)模計算,理想假設所有車輛全部達到 L4 高度自動駕駛水平,那么全球自動駕駛零部件市場規(guī)模在 2020 年 將達到 3100 億美元。
第八部分中國人工智能企業(yè)畫像分析
隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟,人工智能創(chuàng)業(yè)的難度逐步降低。創(chuàng)新的大門吸引眾多創(chuàng)業(yè)企業(yè)進入。為了觀察行業(yè)風向,助力創(chuàng)新企業(yè)發(fā)展,創(chuàng)業(yè)邦研究中心對國內(nèi)200多家人工智能創(chuàng)業(yè)公司進行了系統(tǒng)調(diào)研,從發(fā)展能力、創(chuàng)新能力、融資能力等多維度指標,評選出“2018中國人工智能創(chuàng)新成長企業(yè)50強”。
地域分布
全國88%的人工智能企業(yè)聚集在北京、上海、廣東和江蘇。其中,北京人工智能企業(yè)最多,占比高達39.66%;其次是上海,人工智能企業(yè)占比達21.55%;位列第三的是廣東,人工智能企業(yè)占達15.52%。北京以領先全國其他地區(qū)的政策環(huán)境、人才儲備、產(chǎn)業(yè)基礎、資本支持等,成為人工智能創(chuàng)業(yè)首要陣地;華東地區(qū)的上海、江蘇、浙江均有良好的經(jīng)濟基礎和科技實力,人工智能應用實力雄厚,也聚集了一批人工智能垂直產(chǎn)業(yè)園;廣東互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)達,企業(yè)對數(shù)據(jù)需求強烈,依靠大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈推動人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
行業(yè)分布
從行業(yè)大類分布來看,行業(yè)應用層的企業(yè)占比最大,為56.03%;其次是應用技術(shù)層的企業(yè),占比達31.04%;基礎技術(shù)層的企業(yè)占比最小,僅為12.93%。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,人工智能與場景深度融合,應用領域不斷擴展,行業(yè)應用公司比重不斷提升。在基礎層技術(shù)方面,國際IT巨頭占據(jù)行業(yè)領先地位, 國內(nèi)與國際差距明顯,中小初創(chuàng)企業(yè)很難進入。
從行業(yè)應用來看,智能金融企業(yè)占比最大,為16.92%;其次是機器人企業(yè),占比達15.38%;位列第三的是智能駕駛和智能教育,占比均為12.31%。金融行業(yè)的強數(shù)據(jù)導向為人工智能的落地提供了產(chǎn)業(yè)基礎,智慧金融被列入國家發(fā)展規(guī)劃中,龐大的金融市場為人工智能落地帶來了發(fā)展前景。機器人作為人工智能產(chǎn)業(yè)落地輸出, 目前市場需求較大,商業(yè)機器人占據(jù)較大份額。中國智能駕駛市場在資本推動下進入者較多,企業(yè)積極推動應用落地,百度、北汽等大型企業(yè)嘗試商業(yè)化落地智能駕駛汽車。人工智能推動教育個性化落地,相關(guān)初創(chuàng)企業(yè)涉入教育藍海,推動智慧教育的發(fā)展。
收入情況
收入分布在500-10000萬之間的企業(yè)最多,占比達49.14%;500萬以下的企業(yè)位居其次,占比達 26.72%;位列第三的是10000-100000萬之間的企業(yè),占比為17.24%。
最新估值
企業(yè)最新估值均在億元級別,且分布較為均衡。三成企業(yè)估值超過15億元,還有企業(yè)估值達到百億級別,如優(yōu)必
選科技、達闥科技和商湯科技等,將來或?qū)④Q身人工智能獨角獸企業(yè)。(備注:分析樣本量剔除一半未披露企業(yè))
第九部分典型企業(yè)案例分析
1.Atman
企業(yè)概述
Atman由來自微軟的人工智能科學家和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗豐富的產(chǎn)品團隊創(chuàng)辦,提供專業(yè)領域機器翻譯、機器寫作、知識圖譜、大數(shù)據(jù)智能采集挖掘等語言智能產(chǎn)品,致力于成為醫(yī)學、新聞、法律等專業(yè)領域語言智能專家,為專業(yè)領域用戶賦能,推動專業(yè)領域用戶進入人工智能時代,助力專業(yè)領域文字智能水平實現(xiàn)跨越式提升。Atman已為強生、新華社參考消息、北大法寶、君合律師事務所等世界領先藥企、新聞媒體、法律服務機構(gòu)開發(fā)機器翻譯、機器寫作、知識圖譜、大數(shù)據(jù)智能采集挖掘等語言智能產(chǎn)品。
目前Atman在北京和蘇州兩地運營,能快速響應全國各地客戶需求。
企業(yè)團隊
創(chuàng)始人&CEO:馬磊
清華大學計算機系畢業(yè),曾先后在微軟研究院和工程院擔任研究員和架構(gòu)師,機器學習專家、多次創(chuàng)業(yè)者、曾主導多項人工智能重大項目,和申請國際專利共計15+項。
Atman公司核心團隊由來自微軟、百度、法電等領域高端人才和資深技術(shù)人才組成,公司員工40人,其中碩士以上學歷占比60%,技術(shù)開發(fā)人員占比70%,一半以上來自微軟亞洲研究院和工程院。
核心技術(shù)與產(chǎn)品
技術(shù)方面,擅長機器學習(深度學習、強化學習、群體智能)在復雜問題的應用,和國際專利15項,Atman神經(jīng)網(wǎng)絡機器翻譯系統(tǒng)于2016年9月首秀,早于谷歌的GNMT,專業(yè)領域翻譯效果在公測標準和行業(yè)客戶測試中均持續(xù)領先。核心產(chǎn)品為垂直領域機器翻譯、機器寫作、知識圖譜抽取構(gòu)建、大數(shù)據(jù)智能挖掘等語言智能產(chǎn)品。
Atman的機器翻譯產(chǎn)品可自動翻譯編輯專業(yè)文獻、報告、音視頻和網(wǎng)頁,支持私有部署和云端混合部署,提供包括數(shù)據(jù)隱私安全以及自學習的端到端解決方案。
機器寫作可對海量數(shù)據(jù)進行快速搜索、過濾、聚類,根據(jù)行業(yè)需求自動生成專業(yè)文檔,適用于所有專業(yè)寫作場景,可大幅減少專業(yè)報告寫作過程中的繁復工作,大幅提升專業(yè)領域?qū)懽餍省?/p>
知識圖譜可實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的語義檢索、長鏈推理、意圖識別、因果分析,形成一個全局知識庫。大數(shù)據(jù)智能采集挖掘系統(tǒng)為專業(yè)領域用戶提供智能數(shù)據(jù)源管理、海量專業(yè)數(shù)據(jù)獲取和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)自動解析并結(jié)合知識圖譜提供auto-screening、知識重構(gòu)、專業(yè)決策輔助,幫助用戶建立強大的以專業(yè)大數(shù)據(jù)為基礎的業(yè)務輔助能力。
2.黑芝麻
企業(yè)概述
黑芝麻智能科技有限公司是一家視覺感知核心技術(shù)與應用軟件開發(fā)企業(yè),2016年分別在美國硅谷和上海成立研發(fā)中心,主攻領域為嵌入式圖像、計算機視覺,公司核心業(yè)務是提供基于圖像處理、計算圖像以及人工智能的嵌入式視覺感知平臺,為ADAS及自動駕駛提供完整的視覺感知方案。
目前公司和博世、滴滴、蔚來、上汽、上汽大通、EVCARD、中科創(chuàng)達、車聯(lián)天下和云樂新能源等展開深入合作,提供基于視覺的感知方案;除此之外,公司還在消費電子、智能家居等領域布局為智能終端提供視覺解決方案。目前公司已經(jīng)完成A+輪融資。
企業(yè)團隊
團隊核心成員來自于OmniVision、博世、安霸、英偉達和高通等知名企業(yè),平均擁有超過15年以上的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗,畢業(yè)于清華、交大、中科大和浙大等知名高校。
創(chuàng)始人&CEO:單記章此前在硅谷一家全球頂尖的圖像傳感器公司工作近20年,離職前擔任該公司的技術(shù)副總裁一職,工作內(nèi)容覆蓋了圖像傳感器研發(fā)和設計、圖像處理算法研發(fā)和圖像處理芯片設計。
核心技術(shù)和產(chǎn)品
在汽車領域,黑芝麻可提供車內(nèi)監(jiān)控方案(DMS),自動泊車方案(AVP),ADAS/自動駕駛感知平臺方案。黑芝麻智能科技提供的解決方案包括算法和芯片兩個核心部分:黑芝麻感知算法從基礎的控光技術(shù),到面向AI的圖像處理技術(shù)出發(fā)來提高成像質(zhì)量,以及應用深度神經(jīng)網(wǎng)絡訓練,結(jié)合視頻處理和壓縮技術(shù),形成從傳感器端到應用端的處理過程;黑芝麻芯片平臺采用獨有的神經(jīng)網(wǎng)絡架構(gòu),包括獨有的圖像處理,視頻壓縮和計算機視覺模塊,與黑芝麻視覺算法結(jié)合,采用16nm制程,設計功耗2.5w,每秒浮點計算達20T。
3.乂學教育
企業(yè)概述
乂學教育,成立于2014年,是一家網(wǎng)絡教育培訓機構(gòu),采用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù),為學生提供量身定制學習解決方案和個性化學習內(nèi)容。核心團隊來自美國Knewton、Realizeit、ALEKS等人工智能教育公司,銷售團隊有全國40億toC銷售額的經(jīng)驗。
企業(yè)自主研發(fā)了針對中國K12領域的學生智適應學習產(chǎn)品,其核心部分是以高級算法為核心的智適應學習引擎“松鼠AI”,該產(chǎn)品擁有完整自主知識產(chǎn)權(quán),能夠模擬真實特級教師教學。企業(yè)發(fā)表的學術(shù)論文得到了全球國際學術(shù)會議AIED、CSEDU、UMAP認可,并在紐約設計了人工智能教育實驗室,與斯坦福國際研究院(SRI)在硅谷成立了人工智能聯(lián)合實驗室。
主要產(chǎn)品
學生智適應學習是以學生為中心的智能化、個性化教育,在教、學、評、測、練等教學過程中應用人工智能技術(shù),在模擬優(yōu)秀教師的基礎之上,達到超越真人教學的目的。該產(chǎn)品性價比高,以人工智能+真人教師的模式,做到因材施教,有效解決傳統(tǒng)教育課時費用高,名師資源少,學習效率低等問題。
智適應學習人工智能系統(tǒng)
智適應學習人工智能系統(tǒng)模擬特級教師,采用圖論、概率圖模型,機器學習完成知識點拆分和個人學習畫像,采用神經(jīng)網(wǎng)絡、邏輯斯蒂回歸和遺傳算法為學生實時動態(tài)推薦最佳學習路徑,實現(xiàn)個性化教育。
業(yè)務模式
線上與線下,2B和2C相結(jié)合。以松鼠AI智適應系統(tǒng)教學為主,真人教師輔助,學生通過互聯(lián)網(wǎng)在線上學習課程。開創(chuàng)教育新零售模式,授權(quán)線下合作學校,已在全國100多個城市開設500多家學校。
4.云從科技
企業(yè)概述
云從科技成立于2015年4月,是一家孵化于中國科學院重慶研究院的高科技企業(yè),專注于計算機視覺與人工智 能。云從科技是人工智能行業(yè)國家隊,是中科院戰(zhàn)略先導項目人臉識別團隊唯一代表,唯一一家同時受邀制定人 臉識別國家標準、行業(yè)標準的企業(yè)。2018年,云從科技成為祖國“一帶一路”戰(zhàn)略實行路上的人工智能先鋒,與 非洲南部第二大經(jīng)濟體津巴布韋政府完成簽約。
云從科技奠定了行業(yè)領導地位: 國家肯定,國家發(fā)改委2017、2018年人工智能重大工程承建單位;頂層設計,唯一同時制定國標、部標和行標的人工智能企業(yè);模式創(chuàng)新,三大平臺解決方案,科學家平臺、核心技術(shù)平臺和行業(yè)應用平臺。
企業(yè)核心團隊
創(chuàng)始人
周曦博士,師從四院院士、計算機視覺之父—ThomasS.Huan黃煦濤教授,專注于人工智能識別領域的計算機視覺 研究。入選中科院“百人計劃”,曾任中國科學院重慶研究院信息所副所長、智能多媒體技術(shù)研究中心主任。
周曦博士帶領團隊曾在計算機視覺識別、圖像識別、音頻檢測等國際挑戰(zhàn)賽中7次奪冠;在國際頂級會議、雜志 上發(fā)表60余篇文章,被引用上千次。
核心技術(shù)團隊
云從科技依托美國UIUC和硅谷兩個前沿實驗室,中科院、上海交大兩個聯(lián)合實驗室上海、廣州、重慶、成都四 個研發(fā)中心組成的三級研發(fā)架構(gòu)。目前研發(fā)團隊已經(jīng)超過300人,80%以上擁有碩士學歷。
技術(shù)優(yōu)勢
全方位多維智能學習模塊適應不同場景要求;模塊化設計為在工業(yè)視覺、醫(yī)學影像、自動駕駛AR等領域擴展打下良好基礎。
云從科技具有高技術(shù)壁壘:世界智能識別挑戰(zhàn)賽成績斐然,在CLEAR、 ASTAR、 PASCAL VOC、 IMAGENET、FERA以及微軟全球圖像識別挑戰(zhàn)賽上共計奪得7次世界冠軍;在銀行、公安等行業(yè)智能識別技術(shù) PK實戰(zhàn)中,85次獲得第一;2018年,云從科技入選MIT全球十大突破性技術(shù)代表企業(yè)。
在跨鏡追蹤(ReID)技術(shù)上取得重大突破。Market-1501,DukeMTMC-reID,CUHK03三個數(shù)據(jù)同時集體刷 新世界記錄, Market-1501上的首位命中率達到96.6%,首次達到商用水平。
正式在國內(nèi)“3D結(jié)構(gòu)光人臉識別技術(shù)”,可全面應用于手機、電腦、機具、設備、家電。相較以往的2D人 臉識別及以紅外活體檢測技術(shù),3D結(jié)構(gòu)光人臉識別技術(shù)擁有不需要用戶進行任何動作配合完成活體驗證的功能, 分析時間壓縮到了毫秒級以及不受環(huán)境光線強弱的影響等諸多優(yōu)點,受到國際巨頭公司的關(guān)注。
行業(yè)應用
目前國內(nèi)有能力自建系統(tǒng)的銀行約為148家。截止2018年3月15日,已經(jīng)完成招標的銀行約為121家,其中云從科 技中標了88家總行平臺,市場占有率約為72.7%;在安防領域推動中科院與公安部全面合作,通過公安部重大課題研發(fā)火眼人臉大數(shù)據(jù)平臺等智能化系統(tǒng),在民航領域,已經(jīng)與中科院重慶院合作覆蓋80%的樞紐機場。
5.Yi+
企業(yè)概述
北京陌上花科技是領先的計算機視覺引擎服務商,為企業(yè)提供視覺內(nèi)容智能化和商業(yè)化解決方案。致力于“發(fā)現(xiàn)視覺信息的價值”。
旗下品牌Yi+是世界一流的人工智能計算機視覺引擎,衣+是時尚商品搜索引擎。公司在圖像視頻中對場景、通用物體、商品、人臉的檢測、識別、搜索及推薦均達到領先水平。
目前公司和阿里巴巴、愛奇藝、優(yōu)酷土豆、中國有線、CIBN、中信國安、海信、華為、360等數(shù)十家頂級機構(gòu)/產(chǎn)品深度合作,通過提供邊看邊買引擎、圖像視頻內(nèi)容分析引擎、人臉識別引擎等基于視覺識別技術(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品服務于海量用戶,同時幫助政府機構(gòu)、廣電系統(tǒng)、內(nèi)容媒體、零售商、電商、視聽設備等行業(yè)實現(xiàn)智能分析、智能互動與場景營銷。目前公司已經(jīng)獲得B輪融資。
企業(yè)團隊
團隊成員來自于斯坦福、耶魯、帝國理工、新加坡國大、南洋理工、清華、北大、中科院等名校及谷歌、微軟、IBM、英特爾、阿里巴巴、騰訊、百度、華為等名企。
創(chuàng)始人&CEO:張默
北京大學軟件工程碩士, 南洋理工大學創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新碩士。連續(xù)創(chuàng)業(yè)者, 曾任華為算法工程師、微軟WindowsMobile工程師、 IBM SmarterCity 架構(gòu)師,北方區(qū)合作伙伴經(jīng)理,主機Linux中國區(qū)負責人,中國區(qū)開源聯(lián)盟負責人,年銷售額數(shù)億。 2013年創(chuàng)業(yè)于美國硅谷和新加坡,2014年6月在中國設立北京陌上花科技有限公司。
核心技術(shù)與產(chǎn)品
技術(shù)方面,在國際頂級計算機視覺競賽ImageNet中,成績曾超過谷歌、斯坦福等,2015-2016年2年獲得十項世界第一。2018年3月,人臉識別準確率位列LFW榜首。Yi+通過遵循無限制,標記的外部數(shù)據(jù)協(xié)議。 Yi+的系統(tǒng)由人臉檢測,人臉對齊和人臉描述符提取組成。使用多重損失和訓練數(shù)據(jù)集訓練CNN模型,其中包含來自多個來源的約10M個圖像,其中包含150,000個人(訓練數(shù)據(jù)集與LFW沒有交集)。在測試時, Yi+使用原始的LFW圖像并應用簡單的L2norm。圖像對之間的相似性用歐氏距離來測量,最終取得優(yōu)異成績。
公司的核心產(chǎn)品主要包括視覺搜索引擎,圖像視頻分析引擎以及人臉識別和分析引擎:
行業(yè)解決方案
針對營銷、安防、相機和電視的不同特點,推出相應解決方案。
營銷+AI。場景化廣告方案中,大屏AI助理信息流推薦、神字幕、物體/人臉AR動態(tài)貼圖、video-out、場景化角標與廣告濾鏡等形式的廣告內(nèi)容推薦,適用于快消、汽車、電商、IT、金融、旅游服務等多個行業(yè)。
智慧城市+AI。使用計算及視覺助力智慧城市,在智慧安防、智慧交通、智慧園區(qū)等方面提供解決方案。在智慧安防實時識別上,實時處理直播攝像頭信息,算法反應敏捷,相應迅速。建立智慧園區(qū)方案模型,考慮擴展性&靈活性、數(shù)據(jù)管理、松散耦合性、安全性、實時整合性以及功能性和非功能性需求等技術(shù)方案要素,從業(yè)務和技術(shù)兩方面整合解決方案實現(xiàn)步驟。
電視+AI。電視+AI的解決方案賦予智能電視多樣播放能力和營銷能力。
相機+AI。相機更具交互能力。用戶通過搜索關(guān)鍵字標簽同步展示圖片,打通相冊和購物一站式體驗。準確識別人物屬性特征,動態(tài)適應表情變化,可以在視頻以及圖像中對人臉實時檢測,基于深度學習技術(shù),進行人臉相似度檢測,實現(xiàn)面部關(guān)鍵點定位、妝容圖像渲染,試用與粉底、唇彩以及眼影等多種虛擬試裝方式。實時檢測攝像頭中出現(xiàn)的物品、場景和人臉等,添加AR效果,SDK支持本地檢測、識別、追蹤,平均檢測幀率可達到25fps。
新零售+AI。Yi+新零售解決方案是基于公司自主研發(fā)的人臉識別、商品識別和其他圖像識別算法技術(shù)為核心,建立一整套基于人臉、商品的智能零售門店管理方案。Yi+新零售解決方案主要包含數(shù)據(jù)采集、算法模型說明和部署方案三部分,其中數(shù)據(jù)采集包括人臉數(shù)據(jù)采集、商品數(shù)據(jù)采集;算法模型說明包括識別算法訓練、商品識別、識別輸出;部署方案包括本地部署、云端部署、本地部署與云端部署結(jié)合。
6.擎創(chuàng)科技
企業(yè)簡介
擎創(chuàng)科技成立于2016年,專注于將人工智能和機器學習賦予傳統(tǒng)IT運維/企業(yè)運營管理,為企業(yè)客戶提供智能運維大數(shù)據(jù)分析解決方案,從而取代和改善對高技能運維人員嚴重依賴的現(xiàn)狀。2017年,擎創(chuàng)科技已實現(xiàn)全年2000萬營收,迅速成為國內(nèi)AIOps領域的領跑者和中流砥柱。2018年初,擎創(chuàng)科技完成了數(shù)千萬人民幣的A輪融資,由火山石投資領投,晨暉創(chuàng)投、元璟資本及新加坡STTelemedia跟投。
核心團隊
擎創(chuàng)團隊的核心成員主要由BMC、微軟等美國企業(yè)服務上市公司的運維老兵,與新浪、餓了么等知名互聯(lián)網(wǎng)公司的大數(shù)據(jù)、算法專家組成,核心團隊成員至少擁有10年以上的行業(yè)經(jīng)驗。其中CEO楊辰是國內(nèi)最頂級的B端銷售,曾帶領團隊獲得10倍的業(yè)績增長;CTO葛曉波擁有長達15年的企業(yè)級軟件開發(fā)和運維經(jīng)驗;而產(chǎn)品總監(jiān)屈中泠則來自甲方,創(chuàng)業(yè)前為浦發(fā)硅谷銀行企業(yè)架構(gòu)師,深知甲方對企業(yè)運維產(chǎn)品的需求。這個曾經(jīng)深耕于運維企業(yè)服務市場的團隊,如今在智能運維企業(yè)服務賽道繼續(xù)領跑,讓擎創(chuàng)科技成為最懂企業(yè)的客戶,最值得企業(yè)客戶信賴的軟件廠商。
主要產(chǎn)品
“夏洛克AIOps” 作為擎創(chuàng)自主研發(fā)的大數(shù)據(jù)智能運維主打產(chǎn)品,自2016年上線以來,已從1.0版本升級至1.9版本,可應用在金融、大型制造業(yè)、鐵路民航、能源電力等涉及國家發(fā)展和民生問題的多種行業(yè)。在2017全球運維大會上,夏洛克AIOps獲得由中國信息通信研究院與高效運維社區(qū)聯(lián)合頒發(fā)的“年度最具影響力AIOps產(chǎn)品”獎。
“夏洛克AIOps”充分利用自研算法輔助客戶實現(xiàn)IT運維價值,結(jié)合客戶的現(xiàn)有情況,規(guī)劃從傳統(tǒng)ITOM至AIOps智能運維的一站式路徑,助其運營落地,由此打破數(shù)據(jù)孤島,建立統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)智能分析平臺,實現(xiàn)以人工智能為核心,驅(qū)動傳統(tǒng)IT運維監(jiān)、管、控三個層面,并將相關(guān)運維數(shù)據(jù)及業(yè)務數(shù)據(jù)實時展現(xiàn)。
“夏洛克AIOps”擁有多項自研算法,猶如運維界的福爾摩斯,能迅速發(fā)現(xiàn)并定位運維問題的根因,實現(xiàn)秒級排障,最大程度避免企業(yè)產(chǎn)生重大損失。更有價值的是,“夏洛克AIOps”還能通過長期的數(shù)據(jù)積累和機器學習,運用新型深度神經(jīng)網(wǎng)絡算法對企業(yè)的業(yè)務數(shù)據(jù)進行預測,幫助企業(yè)提前規(guī)劃IT資源,高效預防各類黑天鵝事件的發(fā)生。
商業(yè)模式
目前,擎創(chuàng)科技已與多家金融和制造行業(yè)標桿客戶形成穩(wěn)定的合作關(guān)系,包括浦發(fā)銀行、浦發(fā)硅谷銀行、國家開發(fā)銀行、上海鐵路局、銀聯(lián)、海爾、浙江能源等。針對不同客戶,采用個性化的商業(yè)模式進行服務,目前主要有私有模式和SaaS模式兩種,都具有較強的可復制性。
核心優(yōu)勢