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人工智能即将进入高中课堂。近日,我国第一本面向中学生的AI教材——《人工智能基础(高中版)》正式。
为什么要在中学开设人工智能课程?这本教材有什么特点?对于中学教师和学生而言,应如何准备才能应对人工智能的教与学?记者对此进行了调查。
全国已有40所学校引入教材
据了解,该教材是华东师范大学慕课中心和商汤科技合作,联合全国多所知名中学教师共同编写,由新闻出版总署批准出版并备案。目前,全国已有40所学校引入该教材作为选修课或校本课程,成为首批“人工智能教育实验基地学校”。
“与其他教材不同,该教材以‘手脑结合’为主要学习方式,不仅关注对人工智能原理的介绍,更加重视这些原理在生活中的运用。”华东师范大学教授,博士生导师陈玉琨介绍说,“作为教材的编者,我们特别希望学生能发挥独特的想象力,设计一些在高中阶段有可能完成的项目,并动手将其转化为独具特色的作品。”
记者看到,该教材共分9个章节,以基础普及性的知识为主,分别介绍了图片识别、声音识别、视频识别、计算机写作和深度学习等人工智能技术的原理和应用场景,每一页都配有彩色图表,并引入了大量科普内容和实例。此外,该教材还配套了一个教学实验平台。
香港中文大学教授林达华表示,目前,人工智能人才面临着全球性短缺,在人工智能和基础教育结合方面,各个国家都还处在探索的过程中,该教材的出版,是人工智能教育的一次重大突破,意味着人工智能将由此走出“象牙塔”,进入高中生的知识范畴。
“今天,技术更迭速度太快,谁也无法预计未来的职业选择,我很乐意让我的孩子在中学阶段就了解掌握一些人工智能方面的知识技能。”一位家长这样告诉记者。
目的在于普及原理引发兴趣
作为一门兼具学术含量和技术含量的学科,对高中学生而言,应该怎样去了解人工智能这门学科;对于高中教师而言,又该如何教学呢?
“大多数中学生的最终职业道路都不会是成为人工智能研究者或工程师,但是未来很多行业都将在不同程度上受益于人工智能的赋能。因此,该学科在中学阶段的教学目标应该定位让学生了解掌握人工智能的基本思想、基础知识以及常用算法和工具。”林达华说。
在陈玉琨看来,人工智能的教学和研究经常要用到高等数学的知识,这已经超出了高中生的知识范围,因此,在中学阶段,教师应注重对相关概念、算法、原理进行定性介绍,“定量的部分,可以留待以后再学。”
多位专家表示,教师在教学过程中,要特别重视对人工智能应用场景的介绍,这不仅会让课堂变得更加生动,学生学习的兴趣更加高涨,同时也会提升师生的思维与创造能力。
“总体而言,在中学阶段开展人工智能课程的主要目的在于普及人工智能的原理与技术,引起学生对人工智能学习的兴趣。当然,也期望能为高等学校培养人工智能领域的拔尖人才奠定相应的基础。”
“校企合作”解决人才缺口
也有专家指出,人工智能是一门新兴技术,中学教师在该领域的知识储备是不足的。
“师资是课程的基础。”上海师范大学教授岳龙表示,“开设人工智能课程对教师的知识结构也提出了新的挑战,因此组建专门的师资培训团队非常重要。”
据记者了解,为帮助教师克服知识储备不足的问题,华东师范大学慕课中心与商汤科技将联合举办多期“人工智能教师研修班”——培养一批人工智能的种子教师,在他们带领下,逐步提升我国教师总体的人工智能素养,从而改善中学教师开展人工智能教育教学面临的困难和挑战。
关键词:人工智能;电气信息类;教学应用
教师在电气信息类专业教育教学中在运用人工智能技术进行教学时,要对人工智能技术的含义和特点进行深入的分析和研究,并且还要了解电气信息类专业的育人目标和教学要求,将人工智能和电气信息类专业教学进行有机的融合,为学生打造全新的教学课堂,从而使学生的专业素质和学习能力能够在人工智能的运用下得到有效的提高,为学生后续的发展提供更多的可能性。
一、人工智能时代的概述
人工智能(ArtificialIntelligence,缩写为AI)亦称智械、机器智能,指由人制造出来的机器所表现出来的智能。通常人工智能是指通过普通计算机程序来呈现人类智能的技术。该词也指出研究这样的智能系统是否能够实现,以及如何实现。人工智能于一般教材中的定义领域是“智能主体(intelligentagent)的研究与设计”,智能主体指一个可以观察周遭环境并作出行动以达致目标的系统。约翰麦卡锡于1955年的定义是“制造智能机器的科学与工程”。安德里亚斯卡普兰(AndreasKaplan)和迈克尔海恩莱因(MichaelHaenlein)将人工智能定义为“系统正确解释外部数据,从这些数据中学习,并利用这些知识通过灵活适应实现特定目标和任务的能力”。人工智能的研究是高度技术性和专业的,各分支领域都是深入且各不相通的,因而涉及范围极广。人工智能是研究使用计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考、规划等)的学科,主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机,使计算机能实现更高层次的应用。人工智能是十分广泛的科学,它由不同的领域组成,它是哲学、认知科学、数学、神经生理学、心理学、计算机科学、信息论、控制论、不定性论、仿生学等多种学科互相渗透而发展起来的一门综合性学科。在人工智能时代下进行电气信息类专业教育改革的过程中,需要对人工智能时代的含义和发展背景进行深入的分析和研究,这样才可以给电气信息类专业教育改革指明一个正确的方向,保证后续工作的科学性和有效性。在2016年的世界经济报告中,人工智能被预测为第4次工业革命的主要技术代表,人工智能的发展将从宏观到微观的各个角度进行相互的渗透以及融合,从而符合各个领域对于智能化技术的新要求和新需求。在人工智能技术发展的过程中,产生了大量的新技术和新产品,也形成了新的产业核心的发展模式[1]。我国经济结构在人工智能时代下发生了重大的变革,由于人工智能技术独特的技术形式和技术模式,深刻地改变着人们的生活方式和生活模式。在一定程度上不仅可以推动我国社会生产力的提高,还有助于推动科学技术水平逐渐朝着智能化和数字化的方向而发展,从中可以看出人工智能技术的发展是时展的必然趋势,并且发展前景是比较广阔的。人工智能技术主要是指将多个学科技术进行有效的整合,其中涵盖了计算机学科、语言学科和心理学科,智能化特征是比较明显的。在实际应用的过程中,由于融合了各种尖端的技术,能够将技术能力和技术思维进行有机的结合,模仿人的工作行为和思维,在当前时代下人工智能技术得到了蓬勃的发展,但是人工智能技术的发展也需要一定的时间和精力。首先,在实际用的过程中相关工作人员进行了机器人的研发,机器人可以在复杂的环境中对信息进行有效的替代和处理,模仿人类的思维进行日常的工作。在后续工作的过程中,相关工作人员进行了数据系统的开发,可以自动化和智能化的对计算机数据进行有效的处理以及分析,在较短时间内提取出有效的信息,完成整个工作流程[1]。随着我国当前科学技术的不断发展,一些工作人员纷纷加强了对人工智能技术的研发力度和开发力度,不仅可以提高计算机的使用效果,还可以及时的发现在计算机系统日常运行过程中所存在的故障。在当前时代下人工智能技术的使用范围在不断的扩展,并且人工智能技术的发展前景是非常广阔的,在计算机网络技术中发挥着独特性的作用和决定性的重要影响的作用。
其次,随着人工智能技术的不断发展,人工智能技术和各行各业进行了相互的渗透以及融合。在当前电气信息专业领域中人工智能技术得到了广泛的应用,并在实际工作的过程中对原有的工作模式进行了有效的改进和创新。一些工作人员在实际工作的过程中构建了自动化的工作模式和工作平台,将人工智能技术完美的融入电气信息领域中,不仅为我国电气信息领域指明了一个正确的方向,也在一定程度上提高了人工智能技术的水平。最后,人工智能技术的发展,在电气信息领域中的影响是迅速扩大的,人工智能的使用会对电气信息行业的各个环节产生深刻的影响,甚至是革命性的变化。人工智能的应用不仅仅停留于行业的技术层面,更加重要的是在人工智能时代下一些新的工作思维和发展理念。作为电气信息类专业的工作人员在人工智能的时代下要提高自身的专业素质和专业水平,根据人工智能时代的特点以及发展方向,对原有的工作模式和工作理念进行深入的改革以及创新,并且还要掌握有关人工智能方面的新技能,从而使得电气信息类专业影响力能够得到有效的提高。但是从侧面来看人工智能技术的发展对于电气信息类专业2本刊特稿科学咨询/教育科研2021年第24期(总第745期)来说是把双刃剑,给实际工作带来了新的挑战,一些工作人员不得不提高自身的专业素养和专业素质,掌握更多的人工智能技术。在当前时代下这种影响和变革已经被普遍认可,因此使我国电气信息类专业行业能够得到良好的发展。高校要对电气信息类专业教育进行适当的改革以及创新,根据当前人工智能时代的发展方向和对人才的要求,对学生的综合素质和创新能力进行良好的培育,从而使学生能够充分的发挥人工智能技术的优势,提高电气信息类专业的水平和质量,再一次加深人工智能和电气信息行业的融合力度。相关负责教师要加强对这一问题的理解,对原有人才培养模式和课程教育重点进行适当的改革和创新,根据人工智能时代和电气信息领域融合的背景,提高课堂教学的科学性和针对性,从而使学生在毕业之后能够获得良好的发展。
二、人工智能对电气信息类专业人才需求的影响分析
人工智能主要是利用计算机对人脑功能进行模拟,具备一定程度的人类认知和分析问题的能力,人工智能是人类所制造的智能化技术,也是机器智能化发展的主要载体。在人工智能发展的过程中,由于是计算机科学领域的一个分支,所以在人工智能研究的过程中,涉及有关语言识别和图像识别方面的功能。在当前时代下,人工智能所形成的热点效应是比较广阔的,人工智能技术的应用,使得各行各业朝着智能化的方向而发展,对于电气信息类专业人才需求来说,也逐渐朝着智能化的方向而发展。电气信息类的教学,主要是为了让学生能够在班级学习的过程中,将理论和实践进行有机的结合,提高学生的实践能力和操作能力,实践性是比较强的。在电气信息类专业发展的过程中各种新兴的技术被应用其中,扩展了电气信息类专业的发展实力,并且人工智能和电气信息类专业进行了有机的融合和渗透。人们在互联网思维的影响下已经形成了互联网思维的发展理念,随着人工智能技术的广泛运用再加上云技术和算法技术的普遍化,这又给电气信息类专业的发展提供了重要的支撑。在相互融合的技术背景下,电气信息类专业也即将进入到人工智能发展的领域中[2]。因此对于电气信息类专业行业的工作人员来说,要了解人工智能时代下先进的信息技术,并且还要结合电气信息类专业在人工智能背景下的新特点,树立新的工作模式和工作理念,从而使得电气信息类专业能够在人工智能技术背景下得到广泛的发展。对于人才需求方面,要求高校要对原有课堂教学模式和课程教学重点进行深入的改革和创新,融入人工智能方面的内容,对学生的综合素质和专业能力进行良好的培育,高校要正确地理解人工智能对电气信息类专业教学的影响,从而使得电气信息类专业能够朝着生态化和持续性的方向而发展。
三、人工智能给电气信息类专业提供的机遇
在人工智能技术中,所涵盖的技术内容相对来说是较为丰富的,这在一定程度上有助于提高电气信息类专业的教学水平和教学质量。从中可以看出在当前时代下的电气信息类专业教育教学中,教师要充分地把握人工智能技术所带来的机遇,从而提高课堂教学的效果和质量。在人工智能技术中包含着语言识别技术和图像辨认技术,也可以对一些语言进行有效的处理和研究。在课堂教学的过程中,教师要充分的发挥人工智能技术的优势,让学生了解当前电气信息领域的发展方向和主要的发展特点[3]。由于电气信息类专业所涵盖的内容是相对来说较为复杂的,学生在日常学习的过程中,需要进行多个学科知识内容的学习,这给学生日常学习和教师的课堂教学带来了诸多的挑战,教师要结合课程教学的内容,对课堂教学模式和流程进行精心的安排。在实际工作过程中,要以计算机作为主要的辅助手段兼容,并且充分利用其他专业领域的技术来开展日常的教学。在课堂教学过程中,教师要充分的利用人工智能技术,对原有课堂教学模式进行深入的改革以及研究,并且结合新一代人工智能发展规划的这一大背景,对原有课程教育模式进行创新和调整,从而给学生提供更加广阔的发展空间。首先,在实际工作的过程中,人工智能技术重新构造了电气信息专业的课程,由于电气信息类的实用性是比较强的,在人工智能的技术下能够取得不一样的教学效果。将语言识别技术和图像辨认技术进行了有机的结合,教师可以充分发挥这些专业技术的优势,提高课堂教学的效果。另外在课堂教学情景中,教师可以利用人工智能技术来实现网络化的教学,并且为学生打造智能化的工厂开展虚拟实验室,从而对学生的专业能力和操作水平进行良好的培育。其次,在电气信息类专业教学中人工智能技术的应用能够对传统课程教育模式进行有效的转型和升级。在以往课程教学中,由于电气信息类专业所涉及的知识学科是相对来说较为丰富的,这给教师的日常教学带来了诸多的问题。比如在实际教学的过程中很难实现课程的有效统一,也无法为学生打造标准化的课程教育体系,在进行个性化和独特性课程教学方面的力度还是不足的,甚至也没有完善的教育体系进行主要的支撑,这给实际的教学工作带来了诸多的问题。随着人工智能技术的应用,在课程教育的过程中,教师可以充分的发挥人工智能技术的优势,对相关信息进行有效的总结和收集。从而为学生打造个性化的教学课堂,并且运用人工智能技术,还可以对不同学生的学习需求进行分析和研究,提高课堂教学的针对性,从而使学生可以更加积极地进行知识内容的学习,实现快乐学习的效果[4]。在专业教育中教师要充分的发挥人工智能技术的优势,提高人工智能技术的应用性效果,对学生的知识需求进行深入的挖掘以及研究,从而使学生的学习质量能够得到有效的提高。与此同时,在课程教育的过程中,教师还可以进行课堂情景的构建,通过网络化的教学为学生再现一些生活中的真实案例,为学生全面素质的提高奠定坚实的基础。
四、人工智能技术在电气信息类专业教育教学中的应用路径
(一)转变人才培养目标在人工智能时代下的电气信息类专业教育中,由于原有的教育重点和人才培养模式已经无法顺应人工智能时代的发展特点和对人才的需求了,所以在实际工作的过程中,要对电气信息类专业教育进行有效的改革,帮助学生在毕业之后能够获得稳定的发展。首先,在对电气信息类专业教育进行改革时,要转变人才培养的目标,这主要是由于人工智能技术在电气信息类专业行业中的运用对各个环节都产生了非常深刻的影响,并且电气信息类专业对于人才的需求发生了很大的变化。比如,对人才的知识结构和专业技能方面都和传统发现模式有所不同,在电气信息处理的过程中提出了诸多的要求。相关电气信息类专业从业者不仅要具备完善的理论知识,还要具备创新性的思维能力,能够面对当前变化多端的人工智能时代,具备新的技术和新的思维,灵活地运用在实际工作中所存在的问题。因此对于电气信息类专业教育来说,要对人才培养目标精准定位,实现良好的变革。其次,电气信息类专业要着眼于当前国际发展方向和新业务的特征,了解有关业态产品和专业能力方面的内容。从这些问题入手提出正确的人才培养目标,并且对原有课程教学进行改革和创新,从而促进学生能够在课堂学习的过程中加深对人工智能技术的了解,提高学生的专业素质和创新能力。
(二)升级人才培养模式在人工智能背景下对电气信息类专业教育进行改革时,要在原有育人模式的基础上实现有效的升级,改变传统的课程教学设置。当前大部分电气信息类专业院校还是采用之前偏理论的课程来对学生进行知识内容的讲授,虽然这些理论知识是学生在学校学习期间必须要掌握的内容,但是假如仍然向学生讲述这些课程的话,也没有将理论和实践进行相互的结合,使得学生无法在人工智能时代下得到良好的发展,因此相关负责教师在实际教育工作中要对原有人才培养模式进行转型和升级。电气信息类专业教师要根据当前电气信息行业的发展和对人才的要求,对课程教育内容进行重新的调整。首先,在实际教育的过程中要向学生全面地展示先进的人工智能技术,技术是推进电气信息专业前进的动力之一。但是在原有的电气信息类专业教育中,教育技术的实施和教学并没有受到相关负责教师的重视,教师在班级教学的过程中,也没有为学生融入当前先进的人工智能技术和运用案例,提高学生的专业素质。在人工智能时代下,人机协作是当前主要的工作模式和发展模式,因此对于电气信息类专业教育来说,要对人才培养课程结构和课程重点进行有效的调整和创新。教师在教学中不仅要加入有关以往课程的教育内容,还要对课程进行有效的扩展,融入新媒体和人工智能技术应用相关的课程。比如教师可以立足于教材中的内容,为学生创设多样化的实训活动和实践操作平台,在学生实践的过程中要融入先进的人工智能技术,这些教学模式的运用不仅可以让学生了解人工智能技术的实际应用情况,还可以多方位的锻炼学生的创新能力和实践应用能力。所以相关高校要适当的借鉴这一教学经验,提高课程教学的针对性。其次,在育人模式中还要加强对学生创新思维和操作能力的培养,在人工智能背景下,电气信息的发展模式和主要的发展方向都发生了一定的改变。在当前电气信息领域发展的过程中,为了使自身能够在人工智能背景下得到有效的发展需要创新和创意的人才,并且要求这部分人才能够掌握先进的人工智能技术,根据电气信息发展的实际需求和人们对电气信息的要求,从而生产出个性化和特色化的产品。在育人模式升级中,教师要将专业和特色进行有机的融合,构建新的教育思路,过硬的专业素质才是人才升级的重要基础。在人工智能时代下,信息的来源和途径逐渐朝着多样化的方向发展,在这些繁杂的信息中既有重要的信息也有多余的信息,所以要使学生能够对这些信息进行有效的辨别。高校在制定人才培养模式中,要专业性的锻炼学生的工作能力和专业素质,从而使学生能够在这些大量的信息中提取有用的信息,提高电气信息类专业的有效性。
(三)引入任务驱动的实验模式在人工智能背景下对院校电气信息类专业进行教学时,教师要在保留原有学习项目的同时,立足于学生当前的理解能力,开发新的教学内容。在教学中教师要求学生进行独立性的思考,并且教师还要对学生的学习思路进行适当的引导以及启发,使学生可以运用课堂中所学到的知识内容灵活的解决实际实验过程中所存在的问题。教师要引导学生运用不同的方法进行学习,鼓励学生进行大胆的设计以及验证。教师在班级教学的过程中,可以为学生引入任务驱动式的教学模式任务,驱动式的教学模式主要是以学生为中心,教师要立足于教材中的内容和课堂教学的目标为学生布置相关的学习任务,实现综合性的学习效果。在为学生布置学习任务时,要融入当前先进的人工智能技术,让学生充分的发挥人工智能技术的优势来完成教师所布置的任务。教师要在任务驱动式的教学模式中增加一些设计型和创新型的学习活动,让学生直接深入到实践学习中进行方案的设定以及验证,并且对最终的实验结果进行多方位的分析以及讨论。在班级教学的过程中,教师要让学生围绕着一个教学目标来开展日常的学习,并且学生在学习和验证的过程中,教师还要加强和学生之间的互动和交流,从而对学生的实验方向和实验思路进行有效的引导,使学生可以在强烈的学习兴趣和学习动力的驱动下进行自主性的探索以及学习,并且也可以在班级中形成良好的互动。
(四)利用人工智能技术进行辅的教学在电气信息类专业教学课堂中,教师在利用人工智能技术进行教学时,要在原有课程的基础上充分地发挥人工智能技术的优势,从而对实际教学起到一个良好的辅助作用。比如,在实际教学的过程中,教师需要将理论知识和学生的实践学习进行相互的结合,提高课堂教学的真实性和有效性,在课程内容中要围绕着各种企业的实际项目来让学生进行知识内容的学习,教师要利用人工智能技术的优势为学生展现真实的一线工作现场,让学生全面的感受工作的环境,不仅有助于提高课堂教学的效果,还可以让一些抽象的理论知识变得生动和直观,促进学生学习效率的提高。
(五)在电气设备故障诊断中的应用在电气设备故障诊断中,人工智能技术中的模糊理论、人工神经网络和专家系统的应用比较广泛。以前我们常常面临的问题是,当电气设备出现问题或故障时,总是表现出比较复杂的症状,采用传统处理手法难以对问题做出准确判断和查找,人工智能技术则很好地解决了上述问题。比如发电机的设备故障具有非线性、不确定和复杂性的特征,传统论断方法准确率非常低,而通过人工智能技术中模糊理论和专家系统的综合应用,能大大提高故障论断的准确率。
关键词:人工智能 优选教材 考核方式内容 手段 实践
人工智能(Aritificial Intelligence,英文缩写为AI)是一门综合了应用数学、自动控制、模式识别、系统工程、计算机科学和心理学等多种学科交叉融合而发展起来的的一门新型学科,是21世纪三大尖端技术(基因工程、纳米科学、人工智能)之一。它是研究智能机器所执行的通常与人类智能有关的职能行为,如推理、证明、感知、规划和问题求解等思维活动,来解决人类处理的复杂问题。人工智能紧跟世界社会进步和科技发展的步伐,与时俱进,有关人工智能的许多研究成果已经广泛应用到国防建设、工业生产、国民生活中的各个领域。在信息网络和知识经济时代,人工智能现已成为一个广受重视且有着广阔应用潜能的前沿学科,必将为推动科学技术的进步和产业的发展发挥更大的作用。因此在我国的大中专院校中开展人工智能这门课的教学与科研工作显得十分紧迫。迄今为止,全国绝大多数工科院校中的自动控制、计算机/软件工程、电气工程、机械工程、应用数学等相关专业都开设了人工智能这门课程。南京邮电大学自动化学院自2005年成立至今,一直将“人工智能”列为自动化专业本科生的选修课程,到目前为止已经有八年的历史了。由于南京邮电大学是一所以邮电、通信、电子、计算机、自动化为特色的工科院校,因此,学校所开设的许多专业都迫切需要用人工智能理论和方法解决科研中的实际问题。在问题需求的推动下,南邮人经过多年的努力工作,在人工智能科研方面取得了丰硕的成果,如物联网学院所开发的现代智能物流系统、自动化学院所开发的城市交通流量控制与决策系统,为本课程的开设提供了典型的教学案例。我们结合近几年的实际教学经验,从优选教材、考核方式、教学内容调整、教学手段的改进和实践教学等方面对人工智能课程教学方法进行了总结归纳。
一、优选教材
目前,国内有关人工智能课程的中英版教材种类非常多,遵循实用、简单、够用的原则,再经过授课老师和学生们的共同调研,我们选用由中南大学蔡自兴教授主编的《人工智能及其应用》第三版作为南邮本课程的授课教材。本书覆盖的人工智能知识体系比较全面,包含知识表示、搜索推理、模糊计算、专家系统等。本书主要针对计算机、自动化、电气工程等本科专业的学生所编写,内容基础,难度适中。蔡教授所编写的这本教材全面地介绍了人工智能的研究内容与应用领域,做到了内容新颖、简单易懂、兼顾基础和应用,受到了全国广大师生们的一致好评,多年的教学实践证明我们所选择的教材是恰当的、正确的。
二、考核方式
在全国大部分高等院校,“人工智能”这门课大都选择开卷考试的方式来进行考核。为了强化学生对人工智能这门课基础知识的掌握,南京邮电大学自动化学院选用闭卷考试的方式来进行考核。为了打消部分学生想在期末闭卷考试中通过作弊手段来完成人工智能这门课考核的侥幸心理,我们加强了对学生平时考勤成绩、课下作业成绩和实验成绩的考核,从而杜绝了“一纸定成绩”的现象。我们对人工智能这门课的最后期末成绩是按如下权重来划分的:平时考勤成绩占10%、课下作业成绩占10%、实验成绩占20%、最后的期末考试卷面成绩只占60%。为了克服国家现行教育体制的弊端,避免学生“机械式”地的应对教学和考试,我们对考试题型进行了调整,不再是以往的填空、选择、简答等题型,而是改为以解决实际问题为导向的应用题型为主,这样学生只需要在理解授课内容的基础上利用自己的思维来解题就可以了,这也体现了国家目前正在提倡的应用型教学导向。
三、教学内容调整
对于本科生而言,人工智能这门课程所需要讲授的内容实在太多,由于课时所限,我们必须精简教学内容,让学生在掌握基础知识的同时,也能够了解它的具体应用。因此,我们将人工智能这门课程的教学内容分为两个部分:第一部分是基本理论和方法,包括人工智能的概述、知识表示方法、确定性推理方法等;第二部分为人工智能研究成果的具体应用,包括神经元网络计算、模糊智能计算、专家知识库系统、机器语言学习等。通过对教材内容的合理调整和安排,使得授课计划能够比较全面地覆盖了人工智能这门课程的基本知识点,从而满足了学生们的求知需求。
四、教学手段的改进
(一) 激发学生的学习兴趣
经过长时间的教学我们发现,在选修“人工智能”这门课程时,每个学生的心中所想各有不同,这些学生在刚开始学习时兴趣还比较强烈,但随着教学内容变得越来越抽象,学生逐渐对这本课的学习失去了信心,甚至上课时间不去听课,使授课教师对教学也渐渐失去了信心,导致恶性循环,严重影响了教学质量。针对这种现象,我们认为,在开课前充分激发学生的学习兴趣是很有必要的。我们要结合学校的实验条件,开课前给学生演示“机器人医疗服务”实验,通过该实验的演示,让学生们看到机器人能够给病人提供多项人性化的服务,理解人工智能技术在开发医疗服务机器人多项关键技术中的应用,让学生在开课前能够对本课程的学习产生极大的兴趣,实践证明这种方法是有效的。
(二) 借助多媒体教学
多媒体教学是现代教学过程中一种非常重要的形式,它往往根据教学目的和学生们的特点,通过合理的设计、选择教材内容,应用公式、图形、文字、视频等多种媒体信息进行有机组合并通过电脑和投影机显示出来,与传统教学手段相结合,形成合理的教学过程结构,达到最优化的教学效果。人工智能这门课具有针对性强、内容抽象、公式繁琐等特点,学生学习起来比较困难,为了让学生生动、形象地学习该课程,我们在教学过程中充分利用了多媒体技术来组织教学。例如在课堂教学过程中播放南邮自动化学院梁志伟博士带领学生所开发的“智能足球机器人”比赛片段;让学生在线观看北京大学工学院谢广明博士带领学生所开发的“自主视觉机器鱼”录像片段等。在讲解某些重要的求解算法时,借助Matlab软件和投影机,直接展现该算法的求解过程,从而改善了课程教学的形式,提高了教学质量。
(三)提倡课堂辩论
我们在教学过程中打破了传统的“老师讲课学生听课”的教学模式,多次组织课堂辩论,辩论的主题包括人工智能研究过程中出现的技术困惑、人工智能研究成果转化中的市场前景等。如组织了“电脑PK人脑”“电脑是否让电视消失”“电脑的未来发展方向在哪里”等一系列辩论会。经过激烈的辩论,无论正方还是反方都感觉自己收获很大,增长了知识,开阔了眼界。在教学过程中通过将学生由“被动听课”角色变换为“主动参与”角色,大大地调动了学生的学习积极性,从而提高了课堂教学质量。
五、实践教学
实践教学是课堂教学不可缺少的重要组成部分,通过让学生亲自动手实验来对理论知识进行检验和应用是目前国内外各个大学提高学生综合素质、增强学生市场竞争力的重要手段。人工智能实验教学的目的是让学生通过亲自动手体会授课中的各种智能控制算法,从而使学生能够更加形象地掌握课本知识。人工智能教学计划安排了4学时实验课,设置了“传教士和野人过河”“机器人路径规划”这两个人工智能问题,要求学生独立完成这2个实验题目的编程,并书写实验报告。通过实验,学生动手实践了课堂上所掌握的理论知识,加深了对智能算法的理解。
人工智能是一门实用性较强的课程,我们总结了近几年来的教学经验,从优选教材、考核方式、教学内容调整、教学手段的改进和实践教学五个方面对人工智能课程教学进行了总结。从学生的反馈来看,我们所总结的教学经验对于指导新教师讲授“人工智能”这门课程具有积极的作用,需要指出的是,我们仍有很多不足之处,需要在以后的教学过程中不断努力完善,提高自己的教学能力,争取更好的教学效果。
参考文献
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[4]赵海波.人工智能课程教学方法的探讨[J].科技信息,2011,(7):541.
关键词:人工智能技术;教学方法;编程能力
中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)16-3865-02
1 概述
2008年11月16日,中国科协成立50周年新闻会在北京召开。在新闻会上,“五个10”系列评选活动,即10位传播科技的优秀人物、10部公众喜爱的科普作品、10个公众关注的科技问题、10个影响中国的科技事件、10项引领未来的科学技术评选结果揭晓。10项引领未来的科学技术是:基因修饰技术;未来家庭机器人;新型电池;人工智能技术;超高速交通工具;干细胞技术;光电信息技术;可服用诊疗芯片;感冒疫苗;无线能量传输技术。
人工智能技术学科是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。指人类的各种脑力劳动或智能行为,诸如判断、推理、证明、判别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动,可以用某种智能化的机器来予以人工实现[1]。
通过《人工智能技术》课程的学习,使学生对人工智能技术的发展概况、基本原理和应用领域有深入了解、对主要技术及应用有一定掌握,并对现代人工智能技术发展的方向有所研究。通过人工智能技术课程的学习与研究,启发学生对人工智能技术的兴趣,培养知识创新和技术创新能力,并能将人工智能技术融入到今后所开发的计算机软件之中。
《人工智能技术》是一门众多学科交叉的新兴课程,其涵盖范围广,涉及知识点多,知识更新快,内容抽象,不容易理解,理论性强,而且需要较好的数学基础和较强的逻辑思维能力,这给该课程的讲授带来了一定困难。《人工智能技术》也是一门应用型学科,怎样将理论运用到实践中,使学生将学到的人工智能技术知识和思想运用到自己的实际课题,这也是该课程需要解决的问题之一。
因此,对《人工智能技术》课程教学来说,我们要了解课程的最新信息,把握课程的特点,帮助学生找到好的学习方法,使他们能充分发挥自己的创新思维能力,提高学习兴趣,该文给出了《人工智能技术》课程的教学与实践的探索。
2 教学与实践的探索
2.1 教材和实验教学内容的选取
1) 人工智能技术是整个计算机科学领域发展最快,知识更新最快,最前沿的学科之一。在教材选用方面,我们采用了蔡自兴教授等主编,由高等教育出版社出版的《人工智能基础》这本教材。蔡自兴教授的主要研究领域为人工智能、机器人学和智能控制等。这本教材是作者在美国国家工程院院士、普度大学教授傅京孙先生的指导和鼓励下编写,借鉴了国内外人工智能技术研究领域专家的最新研究成果和学术书籍的长处,该书比较全面地介绍了人工智能技术的基础知识与技术,材料新,易于理解,兼顾基础及应用[2]。
此外,我们还给学生自主学习提供多种类型的学习资料,其中包括参考书目,如:Russel S, Norvig P.等编著的《Artificial Intelligence: A Modern Approach》一书,人工智能技术国内外期刊,如电子学报,计算机学报,人工智能与模式识别,Artificial Intelligence,Journal of Artificial Intelligence Research,Engineering Applications of Artificial Intelligence和International Joint Conference on Artificial Intelligence,AAAI: American Association for AI National Conference等人工智能技术会议,使学生能够掌握人工智能技术的更多前沿动态,提高学习兴趣。
2) 配套的实验教学内容。《人工智能技术》是一门理论性和实践性都很强的课程,实践性教学环节对该课程尤为重要。除了完成课本上的作业之外,还注重实验教学,培养学生的创新能力、算法设计能力和编程能力。首先,每个章节设置相应的实验,而实验内容经过严格的考虑,如:五子棋游戏,产生式系统,旅行商问题,传教士和野人问题,BP神经网络实现简单的分类,遗传算法、人工生命程序等,要求学生运用所学章节的知识,独立地设计和实现实验内容。实验报告包括简述实验原理及方法,给出程序设计流程图,源程序清单,实验结果及分析等内容,通过这种方式,进一步加强学生的信息获取能力和研究能力。
2.2 教学方法和手段的改革
人工智能技术课程交叉性强,涉及面广,传统的教学方法手段单一,缺少交流,课堂气氛沉闷,激发不起学生的学习兴趣,教学效果不理想。人工智能技术这门课程内容抽象,如何激发学生的学习兴趣是本课程需要解决的主要问题,也是关系教学改革成败的关键。本课程需采用多种方法进行教学,以此来激发学生的学习兴趣。
1) 问题启发式教学。《人工智能技术》这门课程中有很多似是而非、引人入胜的问题,主要是用计算机模拟人类的智能来解决这种问题。在教学中,有目的的提出这些问题,鼓励学生思考,提出自己的想法和解决方案,并进行分析和比较,这样强化学生的主动学习意识,提高学习积极性[3]。
2) 个性化学习和因材施教。学生中存在计算机专业和非计算机专业本科毕业的差别,由于他们每个人的基础不同,有的计算机知识比较匮乏,因此有必要针对每个学生的学习进度,课堂作业和实验报告情况进行及时评估,对学生提出个性化的教学。例如:在实验教学中,要求有能力和兴趣的学生可以做探究性和创新性的附加实验,从而引导学生发挥个性的空间,而对稍微吃力的学生则要求完成基本的实验,更注重基础知识的学习和夯实,这样就能达到因材施教的目的。同时对不同层次的学生进行分析,进一步提出学习建议,并进行有针对性的指导。
3) 多媒体使用和多学科知识的融合。本课程PPT课件图文并茂,提纲挈领,便于学生理解。课堂讲授、板书与PPT手段相结合,注重课程中的关键词用英文表示,并适当指定英文参考书,使学生能够接触国外文献资料,加深对学习内容的理解,获得更宽广的知识。PPT课件运用了大量多媒体技术,如动画、声音、图像,通过动画和视频演示抽象的概念、算法和过程,使人工智能技术中抽象的知识形象化,在课件中融入了文学,历史等其他学科的相关知识,便于学生较好地理解知识难点和重点[4]。
4) 师生互动和课内外答疑。在教学中,改变了传统的老师讲,学生听的教学模式。针对人工智能技术的实用性,适当提问,收集学生学习情况,尽量使用实例进行讲解。设置了实验讲解互动课程,对于实验的讲解,学生可以提出疑问,然后在课堂上展开讨论,学生可以看到问题从提出、分析到解决的整个过程,让学生自己在讨论中总结结论。为了解决教学中存在的疑难问题,还设有课后答疑,使学生能将所有的问题都理解透彻。
5) 理论研究与实践结合。在教学内容的安排上,注重学生的理论研究和动手能力,适当布置一些课程相关的论文和实验编程。通过课程论文,可以培养学生钻研问题的兴趣; 通过查阅科技文献使学生掌握如何查找相关文献的技能,可以培养学生撰写科技论文的能力。通过实验实践,使学生可以更加清楚地了解人工智能技术基本概念和难点,也能了解算法的设计具体运行过程,并对其进行验证,提高了学生的编程能力和和学习兴趣。
6) 考试考核方式改革。本课程的考核考试也是一个值得探讨的问题,本课程应采用多种综合考试方法,注重学生对基础概念、知识和基本的技能的掌握以及理论联系实际的能力。平时作业考核成绩,实验实践教学成绩、提交课程论文成绩,以及最后的期末考试成绩形成一种有效的考试考核方法,促进学生主动学习,提高教学质量。实验的评价指标在于算法设计、编程的准确性和实验结果及分析。课程论文评价指是选题是否严谨科学和具可研究性,论文结构、思路是否严谨,论文内容科学性、正确性,能否提出自己的见解。考查查阅科技文献的能力主要通过是否查找到权威的、最新文献以及撰写是否规范。
2.3 学生学好《人工智能技术》课程的建议
《人工智能技术》是一门理论与实践相结合的应用课程,学生如何学习这么课程,也是我们应该探讨的问题。
学生应该正确看待《人工智能技术》这门科学的发展。人工智能技术孕育于20世纪30、40年代,形成于60、70年代,发展至今,人工智能技术只有短短60多年的历史,它是一门不断发展和完善的崭新学科,还有许多课题处于探索中,理论和技术还远未成熟,我们应该对它有科学的认识。
针对非计算机专业本科毕业的学生,除了课堂听讲之外,还应该课下自学该课程的先修课程,如:数据结构、离散数学等课程。人工智能技术中涉及到大量的数学知识,如:模式识别需要具有较好的概率论,数理统计知识,另外还会用到少量随机过程、模糊数学的一些知识。人工智能技术是一门应用课程,编程语言的掌握必不可少,涉及到SVM算法,粒子群算法,免疫算法神经网络,遗传算法等算法,实现这些算法要求学生具有较强的编程能力。
学生应该多读,多查阅资料,特别是国外的期刊文献和重要国际会议论文,多了解人工智能技术最前沿的信息,理论联系实际,加深对基本算法的理解,并将人工智能技术的知识运用到自己所研究的领域,以做到学以致用。
3 结论
人工智能技术在一定程度上代表着信息技术的前沿,该文对《人工智能技术》的课程教学进行了一些探讨,教学与实践效果有了显著提高,但仍然有许多方面还需要我们继续探讨和改进。
参考文献:
[1] 蔡自兴,徐光佑.人工智能技术及其应用[M].北京: 清华大学出版社,2003.
[2] 蔡自兴,肖晓明,蒙祖强,等.树立精品意识搞好人工智能技术课程建设[J].中国大学教学,2004(1):28-29.
关键词:人工智能发展;会计工作;挑战分析;应对探讨
目前,人工智能在会计管理工作中不断普及,人工智能的使用不仅在很大程度上提升了生产单位的工作效率,还能更加准确地处理财务信息。未来,人工智能将逐渐地应用到每一个角落,因此,我们应该正确看待人工智能所带来的一些问题,对于应对人工智能的替代工作要提早做出准备。
1人工智能发展对于会计的挑战
对于会计工作而言,人工智能带来的挑战主要包括以下两个方面:一是部分会计工作将被具有人工智能的机器取代。随着计息机信息技术的不断发展,会计行业的工作方式其实早就已经开始发生变化。到目前为止,最早的手工核算几乎已经全部被会计电算化所代替。随着人工智能的迅猛发展,会计行业中的很多工作都会被人工智能取代,例如填制会计凭证、登记会计账簿、编制会计报表、管理会计档案、会计科目分类等等,凡是具有规律性的基础工作到最后会全部被人工智能代替。根据相关研究统计,在未来二十年之内,人工智能将会取代50%以上的会计岗位。二是人工智能在会计工作中的大规模应用可能引起失业危机。从社会和技术进步来说,人工智能在会计工作中的大量应用可以大幅提升工作效率,同时还能够利用计息机统计汇总和数量的优势,为生产单位的经营决策提供准确有效的数据,并籍此提升生产单位的整体效率和经济效益。但是,根据相关统计,目前从事会计基础性工作的人员比重占会计人员总数的50%至70%,对于这一部分人员来说,人工智能的高度发展会产生巨大的替代效应,当人工智能在会计工作中应用越广泛,引发的会计失业人员就会越多。因此,人工智能大量应用的时代,也是从事会计基础工作人员产生失业危机的时代。
2人工智能发展背景下会计工作的相关应对措施
2.1适应时展,积极利用人工智能
科学技术是第一生产力。人工智能虽然对会计工作构成了挑战,但是时代的发展和进步不可逆转。因此,在人工智能高速发展的今天,从事会计工作的人员不仅不应该拒绝和排斥人工智能,相反地,应该转变观念,认清形势,努力去学习掌握人工智能在会计工作中的应用方法,提高工作效率和工作质量。让人工智能工具成为自己工作中的得力帮手,利用这些工具来高效完成会计基础性工作。同时,加强专业理论学习,提高工作能力,利用节省下来的时间集中完成难度大、情况复杂的会计工作,在人工智能来临的时代实现自身的进步。
2.2提升工作层次,实现升级转型
从目前情况来看,人工智能在会计工作中的应用还只停留在于基础性、重复性高的工作方面,而对于需要较高思维能力的会计工作,人工智能还难以胜任。例如人工智能虽然能够快速整理出财务数据,但是读出财务数据背后的信息,准确评价生产单位的整体发展能力,结合财务数据对企业战略、运营质量、竞争能力、风险价值等作出评判,人工智能还难以做到。即使是人工智能与大数据技术结合,目前也无法做到对高级财务管理人员的替代。基于此,会计工作人员在人工智能发展的时代,可以打破本专业的限制,在掌握财务专业知识的同时,多涉足企业管理,由传统的会计向管理型会计转型。另外,还应该利用各种工作机会,站在单位发展的高度,进行财务分析、出谋划策,提升自己在生产单位的价值和层次。
2.3围绕专业发展,变更工作内容
会计工作人员必须认识到,相对于人工智能而言,人的思维具有独创性。人工智能归根到底,也只是对于人的思维的模仿和拓展,控制和决定人工智能的最终仍然是人。在人工智能得到发展的时代,会计专业学科本身也会同步实现发展。随着会计学原理的不断丰富和完善,会计方法应用也将发生很大改变,会计人员的工作内容也会随之改变。一是随着会计原理和会计方法的调整,会计人员在利用人工智能的时候,必须进行相应的调整,以达到工具使用与工作目的的统一;二是随着人工智能工具的发展,除了一些具有固定模式的工具以外,提供给会计人员由其结合实际需要,自主开发利用的软件工具将会越来越多,会计人员应该加强学习,掌握人工智能工具,使其变成自己工作的利器。
2.4关注行业动态,自我优化升级
作为会计人员,在人工智能快速发展的背景下,必须时刻关注行业动态,树立终生学习的理念,不断实现自我优化升级。会计人员应认识到,会计专业作为一门学科,在国民经济发展中具有不可替代的作用,不管人工智能如何发展,改变的只是工作方式和内容,会计专业本身不会消亡。因此,会计人员在工作的同时,要密切关注本行业的发展动态,按照行业发展方向来调整自己的职业目标,并根据职业目标进行规划,学习相关的知识和技能,在工作中多掌握一些管理技能,努力提升财务分析能力和预判能力,以自我优化升级来应对专业变化和人工智能发展。
3结束语
在人工智能快速发展和应用的背景下,会计工作人员必须适应时展,积极利用人工智能,不断提升工作层次,关注行业动态,实现升级转型;高等教育中的会计专业也应面向人工智能,改革教育模式,培养出适应新时期发展的会计人才。
参考文献
关键词:人工智能;学习兴趣;教学方法
1956年,在美国Dartmouth大学,由数学家J.McCarthy和他的三位朋友M.Minsky、N.Lochester和C.Shannon共同发起一个历时两个月的夏季学术讨论班,他们在此讨论班上第一次正式使用了人工智能(Artificial Intelligence)这一术语。人工智能是一门多学科交叉的课程,涉及计算机科学、数学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、哲学及语言学等多个学科,是新理论和新技术不断出现的综合性学科。当前,人工智能领域加强了从人类智能与生命现象中汲取养分的趋势,加快了向分布式系统与复杂系统靠拢的步伐,智能化的应用更为深入,影响更为广泛,其发展已对人类的经济、社会、文化等方面产生了深远影响[1]。
1人工智能导论课程特点
人工智能导论是人工智能领域的引导性课程,介绍人工智能的基本理论、方法和技术,目的是使学生了解和掌握人工智能的基本概念和方法,为进一步学习奠定基础。人工智能是计算机科学与技术学科一门重要的基础课程,需要相关课程作支撑。离散数学、概率论与数理统计等课程是其数学基础,数据结构、程序设计基础、算法分析与设计等课程则为人工智能中知识表示、逻辑推理和问题求解提供了设计与实现手段。与其他软件课程相比,人工智能课程有鲜明的特点,主要表现在思想方法上强调启发性、算法上强调不确定性。同时,由于人工智能是一个新思想和新技术层出不穷的开拓性领域,因此其对学生的训练是鼓励创新的,具有其他课程不可替代的作用。
人工智能导论是计算机相关专业的必修课,在许多信息类相关的本科教学中也有开设,一般开设在第六或者第七学期。我国目前本科教育的定位是专才教育,培养某方面的专业人才。完成公共基础课程和部分专业基础课程的学习之后,本科高年级学生应该了解本专业的应用领域和发展前景,因此在教学过程中要注意内容的专业性和应用性。由于本科阶段学生缺乏科研意识,初步的科研训练设置在第八学期,即所有课程学习完毕之后的毕业设计,而人工智能课程强调科研性,因此教学难度较大,由此带来的最直接后果就是学生学习兴趣不高。同时,对有志于读研的学生而言,本科阶段的学业也是研究生教育的起点,在教学过程中要适时的进行科研引导,提升学生对科学研究的兴趣,为研究生阶段打下基础。可见,圆满完成人工智能导论课程这一教学任务是重要且极具挑战性的。
2教学内容安排
人工智能的研究和应用领域非常广泛,包括问题求解、机器学习、自然语言理解、专家系统、模式识别、计算机视觉、机器人学、搏弈、计算智能、人工生命自动定理证明、自动程序设计、智能控制、智能检索、智能调度与指挥、智能决策支持系统、人工神经网络、数据挖掘和知识发现等。人工智能导论旨在为这些具体领域的研究提供引导和基础保障。
人工智能导论课程涵盖内容较多,因此需要明确“精讲”和“泛讲”的内容,以使教师和学生在教学活动中都有所侧重。当然,首先应和学生说明,泛讲并不代表内容不重要,只是由于课程性质和课时的关系,暂时不作深入探讨。日后如有需要,可在此基础上进一步学习和研究。结合当前人工智能学科的发展状况,根据教学大纲和作者的教学经验,对人工智能导论课程教学内容的精讲和泛讲安排如表1所示。
3提升学生学习兴趣的教学方法
3.1穿插背景故事
为激发学习积极性,针对学生喜欢听奇闻轶事、想象力丰富的心理特点,通过讲述一些与教学内容有关的故事或者趣事来吸引其注意力,辅助思维并丰富联想,使学生在愉悦中完成学习[2]。下面列举几个我们在课程教学中用到的背景故事,通过这些故事,不但传授了知识,也活跃了课堂气氛。
1) 人类智能的计算机模拟与人机大战。
讲授人类智能的计算机模拟时,可以给学生简述一下IBM公司的超级电脑和国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫之间的人机大战,以促进学生对人类智能和人工智能的进一步思考。北京时间1997年5月12日凌晨4点50分,在美国纽约公平大厦,当IBM公司的“深蓝”超级电脑将棋盘上的一个兵走到C4的位置上时,国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对“深蓝”的人机大战落下帷幕,“深蓝” 以3.5U2.5的总比分战胜卡斯帕罗夫。2003年1月26日至2月7日,卡斯帕罗夫与深蓝的升级版“小深”又进行了一场人机大战,先后进行了6局比赛,最终卡斯帕罗夫以1胜1负4平的结果和“小深”握手言和。这也表明了人工智能和人类智能之间的较量还将持续下去。
2) 问题规约法与老和尚说教。
问题规约法是从要解决的问题出发逆向推理,建立子问题以及子问题的子问题,直到最后把初始问题归约为一个本原问题集合。本原问题指不能再分解或变换且直接可解的子问题。可见,问题规约的本质是递归的思想。此时,可以给学生简述我们小时候就听说过的老和尚说教的故事,即“从前有座山,山上有座庙,庙里有个老和尚,老和尚对小和尚说,从前有座山……”。
3) 模糊理论与秃头悖论。
模糊推理是一种重要的不确定性推理方式,是指基于模糊理论进行的推理。讲授模糊理论时,可以先讲一下秃头悖论让学生讨论。一个人有10万根头发,肯定不能算秃头,不是秃头的人,掉了一头发,仍然不是秃头,按照这个道理,让一个不是秃头的人一根一根地减少头发,就得出一条结论,即没有一根头发的光头也不是秃头!秃头悖论的出现源于在严格的逻辑推理中使用了“秃头”这一模糊概念,因此需要以模糊逻辑代替传统的二值逻辑解决该问题。
3.2课堂辩论和多媒体教学
人工智能从其诞生之日起就充满争议,各种学派的争论使得人工智能的发展更趋完善,加快了其纵深发展。目前,人工智能的争论主要有两方面,即研究方法的争论和技术路线的争论。前者争论的主要问题有人工智能是否得模拟人的智能;对结构模拟和行为模拟是否可以分离研究;对感知、思维和行为是否可分离研究;对认知与学习以及逻辑思维和形象思维等问题是否可以分离研究;是否有必要建立人工智能的统一理论体系。后者争论的主要问题是沿着什么样的技术路线和策略来发展人工智能。
在课堂教学中,可以充分利用人工智能中存在的争论较多这一特点,针对相关议题组织课堂辩论,如可用议题“机器的反叛――机器的智能会超越人类吗?”。让学生在图书馆或者从网上查阅相关资料,明确自己的论点并准备证据材料,并在课堂上进行辩论。这类辩论无所谓输赢,旨在通过这种活动,增进学生思考[3]。教学中,还可以充分利用多媒体教学的特点,如让学生观摩电影《终结者》系列、《人工智能》、《黑客帝国》等,增强学生对人工智能的直观感受,提高课堂教学效果[4]。
3.3应用实例分析
普遍而言,本科学生对单纯的理论讲解不太感兴趣,因此在教学过程中,适当增加一些实验和设计,提高学生分析问题的能力和实际动手能力。比如,讲解知识的产生式表示法时,给出产生式的概念和基本表示形式之后,可以通过“野人与传教士过河”问题来说明产生式表示法的具体应用过程;讲解计算智能的进化计算部分时,给出进化算法的几种具体形式和算法流程之后,可以通过中国旅行商问题(CTSP)来说明算法求解问题的过程。教师在教学过程中,可以根据需要,选择一些合适的应用实例进行分析。通过这些实例,既能加深学生对知识的理解,又能增加学习的兴趣。下面给出两个实例的简单描述。
1) 产生式表示法求解“野人与传教士过河”问题。
问题:传教士和野人各N人过河,现只有一条船,传教士和野人都会划船,船一次只能载k人,船上野人多于传教士时野人就会吃掉传教士,问如何安全过河?(不失一般性,以N=3,k=2为例求解)。
求解简述:设综合数据库中状态用三元组(m, c, b)表示,其中m、c、b分别表示传教士、野人和船的数目,则有:
0≤m, c≤3, b ∈{0, 1}
以左岸为参照点,则初始状态和目标状态分别为(3,3,1)和(0,0,0)。据此,可以给出一条产生式规则如下:
IF (m, c, 1) THEN (m-1, c, 0)
以此类推,把所有可行的规则都求出之后,就可按照规则集和控制策略得到问题的解。
2) 遗传算法求解31个城市的CTSP问题[5]。
问题:给定有限个城市的集合C={c1,c2, …,cm}及每两个城市之间的距离矩阵D=[dij]m×m,其中m∈N,dij=d(ci, cj)∈Z+,ci、 cj∈C,1≤i、j≤m,求出满足的城市序列cπ(1)、cπ(2)、…、cπ(m),其中π(1),π(2),…,π(m)是1、2、…、m的一个全排列。我们以CTSP问题为例,即求解中国31个城市之间最短巡回路线的问题。
求解简述:路径表示直接使用城市在路径中的相对位置,如有编号分别为1、2、3、4、5的5个城市的一条路径4-1-2-5-3,用路径表示方法直接可写为(4 1 2 5 3)。适应度函数值用路径的实际长度表示。交叉算子采用次序杂交,即选择父体的两杂交点,交换相应的段,其它城市则保持在父体中的相应次序。变异算子采用倒位算子,即随机选择两个位置,然后将它们之间的城市反序。通过运用遗传算法求解,可得最优解为15 404 km,对应的巡回路线为“北京―呼和浩特―太原―石家庄―郑州―西安―银川―兰州―西宁―乌鲁木齐―拉萨―成都―昆明―贵阳―南宁―海口―广州―长沙―武汉―南昌―福州―台北―杭州―上海―南京―合肥―济南―天津―沈阳―长春―哈尔滨―北京”。实例讲解完成后,可要求学生采用相同或者不同的方案自己去实现一下问题的求解过程。
4结语
人工智能是计算机科学与技术专业的一门核心课程,同时也是一门交叉学科,涉及面广,理论性强,教学难度较大,学生的学习兴趣有待提高。本文作者根据自己在人工智能导论课程中的教学实践和课程特点,明确了教学中的精讲内容和泛讲内容,总结了三种提高学生学习兴趣的教学方法,并给出相应的实例说明,旨在为本门课程的教师提供教学参考。
参考文献:
[1] 蔡自兴,徐光v. 人工智能及其应用(本科生用书)[M]. 北京:清华大学出版社,2003:288-296.
[2] 薛占熬,齐歌,杜浩翠,等. 离散数学的课堂导入法研究[J]. 计算机教育,2010(8):95-99.
[3] 徐新黎,王万良,杨旭华. “人工智能导论”课程的教学与实践改革探索[J]. 计算机教育,2009(11):129-132.
[4] 李春贵,王萌,何春华. 基于案例教学的“人工智能”教学的实践与探索[J]. 计算机教育,2008(9):53-54.
[5] 杨利英,覃征,贺升平,等. 改进的演化近似算法求解TSP问题[J]. 微电子学与计算机,2004,21(6):126-128.
Teaching Methods for Promoting Learning Interests in Introduction to Artificial Intelligence
YANG Liying
(School of Computer Science, Xidian University, Xi’An 710071, China)
Abstract: This paper presents three teaching methods for promoting learning interests based on the characteristics of Introduction to Artificial Intelligence and our teaching experience. These methods have been used in practice. The teaching practice shows that the methods proposed in this paper can promote learning interests effectively.
关键词:智能制造 机械 启示
随着信息技术的不断发展,现代制造业向着以智能制造为核心的新一代工业发展,社会对机械人才的需求量越来越大,但同时对人才的质量和综合素质也提出了与以往不同的新要求。笔者将从智能制造基础和内涵出发分析智能制造高职院校机械教学影响和启示。
一、智能制造的含义及关键技术
制造是从概念到实物的过程,通过制造活动把原材料加工成适用的产品,智能制造是在网络化、数字化基础上融入人工智能和机器人技术形成的人、机、物之间相互交互与深度融合的新一代制造系统。智能制造系统的本质特征是分布于各个地方的单个制造者自主性和整个制造系统的自组织能力,实质就是应用快速可靠的通信传输网络建立的分布式多自主体智能系统。
智能制造系统的基础技术。
1.数控机床技术
数控机床技术是智能制造的基础,智能制造系统最终产品的生产都依赖于数据机床技术。
2.计算机技术
计算机辅助设计能够提高产品的质量和缩短产品生产周期,在制造过程综合利用计算机技术使生产从概念、设计到制造联成一体,做到直接面向市场进行生产,可以从事大小规模并举的多样化的生产。
3.工业控制技术、微电子技术
利用工业控制技术、微电子技术结合人工智能技术发明的机器人开创了工业智能新局面,使生产结构发生重大变化,使制造过程更富于柔性,扩展了人类工作范围。
4.人工智能技术
人工智能的目的是为了用技术系统来突破人的自然智力的局限性,达到对人脑的部分代替、延伸和加强的目的,使那些单靠人的天然智能无法进行或带有危险性的工作得以完成,从而使人类的智慧能集中到那些更富于创造性的工作中去。人是制造智能的重要来源,在制造业走向智能化过程中起着决定性作用。
5.通信网络技术
构成智能制造系统的基础就是高可靠实时通信网络,通过通信网络高速可靠实时传输智能制造系统中各个制造者所需要的所有信息,通信网络技术主要包括嵌入式网络技术、高可靠无线网络技术,网络信息安全技术和异构网络间无缝交换技术。
二、智能制造对机械教学影响及启示
机械专业是现代工业的基础,机械专业的人才将是工业4.0时代弄潮儿,为了适应智能制造工业发展的需要,在机械人才培养方面必须要适应时代的发展,作为机械专业人才培养主要摇篮,高职院校培养的人才只有满足智能制造的需求,才能立足于未来工业发展,否则培养的人才将被现代工业社会所淘汰。因此在机械专业人才培养方面对教学模式、教学内容和教学方法等方面进行改革创新是大势所趋。
1.不断完善机械专业教学内容
智能制造所需要的机械人才已经不再是仅仅懂得机械专业的人才,而应该是对计算机技术、工业控制技术、网络技术、人工智能技术等智能制造基础技术都要熟悉和了解的人才,这就需要学校在进行机械专业课程设计时要在加强传统机械专业课程的同时,增加计算机技术、工业控制和微电子技术以及人工智能技术的相关课程,老师在教授传统机械课程的同时,把计算机技术、工业控制技术和人工智能技术融入到教学中,从而使学生熟悉在机械制造工业中如何应用计算机、人工智能等技术,充实学生的技术储备,为学生的就业打好基础。
2.在机械专业教学中不断创新应用教学方法
智能制造对机械专业人才提出了新的要求,学生不仅要加强对机械知识的掌握和运用,还要熟悉了解计算机技术、工业控制和微电子技术和人工智能知识,这就产生老师传统教授机械知识的教学方法不一定适用于这些新知识教学的问题,因此教师应该深入研究计算机技术、工业控制和微电子技术以及人工智能技术的教学方法,并结合适用于机械专业教学方法不断创新新的教学方法, 培养学生学习的主动性、创造性、理论实践能力和学习的方法习惯。同时要不断提高任职教师能力素质,加强学习智能制造关键技术相关知识。
3.逐步完善改进教学模式
智能制造需要新的理论知识体系,原来的机械专业知识的教学模式可能已经不再适应新知识的教学,这就要求我们的老师不断研究新知识理论,探索尝试新的教学模式,使得学生能够牢固、快速掌握新知识。
三、小结
谷歌研发的自动驾驶汽车已经累积了数十万英里的安全驾驶记录,预计数年内,这种无需人类驾驶的车辆将广泛投放市场。但随之而来的一个伦理性问题是:如果无人驾驶汽车出了车祸,责任应该归结于谁?如果搭乘车主的无人驾驶汽车,正要经过一座狭窄的桥,桥对面忽然开来了满载儿童的校车,这座桥无法容载两辆车,必须要有一辆车马上掉下桥去,才能保障另一辆车的安全。那么,无人驾驶汽车是会毫不犹豫地冲上前去,为车主清除隐患,把校车撞下桥去呢,还是自杀性地开下桥,牺牲车主以保全更多儿童的性命安全?
类似的伦理疑问还包括:如果你或你的家人突发重病,但无人驾驶汽车却拒绝超速赶往医院,你该怎么办?如果有家长让未成年的孩子喝酒,家佣机器人是否应当马上启动报警程序?
人工智能时代已经到来,机器人的智能化程度大幅提升,机器人已拥有了从经验中自我学习的能力,还能对现实问题作出快速反应。但有关人工智能、机器人的伦理性问题,却比单纯的技术问题更难得以解决。
在卡普兰看来,相比于过去的智能化机器,机器学习已有了本质的区别,已经“发展出自己的直觉力,然后用直觉来行动”,这也将使得机器人可以更为踊跃地进入人类世界,接管过去仅能由人执行完成的形形的工作。在过去,投放到医学、工业等多种领域的机器人,都存在精准性、力量性、持久性不足等问题,使得机器人适应环境的能力较差,只能在启动之前尽可能精准地设定,但随着机器感知领域的突破和发展,“未来的机器人可以看到、听到、做计划,还能根据混乱而复杂的真实世界来挑战自己”。
卡普兰预言,终有一天,随着传感器、反应器以及无线通信的不断进步,人工智能将以合成智能的方式,与人体甚至其他物体合而为一――“未来看起来会比你想象中的更像过去”。
智能时代毫无疑问会释放出更多的技术红利,但风险也不可小觑。卡普兰特意提到,随着在金融交易中越来越多地加入人工智能,高频交易程序一方面减少了市场震荡,另一方面却会将风险转嫁给一般的交易者,让交易者获得的交易价格偏离于最佳价格。这种情况在商业领域中也有表现,比如全球知名电商企业亚马逊通过复杂算法,使得不同顾客在不同时段获得的报价各有不同,并通过智能化的购买数据分析,推出更具诱惑力的促销方案,诱导顾客购买更多原本不需要购买的、实际上也并不那么价廉物美的商品。从目前情况来看,在合成智能方面投入最多的企业,无不热衷于将之应用于操控用户的注意力和购买力。
更进一步的风险在于,由于人工智能的设计仅仅服务于单一目的,因而未曾考虑是否存在副作用。比如,人工智能会抢在他人之前,(帮助主人)抢占车位,会在大萧条之前恶意抢购超市货架上的所有应急商品 ;与人对弈的机器人,不排除会使用“黑社会”式的手段,包括威胁对手的家人,破坏对手的交通工具。
要避免人工智能对社会体系甚至人类安全造成威胁,相关的智能设备、机器人开发和使用的伦理准则及立法,都应尽快提上议事日程;并且,在人工智能开发过程中,在增强单纯的技术能力的同时,也应尝试赋予它一种人类式的“感受同情和怜悯的能力”。
关键词: 智能; 教学系统; 模型
智能辅助教学系统的开发是涉及人工智能、计算机科学、教育学、心理学和行为科学的综合性任务,其研究的最终目的是由计算机系统担负起教育、教学的相关责任,即赋予计算机系统以智能,由计算机系统在一定程度上代替教师实现最佳教学。
一、智能辅助教学系统的发展历程
智能辅助教学系统兴起于上世纪七十年代,Bolt Neranek Newman公司开发了Scholar系统,它被认为是最早出现的智能辅助教学系统。当时应用人工智能技术在计算机辅助教学系统中添加了学生的学习行为、能力以及训练策略。同时人工智能技术还被用于建立学习顾问之中,即存放所要教授课程的问题和技能,控制训练策略并给出适合学生的学习内容,使之产生根据学生的能力、弱点以及所喜爱的学习风格进行教学的软件系统。
随后又出现了Why 、Sophie、West、 Buggy、Neomycin等系统,并将知识表示、专家系统、问题求解、推理方法等人工智能技术用于智能辅助教学系统,取得了丰硕的成果。
我国智能辅助教学系统的研究起步较晚,开始的研究工作主要集中在少数大学和研究机构里断续进行,且多为研究和演示用的系统,经过严格评测的系统很少。最近几年则发展较快,一些计算机公司也投入其中,伴随着智能辅助教学系统的迅猛发展,必将对我国的教育改革起到积极的推动作用。
二、智能辅助教学系统的模型构建
智能辅助教学系统是以认知学为理论基础,将人工智能技术应用于CAI,是智能化的CAI。在智能辅助教学系统中,学生的学习也可以借助于智能化的推理机制对大量知识进行选择、判断与处理,使学习内容更有针对性,从而提高学习效果。
一般,智能辅助教学系统模型的构建包括以下几个模块:
1.知识库
作为智能辅助教学系统的重要组成部分,知识库主要提供一个指导性的、自适应的、开放的、可操作的框架和服务设施。为各个学科知识提供规范的知识输入和组织,其它教学资源,如题库、课件、素材等,均依据它来组织管理,这将使用户可以建立适用于自己的知识体系,使各类知识应用能够有一个好的开发和集成基础。另外,核心的教学领域知识将被分解为相互联系的知识点,形成知识树,提供可视化的、操作性好的知识树编辑界面,方便教师将教学领域的知识输入到知识库。
例如,有的智能辅助教学系统中的知识库,是从知识表示入手,在SC文法知识表示体系和知识树映射方法的基础上,提出了一个动态、实时、自适应、交互式知识库模型。模型包括基于SC文法的知识点表示方法、知识树结构、知识树映射、知识点学习循环等内容, 模型在智能辅助教学系统中经过实例化设计和运用,可以表现出动态教/学、领域无关、人机交互、自适应、个别化、可扩展等智能特点。
2.学生模型
学生模型就是用于表示学生实际认知状况,并通过解释学生的活动得出他对领域知识和技能的掌握情况。系统中每个学生有唯一的ID标识,建立唯一的学习资源、学习信息和特征数据库,系统智能功能的实现在于如何动态地、正确地提取学生的主题特征。
一般,系统可以采用领域知识树模型来表示学生对领域知识的掌握情况。例如,可以设学习中的整个领域知识树为DKT;学生已学习过的知识树为SKT,未学过的知识树为SNKT;学生已掌握的知识树为GKT,未掌握的知识树为GNKT。则{SNKT}={DKT}-{SKT}、{GNKT}={SKT}-{GKT},如果SNKT和GNKT皆为空时,则表示学生达到了学习的要求。其中,如果GNKT不为空,则学生不能进入下一阶段的学习,只能进行重复学习和补充练习,直到GNKT为空时,才进入下一阶段的学习。
3.专家决策机制
该模块可以看作智能辅助教学系统中的推理机,它一般采用两级推理相结合的方法,即基于语义网络的推理和基于产生式规则的推理,其中基于语义网络的推理用于确定教学内容,而基于产生式规则的推理用于确定教学策略。
也有观点认为基于规则的推理是容易健忘的,即基于规则的推理对于每一个问题的求解都是从头开始,而不管类似的问题以前是否遇到过。但日常的智力行为则不同,人们往往迅速地把事件或问题同以前的经验相联系。与基于规则的推理不同,基于范例的推理被认为是基于以前经验的推理。因此,在有的智能辅助教学系统中采用的是基于范例的推理。
基于范例推理的工作过程为:分析输入,确定范例的索引,根据索引从范例库中取出相近的范例,改善范例的问题求解方法并使之适应于需要求解的新问题。如果成功,则创建索引、形成新范例并存储;若不成功,则首先分析失败的原因,修正解法,重新测试,或转至重新指定索引进行范例检索。
4.智能接口模块
该模块实际上是作为系统与用户交互作用的部件,它除了提供学生信息的输入与注册外,还实现了学生与系统之间的通信功能。与之相关的技术有自然语言处理、人机对话内部处理、知识库系统化维护、学生模型初始化、教师模型自适应调整等。该模块为实现协商、辩论、会话等教学形式的应用提供了一个良好的环境。
三、智能辅助教学系统的未来趋势
智能辅助教学系统的发展不是孤立、单一的,它的发展要涉及计算机科学、教育学、认知科学和人工智能等多门学科,就目前而言,其表现为以下几方面的发展趋势。
1.智能技术的应用
智能技术是能自动执行用户委托任务的计算实体,从技术的角度来看,智能技术应当是由各种技术支撑着的,许多实用的应用特性的集合,开发者正是使用这些应用特性来扩展应用的功能和价值, 从而达到能自动执行用户委托任务的目的。在智能辅助教学系统中,学生可以使用智能技术进行搜索、导引来查询有效知识。由于它具备学习的功能,能够主动、高效地从网络信息空间中发现和收集用户所需要的信息,因此有助于解决使用单一关键字匹配查询、搜索引擎引起的大量无关信息的涌现、信息检索的精确度较低等问题,使得教师和学生在教与学的过程中,提高知识选取效率,加强交互学习和自主能动性学习。
2.自然语言处理技术的应用
自然语言处理属于高技术学科,是知识信息处理中的核心课题。长期以来人们对计算机理解自然语言颇感兴趣,计算机专家采用人工智能的理论和技术,将设定的自然语言机理用计算机程序表达出来,构造能够理解自然语言的系统。他们从系统功能的角度出发,把输出对输入文本的反映作为衡量计算机理解语言的判别标准。在智能辅助教学系统的研究开发中,特别是智能人机接口方面,可以结合运用多种自然语言处理技术的研究成果,提高系统的智能。例如,通过自然语言人机接口,可以实现更加方便的人机交互功能;利用语义网络技术,可以充分实现知识点之间的层次关系和语义联系;通过智能模糊查询技术,可以实现系统知识库的知识查找和知识利用;利用机器翻译技术,可以开展跨语言的知识学习。
3.虚拟现实技术的应用
虚拟现实技术是由多媒体技术、仿真技术以及计算机技术相结合而生成的一种交互式人工世界,它的根本目标就是达到真实体验和基于自然技能的人机交互。而教学是一个传授知识的过程,通过亲身经历能加速这一过程和巩固所传授的知识,在智能辅助教学系统中,使用创建的虚拟环境,可以在一般人所不能亲身体验的情景中,达到演示、操作的教学目的。它允许学生与现有的各种信息发生交互作用,学生可以在仿真过程中经历不同的时间和空间,可以与各种仿真物体接触,还可以与虚拟境界的各个部分接触,为增强学生的学习实践提供了方便的途径。
4.现代学习理论的应用
现代学习理论认为,学习不是一个被动地记录外界信息的过程,而是一个主动建构的过程。它要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者。学生在学习过程中,主动地选择一些信息,忽视一些信息,并运用原有的经验和具体情况去理解新的信息。现代学习理论在智能辅助教学系统中的应用,能为学生建构知识提供充足的信息,容易激发学生的学习兴趣和学习主动性,更能满足学生的个性化要求。
在当今教育改革的大环境下,智能辅助教学系统将显示出越来越重要的作用。目前,我国在这方面的成果还不多,真正能投入教学实践的系统则更少,这个有着诱人发展前景的领域,值得我们进一步研究和设计。
参考文献:
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