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人工智能技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展歷史雖然只有短短的50余年,但是它作為信息技術(shù)的前沿領(lǐng)域,對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和發(fā)展的影響卻越來(lái)越大。在基礎(chǔ)教育課程改革的大潮中,許多國(guó)家意識(shí)到基礎(chǔ)教育領(lǐng)域開展人工智能教育的必要性,努力把人工智能列入技術(shù)類教育的教學(xué)內(nèi)容中。作為師范類院校,教授人工智能課是有必要的。?
(1)為部分優(yōu)秀的學(xué)生將來(lái)做更深入的研究打堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在面向知識(shí)經(jīng)濟(jì)的今天,研究獲取、表示和使用知識(shí)的人工智能學(xué)科越來(lái)越受到人們的重視。目前人工智能研究被列為中國(guó)高技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。以專家系統(tǒng)為代表的智能化系統(tǒng)在信息技術(shù)中也占有重要地位。因此在高等教育中開展人工智能教育和智能化系統(tǒng)的研發(fā),不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)的應(yīng)用,也是促進(jìn)各學(xué)科服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。為使人工智能的理論、方法和技術(shù)的研究與應(yīng)用普及和深入,教育重心必須要下移,即從研究生教育向本科教育普及。開展本科層次人工智能普及教育的有效途徑之一是在本科高年級(jí)開設(shè)相關(guān)選修課。開展人工智能教育,不僅能夠更好地發(fā)揮高等院校的育人和科學(xué)研究功能,而且能為學(xué)生拓寬專業(yè)路徑,擴(kuò)大自主學(xué)習(xí)空間和發(fā)展個(gè)性創(chuàng)造條件,同時(shí)也為營(yíng)造一個(gè)使學(xué)生不僅有寬厚、扎實(shí)的理論基礎(chǔ),且具綜合分析和解決問(wèn)題能力的環(huán)境。?
(2)為將來(lái)從教的學(xué)生積聚大量的知識(shí)。英國(guó)早在1999年,人工智能課程已經(jīng)作為選修課出現(xiàn)在中學(xué)的信息與通訊技術(shù)(ICT)課程中。許多中小學(xué)還通過(guò)機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)來(lái)激發(fā)中小學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣,使學(xué)生不僅提高了用信息技術(shù)解決問(wèn)題的能力,而且培養(yǎng)了多種思維方式,獲得了更多的創(chuàng)新空間。美國(guó)現(xiàn)行的中學(xué)信息技術(shù)課程設(shè)置中,將人工智能的內(nèi)容作為“媒體與技術(shù)”層面對(duì)12年級(jí)學(xué)生的要求。澳大利亞的部分中學(xué)開設(shè)的信息處理與技術(shù)課程,人工智能、信息系統(tǒng)、算法和程序設(shè)計(jì)、社會(huì)和倫理道德、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分別作為5個(gè)主題共同構(gòu)成了該課程的教學(xué)內(nèi)容。在該課程的大綱中規(guī)定,人工智能部分的教學(xué)內(nèi)容在高中第3學(xué)期為12年級(jí)的學(xué)生開設(shè),教學(xué)時(shí)間為10周。?
在我國(guó),多年以來(lái)中學(xué)奧林匹克信息學(xué)競(jìng)賽中一直包含有人工智能相關(guān)的題目,涉及啟發(fā)式搜索、博弈、智能程序設(shè)計(jì)等問(wèn)題。2003年4月,我國(guó)教育部正式頒布《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》,首次在信息技術(shù)科目中設(shè)立了“人工智能初步”選修模塊,標(biāo)志著我國(guó)高中人工智能課程的正式起步。?
我國(guó)的新課程標(biāo)準(zhǔn)頒布后,教育部評(píng)審并通過(guò)了分別由教育科學(xué)出版社、廣東高教出版社、地圖出版社、上??萍冀逃霭嫔绾驼憬逃霭嫔绯霭娴?套高中《人工智能初步》教材,并開發(fā)了相應(yīng)的教輔材料,包括教師用書和配套光盤等。為了配合中學(xué)人工智能課程的實(shí)施,國(guó)內(nèi)也推出了一些適合中學(xué)生學(xué)習(xí)與體驗(yàn)的人工智能軟件和網(wǎng)絡(luò)資源。另一方面,一些高校的本科生、研究生也逐步關(guān)注中學(xué)人工智能教育的開展并將其作為畢業(yè)論文的研究選題。一些師范院校適應(yīng)形勢(shì)要求,已為師范生開設(shè)了與此相關(guān)的選修課程。?
2 人工智能的教育及教學(xué)條件現(xiàn)狀?
通過(guò)對(duì)本人多年的教學(xué)過(guò)程進(jìn)行總結(jié),我校的《人工智能》課程教育現(xiàn)狀可總結(jié)為如下幾點(diǎn):?
(1)理論知識(shí)充裕。但與實(shí)踐相脫節(jié),特別是在智能科學(xué)技術(shù)的教育教學(xué)方面。盡管知識(shí)面相當(dāng)廣泛,而人工智能理論的普及教育以及智能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用仍然十分滯后。?
(2)同其它普通高等院校一樣,在本校,人工智能技術(shù)的研究與應(yīng)用尚未普及,甚至比不上其它院校。這不利于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣及創(chuàng)造精神。?
(3)缺乏配套實(shí)驗(yàn)教材,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容缺乏,無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力。只有開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,才能使人工智能的相關(guān)知識(shí)具有研究性和綜合性。?
(4)對(duì)中小學(xué)智能教育的深度及教學(xué)方式、教學(xué)特點(diǎn)缺乏研究。做為師范類院校,我認(rèn)為在對(duì)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)教育的基礎(chǔ)上,要緊抓中小學(xué)智能教育的特點(diǎn)對(duì)師范類學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的教育與培訓(xùn)。?
相對(duì)于教育現(xiàn)狀,我校的《人工智能》課程教學(xué)條件現(xiàn)狀要稍好一些,其狀態(tài)如下:?
(1)教材使用國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,此教材非常系統(tǒng)地介紹了人工智能的基本原理、方法和應(yīng)用技術(shù),適合本科及研究生使用。在我們的授課過(guò)程中,也會(huì)適當(dāng)為學(xué)生提供相關(guān)的國(guó)內(nèi)其他先進(jìn)教材,如中南大學(xué)蔡自興教授的《人工智能及其應(yīng)用》等。?
(2)為了促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí),我們準(zhǔn)備了多種類型的擴(kuò)充性學(xué)習(xí)資料,加強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí),包括:課程相關(guān)雜志和書籍目錄,以及部分重要的參考文獻(xiàn),與人工智能相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源如優(yōu)秀BBS、新聞組、網(wǎng)址等。 它們包括了大量的文獻(xiàn)資料、本領(lǐng)域研究的前沿動(dòng)態(tài)等。 使用表明,學(xué)生非常樂(lè)于查閱這些資源。 使學(xué)生能通過(guò)使用這些資源進(jìn)行一些人工智能程序設(shè)計(jì),探討一些問(wèn)題,在課堂討論中展示他們的收獲。?
(3)校園網(wǎng)的普及與不斷優(yōu)化使本課程有優(yōu)良的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)境,能充分滿足教學(xué)需要。我們擁有較充足的多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)教室,為實(shí)現(xiàn)本課程教學(xué)提供了物質(zhì)保障。在網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)方面,全校辦公室、教室、學(xué)生宿舍和教師宿舍都以寬帶網(wǎng)相連,這些硬件設(shè)備對(duì)本課程教學(xué)發(fā)揮了重要作用,使本課程教學(xué)質(zhì)量得以明顯提高。?
3 人工智能教學(xué)方法及手段的改革?
針對(duì)我們現(xiàn)在所采取的教學(xué)方法,我認(rèn)為存在許多不足,如教學(xué)方式比較單一,教學(xué)內(nèi)容偏重理論講解等,為此,提出以下教學(xué)方法的改革:?
(1)通過(guò)多種途徑激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程的學(xué)習(xí)效果,直接受到學(xué)生興趣和參與意識(shí)的影響。一般來(lái)講,《人工智能》作為一門前沿課程,開始學(xué)生學(xué)習(xí)興趣很大,當(dāng)開始接觸到抽象理論知識(shí)及部分算法時(shí),學(xué)生往往感到不易接受。 我們通過(guò)各種途徑和方法, 激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,包括鼓勵(lì)學(xué)生參與某部分知識(shí)的擴(kuò)充性資料查找,預(yù)留一定時(shí)間請(qǐng)學(xué)生負(fù)責(zé)對(duì)此內(nèi)容進(jìn)行講解,布置學(xué)生對(duì)某個(gè)基本成型的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行糾錯(cuò)及驗(yàn)證,降低問(wèn)題解決的難度。學(xué)生因此產(chǎn)生興趣從而做更深度研究。?
(2)進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。 我們可以嘗試在教學(xué)過(guò)程中不斷提出問(wèn)題請(qǐng)學(xué)生思考,啟發(fā)學(xué)生求解這些問(wèn)題,鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的猜想和解決方案,然后擺出教材中的解決方案,并與同學(xué)所提出的觀點(diǎn)進(jìn)行分析和比較,這足以加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)意識(shí)和參與意識(shí),提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。?
(3)課堂辯論與交互式教學(xué)。 組織課堂辯論,討論的議題可定位為譬如人工智能是否能超過(guò)人類智能等有爭(zhēng)議的問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題展開激烈爭(zhēng)論,激發(fā)了學(xué)習(xí)潛能,明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)。當(dāng)然師生間的交流方式還有很多,如郵件互發(fā)、QQ留言等,也可在課程網(wǎng)站中的互動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行交流。?
(4)分層次因材施教。 在授課過(guò)程中,通過(guò)對(duì)每個(gè)具體學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、課堂作業(yè)情況進(jìn)行及時(shí)評(píng)估,對(duì)學(xué)生提出進(jìn)一步的學(xué)習(xí)建議和指導(dǎo), 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教學(xué)。 對(duì)優(yōu)秀學(xué)生探討,可以在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要求其選作部分探索性、創(chuàng)新性的功課和實(shí)驗(yàn),以發(fā)揮學(xué)生個(gè)性優(yōu)勢(shì)。對(duì)于有意于將來(lái)從事中小學(xué)教育的學(xué)生可以在機(jī)器人及人工智能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀等知識(shí)層面對(duì)其做問(wèn)題講解。而那些看似缺乏興趣的學(xué)生,我們可以用多媒體手段如播放人工智能相關(guān)電影及科學(xué)小片引起其興趣,實(shí)行逐步引導(dǎo)的教學(xué)過(guò)程。?
另外,我們可以嘗試雙語(yǔ)教學(xué)。 采用中文教材和講授的同時(shí),注重在課程中的關(guān)鍵詞同時(shí)用英文表示,并適當(dāng)指定英文參考短文和英文參考書。使學(xué)生能夠接觸國(guó)外文獻(xiàn)資料,加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解,獲得更寬廣的知識(shí)。我們也可以在教學(xué)內(nèi)容安排上,注重理論聯(lián)系實(shí)際,將一些人工智能網(wǎng)絡(luò)上的虛擬實(shí)驗(yàn)給學(xué)生進(jìn)行課外上網(wǎng)練習(xí),從而使學(xué)生了解算法的具體運(yùn)行過(guò)程, 通過(guò)參與達(dá)到知識(shí)的理解,掌握基本方法和技術(shù)。?
根據(jù)現(xiàn)有的條件,我們?cè)诮虒W(xué)中可以采用多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)相結(jié)合的方法,充分利用多媒體的豐富表現(xiàn)形式,利用網(wǎng)絡(luò)課程的交互性、情景化等特點(diǎn),構(gòu)筑以學(xué)生為主體的《人工智能》課程現(xiàn)代教學(xué)模式。 對(duì)于抽象知識(shí),可通過(guò)動(dòng)畫和視頻演示,通過(guò)聲音和圖像展示人工智能的歷史、人物和前景,做到學(xué)生直接而深刻地看到知識(shí)的內(nèi)涵外延。網(wǎng)絡(luò)課程能較好地實(shí)現(xiàn)交互并使學(xué)習(xí)過(guò)程情景化,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程的課堂練習(xí)和章節(jié)練習(xí),教師可以評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,并給學(xué)生提出學(xué)習(xí)建議,從而提高學(xué)生的研究力和創(chuàng)新力。我們也可以給學(xué)生播放中學(xué)《人工智能》課程課堂教學(xué)錄像,以使學(xué)生看到初高中學(xué)生的知識(shí)范圍及深度;同時(shí)給學(xué)生播放現(xiàn)有的《人工智能》科學(xué)成果,讓學(xué)生看到理論背后的實(shí)踐;也可以播放科幻片,激發(fā)學(xué)生想象的翅膀從而有興趣把人工智能作為將來(lái)深造的方向?!度斯ぶ悄堋肥且婚T較新的課程,改進(jìn)教學(xué)方法和手段不僅要靠教師,也應(yīng)增加硬件設(shè)備的投入。如果人工智能能采用智能輔助教學(xué)系統(tǒng)或機(jī)器人輔助教學(xué)過(guò)程逼真、形象,一目了然,這樣可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,尤其是提高學(xué)生的觀察判斷能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。?
4 人工智能實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)的探討?
我們可以在教學(xué)過(guò)程中,適量開設(shè)一些實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì),提高學(xué)生的動(dòng)手能力,并加深他們對(duì)理論知識(shí)的理解,降低理論的抽象度,提升理論的實(shí)用性。在近兩年的教學(xué)過(guò)程中,我們會(huì)適量加入一些人工智能語(yǔ)言的教學(xué)過(guò)程。例如,在講解了“野人與傳教士過(guò)河”等問(wèn)題后,我們可以讓學(xué)生使用Visual Prolog或者C ?++?對(duì)算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn);在講解 TSP 問(wèn)題的遺傳算法解決案例后,指出編碼方案、初始種群大小、進(jìn)化代數(shù)、交叉率變異率等因素對(duì)求解結(jié)果的影響,并要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)分析、理解這些問(wèn)題,并提出“尋找更有利的解決方案”等問(wèn)題。把學(xué)生的興趣激發(fā)后,為解決這些問(wèn)題,學(xué)生會(huì)在課外主動(dòng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)、相互討論以實(shí)現(xiàn)他們所設(shè)計(jì)的方案,這樣既培養(yǎng)了學(xué)生善于鉆研和勇于創(chuàng)新的精神又提高了學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。?
參考文獻(xiàn):?
[1] 熊德蘭,李梅蓮,鄢靖豐.人工智能中實(shí)踐教學(xué)的探討[J].宿州學(xué)院學(xué)報(bào),2008(1).?
[2] 何元烈,汪玲.“Visual C ?++?”在“人工智能”教學(xué)中的應(yīng)用與探討[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2008(8).?
涂序彥曾任中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、學(xué)術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)主席,是中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)的主要?jiǎng)?chuàng)建人、我國(guó)“人工智能”學(xué)科的奠基人之一,他提出的“廣義智能信息系統(tǒng)論”為“人工智能”學(xué)科提供了統(tǒng)一的理論架構(gòu),他倡導(dǎo)的多學(xué)派兼容、多層次結(jié)合、多智體協(xié)同的“廣義人工智能”學(xué)科體系,為現(xiàn)代“人工智能”學(xué)科的全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展,提供了研究開發(fā)策略,他提出的“廣義智能學(xué)”促進(jìn)了“智能科學(xué)技術(shù)”新學(xué)科的誕生。1988年,他編著的高等學(xué)校教材《人工智能及其應(yīng)用》電子工業(yè)出版社,獲電子工業(yè)部?jī)?yōu)秀教材一等獎(jiǎng)。
1977年,他在中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所工作,主持“控制論組”,與北京市中醫(yī)院合作,研究開發(fā)我國(guó)第一個(gè)中醫(yī)專家系統(tǒng)“關(guān)幼波中醫(yī)肝炎診斷治療程序”,這也是世界第一個(gè)中醫(yī)專家系統(tǒng)。1985年,主持“國(guó)家經(jīng)濟(jì)信息專家系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”研究,提出大型“多級(jí)專家系統(tǒng)”新方法,獲國(guó)家“七,五”攻關(guān)重大成果獎(jiǎng)。
1960年,在第一屆國(guó)際自動(dòng)控制聯(lián)合會(huì)IFAC世界大會(huì),創(chuàng)立多變量控制系統(tǒng)的新原理:“協(xié)調(diào)控制”理論,他提出的升船機(jī)多電機(jī)同步的“協(xié)調(diào)控制”方法應(yīng)用于三峽工程。1981年,在《科技管理與科學(xué)學(xué)》發(fā)表“論協(xié)調(diào)”,提出創(chuàng)建“協(xié)調(diào)學(xué)”新學(xué)科。
1977年,涂序彥發(fā)表我國(guó)“大系統(tǒng)理論及應(yīng)用”首篇論文,1985年,創(chuàng)立“大系統(tǒng)控制論”,1994年,撰寫出版《大系統(tǒng)控制論》專著,發(fā)展“控制論”的新學(xué)科。
1979年,根據(jù)國(guó)情,他創(chuàng)立具有中國(guó)特色的“最經(jīng)濟(jì)控制”理論,提出天文科學(xué)衛(wèi)星“最經(jīng)濟(jì)姿態(tài)控制”新方法,在《自動(dòng)化學(xué)報(bào)》發(fā)表了關(guān)于“最經(jīng)濟(jì)控制”多篇論文。
1980年,總結(jié)有關(guān)“生物控制論”的科研成果,主持編著我國(guó)第一本《生物控制論》專著,由科學(xué)出版社出版,重點(diǎn)研究“人體控制論”,他提出“針麻-多級(jí)協(xié)調(diào)控制過(guò)程”,“經(jīng)絡(luò)-人體控制系統(tǒng)”新學(xué)說(shuō)。
1977年,涂序彥發(fā)表我國(guó)“智能控制及其應(yīng)用”首篇論文,開拓“智能控制”新技術(shù),1985年,提出“多級(jí)自尋優(yōu)、自協(xié)調(diào)控制”新方法,1990年,參與發(fā)起主辦“全球華人智能控制與智能自動(dòng)化”大會(huì),任大會(huì)主席之一。2004年,在國(guó)際“人工生命與機(jī)器人”AROB學(xué)術(shù)會(huì)議宣讀論文“Intelligent Control System based onArtificial Life”。
1985年,在IFAC/IFORS/IFIP國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,涂序彥提出“智能管理”(Intelligent Management)新概念,開拓我國(guó)“智能管理”新方法、新技術(shù),1995年,撰寫《智能管理》專著,由清華大學(xué)出版社出版。2010年,他和馬忠貴博士撰寫《協(xié)調(diào)智能調(diào)度》專著,由國(guó)防工業(yè)出版社出版。
1995年,在“人工智能”與計(jì)算機(jī)“仿真技術(shù)”相結(jié)合的基礎(chǔ)上,涂序彥提出“智能仿真”的概念與系統(tǒng)架構(gòu),2009年,應(yīng)邀在中國(guó)計(jì)算機(jī)仿真高層論壇作“協(xié)同智能仿真”大會(huì)報(bào)告。
2000年,開發(fā)“智能信息推拉”技術(shù)、“基于公共知識(shí)庫(kù)的智能通信”系統(tǒng),2004年,在中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能信息網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會(huì)議,作大會(huì)報(bào)告“智能通信與智能網(wǎng)絡(luò)”,2005年,提出“互動(dòng)智能通信”的概念,2008年,他和馬忠貴博士撰寫《智能通信》專著,由電子工業(yè)出版社出版。
2002年,涂序彥發(fā)起并主持中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)首屆“人工生命及應(yīng)用”學(xué)術(shù)會(huì)議,提出“廣義人工生命”的概念和類譜,2003年,在國(guó)際“人工生命與機(jī)器人”AROB學(xué)術(shù)會(huì)議宣讀論文“Generalized Artificial LifeRace&Model”,2004年,主編《人工生命及應(yīng)用》論文集,2005年,北京郵電大學(xué)出版社。
2002年,涂序彥與曾廣平教授等合作,提出“軟件人”的新概念,2003年,獲國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的虛擬機(jī)器人一軟件人”支持,2004年,提出“廣義軟件人”,2007年,總結(jié)相關(guān)研究開發(fā)成果,撰寫《“軟件人”研究及應(yīng)用》專著,由科學(xué)出版社出版。2008年,主持InternationalConference on Humanized Systems,作大會(huì)主題報(bào)告“Advanced Intelligence,Humanics,SoftMan”。
2002年,涂序彥與韓力群教授合作,提出“多中樞自協(xié)調(diào)人工腦”的新概念,2004年,在AROB國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議“Study of ArtificialBrain based on Multi-Centrum Self-Coordination Mechanism”,2009年,總結(jié)相關(guān)研究開發(fā)成果,撰寫《多中樞自協(xié)調(diào)人工腦》專著,由科學(xué)出版社出版。
2003年,他在中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)第十屆全國(guó)人工智能學(xué)術(shù)大會(huì)報(bào)告中,提出“人工智能”的姐妹學(xué)科:“人工情感”的新學(xué)科架構(gòu)。2004年,在北京主持召開中日國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,作大會(huì)報(bào)告“Artificial Emotionand its Applications”,提出“IntelligentAnimation,Intelligent Game,IntelligentFilm&Television”。
1991年,在全國(guó)“智能控制”學(xué)術(shù)會(huì)議的大會(huì)報(bào)告中,涂序彥提出“智能控制論”新學(xué)科架構(gòu),2010年,他與王樅教授等合作,撰寫出版《智能控制論》專著,在科學(xué)出版社出版。
2004年,在“智能系統(tǒng)”國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,涂序彥提出“擬人系統(tǒng)”新概念,2005年,在中國(guó)武漢,發(fā)起并主持第一屆“擬人系統(tǒng)”國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,他提出創(chuàng)建“擬人學(xué)”新學(xué)科,2008年,在中國(guó)北京,主持召開“擬人系統(tǒng)”國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)。
2005年,他的詩(shī)集《糊涂集》包括:理智篇、山水篇、情感篇等涂詩(shī)四百首,由北京郵電大學(xué)出版社出版。
眾所周知,技術(shù)水平給定前提下,生產(chǎn)一定數(shù)量產(chǎn)品可以有資本和勞動(dòng)的不同組合,所有可能組合的軌跡就是等產(chǎn)量線。技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)等產(chǎn)量線不斷向原點(diǎn)移動(dòng),而每次產(chǎn)業(yè)革命都會(huì)引起移動(dòng)過(guò)程的質(zhì)變??v觀產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史,蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代均顯著推動(dòng)了資本(表現(xiàn)為機(jī)器)對(duì)勞動(dòng)(主要是體力勞動(dòng))的替代,導(dǎo)致生產(chǎn)要素的重組。人工智能掀起的是資本(表現(xiàn)為機(jī)器人)對(duì)勞動(dòng)(主要是腦力勞動(dòng))的替代,無(wú)疑將觸發(fā)新的質(zhì)變。
人工智能l展將經(jīng)歷三個(gè)階段:第一個(gè)階段是邏輯智能。該階段智能以模擬人的邏輯思維為主,可憑借強(qiáng)大的記憶力、存儲(chǔ)力在完全信息下執(zhí)行單一領(lǐng)域的任務(wù)并達(dá)到頂尖水平。阿爾法狗(AlphaGo)就是典型的例子;第二階段是抽象智能,該階段智能以模擬人的抽象思維為主,具備經(jīng)驗(yàn)推理能力和歸納總結(jié)能力,在已知領(lǐng)域里,即使信息不完備,也能做出正確判斷或最優(yōu)決策;第三階段是靈感智慧,該階段智能以模擬人的靈感思維為主,盡管在未知領(lǐng)域,仍可以觸類旁通,瞬間直抵事物本質(zhì)或產(chǎn)生新思想??梢?,人工智能對(duì)腦力勞動(dòng)的替代逐級(jí)深入,對(duì)產(chǎn)業(yè)的沖擊也將逐級(jí)增強(qiáng)。即便如此,現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心仍然是人才,面對(duì)人工智能的逐級(jí)替代,產(chǎn)業(yè)發(fā)展更需要重新審視人才培養(yǎng)的邏輯與重心,塑造以高階智力為主導(dǎo)的人才核心競(jìng)爭(zhēng)力。
一是培養(yǎng)向機(jī)器學(xué)習(xí)的能力。目前人工智能已在第一階段取得突破性進(jìn)展,未來(lái)會(huì)呈現(xiàn)人機(jī)協(xié)作、各有所長(zhǎng)的局面。人機(jī)溝通將是日常生產(chǎn)所需的基本技能。不僅如此,機(jī)器的計(jì)算、記憶、搜索、識(shí)別等功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人類,人們需要設(shè)法向機(jī)器學(xué)習(xí),高效歸納人工智能的計(jì)算結(jié)果,并嘗試?yán)萌斯ぶ悄艿挠?jì)算結(jié)果開發(fā)全新的思維方式,重新思考產(chǎn)業(yè)發(fā)展的模式和規(guī)律。
二是提升綜合專業(yè)能力。人工智能在執(zhí)行單項(xiàng)具體任務(wù)時(shí)會(huì)超越人類,但是短期內(nèi),在對(duì)事物的總結(jié)、判斷、推理等方面以及對(duì)美學(xué)、藝術(shù)的認(rèn)知方面,人工智能還與人類有較大的差距。產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要重視培養(yǎng)人的綜合能力,不僅是對(duì)邏輯判斷、抽象概括和經(jīng)驗(yàn)推理的綜合能力,還是對(duì)感性判斷和理性思考、自然科學(xué)與人文藝術(shù)相結(jié)合的能力。例如教育產(chǎn)業(yè)中,數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等單科知識(shí)性為強(qiáng)項(xiàng)的教師將被替代,產(chǎn)業(yè)發(fā)展更需要培養(yǎng)能夠設(shè)計(jì)綜合性課程,激發(fā)學(xué)生右腦潛能并加以應(yīng)用的教師。
關(guān)鍵詞:人工智能;教學(xué)改革;學(xué)習(xí)心理;考核方式
中圖分類號(hào):G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2012)06-0152-02
雖然人工智能的發(fā)展歷史只有五十余年,但它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于專家系統(tǒng)、機(jī)器翻譯、圖像處理和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域。隨著人工智能技術(shù)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響不斷增大,人工智能課程不再是計(jì)算機(jī)專業(yè)獨(dú)有的專業(yè)課程,國(guó)內(nèi)外很多高校在自動(dòng)化、智能交通等專業(yè)都開設(shè)了選修課,甚至在高中的信息技術(shù)課程中也在推廣設(shè)置。吉林大學(xué)碩士專業(yè)“模式識(shí)別”將《人工智能》設(shè)為專業(yè)學(xué)位課程,同時(shí)也將其設(shè)為汽車、機(jī)械等其他學(xué)科的選修課程。由于研究生相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)水平參差不齊,課程內(nèi)容又比較抽象、生澀,為了提高教學(xué)質(zhì)量,在本次教學(xué)改革過(guò)程中充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的心理演變過(guò)程,認(rèn)真研究教學(xué)內(nèi)容、教材、教學(xué)方法等諸多方面,力求在教授基本原理的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)智能系統(tǒng)進(jìn)行理論分析、設(shè)計(jì)并編程實(shí)現(xiàn)的能力,為后期的論文研究階段打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次教學(xué)改革受到了吉林大學(xué)研究生課程體系建設(shè)和核心課程建設(shè)項(xiàng)目的資助。
一、教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)改革的關(guān)鍵是教學(xué)內(nèi)容。人工智能與統(tǒng)計(jì)學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)、控制論等都有交叉關(guān)系,學(xué)科涉及的內(nèi)容十分龐大。人工智能學(xué)科知識(shí)的繁多與授課學(xué)時(shí)有限之間的矛盾比較突出。作為國(guó)內(nèi)模式識(shí)別專業(yè)的領(lǐng)軍院校,如中科院智能所、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)和南京理工大學(xué)等,他們所開設(shè)的《人工智能》課程學(xué)時(shí)和內(nèi)容也不盡相同。我們參考了上述院校的授課內(nèi)容,同時(shí)考慮到本校本學(xué)科的學(xué)術(shù)研究方向,精心歸納、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,力爭(zhēng)做到教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)、精煉和實(shí)用。目前,我們講授的教學(xué)內(nèi)容主要包括:智能化智能體系統(tǒng)、盲目搜索方法、啟發(fā)式搜索方法、局部搜索方法、約束滿足問(wèn)題、博弈樹搜索方法、知識(shí)表示方法、不確定知識(shí)與推理、規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)等,共40學(xué)時(shí)。
另外,人工智能領(lǐng)域中新問(wèn)題、新理論交錯(cuò)涌現(xiàn),這就要求教學(xué)大綱要定期修訂,教學(xué)內(nèi)容要及時(shí)更新,同時(shí)教師也需要不斷提高自身的學(xué)術(shù)水平,以便提高碩士課程的研究性內(nèi)涵。
二、教材選用
要搞好課程建設(shè),教材是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題。我們廣泛閱讀和研究了國(guó)內(nèi)外的經(jīng)典教材,經(jīng)過(guò)一番斟酌之后,我們選用了Stuart Russell和Peter Norvig所著的《人工智能-一種現(xiàn)代方法(第二版)》。首先,選用國(guó)外教材能夠更快地追蹤最新研究成果。同時(shí)該教材已經(jīng)被世界上900多所大學(xué)采用,符合促進(jìn)高校的教學(xué)內(nèi)容向國(guó)際水準(zhǔn)靠攏、與國(guó)際接軌的理念。另外,人民郵電出版社在2002年曾經(jīng)出版該書的英文版的第一版,雙語(yǔ)學(xué)習(xí)能有助于提高學(xué)生的英語(yǔ)水平,為學(xué)生后續(xù)的查閱英文文獻(xiàn),甚至發(fā)表英文文章奠定基礎(chǔ)。
三、教學(xué)方法
在國(guó)內(nèi),比較有影響的是中南大學(xué)以蔡自興教授為首的教學(xué)團(tuán)隊(duì)為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)開設(shè)的人工智能課程,該課程在2003年被評(píng)為全國(guó)高等學(xué)校首批精品課程[1]。2007年該課程又開始進(jìn)行全國(guó)雙語(yǔ)教學(xué)示范課程建設(shè),成績(jī)斐然[2]。多年來(lái),我們不斷汲取同行的成功教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[3],結(jié)合本學(xué)科的碩士專業(yè)特點(diǎn)、考慮學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和實(shí)踐能力,不斷改革和嘗試,總結(jié)了一套行之有效的教學(xué)方法。我們一切以學(xué)生為主體,在教學(xué)過(guò)程中充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的心理演變過(guò)程,采用靈活多變的教學(xué)手段。讓學(xué)生從感興趣,保持興趣,到收獲用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的成功喜悅,并進(jìn)一步增強(qiáng)投身于科研論文研究的熱情。
課程伊始,通過(guò)多媒體演示人工智能技術(shù)已取得的杰出成就,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后布置學(xué)生查閱資料,列舉人工智能發(fā)展史上的重要事件和最新研究的熱點(diǎn)問(wèn)題,課上再組織學(xué)生做報(bào)告。通過(guò)上述活動(dòng),一方面拓展了學(xué)生的專業(yè)視野,另一方面鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力。
隨著課程內(nèi)容的深入,讓學(xué)生組成興趣小組,任意選擇問(wèn)題實(shí)例,利用每節(jié)課學(xué)習(xí)的理論、算法不斷地更新該實(shí)例的解決方案,評(píng)價(jià)性能優(yōu)劣。學(xué)習(xí)小組可以培養(yǎng)學(xué)生科研協(xié)作的精神。另外,課堂上每組輪流做報(bào)告闡述各自的研究進(jìn)展,演示編程效果。其他同學(xué)或給出修改意見,或提出個(gè)人觀點(diǎn)。最后老師及時(shí)總結(jié),引導(dǎo)學(xué)生提高分析問(wèn)題的深入性和廣泛性。充分的課堂討論能夠提高學(xué)生多角度思維的能力,培養(yǎng)學(xué)生善于鉆研和勇于創(chuàng)新的精神。同學(xué)間的這種學(xué)術(shù)交流也可以讓學(xué)生有機(jī)會(huì)了解彼此的學(xué)習(xí)狀況與能力,促進(jìn)學(xué)生展開良性的學(xué)習(xí)競(jìng)賽,也為學(xué)生接受和理解老師最后給出的課程成績(jī)做了心理鋪墊。老師總結(jié)時(shí)要對(duì)學(xué)生的努力多肯定,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和潛能,讓他們感到學(xué)習(xí)知識(shí)的快樂(lè)。
四、考核方式
實(shí)踐表明筆試測(cè)驗(yàn)的方式不能全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,所以本課程嘗試采取自選實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目,根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、上機(jī)演示結(jié)果和口試等方式綜合評(píng)定成績(jī)。其中,實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)思路,闡述編程方法,分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果??谠囀抢蠋煯?dāng)場(chǎng)就報(bào)告中的問(wèn)題提問(wèn),并對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行講評(píng)。課程成績(jī)中,實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)分析占60%,上機(jī)成果演示占30%,口試占10%。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考核方式,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了很大的調(diào)動(dòng),充分發(fā)揮了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力,鍛煉了學(xué)生知識(shí)綜合應(yīng)用技能。但美中不足的是該方式不像筆試那么客觀,學(xué)生的成績(jī)?nèi)菀资芙處煹闹饔^性影響。另外,人工智能作為一門學(xué)位課,其成績(jī)往往直接影響學(xué)生的獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)定,學(xué)生和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)成績(jī)的評(píng)定原則十分關(guān)心和重視。為了減少人為因素對(duì)學(xué)生成績(jī)的干擾,避免師生因課程成績(jī)產(chǎn)生分歧,我們規(guī)定了完善的考核細(xì)則??己思?xì)則發(fā)給同學(xué),作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的首頁(yè),方便記錄每一個(gè)環(huán)節(jié)上學(xué)生的得分情況,做到成績(jī)?cè)u(píng)定有據(jù)可查。
非筆試的成績(jī)?cè)u(píng)定方式對(duì)任課教師的要求也提高了,我們教師團(tuán)隊(duì)還規(guī)定了詳細(xì)的教師工作守則。首先要求教師認(rèn)真細(xì)致地閱讀學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,給出報(bào)告得分,并準(zhǔn)備口試時(shí)提問(wèn)的問(wèn)題,得分和問(wèn)題都要在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的首頁(yè)做好記錄。詢問(wèn)每個(gè)同學(xué)的問(wèn)題都不能重復(fù),上機(jī)演示和口試環(huán)節(jié)都是公開的。問(wèn)題可以是設(shè)計(jì)不合理的思路,或是闡述不清的步驟等,教師要注意掌握問(wèn)題的數(shù)量,盡量做到均衡。上機(jī)演示時(shí),學(xué)生經(jīng)常因?yàn)榫o張而漏掉部分功能的演示,因此,教師要跟學(xué)生加強(qiáng)溝通??谠嚂r(shí),根據(jù)學(xué)生的狀態(tài),可以給予適當(dāng)啟發(fā),但要在成績(jī)?cè)u(píng)定上做出相應(yīng)調(diào)整。經(jīng)過(guò)多年的摸索,我們將上機(jī)演示按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)的倒序方式進(jìn)行,這樣有利于在口試過(guò)程中由淺入深,逐漸加深問(wèn)題的難度,有效避免重復(fù)。教師評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格縝密,讓學(xué)生正確認(rèn)識(shí)自己的設(shè)計(jì)水平,對(duì)課程成績(jī)的認(rèn)定跟老師達(dá)成一致。
經(jīng)過(guò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的不懈努力,“模式識(shí)別”專業(yè)的“人工智能”課程建設(shè)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教材選用、考核方式等方面的研究都取得了一些成績(jī),教學(xué)實(shí)踐表明教改措施已見成效,教學(xué)質(zhì)量有了明顯提高。
參考文獻(xiàn):
[1]劉麗玨,陳白帆,王勇,余伶俐,蔡自興.精益求精建設(shè)人工智能精品課程[J].計(jì)算機(jī)教育,2009,(17):69-71.
關(guān)鍵詞:人工智能;全英文教學(xué);教學(xué)內(nèi)容改革;教學(xué)模式改革
1 實(shí)施全英文教學(xué)的必要性
隨著國(guó)際學(xué)術(shù)交流的日益活躍以及國(guó)際化辦學(xué)的趨勢(shì)發(fā)展,借鑒國(guó)外著名大學(xué)的辦學(xué)理念和管理模式,利用世界優(yōu)質(zhì)教育資源,提升教育教學(xué)水平,造就具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的復(fù)合型創(chuàng)新人才,正成為我國(guó)教育改革與發(fā)展的新方向。
智能化是人類社會(huì)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系中的核心課程之一,人工智能的地位正隨著該學(xué)科的不斷發(fā)展和其技術(shù)的廣泛應(yīng)用迅速提高,而且在非計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,具有不同專業(yè)背景的學(xué)者也通過(guò)這個(gè)年輕的領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新思想和新方法。由于人工智能課程內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)以及邊緣學(xué)科的新理論、新方法與新技術(shù),因此在該課程中開展全英文教學(xué)不僅可以讓學(xué)生充分了解人工智能日新月異的發(fā)展,還可以促進(jìn)本科教學(xué)與國(guó)際接軌,在培養(yǎng)國(guó)際化創(chuàng)新人才方面具有十分積極的現(xiàn)實(shí)意義。
2 當(dāng)前國(guó)內(nèi)全英文教學(xué)存在的主要問(wèn)題
筆者對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)高校人工智能課程全英文教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析,調(diào)查對(duì)象為軟件工程專業(yè)本科三年級(jí)學(xué)生,調(diào)研問(wèn)卷共58份。調(diào)查項(xiàng)目、內(nèi)容及結(jié)果見表1。
從項(xiàng)目1和2的調(diào)查結(jié)果看,大部分學(xué)生認(rèn)為開展全英文教學(xué)有必要,其在提高英語(yǔ)應(yīng)用能力、增強(qiáng)自己的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力以及了解國(guó)際前沿等方面有很大幫助。然而,由于全英語(yǔ)教學(xué)在我國(guó)尚處于起步階段,進(jìn)行全英語(yǔ)教學(xué)的效果并不十分理想,其教學(xué)試點(diǎn)與實(shí)踐尚存在一些亟待解決的問(wèn)題,主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。
(1)對(duì)全英文教學(xué)的理解存在偏差。從項(xiàng)目3~5的調(diào)查結(jié)果看,教師不能正確處理好全英文教學(xué)與專業(yè)英語(yǔ)課教學(xué)的關(guān)系,使全英文教學(xué)變?yōu)榧冇⒄Z(yǔ)課教學(xué)或?qū)I(yè)英語(yǔ)課的翻版。大部分學(xué)生還是希望教學(xué)授課語(yǔ)言以雙語(yǔ)為主或以中文為主、英文為輔,多媒體課件形式為中英文相結(jié)合。
(2)全英文教學(xué)達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。從項(xiàng)目6和7的調(diào)查結(jié)果看,雖然一些大學(xué)花了很大代價(jià)邀請(qǐng)國(guó)外一流教授專家講授課程,但由于人工智能課程理論性強(qiáng)、難度大,學(xué)生很難適應(yīng)全英文課程教學(xué)。
(3)缺乏內(nèi)容全面和難度適中的教材。從項(xiàng)目8和9的調(diào)查結(jié)果看,一些大學(xué)在實(shí)施人工智能課程全英語(yǔ)教學(xué)時(shí)直接引進(jìn)原版英文教材,但這對(duì)本科生來(lái)說(shuō),原版英文教材內(nèi)容偏多、難度較大,學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)不免有諸多畏難情緒。
(4)師資匱乏。從項(xiàng)目10的調(diào)查結(jié)果看,學(xué)生對(duì)承擔(dān)全英文教學(xué)教師的滿意程度普遍不高。實(shí)際上,全英文教學(xué)對(duì)承擔(dān)課程教學(xué)的教師要求很高,他們不僅需要具備專業(yè)知識(shí),而且還要掌握英語(yǔ)應(yīng)用技能,而現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)高校中能承擔(dān)全英語(yǔ)教學(xué)的師資仍然十分匱乏。
綜上所述,如何改革全英文教學(xué)模式,講授哪些教學(xué)內(nèi)容,采用何種科學(xué)的教學(xué)方法與手段,是值得我們思考和關(guān)注的教學(xué)改革重點(diǎn)和難點(diǎn)。
針對(duì)以上這些問(wèn)題,我們深入研究人工智能課程的特點(diǎn),對(duì)現(xiàn)有教學(xué)模式、內(nèi)容及方法進(jìn)行全方位探索和改革,制訂全英文教學(xué)計(jì)劃,對(duì)促進(jìn)教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)國(guó)際創(chuàng)新型人才起重要作用,其重要意義具體體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。
(1)探索如何將理論知識(shí)傳授、綜合能力培養(yǎng)與英語(yǔ)交流運(yùn)用三者有機(jī)結(jié)合,建立全英文教學(xué)的新型模式,這將對(duì)更新教學(xué)理念和探索適合于計(jì)算機(jī)軟件人才培養(yǎng)的教學(xué)方法產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
(2)全英文課程教學(xué)能夠讓學(xué)生掌握最先進(jìn)的人工智能國(guó)際前沿技術(shù),開闊國(guó)際視野,有利于培養(yǎng)復(fù)合型、實(shí)用型、具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高層次創(chuàng)新人才。
(3)全英文教學(xué)改革的探索與實(shí)踐能夠促進(jìn)國(guó)內(nèi)教育向國(guó)際教育邁進(jìn)。
3 全英文教學(xué)內(nèi)容改革
建立完善的全英語(yǔ)教學(xué)體系,需要有系統(tǒng)而完整的教學(xué)內(nèi)容。我國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)人工智能課程課時(shí)一般只有36學(xué)時(shí),因此我們需要考慮從什么角度組織教學(xué)內(nèi)容,才能讓學(xué)生比較容易地理解、熟悉和掌握人工智能的原理、方法與技術(shù),從而顯著提高教學(xué)效果。
與國(guó)內(nèi)教學(xué)內(nèi)容相比,國(guó)外教學(xué)更注重分析問(wèn)題的思維方法和解決問(wèn)題的應(yīng)用能力,對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力十分有益,但是原版內(nèi)容過(guò)多,且大多以國(guó)外政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)和生活為背景,對(duì)于我國(guó)學(xué)生來(lái)說(shuō),理解某些內(nèi)容和背景比較困難。因此直接套用原版教學(xué)內(nèi)容往往存在一定問(wèn)題,我們需要在引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外經(jīng)典教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上,有選擇性地挑選合適內(nèi)容。國(guó)外經(jīng)典教材編寫思路不盡相同,一些經(jīng)典人工智能教材及主要內(nèi)容見表2。
人工智能的基本思想和主要內(nèi)容是研究人類智能活動(dòng)規(guī)律和用于模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)。從表2中可以看出它們的共同點(diǎn),即人工智能應(yīng)圍繞“智能”這個(gè)核心,但由于智能本身非常復(fù)雜,難以用單一的理論與方法描述,需要從不同的抽象層次刻畫智能這個(gè)主題。我們認(rèn)為,人工智能的主要內(nèi)容可按圖1所示劃分為不同層次并確定講授順序。
在最底層,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與演化計(jì)算(適應(yīng)性原理與仿生機(jī)制等)輔助感知以及與物理世界的交互;抽象層反映知識(shí)在智能中的角色和創(chuàng)建以及圍繞問(wèn)題求解的知識(shí)的抽象、表示和理解;更高層則提出學(xué)習(xí)、規(guī)劃、推理的模型和方式;應(yīng)用層構(gòu)造智能化智能體以及具有一定智能的人工系統(tǒng),讓計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)以往需要人的智力才能完成的工作。除了將人工智能課程的教學(xué)內(nèi)容劃分為這4個(gè)層次,為保證教學(xué)內(nèi)容的循序漸進(jìn)性,還可按照抽象層更高層最底層應(yīng)用層順序安排教學(xué)內(nèi)容。
4 全英文教學(xué)模式改革的實(shí)施關(guān)鍵
針對(duì)以上國(guó)內(nèi)全英文教學(xué)中存在的主要問(wèn)題,我們提出人工智能課程全英文教學(xué)模式改革的實(shí)施關(guān)鍵,包括全英文課堂教學(xué)模式的重定位,“二三二”模式教學(xué)方法的改革,集先進(jìn)性、前沿性和實(shí)用性為一體的教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新以及全專業(yè)英語(yǔ)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的打造。
4.1 全英文課堂教學(xué)模式的重定位
人工智能課程教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手與應(yīng)用能力以及提高英語(yǔ)交流水平三者相結(jié)合為主要目標(biāo),分兩個(gè)階段進(jìn)行,國(guó)內(nèi)教師與國(guó)外教師共同授課。首先,國(guó)內(nèi)主講教師講授人工智能課程的基礎(chǔ)原理、模型和方法,可采用集中授課、案例教學(xué)和課堂實(shí)踐等教學(xué)方式,使學(xué)生掌握人工智能的一般基礎(chǔ)知識(shí);在此基礎(chǔ)上,再邀請(qǐng)國(guó)際知名外籍教師為學(xué)生講授人工智能國(guó)際前沿技術(shù),包括集中授課和專題研討。經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)學(xué)習(xí),學(xué)生一般已掌握人工智能基礎(chǔ)知識(shí),因此對(duì)于外籍教師所講授的學(xué)科前沿等內(nèi)容能夠準(zhǔn)確理解和把握。與單純采用全英文教學(xué)或單純邀請(qǐng)外籍教師授課相比,該模式能收到較好的預(yù)期效果?!?+1”全英文雙課堂教學(xué)模式如圖2所示。
4.2 “二三二”模式教學(xué)方法的改革
實(shí)行全英語(yǔ)教學(xué)后,由于使用英文教材及中外教育背景存在差異等因素,我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行一定程度的調(diào)整和改進(jìn),包括全英文授課形式、案例教學(xué)、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)手段等方面;配合“1+1”全英文雙課堂教學(xué)模式,提出圖3所示的“二三二”模式教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生成為具有綜合能力、創(chuàng)新能力、國(guó)際視野和英語(yǔ)技能的復(fù)合型人才。
該教學(xué)方法模式包括:(1)過(guò)渡式全英文與沉浸式全英語(yǔ)兩大英語(yǔ)教學(xué)方式;(2)激勵(lì)自主式、啟發(fā)互動(dòng)式、體驗(yàn)學(xué)習(xí)式三大學(xué)習(xí)法,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生牢固掌握人工智能基礎(chǔ)理論與方法;(3)參與學(xué)習(xí)式和自我展示式兩大學(xué)習(xí)法,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力。
在全英文課堂授課過(guò)程中,我們需要注重把握英語(yǔ)與專業(yè)的比例。首先,不能一味地追求全英文授課的形式而忽視教學(xué)效果;其次,還需要為學(xué)生提供一個(gè)良好的語(yǔ)言學(xué)習(xí)環(huán)境,在實(shí)際教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生良好的英語(yǔ)思維習(xí)慣,從根本上提高學(xué)生的英語(yǔ)水平。
人工智能課程包含大量概念,內(nèi)容抽象,算法復(fù)雜,學(xué)生往往難以理解與掌握。將案例教學(xué)方法引入課程教學(xué)能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,獲得較好的預(yù)期教學(xué)效果,但要達(dá)到理想的教學(xué)目標(biāo),僅僅靠課堂教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,還需要拓展第二課堂。有計(jì)劃地邀請(qǐng)國(guó)外人工智能專家和教授到大學(xué)進(jìn)行專題講座,鼓勵(lì)學(xué)生參加相關(guān)的課外科研/科技活動(dòng),使得學(xué)生能夠體驗(yàn)式地、自主地學(xué)習(xí),更好地了解人工智能新技術(shù),從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。構(gòu)建案例教學(xué)和課堂實(shí)踐的雙課堂教學(xué)模式,不僅能夠豐富教學(xué)內(nèi)涵,而且可以充實(shí)學(xué)科前沿知識(shí)并拓寬學(xué)生的國(guó)際視野。
4.3 集先進(jìn)性、前沿性和實(shí)用性為一體的教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新
除了引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外經(jīng)典教材內(nèi)容以外,我們還需要逐步建立起具有自身特色的教學(xué)內(nèi)容,以保證教學(xué)內(nèi)容集先進(jìn)性、前沿性和實(shí)用性為一體。
(1)先進(jìn)性。我們提出教學(xué)與科研相結(jié)合,以科研帶動(dòng)教學(xué)發(fā)展的新思路。教師可結(jié)合自己的人工智能及其相關(guān)領(lǐng)域的科研項(xiàng)目,將科研最新研究成果以及學(xué)科前沿知識(shí)進(jìn)行梳理與優(yōu)化并有機(jī)融入課程教學(xué)中,確保教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性,有效提高教學(xué)改革的質(zhì)量。
(2)前沿性。對(duì)人工智能發(fā)展較快的領(lǐng)域,如智能計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等,還需更新和補(bǔ)充全英文教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)可以邀請(qǐng)國(guó)際知名大學(xué)教授共同研究與探討教學(xué)內(nèi)容,保證課程內(nèi)容具有一定的前沿性,通過(guò)實(shí)現(xiàn)全英語(yǔ)教學(xué)保證課程與國(guó)際接軌。
(3)實(shí)用性。在講授基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,還應(yīng)注重實(shí)踐的應(yīng)用,增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力,以符合素質(zhì)教育必須注重實(shí)踐的要求。教師可結(jié)合教學(xué)中的基本理論知識(shí),適當(dāng)補(bǔ)充案例與實(shí)例,使得教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際相聯(lián)系,豐富課程內(nèi)涵并提高教學(xué)效果。
4.4 全專業(yè)英語(yǔ)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的打造
師資力量直接影響教學(xué)效果。師資的匱乏是現(xiàn)階段全英語(yǔ)教學(xué)面臨的主要問(wèn)題之一。雖然一些教師具有較扎實(shí)的人工智能學(xué)科功底,但不能熟練地運(yùn)用英語(yǔ)進(jìn)行授課,而有些教師則知識(shí)結(jié)構(gòu)單一,缺少人工智能及其相關(guān)學(xué)科間的交叉與融合,因此我們需要多渠道、多層次地打造既具備專業(yè)知識(shí),又具有學(xué)科交叉與融合能力,同時(shí)掌握英語(yǔ)技能的全英語(yǔ)教師隊(duì)伍。將科研與教學(xué)相結(jié)合,利用與國(guó)外人工智能及相關(guān)領(lǐng)域?qū)W術(shù)帶頭人建立的合作關(guān)系優(yōu)勢(shì)加強(qiáng)交流與合作,爭(zhēng)取申請(qǐng)國(guó)際合作科研項(xiàng)目,利用科研提高教師的教學(xué)質(zhì)量、專業(yè)水平和英語(yǔ)技能。
5 全英文教學(xué)的具體實(shí)施
我們?cè)谲浖こ虒I(yè)本科三年級(jí)學(xué)生的人工智能課堂上實(shí)施全英文教學(xué),具體實(shí)施過(guò)程如下。
(1)國(guó)際軟件學(xué)院成立教學(xué)主管部門領(lǐng)導(dǎo)小組、從事教學(xué)研究的骨干教師組成的全英文教學(xué)工作小組以及由教學(xué)督導(dǎo)組成的監(jiān)管小組,三者之間相互配合并共同促進(jìn),保障全英文教學(xué)工作的順利推進(jìn)與落實(shí)。領(lǐng)導(dǎo)小組對(duì)全英文教學(xué)的師資培訓(xùn)、人才引進(jìn)、多媒體網(wǎng)絡(luò)資源開發(fā)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、教材編寫等予以政策支持;教學(xué)工作小組制訂全英文教學(xué)工作規(guī)劃和年度計(jì)劃;監(jiān)管小組定期對(duì)工作小組的教學(xué)完成情況進(jìn)行評(píng)估。
(2)在課程教學(xué)中,打破國(guó)內(nèi)常規(guī)教學(xué)方式,建立開放式全英文教學(xué)模式,教學(xué)形式多種多樣。教學(xué)方式以“1+1”雙課堂教學(xué)模式為核心,以講授與專題討論相結(jié)合的方式,圍繞基本原理、方法與技術(shù)展開教學(xué),激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新學(xué)習(xí)的熱情。
(3)國(guó)際軟件學(xué)院在人工智能相關(guān)領(lǐng)域承擔(dān)并完成了一批國(guó)家與省部級(jí)科研課題,而且取得了一些有影響的研究成果,形成了自己的學(xué)科特色和優(yōu)勢(shì)。2006年,國(guó)際軟件學(xué)院聘請(qǐng)被譽(yù)為世界“人工大腦”領(lǐng)域先驅(qū)的美國(guó)猶他州州立大學(xué)計(jì)算機(jī)系Hugo de Gaffs教授擔(dān)任武漢大學(xué)全職教授和學(xué)院國(guó)際人工智能研究室主任。
(4)聘請(qǐng)與國(guó)際軟件學(xué)院有合作協(xié)議的國(guó)立首爾大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院Bob McKay教授專職來(lái)校為本科生講授人工智能技術(shù)前沿。同時(shí),利用國(guó)外學(xué)者來(lái)武漢大學(xué)順訪的機(jī)會(huì),請(qǐng)其為學(xué)生作學(xué)術(shù)報(bào)告,使學(xué)生了解國(guó)際最新人工智能技術(shù),如邀請(qǐng)?jiān)?jīng)在麻省理工學(xué)院從事過(guò)7年博士后研究的宋森研究員進(jìn)行“理解大腦與仿制大腦”的講座等。
(5)國(guó)際軟件學(xué)院在遴選教師到與學(xué)院有教學(xué)和科研合作的國(guó)外大學(xué)進(jìn)修時(shí),優(yōu)先考慮給本科生授課的全英文教師,并將全英文教學(xué)能力作為選拔條件,以教師的學(xué)術(shù)進(jìn)修帶動(dòng)全英文教學(xué)建設(shè),使學(xué)科和專業(yè)建設(shè)與全英語(yǔ)教學(xué)隊(duì)伍打造相結(jié)合,全面推進(jìn)全英語(yǔ)教學(xué)工作的開展。
6 結(jié)語(yǔ)
人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的重要課程,目前正面臨著知識(shí)更新和教學(xué)改革的緊迫任務(wù)。筆者以實(shí)施全英文教學(xué)為契機(jī),針對(duì)目前國(guó)內(nèi)全英文教學(xué)中存在的亟待解決的主要問(wèn)題,提出人工智能全英文教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式改革的新思路。
(1)以智能為核心,從不同抽象層次刻畫智能主題,構(gòu)造人工智能最底層、抽象層、更高層以及應(yīng)用層4大模塊內(nèi)容。
(2)突破傳統(tǒng)教學(xué)模式,對(duì)全英文教學(xué)模式進(jìn)行重定位,提出“1+1”全英文雙課堂教學(xué)模式。
(3)提出“二三二”模式教學(xué)方法的改革方案,培養(yǎng)具有綜合能力、創(chuàng)新能力、國(guó)際視野、英語(yǔ)技能的復(fù)合型人才。
(4)提出教學(xué)與科研相結(jié)合,以科研帶動(dòng)教學(xué)發(fā)展的新思路,進(jìn)行集先進(jìn)性、前沿性和實(shí)用性為一體的教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新。
關(guān)鍵詞:智能科學(xué)與技術(shù);科學(xué)研究;專業(yè)建設(shè)
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1 引言
智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ),結(jié)合了認(rèn)知科學(xué)、信息學(xué)、控制科學(xué)、生命科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等學(xué)科的相關(guān)理論和研究方法,是一門新興的交叉學(xué)科,將成為21世紀(jì)信息科學(xué)研究的制高點(diǎn)和信息產(chǎn)業(yè)價(jià)值的主要提升點(diǎn)。
在國(guó)外,許多著名高校都設(shè)立了“人工智能”專業(yè)并授予智能科學(xué)專業(yè)學(xué)位:世界多數(shù)知名的理工類院校都設(shè)立有人工智能研究所或?qū)嶒?yàn)室,進(jìn)行智能科學(xué)專業(yè)的研究生培養(yǎng)及科研工作。在國(guó)內(nèi),智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)起步則較晚:2003年12月5日,教育部正式批準(zhǔn)北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè),這標(biāo)志著我國(guó)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的誕生。
廈門大學(xué)在智能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)有多年的研究積累和師資儲(chǔ)備。2006年12月,教育部正式批準(zhǔn)廈門大學(xué)設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè),2007年6月6日,廈門大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)系經(jīng)學(xué)校批準(zhǔn)成立,并于2007年9月迎來(lái)了第一屆本科生。本文將簡(jiǎn)要介紹近幾年來(lái)廈門大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)的建設(shè)情況。
2 廈門大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究進(jìn)展
廈門大學(xué)在智能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的研究已開展了多年。早在1988年,學(xué)校就成立了校級(jí)科研機(jī)構(gòu)――“廈門大學(xué)人工智能與計(jì)算機(jī)研究所”,目前,經(jīng)廈門大學(xué)批準(zhǔn),正式更名為“廈門大學(xué)人工智能研究所”。它是一個(gè)以實(shí)用智能技術(shù)研究為主、集基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)于一體的研究機(jī)構(gòu),是廈門大學(xué)組建智能科學(xué)與技術(shù)系的主要基礎(chǔ)。
廈門大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)系面向國(guó)際學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)家發(fā)展的重大需求,利用人工智能研究的方法和手段,不斷開辟新的研究領(lǐng)域,逐漸確立了語(yǔ)言信息處理、認(rèn)知計(jì)算、智能信息檢索、中醫(yī)信息處理、視頻圖像處理、智能機(jī)器人等主要研究方向。在語(yǔ)言信息處理方面,現(xiàn)設(shè)手寫漢字識(shí)別、自然語(yǔ)言理解、機(jī)器翻譯、語(yǔ)料庫(kù)技術(shù)等研究領(lǐng)域;在認(rèn)知計(jì)算方面,現(xiàn)設(shè)覺(jué)知計(jì)算、腦機(jī)接口、機(jī)器感覺(jué)、隱喻邏輯等研究領(lǐng)域;在智能信息檢索方面,現(xiàn)設(shè)文本信息過(guò)濾、信息檢索、信息提取、智能數(shù)據(jù)挖掘、Web挖掘等研究領(lǐng)域;在中醫(yī)信息處理方面,現(xiàn)主要研究開發(fā)多媒體中草藥智能查詢系統(tǒng)、基于舌象中醫(yī)智能體檢系統(tǒng);在視頻圖像處理方面,現(xiàn)設(shè)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)、生物特征識(shí)別、遙感圖像、地理信息系統(tǒng)等研究領(lǐng)域。2008年,系里引進(jìn)了被稱為“人工大腦之父”的著名學(xué)者Hugo de Garis教授,并以他為首組建了人工大腦研究室,該研究室的目標(biāo)是,經(jīng)過(guò)三年左右的時(shí)間,建設(shè)中國(guó)首個(gè)人工大腦。
經(jīng)過(guò)十幾年的不懈努力,我們?cè)谏鲜鲅芯款I(lǐng)域均取得了一批有影響的重要研究成果,在我國(guó)學(xué)術(shù)界具有一定的學(xué)術(shù)地位,獲得數(shù)十項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持。目前在研的項(xiàng)目有國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)、國(guó)家863項(xiàng)目2項(xiàng)、國(guó)家863子項(xiàng)目2項(xiàng)、福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng)、福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目2項(xiàng)。在漢字識(shí)別、詞語(yǔ)切分標(biāo)注、語(yǔ)法分析、詞義消歧、指代消解、語(yǔ)言神經(jīng)基礎(chǔ)、漢語(yǔ)理解策略、網(wǎng)上信息的選擇翻譯、統(tǒng)計(jì)機(jī)器翻譯、語(yǔ)音識(shí)別與合成、計(jì)算機(jī)音樂(lè)、計(jì)琴學(xué)等諸多方面進(jìn)行了有特色的研究,形成了具體的算法,并且還提出了一種系統(tǒng)性的協(xié)動(dòng)計(jì)算理論,出版專著5部,數(shù)百篇,其中近三年被EI、SCI等檢索的論文達(dá)200余篇。
在基礎(chǔ)理論研究的基礎(chǔ)上,智能科學(xué)與技術(shù)系還十分注重產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,先后與北京德威特電力系統(tǒng)自動(dòng)化有限公司和深圳名人電腦等公司進(jìn)行合作研發(fā),廣泛開展應(yīng)用系統(tǒng)的研制開發(fā),主要包括:手寫漢字機(jī)器識(shí)別系統(tǒng)、漢語(yǔ)分詞和詞性標(biāo)注系統(tǒng)、機(jī)器翻譯系統(tǒng)以及網(wǎng)上漢語(yǔ)文本分類和信息過(guò)濾系統(tǒng)。其中,手寫漢字機(jī)器識(shí)別系統(tǒng)獲浙江省教育廳科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng):機(jī)器輔助漢英互翻系統(tǒng)獲福建省科技廳科技進(jìn)步三等獎(jiǎng);漢語(yǔ)分詞和詞性標(biāo)注系統(tǒng)獲得2003年863中文信息處理評(píng)測(cè)第二名:機(jī)器翻譯系統(tǒng)(包括XMMT漢英機(jī)器翻譯系統(tǒng)、Matrix英漢機(jī)器翻譯系統(tǒng)、Light英漢機(jī)器翻譯系統(tǒng)和Neon英漢雙向機(jī)器翻譯系統(tǒng))在863智能接口評(píng)測(cè)中多次名列前茅,形成多項(xiàng)產(chǎn)品,技術(shù)授權(quán)國(guó)內(nèi)多家單位使用。
在科研平臺(tái)建設(shè)方面,智能科學(xué)與技術(shù)系發(fā)揮廈門大學(xué)多學(xué)科交叉的優(yōu)勢(shì),聯(lián)合人文學(xué)院、外文學(xué)院和海外教育學(xué)院華文系的學(xué)術(shù)力量,于2003年成立了“廈門大學(xué)語(yǔ)言技術(shù)中心”,其中,漢外多語(yǔ)言機(jī)器翻譯為主攻方向之一。2006年獲批了“智能信息技術(shù)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”;目前,以人工大腦相關(guān)內(nèi)容為研究核心的“福建省仿腦智能系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”也已獲批。
3 廈門大學(xué)“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)建設(shè)情況
廈門大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)系現(xiàn)有一個(gè)本科專業(yè)(智能科學(xué)與技術(shù)),三個(gè)學(xué)術(shù)型碩士學(xué)位授予專業(yè)(人工智能基礎(chǔ)、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)),一個(gè)“計(jì)算機(jī)技術(shù)”工程碩士培養(yǎng)方向(智能工程及網(wǎng)絡(luò)安全方向),一個(gè)博士學(xué)位授予專業(yè)(人工智能基礎(chǔ))。現(xiàn)有在校本科生近90人,碩士研究生80多人,博士研究生25人,博士后2人。本系教職工近30人,其中:教授5人,副教授5人,80%具有博士學(xué)位或者博士在讀,40歲以下的年輕教師占2/3。
3.1 本科生專業(yè)建設(shè)
在本科生培養(yǎng)方面,廈門大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)系的目標(biāo)是要求學(xué)生能夠有效和系統(tǒng)地掌握本學(xué)科的理論基礎(chǔ),比較深入地理解智能科學(xué)與技術(shù)理論;培養(yǎng)具有一定的分析、綜合和創(chuàng)新能力,能夠承當(dāng)智能信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)和智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教學(xué)任務(wù)的,德、智、體全面發(fā)展的科學(xué)技術(shù)工作者:畢業(yè)生適宜到科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校、技術(shù)或行政管理部門、公司、廠礦等企事業(yè)單位從事科技研究、應(yīng)用開發(fā)、信息管理和教學(xué)工作,也可以進(jìn)一步攻讀該專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的碩士學(xué)位。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),我們遵循“寬口徑、厚基礎(chǔ)、抓關(guān)鍵、重實(shí)踐”四項(xiàng)基本原則,制定了較合理的教學(xué)計(jì)劃,在本科一、二年級(jí)安排公共基本課程、校通識(shí)教育課程、院系通修課程;從二年級(jí)下學(xué)期開始結(jié)束院系通修課程,轉(zhuǎn)而推出部分學(xué)科通修課程,向?qū)I(yè)化過(guò)渡,三年級(jí)開始加入方向性選修課程。其中,公共基本課程621學(xué)時(shí)、33學(xué)分;校通識(shí)教育課程262學(xué)、15學(xué)分;學(xué)科通修課程1544學(xué)時(shí)、90學(xué)分;方向性課程120學(xué)時(shí)、分;學(xué)科跨方向性課程108學(xué)時(shí)、6學(xué)分。這樣的安排能真正使學(xué)生在獲得扎實(shí)而寬厚的理論基礎(chǔ)、合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)的同時(shí),培養(yǎng)較強(qiáng)的獲取新知識(shí)的能力和創(chuàng)新精神。
為了能切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力,我們?cè)谵k學(xué)過(guò)程中十分重視和強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練并倡導(dǎo)理論與實(shí)際 相結(jié)合,已經(jīng)規(guī)劃建設(shè)一個(gè)特色實(shí)驗(yàn)室――“仿腦認(rèn)知與智能機(jī)器人”實(shí)驗(yàn)室,可支撐仿腦認(rèn)知與智能機(jī)器人兩個(gè)方向相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn),總經(jīng)費(fèi)預(yù)算100萬(wàn)元。依托該實(shí)驗(yàn)室,結(jié)合相關(guān)課程,高年級(jí)本科生可以進(jìn)行“心理物理測(cè)試實(shí)驗(yàn)”、“眼動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)”、“面部表情與腦電對(duì)照實(shí)驗(yàn)”、“行為學(xué)與智能關(guān)系測(cè)試實(shí)驗(yàn)”、“機(jī)器人避障行走路徑規(guī)劃”、“機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別與跟蹤”、“機(jī)器人聲控實(shí)驗(yàn)”、“機(jī)器人智能語(yǔ)言翻譯”、“機(jī)器人足球比賽”等眾多特色實(shí)驗(yàn)。
3.2 研究生專業(yè)建設(shè)
廈門大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)系的研究生培養(yǎng)以加強(qiáng)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為核心,以加強(qiáng)基礎(chǔ)課、專業(yè)課,實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)、論文創(chuàng)新寫作、促進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合為重點(diǎn),包含碩士研究生和博士研究生兩個(gè)培養(yǎng)層次。其中,碩士研究生層次又分為學(xué)術(shù)型研究生和工程碩士?jī)煞N類型,分別進(jìn)行培養(yǎng)。
在學(xué)術(shù)型碩士研究生培養(yǎng)方面,我們的目標(biāo)是培養(yǎng)適應(yīng)智能科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展,適應(yīng)國(guó)家社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步事業(yè)需要的,德、智、體、美全面發(fā)展,系統(tǒng)地掌握本學(xué)科基本概念、基本原理、基本方法、基本技能的,具有創(chuàng)新能力、理論聯(lián)系實(shí)際的高級(jí)專門人才和能適應(yīng)未來(lái)從事基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)研究和工程應(yīng)用研究之人才。畢業(yè)生適宜到科研部門、學(xué)校從事科學(xué)研究和教學(xué)工作;適宜到計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的企事業(yè)單位從事智能科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的開發(fā)研究、應(yīng)用與管理等工作;可以繼續(xù)攻讀智能科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)及其相關(guān)學(xué)科的博士學(xué)位。目前包含“人工智能基礎(chǔ)”、“模式識(shí)別與智能系統(tǒng)”和“計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)”三個(gè)專業(yè)。其中,“人工智能基礎(chǔ)”專業(yè)包含如下培養(yǎng)方向:認(rèn)知科學(xué)理論、認(rèn)知邏輯學(xué)、計(jì)算語(yǔ)言學(xué)、智能計(jì)算方法、藝術(shù)認(rèn)知與計(jì)算、腦高級(jí)功能成像等;“模式識(shí)別與智能系統(tǒng)”專業(yè)包含如下培養(yǎng)方向:計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器翻譯系統(tǒng)、智能中醫(yī)診斷系統(tǒng)、機(jī)器音樂(lè)、模式識(shí)別、音頻信息處理等:“計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)”專業(yè)包含如下培養(yǎng)方向:人工智能應(yīng)用技術(shù)、自然語(yǔ)言處理技術(shù)、智能信息檢索技術(shù)、多媒體綜合應(yīng)用技術(shù)、圖像與視頻處理技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。
在工程碩士培養(yǎng)方面,目前智能系招收“計(jì)算機(jī)技術(shù)”工程碩士――B方向(智能工程及網(wǎng)絡(luò)安全)的工程碩士研究生,目標(biāo)是培養(yǎng)具有扎實(shí)的計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)知識(shí)和工程技術(shù)能力,掌握現(xiàn)代智能與網(wǎng)絡(luò)科學(xué)前沿知識(shí),在智能工程與網(wǎng)絡(luò)安全方向具有一定研究深度和項(xiàng)目研發(fā)能力的高層次應(yīng)用型人才。培養(yǎng)方向包括:嵌入式智能家居、視頻圖像處理、網(wǎng)絡(luò)視覺(jué)監(jiān)控、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、智能機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容監(jiān)管、黑客與網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息安全、信息檢索與信息過(guò)濾、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器翻譯、語(yǔ)音識(shí)別與合成、智能中醫(yī)信息處理、人工大腦、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。
在博士研究生培養(yǎng)方面,設(shè)有“人工智能基礎(chǔ)”博士學(xué)位授予專業(yè),目標(biāo)是培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí),具有創(chuàng)新意識(shí),對(duì)某一領(lǐng)域有全面深入了解或?qū)δ骋粦?yīng)用領(lǐng)域有獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力,能夠解決前人未能解決的科學(xué)問(wèn)題或社會(huì)發(fā)展中亟待解決的技術(shù)問(wèn)題的高級(jí)專業(yè)人才:其研究工作對(duì)科學(xué)技術(shù)或社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有明顯貢獻(xiàn),為人工智能技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用提供新的基礎(chǔ)或新技術(shù)、新方法。培養(yǎng)方向包括:人工智能以及應(yīng)用技術(shù)、藝術(shù)認(rèn)知與計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、軟計(jì)算方法及其應(yīng)用、智能多媒體信息處理、腦功能成像技術(shù)等。
4 總結(jié)與展望
關(guān)鍵詞:智能控制;教學(xué)策略;卓越工程師;模糊控制;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2014)23-0029-02
智能控制作為自動(dòng)化類專業(yè)的一門專業(yè)課程,要求學(xué)生了解控制學(xué)科發(fā)展的方向和前沿,熟悉智能控制的主要理論分支、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及發(fā)展趨勢(shì)等,掌握基本智能控制方法的結(jié)構(gòu)和算法,為未來(lái)實(shí)際工程應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ)。當(dāng)前,在國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注的CDIO模式即把“構(gòu)思(Conceive)―設(shè)計(jì)(Design)―執(zhí)行(Implement)―運(yùn)作(Operate)”作為工程教育的環(huán)境背景,按照產(chǎn)品生命周期構(gòu)建課程體系,以課堂和項(xiàng)目相結(jié)合的方式進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí),使學(xué)生達(dá)到預(yù)想的學(xué)習(xí)目標(biāo)。
考慮到安徽工程大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“我校”)自動(dòng)化專業(yè)被確定為教育部“卓越計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè),如何通過(guò)智能控制課程教學(xué)改革來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量,充分借鑒CDIO先進(jìn)的教育理念,推行卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃,提高大學(xué)生的創(chuàng)新技能、實(shí)踐技能,協(xié)調(diào)課程體系對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)支撐力不強(qiáng)以及與我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和結(jié)構(gòu)的調(diào)整不相適應(yīng)的矛盾,創(chuàng)建適應(yīng)新形式發(fā)展需要的課程教學(xué)體系,同時(shí)促進(jìn)我國(guó)智能控制學(xué)科發(fā)展,是我校授課老師所面臨和亟待解決的問(wèn)題。
一、智能控制課程分析
1.智能控制發(fā)展歷程
智能控制是一種新型自動(dòng)控制技術(shù),代表了自動(dòng)控制的最新發(fā)展階段。[1]20世紀(jì)90年代中期之后,智能控制日益成熟,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家用、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,據(jù)統(tǒng)計(jì),2012年全球智能控制市場(chǎng)規(guī)模接近6800億美元,而我國(guó)智能控制行業(yè)規(guī)模也已經(jīng)達(dá)到4200億元。
智能控制思潮第一次出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代由Leonaes等人首次正式提出,[2]到了1987年,IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)和計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)在美國(guó)費(fèi)城聯(lián)合召開了智能控制國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì),智能控制正式作為一門新學(xué)科,登上歷史舞臺(tái),而“智能控制”課程是在智能控制學(xué)科建立之后開設(shè)的。
國(guó)內(nèi)首部“智能控制”教材,是在1990年由中南大學(xué)蔡自興教授編寫電子工業(yè)出版社出版,蔡教授把遞階控制、專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制、學(xué)習(xí)控制作為智能控制課程的初步框架和主要研究分支。[1]隨后,王耀南、李士勇、李人厚、孫增圻等專家也編寫了智能控制相關(guān)教材。這些教材出版對(duì)我國(guó)智能控制課程教學(xué)發(fā)揮了積極的作用,為智能控制學(xué)科建設(shè)和人材培養(yǎng)做出突出貢獻(xiàn)。[3]
近年來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)智能控制的研究十分活躍,舉行各種與智能控制有關(guān)的學(xué)術(shù)討論會(huì),如全球智能控制與自動(dòng)化大會(huì)(World Congress on Intelligent Control and Automation,WCICA)、中國(guó)智能自動(dòng)化會(huì)議(Chinese Intelligent Automation Conference,CIAC)、中國(guó)控制會(huì)議(Chinese Control Conference,CCC)、中國(guó)控制與決策會(huì)議(Chinese Control and Decision Conference,CCDC)等,這標(biāo)志我國(guó)智能控制作為獨(dú)立學(xué)科已正形成。[2]
2.智能控制理論體系
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能控制理論和技術(shù)得到不斷的發(fā)展和完善,受到越來(lái)越多科研工作者的關(guān)注。常規(guī)的智能控制方法主要包括:模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、分級(jí)遞階控制、專家系統(tǒng)控制以及其他仿人智能控制等。[3,4]
(1)模糊控制:將人類專家對(duì)特定對(duì)象的控制經(jīng)驗(yàn),運(yùn)用模糊集理論進(jìn)行量化,轉(zhuǎn)化為可數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)的控制器,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制,其主要包括輸入模糊化、模糊規(guī)則庫(kù)、模糊推理以及輸出逆模糊化四個(gè)部分。
(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制:是人工智能、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、非線性動(dòng)力學(xué)等學(xué)科的交叉熱點(diǎn),它利用大量的人工神經(jīng)元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連,構(gòu)建具有仿人控制的功能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然不善于顯式表達(dá)知識(shí),但具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力,能夠任意逼近復(fù)雜的非線性系統(tǒng),對(duì)高度非線性和嚴(yán)重不確定性系統(tǒng)的控制方面具有良好效果。
(3)分級(jí)遞階控制:是從工程控制論的角度總結(jié)人工智能與自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自組織的關(guān)系之后逐漸形成的,主要由組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)構(gòu)成。其中組織級(jí)起主導(dǎo)作用,涉及知識(shí)的表示與處理,主要應(yīng)用人工智能;協(xié)調(diào)級(jí)在組織級(jí)和執(zhí)行級(jí)間起連接作用,涉及決策方式及其表示,采用人工智能及運(yùn)籌學(xué)實(shí)現(xiàn)控制;執(zhí)行級(jí)是底層,具有很高的控制精度,采用常規(guī)自動(dòng)控制。
(4)專家系統(tǒng)控制:是指具有模糊專家智能的功能,采用專家系統(tǒng)技術(shù)與控制理論相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)的控制策略,它是人工智能應(yīng)用領(lǐng)域最成功的分支之一,由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋機(jī)制、知識(shí)獲取系統(tǒng)以及綜合數(shù)據(jù)庫(kù)五個(gè)部分組成。在工業(yè)過(guò)程控制中主要呈現(xiàn)直接專家控制和間接專家控制兩種形式。
二、智能控制課程教學(xué)改革
1.理論教學(xué)
UNESCO在2010年的工程學(xué)報(bào)告中指出,工程是人類面臨的最大挑戰(zhàn)和機(jī)遇,為了滿足卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃要求,我校重新修訂課程教學(xué)大綱,調(diào)整了各知識(shí)點(diǎn)的學(xué)時(shí)分配,擴(kuò)大了知識(shí)面的覆蓋范圍,并提高了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所占學(xué)時(shí)比例,注重實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)置。在課程建設(shè)考慮理論與實(shí)踐的均衡,避免理論與實(shí)踐用脫節(jié),教材選用為王耀南主編、機(jī)械工業(yè)出版社出版的《智能控制理論及應(yīng)用》,[5]總共設(shè)計(jì)30個(gè)學(xué)時(shí),具體如圖1所示。概述部分為2個(gè)學(xué)時(shí),主要講解智能控制理論的歷史背景、研究現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì);模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是本課程主要講解部分,分別安排9個(gè)學(xué)時(shí);分級(jí)遞階控制與專家系統(tǒng)控制部分要求學(xué)生以了解為主,因此分別安排4個(gè)學(xué)時(shí);最后,剩余2個(gè)學(xué)時(shí)講解當(dāng)前最新的一些智能控制方法,目的為擴(kuò)展學(xué)生的視野。
考慮到“智能控制”課程涉及的知識(shí)面較為廣泛,因此,在教學(xué)過(guò)程中,教師主要擔(dān)負(fù)組織者、引導(dǎo)者的職責(zé),課堂上注重采用啟發(fā)式的教學(xué)模式,并增加案例講解,讓學(xué)生明確課程教學(xué)服務(wù)于國(guó)家戰(zhàn)略需要和行業(yè)需要,如:液浮陀螺儀溫控系統(tǒng)的模糊控制策略設(shè)計(jì)、單級(jí)倒立擺系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。鼓勵(lì)學(xué)生自由探討,實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的互動(dòng),提高學(xué)生的認(rèn)知能力。
2.實(shí)踐教學(xué)
本課程專業(yè)性很強(qiáng),學(xué)生缺少對(duì)智能控制方法的感性認(rèn)識(shí),且受學(xué)時(shí)數(shù)的限制,因此鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí),充分利用課余時(shí)間。[6]每次課后,有針對(duì)性地預(yù)留課外作業(yè),引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí),這有利于老師教學(xué)內(nèi)容的精練講解,學(xué)生對(duì)智能控制的熟悉掌握,引導(dǎo)學(xué)生注重工程能力和自主學(xué)習(xí)能力的提高。
另外,在“智能控制”教學(xué)計(jì)劃中,安排6個(gè)學(xué)時(shí)作為實(shí)驗(yàn)課,讓學(xué)生獨(dú)自設(shè)計(jì)相關(guān)智能控制器,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,增加對(duì)模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的熟練程度。實(shí)驗(yàn)采用先講解、后實(shí)驗(yàn)、再總結(jié)的方式進(jìn)行。為了保證實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,每20位學(xué)生安排1名指導(dǎo)教師。實(shí)驗(yàn)前,要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前完成預(yù)習(xí)報(bào)告;實(shí)驗(yàn)中學(xué)生每人一臺(tái)機(jī),獨(dú)立記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,教師全程答疑輔導(dǎo);實(shí)驗(yàn)后學(xué)生及時(shí)上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,其內(nèi)容包括:實(shí)驗(yàn)名稱、內(nèi)容、方法、步驟、結(jié)果及個(gè)人心得、體會(huì)。
3.教學(xué)手段
為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,授課借助先進(jìn)的教學(xué)軟件。在相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)展開前,可通過(guò)實(shí)例模擬讓學(xué)生初步了解相關(guān)方法,再切換到理論知識(shí)的講解,以幫助學(xué)生做到思維的自然過(guò)渡。
課堂還采用多媒體教學(xué),以提高學(xué)生獲取信息的效率。多媒體課件制作過(guò)程中,力求圖文并茂,能吸引學(xué)生的注意力,這有利于實(shí)現(xiàn)情景式的教學(xué),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,變被動(dòng)教育為主動(dòng)教育,使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解。[7,8]
4.考核方式
本課程理論性較強(qiáng),為避免“一張?jiān)嚲矶ㄇぁ睅?lái)的弊端,課程成績(jī)采用多元化考核制度,主要包括:平時(shí)成績(jī)(30%)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)(30%)和期末考試成績(jī)(40%)。
三、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,我國(guó)的智能控制教育已取得了可喜成績(jī),我校在研究專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和現(xiàn)有教學(xué)資源基礎(chǔ)上,借鑒國(guó)內(nèi)相關(guān)高校成功教學(xué)經(jīng)驗(yàn),并不斷完善智能控制學(xué)科教學(xué)的方法、手段、策略,研究制訂新的大綱,開發(fā)設(shè)計(jì)多媒體課件,與時(shí)俱進(jìn),緊密圍繞“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的重點(diǎn)和目標(biāo),為培養(yǎng)敢創(chuàng)新、會(huì)創(chuàng)造的高質(zhì)量人才不斷努力。
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關(guān)鍵詞:產(chǎn)生式系統(tǒng);人工智能;教學(xué)實(shí)踐
中圖分類號(hào):TP3-05 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.007
0 引言
產(chǎn)生式系統(tǒng)是人工智能中的一個(gè)經(jīng)典部分。產(chǎn)生式系統(tǒng)的教學(xué)在人工智能的教學(xué)具有承上啟下的作用。首先,學(xué)生需要理解知識(shí)表中的邏輯表示方法之后才能更容易地學(xué)習(xí)該部分,這里,產(chǎn)生式系統(tǒng)表現(xiàn)出承接作用;其次,理解了產(chǎn)生式系統(tǒng),才能更容易地學(xué)習(xí)人工智能中其他相關(guān)知識(shí)。正是因?yàn)楫a(chǎn)生式系統(tǒng)具有承上啟下的作用,該部分的教學(xué)對(duì)于學(xué)生的融合貫通起著關(guān)鍵作用。此外,編寫產(chǎn)生式系統(tǒng)可以訓(xùn)練學(xué)生的邏輯能力,也可以作為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)的良好實(shí)例。
對(duì)于產(chǎn)生式系統(tǒng)部分的教學(xué),主要目的在于:讓學(xué)生理解產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本構(gòu)造,并能利用產(chǎn)生式系統(tǒng)求解問(wèn)題。在我們的教學(xué)中,要求學(xué)生能夠使用產(chǎn)生式系統(tǒng)解決一些有趣的智力題,從而真正體現(xiàn)機(jī)器求解智力問(wèn)題的能力。
為了達(dá)到該目的,我們?cè)谄邆€(gè)學(xué)期的課程上進(jìn)行了各種探索。本文通過(guò)總結(jié)這七個(gè)學(xué)期的經(jīng)驗(yàn),提出產(chǎn)生式系統(tǒng)教學(xué)中需遵循的“興趣導(dǎo)向,實(shí)踐優(yōu)先,開發(fā)活潑”的教學(xué)思路。
1 教學(xué)實(shí)踐案例
在本教學(xué)實(shí)踐案例中,共選擇了2006―2007學(xué)年兩個(gè)學(xué)期、2007―2008學(xué)年第一個(gè)學(xué)期、2010―2011學(xué)年兩個(gè)學(xué)期,2011―2012學(xué)年兩個(gè)學(xué)期作為考察對(duì)象。在授課中,分為《人工智能A》和《人工智能B》兩種教學(xué)形式。選擇《人工智能B》的班級(jí)不進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作,而選擇《人工智能A》的班級(jí)需要在計(jì)算機(jī)上完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。
為了達(dá)到形象化教學(xué)的目標(biāo),在產(chǎn)生式系統(tǒng)的教學(xué)中,選擇了一個(gè)智力題作為算法求解目標(biāo)。該題目常稱為量水問(wèn)題,可簡(jiǎn)單描述如下:
有兩個(gè)無(wú)刻度標(biāo)志的空水壺,分別可裝4升和3升的水。設(shè)另有一個(gè)10升的水壺裝滿了水。各個(gè)水壺之間僅可以相互傾灌。問(wèn)如何通過(guò)倒水或灌水操作,量出2升的水來(lái)。
該問(wèn)題是一個(gè)典型的智力問(wèn)題。對(duì)于大學(xué)生來(lái)講,該問(wèn)題并不困難。但是,用計(jì)算機(jī)來(lái)求解確實(shí)一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題,因?yàn)?,學(xué)生們不僅僅是自己會(huì)求解該問(wèn)題,還要讓機(jī)器也能做到。
1.1 教學(xué)情況說(shuō)明
為了考察實(shí)踐編程環(huán)境的影響,對(duì)于《人工智能B》的班級(jí),僅進(jìn)行理論教學(xué)。教學(xué)步驟為:1)簡(jiǎn)單介紹產(chǎn)生式系統(tǒng)的構(gòu)成:數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、推理機(jī);2)講授水壺之間傾倒的所有規(guī)則;3)給出程序,將程序中的各條語(yǔ)句與理論一一對(duì)應(yīng)說(shuō)明。
對(duì)程序部分,則教授由教師所編寫的程序。具體教學(xué)內(nèi)容如下:
1)首先定義數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量,即水壺中已存水的數(shù)量。定義了三個(gè)變量,并賦予初值。程序用C語(yǔ)言可以寫作如下語(yǔ)句:
1.2 教學(xué)效果說(shuō)明
對(duì)于所有班級(jí)的學(xué)生,都組織書面考試??荚嚨念}目就是默寫整個(gè)程序。由于選課學(xué)生的專業(yè)不同,因此,卷面成績(jī)的波動(dòng)較大。數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生選擇的是《人工智能B》,從卷面上看,小錯(cuò)漏較多,說(shuō)明多數(shù)是靠背誦過(guò)關(guān)。自動(dòng)化專業(yè)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生選擇的是《人工智能A》,多數(shù)情形下表現(xiàn)略好。然而,在前五個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐中,教師先行給出了程序,相反地,學(xué)生錯(cuò)漏的出現(xiàn)率較高,說(shuō)明學(xué)生的依賴心理較重,靠背誦過(guò)關(guān);在后兩個(gè)學(xué)期中,教師沒(méi)有先行給出程序,卷面成績(jī)反而上升,小錯(cuò)漏減少,說(shuō)明學(xué)生理解的程度較高。這部分的結(jié)果表明:實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)教學(xué)效果的影響很大,加入實(shí)踐環(huán)節(jié)能顯著提高教學(xué)效果。
除開書面考試成績(jī)的比較,當(dāng)沒(méi)有先行給出程序時(shí),學(xué)生們最主要的進(jìn)步是在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。由于沒(méi)有程序,學(xué)生們開動(dòng)腦筋,對(duì)于量水問(wèn)題給出了很多其他的方案。在2010―2011學(xué)年,學(xué)生提出了用寬度優(yōu)先、深度優(yōu)先等搜索策略來(lái)改進(jìn)隨機(jī)推理機(jī)制,以獲得最簡(jiǎn)單的倒水方案,并給出了正確的源程序。在2011―2012學(xué)年第二個(gè)學(xué)期,學(xué)生們又提出了一個(gè)意想不到的新策略。
學(xué)生提出的策略是:每次將4升壺的水倒入3升壺,3升壺的水倒入10升壺,而10升壺的水倒?jié)M4升壺。由于從數(shù)學(xué)上看,數(shù)字4和3互質(zhì),且相差僅僅為1,因此,這一個(gè)循環(huán)傾倒的策略總能獲得2升水。即使是換成要量出5升水等形式,也很容易地能得到。
學(xué)生所提出的策略從編程上看,更為簡(jiǎn)單,也能達(dá)到以前程序的效果,充分說(shuō)明了大學(xué)生的創(chuàng)新能力。
從以上兩次學(xué)生提出的創(chuàng)新思路,尤其是后一次的思路來(lái)看,教學(xué)效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于以前的固定刻板的教學(xué)模式,說(shuō)明在開放式情形下,學(xué)生的創(chuàng)造性能夠得到發(fā)揮。
因?yàn)閷?shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)教學(xué)效果非常重要,在后面兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)中,我們著重強(qiáng)調(diào)了提升學(xué)生興趣的教學(xué)環(huán)節(jié),增加了學(xué)生編寫程序的積極性。
2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
從這個(gè)教學(xué)案例中,可以總結(jié)出這么幾方面的經(jīng)驗(yàn):
1)在產(chǎn)生式系統(tǒng)的教學(xué)中,切忌只是從理論到理論。從理論到理論的方式會(huì)使得學(xué)生失去基本的興趣。當(dāng)失去基本的興趣以后,學(xué)生將不再配合學(xué)習(xí),從而使得后續(xù)的教學(xué)更為艱難。
2)最好采用案例教學(xué)的方式。采用案例教學(xué)的方式會(huì)使得學(xué)生更容易理解,更容易接受。對(duì)于案例的選擇,可以選擇傳教士過(guò)河問(wèn)題、量水問(wèn)題、八皇后問(wèn)題等學(xué)生喜聞樂(lè)見的智力題,要求學(xué)生用計(jì)算機(jī)程序的方式解決。在案例的選擇上,要堅(jiān)持簡(jiǎn)單原則,太復(fù)雜的程序?qū)W生會(huì)不太喜歡。從實(shí)踐上看,量水問(wèn)題比傳教士過(guò)河問(wèn)題要簡(jiǎn)單,因此,建議多選擇這樣的案例。
3)相信學(xué)生,從而給學(xué)生表現(xiàn)的機(jī)會(huì)。大學(xué)生處于創(chuàng)造力的高峰時(shí)期,如果能夠激發(fā)學(xué)生的興趣,則學(xué)生自然會(huì)在興趣的指引下發(fā)揮其創(chuàng)造力,給出更簡(jiǎn)單更有效的方案。
4)實(shí)踐優(yōu)先。由于長(zhǎng)期的應(yīng)試教育的熏陶,大學(xué)生普遍具有“等、靠、要”的思想。如果不給予實(shí)踐的機(jī)會(huì),多數(shù)大學(xué)生們通常不會(huì)去嘗試求解難度較大的問(wèn)題。在實(shí)踐中,要避免將學(xué)生看作機(jī)器,不能要求學(xué)生完全按照實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程進(jìn)行操作。這樣的標(biāo)準(zhǔn)化、刻板化的實(shí)踐的確從表面上看實(shí)驗(yàn)報(bào)告更漂亮,但實(shí)際上,學(xué)生多數(shù)情況下是知其然,不知其所以然。從教學(xué)的本質(zhì)上講,這樣做是違背教學(xué)規(guī)律的。
5)理論升華。在實(shí)踐完成以后,教師一定要抓住機(jī)會(huì),將程序中的各個(gè)部分與理論中的各個(gè)部分對(duì)應(yīng)起來(lái)。這樣學(xué)生才能夠融會(huì)貫通,真正理解產(chǎn)生式系統(tǒng)。
總而言之,對(duì)于產(chǎn)生式系統(tǒng)這樣的知識(shí)點(diǎn),在實(shí)踐中采用“興趣導(dǎo)向,實(shí)踐優(yōu)先,開放活潑”的教學(xué)思路是可行的。
關(guān)鍵詞:人工智能;人類智能;思維;技術(shù)元素
1 基本概念界定
1.1 人工智能
人工智能是在20世紀(jì)中期以后產(chǎn)生的學(xué)科,人工智能就是用機(jī)器模擬人類的智能活動(dòng),從而用機(jī)器代替人類行使某些方面的職能。人工智能是通過(guò)探索人的感覺(jué)和思維的規(guī)律來(lái)模擬人的智能活動(dòng),電子計(jì)算機(jī)是人工智能的媒介和基礎(chǔ)。阿倫?圖靈說(shuō):“如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)能騙過(guò)人,使人相信它是人而不是機(jī)器,那么它就應(yīng)當(dāng)被稱作有智能?!比绻源藶闃?biāo)準(zhǔn)來(lái)界定機(jī)器的智能,那么人工智能的發(fā)展之路仍然任重道遠(yuǎn)。
1.2 人類智能
智能簡(jiǎn)單地說(shuō)就是智慧與能力,是綜合、復(fù)雜的精神活動(dòng)功能,是人運(yùn)用自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新概念并且把知識(shí)和概念轉(zhuǎn)化為解決問(wèn)題的能力。智能活動(dòng)往往和記憶力、感知力、思維、判斷、聯(lián)想、意志等有密切的聯(lián)系,人類的智能表現(xiàn)在能夠進(jìn)行歸納總結(jié)和邏輯演繹,人類對(duì)視覺(jué)和聽覺(jué)的感知以及處理都是條件反射式的,大腦皮層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各種情況的處理是下意識(shí)的反應(yīng)。
1.3 什么是思維
思維是事物的一般屬性和內(nèi)在聯(lián)系在人腦中的間接的、概括的反映。思維的形式包括概念、理解、判斷、推理等。思維往往借助于語(yǔ)言來(lái)表達(dá),由直接的感受即感性思維轉(zhuǎn)化為理性,透過(guò)現(xiàn)象看到事物的本質(zhì),發(fā)現(xiàn)普適性的規(guī)律。芒福德說(shuō)人類是“精神的制造者”而不僅僅是“工具的制造者”,因?yàn)槿祟惥邆渌季S能力。
2 基于“技術(shù)元素”視角下的人工智能
“技術(shù)元素”這一說(shuō)法是凱文?凱利提出的,技術(shù)元素就是從人類意識(shí)中涌現(xiàn)出的一切東西,包括技術(shù)具象的工具,也包括文化、 法律、社會(huì)機(jī)構(gòu)和一切智能創(chuàng)造物。凱文?凱利說(shuō):“科技是人類的發(fā)明,也是生命的產(chǎn)物。”居所是動(dòng)物的技術(shù),是動(dòng)物的延伸部分,人類的延伸部分是技術(shù)元素,科技發(fā)明是我們基因創(chuàng)造的軀體的外延。
2.1 人工智能是技術(shù)進(jìn)化的成果
凱文?凱利認(rèn)為人類的延伸由思維產(chǎn)生,因?yàn)樗季S具有創(chuàng)造力,才促使了技術(shù)的進(jìn)步,才創(chuàng)造出了以往沒(méi)有創(chuàng)造出的東西,所以,“如果說(shuō)科技是人類的延伸,那也與基因無(wú)關(guān),而是思維的延伸。因此科技是觀念的延伸軀體”。
技術(shù)元素伴隨著語(yǔ)言、工具的誕生成為人類不可或缺的伙伴,從古至今,除了極少的例外,各種技術(shù)都沒(méi)有消失,而是進(jìn)化成不同形態(tài)的技術(shù)。人工智能作為一種科技物種,隨著技術(shù)的進(jìn)步而產(chǎn)生發(fā)展,是技術(shù)進(jìn)化的成果。
2.2 人類與技術(shù)共同進(jìn)步
一切生物都有天然的借助外力的本領(lǐng),從鉆木取火到航空航天,人類經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展,或者說(shuō)是進(jìn)化,技術(shù)作為一種手段、一種工具從來(lái)都與人類相伴相生?!凹夹g(shù)元素”賦予技術(shù)以生命,人是技術(shù)進(jìn)化的動(dòng)力,而技術(shù)的進(jìn)化也促進(jìn)了人類社會(huì)的發(fā)展,二者是密不可分的??萍寂c人類正在逐漸融合,或者說(shuō)人類已經(jīng)成為科技最適合的載體;“技術(shù)元素”的發(fā)展雖然具有一定程度的自主性,但是它的發(fā)展軌跡從某種意義上來(lái)說(shuō)也是人類意志的體現(xiàn)。人作為技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力之一與“技術(shù)元素”同步運(yùn)動(dòng)。
3 人工智能能否超越人類
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題人們有兩種極端的看法:一是認(rèn)為人工智能必將取代人類,不久的將來(lái)人類會(huì)淪為機(jī)器的奴隸;二是對(duì)人類的主體地位有著極度的自信,認(rèn)為機(jī)器始終都是被人控制。前者的依據(jù)是人工智能的發(fā)展極其快速,超越了人類智能的進(jìn)化速度,人工智能取代人類只是時(shí)間問(wèn)題。后者的依據(jù)是人工智能不具有生命特征,無(wú)法融入生物圈從而和自然發(fā)生聯(lián)系,只能作為人類活動(dòng)的工具而存在。我更偏向于第二種觀點(diǎn),是基于以下幾個(gè)原因:
3.1 缺乏創(chuàng)造性的“特長(zhǎng)生”
人工智能開發(fā)出的機(jī)器可能是某一個(gè)領(lǐng)域的“特長(zhǎng)生”卻不是全才。比如AlphaGO是圍棋特長(zhǎng)生卻不能唱歌,計(jì)算器是數(shù)字計(jì)算的天才卻不能陪人聊天,情感機(jī)器人負(fù)責(zé)陪伴和情感安慰卻不能真正懂得人類的喜怒哀樂(lè),如此等等,它們按照既定的程序運(yùn)行,各司其職、各得其所,不會(huì)偏離軌道也不懂得創(chuàng)造。
塞繆爾說(shuō):“機(jī)器不能輸出任何未經(jīng)輸入的東西?!蹦壳白钕冗M(jìn)的機(jī)器人也是依賴于軟件運(yùn)行,軟件是通過(guò)人來(lái)完成更新升級(jí),人工智能實(shí)際上是人類智能的外在表現(xiàn)。人體是一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng),人有特定的背景和生活習(xí)慣,人腦的發(fā)育會(huì)受到所經(jīng)歷的事件和社會(huì)環(huán)境的影響,能夠靈活運(yùn)用,組合所接受的信息,具備綜合分析問(wèn)題的能力。人腦的控制系統(tǒng)復(fù)雜和精密程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)智能機(jī)器人,因此,人工智能在技術(shù)上不及人類智能,它依賴人類智能而進(jìn)化,能夠勝任人類制定的任務(wù),卻缺乏人類智能的創(chuàng)造性。
3.2 不能思維的人工智能
在回答“機(jī)器能否思維”的時(shí)候,我們首先應(yīng)該對(duì)思維進(jìn)行界定,思維是人腦特有的功能。人腦是一個(gè)高度發(fā)達(dá)的系統(tǒng),是人類意識(shí)活動(dòng)的物質(zhì)載體?!半娔X思維”在功能上會(huì)向人腦思維不斷接近,但是兩者之間存在不可消除的界限,“電腦思維”是一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯過(guò)程,模擬人腦思維功能和思維信息過(guò)程,它在本質(zhì)上區(qū)別于人類思維。人腦思維除了能夠接受外部信息以外,還能對(duì)信息進(jìn)行主觀的加工。人們已經(jīng)能制造出類人機(jī)器人,可是它不能和人一樣思維嗎,因?yàn)樗季S不僅僅是人腦的生理機(jī)能,離開社會(huì)實(shí)踐和人際交往是不能產(chǎn)生思維的。
3.3 是輔助而非替代
人工智能簡(jiǎn)單明了地說(shuō)就是人類用來(lái)改造世界的技術(shù)手段,是輔的工具,而不是對(duì)人類的替代。人工智能出現(xiàn)的歷史并不久遠(yuǎn),前文說(shuō)到了技術(shù)和人類的共同進(jìn)化,當(dāng)人類有能力利用工具來(lái)處理復(fù)雜繁瑣的工作時(shí),這是人類的進(jìn)化,也是工具的進(jìn)化。
人工智能被用于幫助人類進(jìn)行某項(xiàng)工作,才能解放人力,人類智能才可以更好發(fā)揮主動(dòng)性和創(chuàng)造性。人工智能承擔(dān)了人類活動(dòng)中基礎(chǔ)的、不可或缺的、復(fù)雜的工作,從而使人類智能轉(zhuǎn)向更核心的科研創(chuàng)造以及思維和判斷上來(lái)。在人與人工智能的關(guān)系上,二者是相輔相成、相互補(bǔ)充的,而不是互相排斥、完全替代
4 結(jié)束語(yǔ)
人工智能與人類智能的關(guān)系是互為補(bǔ)充、相互制約的,人與技術(shù)的融合是必然的。目前人工智能的更新升級(jí)必須依賴與人類智能,人類智能的進(jìn)化程度關(guān)系到人工智能的先進(jìn)程度“技術(shù)元素”的進(jìn)化也要受到社會(huì)條件的制約。人工智能可能在某一方面出強(qiáng)大的功能,但是它缺乏思維和創(chuàng)造性,這一點(diǎn)是致命的缺陷,工具作為人類器官的延長(zhǎng),是人類智能的外化之物,被人類智能的發(fā)展程度所局限。
參考文獻(xiàn)
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