前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的人工智能教育的目的主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
人工智能即將進入高中課堂。近日,我國第一本面向中學生的AI教材——《人工智能基礎(高中版)》正式。
為什么要在中學開設人工智能課程?這本教材有什么特點?對于中學教師和學生而言,應如何準備才能應對人工智能的教與學?記者對此進行了調查。
全國已有40所學校引入教材
據了解,該教材是華東師范大學慕課中心和商湯科技合作,聯合全國多所知名中學教師共同編寫,由新聞出版總署批準出版并備案。目前,全國已有40所學校引入該教材作為選修課或校本課程,成為首批“人工智能教育實驗基地學校”。
“與其他教材不同,該教材以‘手腦結合’為主要學習方式,不僅關注對人工智能原理的介紹,更加重視這些原理在生活中的運用。”華東師范大學教授,博士生導師陳玉琨介紹說,“作為教材的編者,我們特別希望學生能發揮獨特的想象力,設計一些在高中階段有可能完成的項目,并動手將其轉化為獨具特色的作品。”
記者看到,該教材共分9個章節,以基礎普及性的知識為主,分別介紹了圖片識別、聲音識別、視頻識別、計算機寫作和深度學習等人工智能技術的原理和應用場景,每一頁都配有彩色圖表,并引入了大量科普內容和實例。此外,該教材還配套了一個教學實驗平臺。
香港中文大學教授林達華表示,目前,人工智能人才面臨著全球性短缺,在人工智能和基礎教育結合方面,各個國家都還處在探索的過程中,該教材的出版,是人工智能教育的一次重大突破,意味著人工智能將由此走出“象牙塔”,進入高中生的知識范疇。
“今天,技術更迭速度太快,誰也無法預計未來的職業選擇,我很樂意讓我的孩子在中學階段就了解掌握一些人工智能方面的知識技能。”一位家長這樣告訴記者。
目的在于普及原理引發興趣
作為一門兼具學術含量和技術含量的學科,對高中學生而言,應該怎樣去了解人工智能這門學科;對于高中教師而言,又該如何教學呢?
“大多數中學生的最終職業道路都不會是成為人工智能研究者或工程師,但是未來很多行業都將在不同程度上受益于人工智能的賦能。因此,該學科在中學階段的教學目標應該定位讓學生了解掌握人工智能的基本思想、基礎知識以及常用算法和工具。”林達華說。
在陳玉琨看來,人工智能的教學和研究經常要用到高等數學的知識,這已經超出了高中生的知識范圍,因此,在中學階段,教師應注重對相關概念、算法、原理進行定性介紹,“定量的部分,可以留待以后再學。”
多位專家表示,教師在教學過程中,要特別重視對人工智能應用場景的介紹,這不僅會讓課堂變得更加生動,學生學習的興趣更加高漲,同時也會提升師生的思維與創造能力。
“總體而言,在中學階段開展人工智能課程的主要目的在于普及人工智能的原理與技術,引起學生對人工智能學習的興趣。當然,也期望能為高等學校培養人工智能領域的拔尖人才奠定相應的基礎。”
“校企合作”解決人才缺口
也有專家指出,人工智能是一門新興技術,中學教師在該領域的知識儲備是不足的。
“師資是課程的基礎。”上海師范大學教授岳龍表示,“開設人工智能課程對教師的知識結構也提出了新的挑戰,因此組建專門的師資培訓團隊非常重要。”
據記者了解,為幫助教師克服知識儲備不足的問題,華東師范大學慕課中心與商湯科技將聯合舉辦多期“人工智能教師研修班”——培養一批人工智能的種子教師,在他們帶領下,逐步提升我國教師總體的人工智能素養,從而改善中學教師開展人工智能教育教學面臨的困難和挑戰。
關鍵詞:人工智能;電氣信息類;教學應用
教師在電氣信息類專業教育教學中在運用人工智能技術進行教學時,要對人工智能技術的含義和特點進行深入的分析和研究,并且還要了解電氣信息類專業的育人目標和教學要求,將人工智能和電氣信息類專業教學進行有機的融合,為學生打造全新的教學課堂,從而使學生的專業素質和學習能力能夠在人工智能的運用下得到有效的提高,為學生后續的發展提供更多的可能性。
一、人工智能時代的概述
人工智能(ArtificialIntelligence,縮寫為AI)亦稱智械、機器智能,指由人制造出來的機器所表現出來的智能。通常人工智能是指通過普通計算機程序來呈現人類智能的技術。該詞也指出研究這樣的智能系統是否能夠實現,以及如何實現。人工智能于一般教材中的定義領域是“智能主體(intelligentagent)的研究與設計”,智能主體指一個可以觀察周遭環境并作出行動以達致目標的系統。約翰麥卡錫于1955年的定義是“制造智能機器的科學與工程”。安德里亞斯卡普蘭(AndreasKaplan)和邁克爾海恩萊因(MichaelHaenlein)將人工智能定義為“系統正確解釋外部數據,從這些數據中學習,并利用這些知識通過靈活適應實現特定目標和任務的能力”。人工智能的研究是高度技術性和專業的,各分支領域都是深入且各不相通的,因而涉及范圍極廣。人工智能是研究使用計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為(如學習、推理、思考、規劃等)的學科,主要包括計算機實現智能的原理、制造類似于人腦智能的計算機,使計算機能實現更高層次的應用。人工智能是十分廣泛的科學,它由不同的領域組成,它是哲學、認知科學、數學、神經生理學、心理學、計算機科學、信息論、控制論、不定性論、仿生學等多種學科互相滲透而發展起來的一門綜合性學科。在人工智能時代下進行電氣信息類專業教育改革的過程中,需要對人工智能時代的含義和發展背景進行深入的分析和研究,這樣才可以給電氣信息類專業教育改革指明一個正確的方向,保證后續工作的科學性和有效性。在2016年的世界經濟報告中,人工智能被預測為第4次工業革命的主要技術代表,人工智能的發展將從宏觀到微觀的各個角度進行相互的滲透以及融合,從而符合各個領域對于智能化技術的新要求和新需求。在人工智能技術發展的過程中,產生了大量的新技術和新產品,也形成了新的產業核心的發展模式[1]。我國經濟結構在人工智能時代下發生了重大的變革,由于人工智能技術獨特的技術形式和技術模式,深刻地改變著人們的生活方式和生活模式。在一定程度上不僅可以推動我國社會生產力的提高,還有助于推動科學技術水平逐漸朝著智能化和數字化的方向而發展,從中可以看出人工智能技術的發展是時展的必然趨勢,并且發展前景是比較廣闊的。人工智能技術主要是指將多個學科技術進行有效的整合,其中涵蓋了計算機學科、語言學科和心理學科,智能化特征是比較明顯的。在實際應用的過程中,由于融合了各種尖端的技術,能夠將技術能力和技術思維進行有機的結合,模仿人的工作行為和思維,在當前時代下人工智能技術得到了蓬勃的發展,但是人工智能技術的發展也需要一定的時間和精力。首先,在實際用的過程中相關工作人員進行了機器人的研發,機器人可以在復雜的環境中對信息進行有效的替代和處理,模仿人類的思維進行日常的工作。在后續工作的過程中,相關工作人員進行了數據系統的開發,可以自動化和智能化的對計算機數據進行有效的處理以及分析,在較短時間內提取出有效的信息,完成整個工作流程[1]。隨著我國當前科學技術的不斷發展,一些工作人員紛紛加強了對人工智能技術的研發力度和開發力度,不僅可以提高計算機的使用效果,還可以及時的發現在計算機系統日常運行過程中所存在的故障。在當前時代下人工智能技術的使用范圍在不斷的擴展,并且人工智能技術的發展前景是非常廣闊的,在計算機網絡技術中發揮著獨特性的作用和決定性的重要影響的作用。
其次,隨著人工智能技術的不斷發展,人工智能技術和各行各業進行了相互的滲透以及融合。在當前電氣信息專業領域中人工智能技術得到了廣泛的應用,并在實際工作的過程中對原有的工作模式進行了有效的改進和創新。一些工作人員在實際工作的過程中構建了自動化的工作模式和工作平臺,將人工智能技術完美的融入電氣信息領域中,不僅為我國電氣信息領域指明了一個正確的方向,也在一定程度上提高了人工智能技術的水平。最后,人工智能技術的發展,在電氣信息領域中的影響是迅速擴大的,人工智能的使用會對電氣信息行業的各個環節產生深刻的影響,甚至是革命性的變化。人工智能的應用不僅僅停留于行業的技術層面,更加重要的是在人工智能時代下一些新的工作思維和發展理念。作為電氣信息類專業的工作人員在人工智能的時代下要提高自身的專業素質和專業水平,根據人工智能時代的特點以及發展方向,對原有的工作模式和工作理念進行深入的改革以及創新,并且還要掌握有關人工智能方面的新技能,從而使得電氣信息類專業影響力能夠得到有效的提高。但是從側面來看人工智能技術的發展對于電氣信息類專業2本刊特稿科學咨詢/教育科研2021年第24期(總第745期)來說是把雙刃劍,給實際工作帶來了新的挑戰,一些工作人員不得不提高自身的專業素養和專業素質,掌握更多的人工智能技術。在當前時代下這種影響和變革已經被普遍認可,因此使我國電氣信息類專業行業能夠得到良好的發展。高校要對電氣信息類專業教育進行適當的改革以及創新,根據當前人工智能時代的發展方向和對人才的要求,對學生的綜合素質和創新能力進行良好的培育,從而使學生能夠充分的發揮人工智能技術的優勢,提高電氣信息類專業的水平和質量,再一次加深人工智能和電氣信息行業的融合力度。相關負責教師要加強對這一問題的理解,對原有人才培養模式和課程教育重點進行適當的改革和創新,根據人工智能時代和電氣信息領域融合的背景,提高課堂教學的科學性和針對性,從而使學生在畢業之后能夠獲得良好的發展。
二、人工智能對電氣信息類專業人才需求的影響分析
人工智能主要是利用計算機對人腦功能進行模擬,具備一定程度的人類認知和分析問題的能力,人工智能是人類所制造的智能化技術,也是機器智能化發展的主要載體。在人工智能發展的過程中,由于是計算機科學領域的一個分支,所以在人工智能研究的過程中,涉及有關語言識別和圖像識別方面的功能。在當前時代下,人工智能所形成的熱點效應是比較廣闊的,人工智能技術的應用,使得各行各業朝著智能化的方向而發展,對于電氣信息類專業人才需求來說,也逐漸朝著智能化的方向而發展。電氣信息類的教學,主要是為了讓學生能夠在班級學習的過程中,將理論和實踐進行有機的結合,提高學生的實踐能力和操作能力,實踐性是比較強的。在電氣信息類專業發展的過程中各種新興的技術被應用其中,擴展了電氣信息類專業的發展實力,并且人工智能和電氣信息類專業進行了有機的融合和滲透。人們在互聯網思維的影響下已經形成了互聯網思維的發展理念,隨著人工智能技術的廣泛運用再加上云技術和算法技術的普遍化,這又給電氣信息類專業的發展提供了重要的支撐。在相互融合的技術背景下,電氣信息類專業也即將進入到人工智能發展的領域中[2]。因此對于電氣信息類專業行業的工作人員來說,要了解人工智能時代下先進的信息技術,并且還要結合電氣信息類專業在人工智能背景下的新特點,樹立新的工作模式和工作理念,從而使得電氣信息類專業能夠在人工智能技術背景下得到廣泛的發展。對于人才需求方面,要求高校要對原有課堂教學模式和課程教學重點進行深入的改革和創新,融入人工智能方面的內容,對學生的綜合素質和專業能力進行良好的培育,高校要正確地理解人工智能對電氣信息類專業教學的影響,從而使得電氣信息類專業能夠朝著生態化和持續性的方向而發展。
三、人工智能給電氣信息類專業提供的機遇
在人工智能技術中,所涵蓋的技術內容相對來說是較為豐富的,這在一定程度上有助于提高電氣信息類專業的教學水平和教學質量。從中可以看出在當前時代下的電氣信息類專業教育教學中,教師要充分地把握人工智能技術所帶來的機遇,從而提高課堂教學的效果和質量。在人工智能技術中包含著語言識別技術和圖像辨認技術,也可以對一些語言進行有效的處理和研究。在課堂教學的過程中,教師要充分的發揮人工智能技術的優勢,讓學生了解當前電氣信息領域的發展方向和主要的發展特點[3]。由于電氣信息類專業所涵蓋的內容是相對來說較為復雜的,學生在日常學習的過程中,需要進行多個學科知識內容的學習,這給學生日常學習和教師的課堂教學帶來了諸多的挑戰,教師要結合課程教學的內容,對課堂教學模式和流程進行精心的安排。在實際工作過程中,要以計算機作為主要的輔助手段兼容,并且充分利用其他專業領域的技術來開展日常的教學。在課堂教學過程中,教師要充分的利用人工智能技術,對原有課堂教學模式進行深入的改革以及研究,并且結合新一代人工智能發展規劃的這一大背景,對原有課程教育模式進行創新和調整,從而給學生提供更加廣闊的發展空間。首先,在實際工作的過程中,人工智能技術重新構造了電氣信息專業的課程,由于電氣信息類的實用性是比較強的,在人工智能的技術下能夠取得不一樣的教學效果。將語言識別技術和圖像辨認技術進行了有機的結合,教師可以充分發揮這些專業技術的優勢,提高課堂教學的效果。另外在課堂教學情景中,教師可以利用人工智能技術來實現網絡化的教學,并且為學生打造智能化的工廠開展虛擬實驗室,從而對學生的專業能力和操作水平進行良好的培育。其次,在電氣信息類專業教學中人工智能技術的應用能夠對傳統課程教育模式進行有效的轉型和升級。在以往課程教學中,由于電氣信息類專業所涉及的知識學科是相對來說較為豐富的,這給教師的日常教學帶來了諸多的問題。比如在實際教學的過程中很難實現課程的有效統一,也無法為學生打造標準化的課程教育體系,在進行個性化和獨特性課程教學方面的力度還是不足的,甚至也沒有完善的教育體系進行主要的支撐,這給實際的教學工作帶來了諸多的問題。隨著人工智能技術的應用,在課程教育的過程中,教師可以充分的發揮人工智能技術的優勢,對相關信息進行有效的總結和收集。從而為學生打造個性化的教學課堂,并且運用人工智能技術,還可以對不同學生的學習需求進行分析和研究,提高課堂教學的針對性,從而使學生可以更加積極地進行知識內容的學習,實現快樂學習的效果[4]。在專業教育中教師要充分的發揮人工智能技術的優勢,提高人工智能技術的應用性效果,對學生的知識需求進行深入的挖掘以及研究,從而使學生的學習質量能夠得到有效的提高。與此同時,在課程教育的過程中,教師還可以進行課堂情景的構建,通過網絡化的教學為學生再現一些生活中的真實案例,為學生全面素質的提高奠定堅實的基礎。
四、人工智能技術在電氣信息類專業教育教學中的應用路徑
(一)轉變人才培養目標在人工智能時代下的電氣信息類專業教育中,由于原有的教育重點和人才培養模式已經無法順應人工智能時代的發展特點和對人才的需求了,所以在實際工作的過程中,要對電氣信息類專業教育進行有效的改革,幫助學生在畢業之后能夠獲得穩定的發展。首先,在對電氣信息類專業教育進行改革時,要轉變人才培養的目標,這主要是由于人工智能技術在電氣信息類專業行業中的運用對各個環節都產生了非常深刻的影響,并且電氣信息類專業對于人才的需求發生了很大的變化。比如,對人才的知識結構和專業技能方面都和傳統發現模式有所不同,在電氣信息處理的過程中提出了諸多的要求。相關電氣信息類專業從業者不僅要具備完善的理論知識,還要具備創新性的思維能力,能夠面對當前變化多端的人工智能時代,具備新的技術和新的思維,靈活地運用在實際工作中所存在的問題。因此對于電氣信息類專業教育來說,要對人才培養目標精準定位,實現良好的變革。其次,電氣信息類專業要著眼于當前國際發展方向和新業務的特征,了解有關業態產品和專業能力方面的內容。從這些問題入手提出正確的人才培養目標,并且對原有課程教學進行改革和創新,從而促進學生能夠在課堂學習的過程中加深對人工智能技術的了解,提高學生的專業素質和創新能力。
(二)升級人才培養模式在人工智能背景下對電氣信息類專業教育進行改革時,要在原有育人模式的基礎上實現有效的升級,改變傳統的課程教學設置。當前大部分電氣信息類專業院校還是采用之前偏理論的課程來對學生進行知識內容的講授,雖然這些理論知識是學生在學校學習期間必須要掌握的內容,但是假如仍然向學生講述這些課程的話,也沒有將理論和實踐進行相互的結合,使得學生無法在人工智能時代下得到良好的發展,因此相關負責教師在實際教育工作中要對原有人才培養模式進行轉型和升級。電氣信息類專業教師要根據當前電氣信息行業的發展和對人才的要求,對課程教育內容進行重新的調整。首先,在實際教育的過程中要向學生全面地展示先進的人工智能技術,技術是推進電氣信息專業前進的動力之一。但是在原有的電氣信息類專業教育中,教育技術的實施和教學并沒有受到相關負責教師的重視,教師在班級教學的過程中,也沒有為學生融入當前先進的人工智能技術和運用案例,提高學生的專業素質。在人工智能時代下,人機協作是當前主要的工作模式和發展模式,因此對于電氣信息類專業教育來說,要對人才培養課程結構和課程重點進行有效的調整和創新。教師在教學中不僅要加入有關以往課程的教育內容,還要對課程進行有效的擴展,融入新媒體和人工智能技術應用相關的課程。比如教師可以立足于教材中的內容,為學生創設多樣化的實訓活動和實踐操作平臺,在學生實踐的過程中要融入先進的人工智能技術,這些教學模式的運用不僅可以讓學生了解人工智能技術的實際應用情況,還可以多方位的鍛煉學生的創新能力和實踐應用能力。所以相關高校要適當的借鑒這一教學經驗,提高課程教學的針對性。其次,在育人模式中還要加強對學生創新思維和操作能力的培養,在人工智能背景下,電氣信息的發展模式和主要的發展方向都發生了一定的改變。在當前電氣信息領域發展的過程中,為了使自身能夠在人工智能背景下得到有效的發展需要創新和創意的人才,并且要求這部分人才能夠掌握先進的人工智能技術,根據電氣信息發展的實際需求和人們對電氣信息的要求,從而生產出個性化和特色化的產品。在育人模式升級中,教師要將專業和特色進行有機的融合,構建新的教育思路,過硬的專業素質才是人才升級的重要基礎。在人工智能時代下,信息的來源和途徑逐漸朝著多樣化的方向發展,在這些繁雜的信息中既有重要的信息也有多余的信息,所以要使學生能夠對這些信息進行有效的辨別。高校在制定人才培養模式中,要專業性的鍛煉學生的工作能力和專業素質,從而使學生能夠在這些大量的信息中提取有用的信息,提高電氣信息類專業的有效性。
(三)引入任務驅動的實驗模式在人工智能背景下對院校電氣信息類專業進行教學時,教師要在保留原有學習項目的同時,立足于學生當前的理解能力,開發新的教學內容。在教學中教師要求學生進行獨立性的思考,并且教師還要對學生的學習思路進行適當的引導以及啟發,使學生可以運用課堂中所學到的知識內容靈活的解決實際實驗過程中所存在的問題。教師要引導學生運用不同的方法進行學習,鼓勵學生進行大膽的設計以及驗證。教師在班級教學的過程中,可以為學生引入任務驅動式的教學模式任務,驅動式的教學模式主要是以學生為中心,教師要立足于教材中的內容和課堂教學的目標為學生布置相關的學習任務,實現綜合性的學習效果。在為學生布置學習任務時,要融入當前先進的人工智能技術,讓學生充分的發揮人工智能技術的優勢來完成教師所布置的任務。教師要在任務驅動式的教學模式中增加一些設計型和創新型的學習活動,讓學生直接深入到實踐學習中進行方案的設定以及驗證,并且對最終的實驗結果進行多方位的分析以及討論。在班級教學的過程中,教師要讓學生圍繞著一個教學目標來開展日常的學習,并且學生在學習和驗證的過程中,教師還要加強和學生之間的互動和交流,從而對學生的實驗方向和實驗思路進行有效的引導,使學生可以在強烈的學習興趣和學習動力的驅動下進行自主性的探索以及學習,并且也可以在班級中形成良好的互動。
(四)利用人工智能技術進行輔的教學在電氣信息類專業教學課堂中,教師在利用人工智能技術進行教學時,要在原有課程的基礎上充分地發揮人工智能技術的優勢,從而對實際教學起到一個良好的輔助作用。比如,在實際教學的過程中,教師需要將理論知識和學生的實踐學習進行相互的結合,提高課堂教學的真實性和有效性,在課程內容中要圍繞著各種企業的實際項目來讓學生進行知識內容的學習,教師要利用人工智能技術的優勢為學生展現真實的一線工作現場,讓學生全面的感受工作的環境,不僅有助于提高課堂教學的效果,還可以讓一些抽象的理論知識變得生動和直觀,促進學生學習效率的提高。
(五)在電氣設備故障診斷中的應用在電氣設備故障診斷中,人工智能技術中的模糊理論、人工神經網絡和專家系統的應用比較廣泛。以前我們常常面臨的問題是,當電氣設備出現問題或故障時,總是表現出比較復雜的癥狀,采用傳統處理手法難以對問題做出準確判斷和查找,人工智能技術則很好地解決了上述問題。比如發電機的設備故障具有非線性、不確定和復雜性的特征,傳統論斷方法準確率非常低,而通過人工智能技術中模糊理論和專家系統的綜合應用,能大大提高故障論斷的準確率。
關鍵詞:人工智能 優選教材 考核方式內容 手段 實踐
人工智能(Aritificial Intelligence,英文縮寫為AI)是一門綜合了應用數學、自動控制、模式識別、系統工程、計算機科學和心理學等多種學科交叉融合而發展起來的的一門新型學科,是21世紀三大尖端技術(基因工程、納米科學、人工智能)之一。它是研究智能機器所執行的通常與人類智能有關的職能行為,如推理、證明、感知、規劃和問題求解等思維活動,來解決人類處理的復雜問題。人工智能緊跟世界社會進步和科技發展的步伐,與時俱進,有關人工智能的許多研究成果已經廣泛應用到國防建設、工業生產、國民生活中的各個領域。在信息網絡和知識經濟時代,人工智能現已成為一個廣受重視且有著廣闊應用潛能的前沿學科,必將為推動科學技術的進步和產業的發展發揮更大的作用。因此在我國的大中專院校中開展人工智能這門課的教學與科研工作顯得十分緊迫。迄今為止,全國絕大多數工科院校中的自動控制、計算機/軟件工程、電氣工程、機械工程、應用數學等相關專業都開設了人工智能這門課程。南京郵電大學自動化學院自2005年成立至今,一直將“人工智能”列為自動化專業本科生的選修課程,到目前為止已經有八年的歷史了。由于南京郵電大學是一所以郵電、通信、電子、計算機、自動化為特色的工科院校,因此,學校所開設的許多專業都迫切需要用人工智能理論和方法解決科研中的實際問題。在問題需求的推動下,南郵人經過多年的努力工作,在人工智能科研方面取得了豐碩的成果,如物聯網學院所開發的現代智能物流系統、自動化學院所開發的城市交通流量控制與決策系統,為本課程的開設提供了典型的教學案例。我們結合近幾年的實際教學經驗,從優選教材、考核方式、教學內容調整、教學手段的改進和實踐教學等方面對人工智能課程教學方法進行了總結歸納。
一、優選教材
目前,國內有關人工智能課程的中英版教材種類非常多,遵循實用、簡單、夠用的原則,再經過授課老師和學生們的共同調研,我們選用由中南大學蔡自興教授主編的《人工智能及其應用》第三版作為南郵本課程的授課教材。本書覆蓋的人工智能知識體系比較全面,包含知識表示、搜索推理、模糊計算、專家系統等。本書主要針對計算機、自動化、電氣工程等本科專業的學生所編寫,內容基礎,難度適中。蔡教授所編寫的這本教材全面地介紹了人工智能的研究內容與應用領域,做到了內容新穎、簡單易懂、兼顧基礎和應用,受到了全國廣大師生們的一致好評,多年的教學實踐證明我們所選擇的教材是恰當的、正確的。
二、考核方式
在全國大部分高等院校,“人工智能”這門課大都選擇開卷考試的方式來進行考核。為了強化學生對人工智能這門課基礎知識的掌握,南京郵電大學自動化學院選用閉卷考試的方式來進行考核。為了打消部分學生想在期末閉卷考試中通過作弊手段來完成人工智能這門課考核的僥幸心理,我們加強了對學生平時考勤成績、課下作業成績和實驗成績的考核,從而杜絕了“一紙定成績”的現象。我們對人工智能這門課的最后期末成績是按如下權重來劃分的:平時考勤成績占10%、課下作業成績占10%、實驗成績占20%、最后的期末考試卷面成績只占60%。為了克服國家現行教育體制的弊端,避免學生“機械式”地的應對教學和考試,我們對考試題型進行了調整,不再是以往的填空、選擇、簡答等題型,而是改為以解決實際問題為導向的應用題型為主,這樣學生只需要在理解授課內容的基礎上利用自己的思維來解題就可以了,這也體現了國家目前正在提倡的應用型教學導向。
三、教學內容調整
對于本科生而言,人工智能這門課程所需要講授的內容實在太多,由于課時所限,我們必須精簡教學內容,讓學生在掌握基礎知識的同時,也能夠了解它的具體應用。因此,我們將人工智能這門課程的教學內容分為兩個部分:第一部分是基本理論和方法,包括人工智能的概述、知識表示方法、確定性推理方法等;第二部分為人工智能研究成果的具體應用,包括神經元網絡計算、模糊智能計算、專家知識庫系統、機器語言學習等。通過對教材內容的合理調整和安排,使得授課計劃能夠比較全面地覆蓋了人工智能這門課程的基本知識點,從而滿足了學生們的求知需求。
四、教學手段的改進
(一) 激發學生的學習興趣
經過長時間的教學我們發現,在選修“人工智能”這門課程時,每個學生的心中所想各有不同,這些學生在剛開始學習時興趣還比較強烈,但隨著教學內容變得越來越抽象,學生逐漸對這本課的學習失去了信心,甚至上課時間不去聽課,使授課教師對教學也漸漸失去了信心,導致惡性循環,嚴重影響了教學質量。針對這種現象,我們認為,在開課前充分激發學生的學習興趣是很有必要的。我們要結合學校的實驗條件,開課前給學生演示“機器人醫療服務”實驗,通過該實驗的演示,讓學生們看到機器人能夠給病人提供多項人性化的服務,理解人工智能技術在開發醫療服務機器人多項關鍵技術中的應用,讓學生在開課前能夠對本課程的學習產生極大的興趣,實踐證明這種方法是有效的。
(二) 借助多媒體教學
多媒體教學是現代教學過程中一種非常重要的形式,它往往根據教學目的和學生們的特點,通過合理的設計、選擇教材內容,應用公式、圖形、文字、視頻等多種媒體信息進行有機組合并通過電腦和投影機顯示出來,與傳統教學手段相結合,形成合理的教學過程結構,達到最優化的教學效果。人工智能這門課具有針對性強、內容抽象、公式繁瑣等特點,學生學習起來比較困難,為了讓學生生動、形象地學習該課程,我們在教學過程中充分利用了多媒體技術來組織教學。例如在課堂教學過程中播放南郵自動化學院梁志偉博士帶領學生所開發的“智能足球機器人”比賽片段;讓學生在線觀看北京大學工學院謝廣明博士帶領學生所開發的“自主視覺機器魚”錄像片段等。在講解某些重要的求解算法時,借助Matlab軟件和投影機,直接展現該算法的求解過程,從而改善了課程教學的形式,提高了教學質量。
(三)提倡課堂辯論
我們在教學過程中打破了傳統的“老師講課學生聽課”的教學模式,多次組織課堂辯論,辯論的主題包括人工智能研究過程中出現的技術困惑、人工智能研究成果轉化中的市場前景等。如組織了“電腦PK人腦”“電腦是否讓電視消失”“電腦的未來發展方向在哪里”等一系列辯論會。經過激烈的辯論,無論正方還是反方都感覺自己收獲很大,增長了知識,開闊了眼界。在教學過程中通過將學生由“被動聽課”角色變換為“主動參與”角色,大大地調動了學生的學習積極性,從而提高了課堂教學質量。
五、實踐教學
實踐教學是課堂教學不可缺少的重要組成部分,通過讓學生親自動手實驗來對理論知識進行檢驗和應用是目前國內外各個大學提高學生綜合素質、增強學生市場競爭力的重要手段。人工智能實驗教學的目的是讓學生通過親自動手體會授課中的各種智能控制算法,從而使學生能夠更加形象地掌握課本知識。人工智能教學計劃安排了4學時實驗課,設置了“傳教士和野人過河”“機器人路徑規劃”這兩個人工智能問題,要求學生獨立完成這2個實驗題目的編程,并書寫實驗報告。通過實驗,學生動手實踐了課堂上所掌握的理論知識,加深了對智能算法的理解。
人工智能是一門實用性較強的課程,我們總結了近幾年來的教學經驗,從優選教材、考核方式、教學內容調整、教學手段的改進和實踐教學五個方面對人工智能課程教學進行了總結。從學生的反饋來看,我們所總結的教學經驗對于指導新教師講授“人工智能”這門課程具有積極的作用,需要指出的是,我們仍有很多不足之處,需要在以后的教學過程中不斷努力完善,提高自己的教學能力,爭取更好的教學效果。
參考文獻
[1]蔡自興,徐光佑.人工智能及其應用[M].北京:清華大學出版社,2003.
[2]路小英,周桂紅,趙艷等.高等農業院校《人工智能》課程的教學研究與實踐[J].河北農業大學學報:農林教育版,2007,9(4):66-68.
[3]馬建斌,李閱歷,高媛. 人工智能課程教學的探索與實踐[J].河北農業大學學報:農林教育版,2011,13(3):330-332.
[4]趙海波.人工智能課程教學方法的探討[J].科技信息,2011,(7):541.
關鍵詞:人工智能技術;教學方法;編程能力
中圖分類號:TP3 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2014)16-3865-02
1 概述
2008年11月16日,中國科協成立50周年新聞會在北京召開。在新聞會上,“五個10”系列評選活動,即10位傳播科技的優秀人物、10部公眾喜愛的科普作品、10個公眾關注的科技問題、10個影響中國的科技事件、10項引領未來的科學技術評選結果揭曉。10項引領未來的科學技術是:基因修飾技術;未來家庭機器人;新型電池;人工智能技術;超高速交通工具;干細胞技術;光電信息技術;可服用診療芯片;感冒疫苗;無線能量傳輸技術。
人工智能技術學科是計算機科學中涉及研究、設計和應用智能機器的一個分支。指人類的各種腦力勞動或智能行為,諸如判斷、推理、證明、判別、感知、理解、通信、設計、思考、規劃、學習和問題求解等思維活動,可以用某種智能化的機器來予以人工實現[1]。
通過《人工智能技術》課程的學習,使學生對人工智能技術的發展概況、基本原理和應用領域有深入了解、對主要技術及應用有一定掌握,并對現代人工智能技術發展的方向有所研究。通過人工智能技術課程的學習與研究,啟發學生對人工智能技術的興趣,培養知識創新和技術創新能力,并能將人工智能技術融入到今后所開發的計算機軟件之中。
《人工智能技術》是一門眾多學科交叉的新興課程,其涵蓋范圍廣,涉及知識點多,知識更新快,內容抽象,不容易理解,理論性強,而且需要較好的數學基礎和較強的邏輯思維能力,這給該課程的講授帶來了一定困難。《人工智能技術》也是一門應用型學科,怎樣將理論運用到實踐中,使學生將學到的人工智能技術知識和思想運用到自己的實際課題,這也是該課程需要解決的問題之一。
因此,對《人工智能技術》課程教學來說,我們要了解課程的最新信息,把握課程的特點,幫助學生找到好的學習方法,使他們能充分發揮自己的創新思維能力,提高學習興趣,該文給出了《人工智能技術》課程的教學與實踐的探索。
2 教學與實踐的探索
2.1 教材和實驗教學內容的選取
1) 人工智能技術是整個計算機科學領域發展最快,知識更新最快,最前沿的學科之一。在教材選用方面,我們采用了蔡自興教授等主編,由高等教育出版社出版的《人工智能基礎》這本教材。蔡自興教授的主要研究領域為人工智能、機器人學和智能控制等。這本教材是作者在美國國家工程院院士、普度大學教授傅京孫先生的指導和鼓勵下編寫,借鑒了國內外人工智能技術研究領域專家的最新研究成果和學術書籍的長處,該書比較全面地介紹了人工智能技術的基礎知識與技術,材料新,易于理解,兼顧基礎及應用[2]。
此外,我們還給學生自主學習提供多種類型的學習資料,其中包括參考書目,如:Russel S, Norvig P.等編著的《Artificial Intelligence: A Modern Approach》一書,人工智能技術國內外期刊,如電子學報,計算機學報,人工智能與模式識別,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等人工智能技術會議,使學生能夠掌握人工智能技術的更多前沿動態,提高學習興趣。
2) 配套的實驗教學內容。《人工智能技術》是一門理論性和實踐性都很強的課程,實踐性教學環節對該課程尤為重要。除了完成課本上的作業之外,還注重實驗教學,培養學生的創新能力、算法設計能力和編程能力。首先,每個章節設置相應的實驗,而實驗內容經過嚴格的考慮,如:五子棋游戲,產生式系統,旅行商問題,傳教士和野人問題,BP神經網絡實現簡單的分類,遺傳算法、人工生命程序等,要求學生運用所學章節的知識,獨立地設計和實現實驗內容。實驗報告包括簡述實驗原理及方法,給出程序設計流程圖,源程序清單,實驗結果及分析等內容,通過這種方式,進一步加強學生的信息獲取能力和研究能力。
2.2 教學方法和手段的改革
人工智能技術課程交叉性強,涉及面廣,傳統的教學方法手段單一,缺少交流,課堂氣氛沉悶,激發不起學生的學習興趣,教學效果不理想。人工智能技術這門課程內容抽象,如何激發學生的學習興趣是本課程需要解決的主要問題,也是關系教學改革成敗的關鍵。本課程需采用多種方法進行教學,以此來激發學生的學習興趣。
1) 問題啟發式教學。《人工智能技術》這門課程中有很多似是而非、引人入勝的問題,主要是用計算機模擬人類的智能來解決這種問題。在教學中,有目的的提出這些問題,鼓勵學生思考,提出自己的想法和解決方案,并進行分析和比較,這樣強化學生的主動學習意識,提高學習積極性[3]。
2) 個性化學習和因材施教。學生中存在計算機專業和非計算機專業本科畢業的差別,由于他們每個人的基礎不同,有的計算機知識比較匱乏,因此有必要針對每個學生的學習進度,課堂作業和實驗報告情況進行及時評估,對學生提出個性化的教學。例如:在實驗教學中,要求有能力和興趣的學生可以做探究性和創新性的附加實驗,從而引導學生發揮個性的空間,而對稍微吃力的學生則要求完成基本的實驗,更注重基礎知識的學習和夯實,這樣就能達到因材施教的目的。同時對不同層次的學生進行分析,進一步提出學習建議,并進行有針對性的指導。
3) 多媒體使用和多學科知識的融合。本課程PPT課件圖文并茂,提綱挈領,便于學生理解。課堂講授、板書與PPT手段相結合,注重課程中的關鍵詞用英文表示,并適當指定英文參考書,使學生能夠接觸國外文獻資料,加深對學習內容的理解,獲得更寬廣的知識。PPT課件運用了大量多媒體技術,如動畫、聲音、圖像,通過動畫和視頻演示抽象的概念、算法和過程,使人工智能技術中抽象的知識形象化,在課件中融入了文學,歷史等其他學科的相關知識,便于學生較好地理解知識難點和重點[4]。
4) 師生互動和課內外答疑。在教學中,改變了傳統的老師講,學生聽的教學模式。針對人工智能技術的實用性,適當提問,收集學生學習情況,盡量使用實例進行講解。設置了實驗講解互動課程,對于實驗的講解,學生可以提出疑問,然后在課堂上展開討論,學生可以看到問題從提出、分析到解決的整個過程,讓學生自己在討論中總結結論。為了解決教學中存在的疑難問題,還設有課后答疑,使學生能將所有的問題都理解透徹。
5) 理論研究與實踐結合。在教學內容的安排上,注重學生的理論研究和動手能力,適當布置一些課程相關的論文和實驗編程。通過課程論文,可以培養學生鉆研問題的興趣; 通過查閱科技文獻使學生掌握如何查找相關文獻的技能,可以培養學生撰寫科技論文的能力。通過實驗實踐,使學生可以更加清楚地了解人工智能技術基本概念和難點,也能了解算法的設計具體運行過程,并對其進行驗證,提高了學生的編程能力和和學習興趣。
6) 考試考核方式改革。本課程的考核考試也是一個值得探討的問題,本課程應采用多種綜合考試方法,注重學生對基礎概念、知識和基本的技能的掌握以及理論聯系實際的能力。平時作業考核成績,實驗實踐教學成績、提交課程論文成績,以及最后的期末考試成績形成一種有效的考試考核方法,促進學生主動學習,提高教學質量。實驗的評價指標在于算法設計、編程的準確性和實驗結果及分析。課程論文評價指是選題是否嚴謹科學和具可研究性,論文結構、思路是否嚴謹,論文內容科學性、正確性,能否提出自己的見解。考查查閱科技文獻的能力主要通過是否查找到權威的、最新文獻以及撰寫是否規范。
2.3 學生學好《人工智能技術》課程的建議
《人工智能技術》是一門理論與實踐相結合的應用課程,學生如何學習這么課程,也是我們應該探討的問題。
學生應該正確看待《人工智能技術》這門科學的發展。人工智能技術孕育于20世紀30、40年代,形成于60、70年代,發展至今,人工智能技術只有短短60多年的歷史,它是一門不斷發展和完善的嶄新學科,還有許多課題處于探索中,理論和技術還遠未成熟,我們應該對它有科學的認識。
針對非計算機專業本科畢業的學生,除了課堂聽講之外,還應該課下自學該課程的先修課程,如:數據結構、離散數學等課程。人工智能技術中涉及到大量的數學知識,如:模式識別需要具有較好的概率論,數理統計知識,另外還會用到少量隨機過程、模糊數學的一些知識。人工智能技術是一門應用課程,編程語言的掌握必不可少,涉及到SVM算法,粒子群算法,免疫算法神經網絡,遺傳算法等算法,實現這些算法要求學生具有較強的編程能力。
學生應該多讀,多查閱資料,特別是國外的期刊文獻和重要國際會議論文,多了解人工智能技術最前沿的信息,理論聯系實際,加深對基本算法的理解,并將人工智能技術的知識運用到自己所研究的領域,以做到學以致用。
3 結論
人工智能技術在一定程度上代表著信息技術的前沿,該文對《人工智能技術》的課程教學進行了一些探討,教學與實踐效果有了顯著提高,但仍然有許多方面還需要我們繼續探討和改進。
參考文獻:
[1] 蔡自興,徐光佑.人工智能技術及其應用[M].北京: 清華大學出版社,2003.
[2] 蔡自興,肖曉明,蒙祖強,等.樹立精品意識搞好人工智能技術課程建設[J].中國大學教學,2004(1):28-29.
關鍵詞:人工智能發展;會計工作;挑戰分析;應對探討
目前,人工智能在會計管理工作中不斷普及,人工智能的使用不僅在很大程度上提升了生產單位的工作效率,還能更加準確地處理財務信息。未來,人工智能將逐漸地應用到每一個角落,因此,我們應該正確看待人工智能所帶來的一些問題,對于應對人工智能的替代工作要提早做出準備。
1人工智能發展對于會計的挑戰
對于會計工作而言,人工智能帶來的挑戰主要包括以下兩個方面:一是部分會計工作將被具有人工智能的機器取代。隨著計息機信息技術的不斷發展,會計行業的工作方式其實早就已經開始發生變化。到目前為止,最早的手工核算幾乎已經全部被會計電算化所代替。隨著人工智能的迅猛發展,會計行業中的很多工作都會被人工智能取代,例如填制會計憑證、登記會計賬簿、編制會計報表、管理會計檔案、會計科目分類等等,凡是具有規律性的基礎工作到最后會全部被人工智能代替。根據相關研究統計,在未來二十年之內,人工智能將會取代50%以上的會計崗位。二是人工智能在會計工作中的大規模應用可能引起失業危機。從社會和技術進步來說,人工智能在會計工作中的大量應用可以大幅提升工作效率,同時還能夠利用計息機統計匯總和數量的優勢,為生產單位的經營決策提供準確有效的數據,并籍此提升生產單位的整體效率和經濟效益。但是,根據相關統計,目前從事會計基礎性工作的人員比重占會計人員總數的50%至70%,對于這一部分人員來說,人工智能的高度發展會產生巨大的替代效應,當人工智能在會計工作中應用越廣泛,引發的會計失業人員就會越多。因此,人工智能大量應用的時代,也是從事會計基礎工作人員產生失業危機的時代。
2人工智能發展背景下會計工作的相關應對措施
2.1適應時展,積極利用人工智能
科學技術是第一生產力。人工智能雖然對會計工作構成了挑戰,但是時代的發展和進步不可逆轉。因此,在人工智能高速發展的今天,從事會計工作的人員不僅不應該拒絕和排斥人工智能,相反地,應該轉變觀念,認清形勢,努力去學習掌握人工智能在會計工作中的應用方法,提高工作效率和工作質量。讓人工智能工具成為自己工作中的得力幫手,利用這些工具來高效完成會計基礎性工作。同時,加強專業理論學習,提高工作能力,利用節省下來的時間集中完成難度大、情況復雜的會計工作,在人工智能來臨的時代實現自身的進步。
2.2提升工作層次,實現升級轉型
從目前情況來看,人工智能在會計工作中的應用還只停留在于基礎性、重復性高的工作方面,而對于需要較高思維能力的會計工作,人工智能還難以勝任。例如人工智能雖然能夠快速整理出財務數據,但是讀出財務數據背后的信息,準確評價生產單位的整體發展能力,結合財務數據對企業戰略、運營質量、競爭能力、風險價值等作出評判,人工智能還難以做到。即使是人工智能與大數據技術結合,目前也無法做到對高級財務管理人員的替代。基于此,會計工作人員在人工智能發展的時代,可以打破本專業的限制,在掌握財務專業知識的同時,多涉足企業管理,由傳統的會計向管理型會計轉型。另外,還應該利用各種工作機會,站在單位發展的高度,進行財務分析、出謀劃策,提升自己在生產單位的價值和層次。
2.3圍繞專業發展,變更工作內容
會計工作人員必須認識到,相對于人工智能而言,人的思維具有獨創性。人工智能歸根到底,也只是對于人的思維的模仿和拓展,控制和決定人工智能的最終仍然是人。在人工智能得到發展的時代,會計專業學科本身也會同步實現發展。隨著會計學原理的不斷豐富和完善,會計方法應用也將發生很大改變,會計人員的工作內容也會隨之改變。一是隨著會計原理和會計方法的調整,會計人員在利用人工智能的時候,必須進行相應的調整,以達到工具使用與工作目的的統一;二是隨著人工智能工具的發展,除了一些具有固定模式的工具以外,提供給會計人員由其結合實際需要,自主開發利用的軟件工具將會越來越多,會計人員應該加強學習,掌握人工智能工具,使其變成自己工作的利器。
2.4關注行業動態,自我優化升級
作為會計人員,在人工智能快速發展的背景下,必須時刻關注行業動態,樹立終生學習的理念,不斷實現自我優化升級。會計人員應認識到,會計專業作為一門學科,在國民經濟發展中具有不可替代的作用,不管人工智能如何發展,改變的只是工作方式和內容,會計專業本身不會消亡。因此,會計人員在工作的同時,要密切關注本行業的發展動態,按照行業發展方向來調整自己的職業目標,并根據職業目標進行規劃,學習相關的知識和技能,在工作中多掌握一些管理技能,努力提升財務分析能力和預判能力,以自我優化升級來應對專業變化和人工智能發展。
3結束語
在人工智能快速發展和應用的背景下,會計工作人員必須適應時展,積極利用人工智能,不斷提升工作層次,關注行業動態,實現升級轉型;高等教育中的會計專業也應面向人工智能,改革教育模式,培養出適應新時期發展的會計人才。
參考文獻
關鍵詞:人工智能;學習興趣;教學方法
1956年,在美國Dartmouth大學,由數學家J.McCarthy和他的三位朋友M.Minsky、N.Lochester和C.Shannon共同發起一個歷時兩個月的夏季學術討論班,他們在此討論班上第一次正式使用了人工智能(Artificial Intelligence)這一術語。人工智能是一門多學科交叉的課程,涉及計算機科學、數學、控制論、信息論、神經生理學、心理學、哲學及語言學等多個學科,是新理論和新技術不斷出現的綜合性學科。當前,人工智能領域加強了從人類智能與生命現象中汲取養分的趨勢,加快了向分布式系統與復雜系統靠攏的步伐,智能化的應用更為深入,影響更為廣泛,其發展已對人類的經濟、社會、文化等方面產生了深遠影響[1]。
1人工智能導論課程特點
人工智能導論是人工智能領域的引導性課程,介紹人工智能的基本理論、方法和技術,目的是使學生了解和掌握人工智能的基本概念和方法,為進一步學習奠定基礎。人工智能是計算機科學與技術學科一門重要的基礎課程,需要相關課程作支撐。離散數學、概率論與數理統計等課程是其數學基礎,數據結構、程序設計基礎、算法分析與設計等課程則為人工智能中知識表示、邏輯推理和問題求解提供了設計與實現手段。與其他軟件課程相比,人工智能課程有鮮明的特點,主要表現在思想方法上強調啟發性、算法上強調不確定性。同時,由于人工智能是一個新思想和新技術層出不窮的開拓性領域,因此其對學生的訓練是鼓勵創新的,具有其他課程不可替代的作用。
人工智能導論是計算機相關專業的必修課,在許多信息類相關的本科教學中也有開設,一般開設在第六或者第七學期。我國目前本科教育的定位是專才教育,培養某方面的專業人才。完成公共基礎課程和部分專業基礎課程的學習之后,本科高年級學生應該了解本專業的應用領域和發展前景,因此在教學過程中要注意內容的專業性和應用性。由于本科階段學生缺乏科研意識,初步的科研訓練設置在第八學期,即所有課程學習完畢之后的畢業設計,而人工智能課程強調科研性,因此教學難度較大,由此帶來的最直接后果就是學生學習興趣不高。同時,對有志于讀研的學生而言,本科階段的學業也是研究生教育的起點,在教學過程中要適時的進行科研引導,提升學生對科學研究的興趣,為研究生階段打下基礎。可見,圓滿完成人工智能導論課程這一教學任務是重要且極具挑戰性的。
2教學內容安排
人工智能的研究和應用領域非常廣泛,包括問題求解、機器學習、自然語言理解、專家系統、模式識別、計算機視覺、機器人學、搏弈、計算智能、人工生命自動定理證明、自動程序設計、智能控制、智能檢索、智能調度與指揮、智能決策支持系統、人工神經網絡、數據挖掘和知識發現等。人工智能導論旨在為這些具體領域的研究提供引導和基礎保障。
人工智能導論課程涵蓋內容較多,因此需要明確“精講”和“泛講”的內容,以使教師和學生在教學活動中都有所側重。當然,首先應和學生說明,泛講并不代表內容不重要,只是由于課程性質和課時的關系,暫時不作深入探討。日后如有需要,可在此基礎上進一步學習和研究。結合當前人工智能學科的發展狀況,根據教學大綱和作者的教學經驗,對人工智能導論課程教學內容的精講和泛講安排如表1所示。
3提升學生學習興趣的教學方法
3.1穿插背景故事
為激發學習積極性,針對學生喜歡聽奇聞軼事、想象力豐富的心理特點,通過講述一些與教學內容有關的故事或者趣事來吸引其注意力,輔助思維并豐富聯想,使學生在愉悅中完成學習[2]。下面列舉幾個我們在課程教學中用到的背景故事,通過這些故事,不但傳授了知識,也活躍了課堂氣氛。
1) 人類智能的計算機模擬與人機大戰。
講授人類智能的計算機模擬時,可以給學生簡述一下IBM公司的超級電腦和國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫之間的人機大戰,以促進學生對人類智能和人工智能的進一步思考。北京時間1997年5月12日凌晨4點50分,在美國紐約公平大廈,當IBM公司的“深藍”超級電腦將棋盤上的一個兵走到C4的位置上時,國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫對“深藍”的人機大戰落下帷幕,“深藍” 以3.5U2.5的總比分戰勝卡斯帕羅夫。2003年1月26日至2月7日,卡斯帕羅夫與深藍的升級版“小深”又進行了一場人機大戰,先后進行了6局比賽,最終卡斯帕羅夫以1勝1負4平的結果和“小深”握手言和。這也表明了人工智能和人類智能之間的較量還將持續下去。
2) 問題規約法與老和尚說教。
問題規約法是從要解決的問題出發逆向推理,建立子問題以及子問題的子問題,直到最后把初始問題歸約為一個本原問題集合。本原問題指不能再分解或變換且直接可解的子問題。可見,問題規約的本質是遞歸的思想。此時,可以給學生簡述我們小時候就聽說過的老和尚說教的故事,即“從前有座山,山上有座廟,廟里有個老和尚,老和尚對小和尚說,從前有座山……”。
3) 模糊理論與禿頭悖論。
模糊推理是一種重要的不確定性推理方式,是指基于模糊理論進行的推理。講授模糊理論時,可以先講一下禿頭悖論讓學生討論。一個人有10萬根頭發,肯定不能算禿頭,不是禿頭的人,掉了一頭發,仍然不是禿頭,按照這個道理,讓一個不是禿頭的人一根一根地減少頭發,就得出一條結論,即沒有一根頭發的光頭也不是禿頭!禿頭悖論的出現源于在嚴格的邏輯推理中使用了“禿頭”這一模糊概念,因此需要以模糊邏輯代替傳統的二值邏輯解決該問題。
3.2課堂辯論和多媒體教學
人工智能從其誕生之日起就充滿爭議,各種學派的爭論使得人工智能的發展更趨完善,加快了其縱深發展。目前,人工智能的爭論主要有兩方面,即研究方法的爭論和技術路線的爭論。前者爭論的主要問題有人工智能是否得模擬人的智能;對結構模擬和行為模擬是否可以分離研究;對感知、思維和行為是否可分離研究;對認知與學習以及邏輯思維和形象思維等問題是否可以分離研究;是否有必要建立人工智能的統一理論體系。后者爭論的主要問題是沿著什么樣的技術路線和策略來發展人工智能。
在課堂教學中,可以充分利用人工智能中存在的爭論較多這一特點,針對相關議題組織課堂辯論,如可用議題“機器的反叛――機器的智能會超越人類嗎?”。讓學生在圖書館或者從網上查閱相關資料,明確自己的論點并準備證據材料,并在課堂上進行辯論。這類辯論無所謂輸贏,旨在通過這種活動,增進學生思考[3]。教學中,還可以充分利用多媒體教學的特點,如讓學生觀摩電影《終結者》系列、《人工智能》、《黑客帝國》等,增強學生對人工智能的直觀感受,提高課堂教學效果[4]。
3.3應用實例分析
普遍而言,本科學生對單純的理論講解不太感興趣,因此在教學過程中,適當增加一些實驗和設計,提高學生分析問題的能力和實際動手能力。比如,講解知識的產生式表示法時,給出產生式的概念和基本表示形式之后,可以通過“野人與傳教士過河”問題來說明產生式表示法的具體應用過程;講解計算智能的進化計算部分時,給出進化算法的幾種具體形式和算法流程之后,可以通過中國旅行商問題(CTSP)來說明算法求解問題的過程。教師在教學過程中,可以根據需要,選擇一些合適的應用實例進行分析。通過這些實例,既能加深學生對知識的理解,又能增加學習的興趣。下面給出兩個實例的簡單描述。
1) 產生式表示法求解“野人與傳教士過河”問題。
問題:傳教士和野人各N人過河,現只有一條船,傳教士和野人都會劃船,船一次只能載k人,船上野人多于傳教士時野人就會吃掉傳教士,問如何安全過河?(不失一般性,以N=3,k=2為例求解)。
求解簡述:設綜合數據庫中狀態用三元組(m, c, b)表示,其中m、c、b分別表示傳教士、野人和船的數目,則有:
0≤m, c≤3, b ∈{0, 1}
以左岸為參照點,則初始狀態和目標狀態分別為(3,3,1)和(0,0,0)。據此,可以給出一條產生式規則如下:
IF (m, c, 1) THEN (m-1, c, 0)
以此類推,把所有可行的規則都求出之后,就可按照規則集和控制策略得到問題的解。
2) 遺傳算法求解31個城市的CTSP問題[5]。
問題:給定有限個城市的集合C={c1,c2, …,cm}及每兩個城市之間的距離矩陣D=[dij]m×m,其中m∈N,dij=d(ci, cj)∈Z+,ci、 cj∈C,1≤i、j≤m,求出滿足的城市序列cπ(1)、cπ(2)、…、cπ(m),其中π(1),π(2),…,π(m)是1、2、…、m的一個全排列。我們以CTSP問題為例,即求解中國31個城市之間最短巡回路線的問題。
求解簡述:路徑表示直接使用城市在路徑中的相對位置,如有編號分別為1、2、3、4、5的5個城市的一條路徑4-1-2-5-3,用路徑表示方法直接可寫為(4 1 2 5 3)。適應度函數值用路徑的實際長度表示。交叉算子采用次序雜交,即選擇父體的兩雜交點,交換相應的段,其它城市則保持在父體中的相應次序。變異算子采用倒位算子,即隨機選擇兩個位置,然后將它們之間的城市反序。通過運用遺傳算法求解,可得最優解為15 404 km,對應的巡回路線為“北京―呼和浩特―太原―石家莊―鄭州―西安―銀川―蘭州―西寧―烏魯木齊―拉薩―成都―昆明―貴陽―南寧―海口―廣州―長沙―武漢―南昌―福州―臺北―杭州―上海―南京―合肥―濟南―天津―沈陽―長春―哈爾濱―北京”。實例講解完成后,可要求學生采用相同或者不同的方案自己去實現一下問題的求解過程。
4結語
人工智能是計算機科學與技術專業的一門核心課程,同時也是一門交叉學科,涉及面廣,理論性強,教學難度較大,學生的學習興趣有待提高。本文作者根據自己在人工智能導論課程中的教學實踐和課程特點,明確了教學中的精講內容和泛講內容,總結了三種提高學生學習興趣的教學方法,并給出相應的實例說明,旨在為本門課程的教師提供教學參考。
參考文獻:
[1] 蔡自興,徐光v. 人工智能及其應用(本科生用書)[M]. 北京:清華大學出版社,2003:288-296.
[2] 薛占熬,齊歌,杜浩翠,等. 離散數學的課堂導入法研究[J]. 計算機教育,2010(8):95-99.
[3] 徐新黎,王萬良,楊旭華. “人工智能導論”課程的教學與實踐改革探索[J]. 計算機教育,2009(11):129-132.
[4] 李春貴,王萌,何春華. 基于案例教學的“人工智能”教學的實踐與探索[J]. 計算機教育,2008(9):53-54.
[5] 楊利英,覃征,賀升平,等. 改進的演化近似算法求解TSP問題[J]. 微電子學與計算機,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.
關鍵詞:智能制造 機械 啟示
隨著信息技術的不斷發展,現代制造業向著以智能制造為核心的新一代工業發展,社會對機械人才的需求量越來越大,但同時對人才的質量和綜合素質也提出了與以往不同的新要求。筆者將從智能制造基礎和內涵出發分析智能制造高職院校機械教學影響和啟示。
一、智能制造的含義及關鍵技術
制造是從概念到實物的過程,通過制造活動把原材料加工成適用的產品,智能制造是在網絡化、數字化基礎上融入人工智能和機器人技術形成的人、機、物之間相互交互與深度融合的新一代制造系統。智能制造系統的本質特征是分布于各個地方的單個制造者自主性和整個制造系統的自組織能力,實質就是應用快速可靠的通信傳輸網絡建立的分布式多自主體智能系統。
智能制造系統的基礎技術。
1.數控機床技術
數控機床技術是智能制造的基礎,智能制造系統最終產品的生產都依賴于數據機床技術。
2.計算機技術
計算機輔助設計能夠提高產品的質量和縮短產品生產周期,在制造過程綜合利用計算機技術使生產從概念、設計到制造聯成一體,做到直接面向市場進行生產,可以從事大小規模并舉的多樣化的生產。
3.工業控制技術、微電子技術
利用工業控制技術、微電子技術結合人工智能技術發明的機器人開創了工業智能新局面,使生產結構發生重大變化,使制造過程更富于柔性,擴展了人類工作范圍。
4.人工智能技術
人工智能的目的是為了用技術系統來突破人的自然智力的局限性,達到對人腦的部分代替、延伸和加強的目的,使那些單靠人的天然智能無法進行或帶有危險性的工作得以完成,從而使人類的智慧能集中到那些更富于創造性的工作中去。人是制造智能的重要來源,在制造業走向智能化過程中起著決定性作用。
5.通信網絡技術
構成智能制造系統的基礎就是高可靠實時通信網絡,通過通信網絡高速可靠實時傳輸智能制造系統中各個制造者所需要的所有信息,通信網絡技術主要包括嵌入式網絡技術、高可靠無線網絡技術,網絡信息安全技術和異構網絡間無縫交換技術。
二、智能制造對機械教學影響及啟示
機械專業是現代工業的基礎,機械專業的人才將是工業4.0時代弄潮兒,為了適應智能制造工業發展的需要,在機械人才培養方面必須要適應時代的發展,作為機械專業人才培養主要搖籃,高職院校培養的人才只有滿足智能制造的需求,才能立足于未來工業發展,否則培養的人才將被現代工業社會所淘汰。因此在機械專業人才培養方面對教學模式、教學內容和教學方法等方面進行改革創新是大勢所趨。
1.不斷完善機械專業教學內容
智能制造所需要的機械人才已經不再是僅僅懂得機械專業的人才,而應該是對計算機技術、工業控制技術、網絡技術、人工智能技術等智能制造基礎技術都要熟悉和了解的人才,這就需要學校在進行機械專業課程設計時要在加強傳統機械專業課程的同時,增加計算機技術、工業控制和微電子技術以及人工智能技術的相關課程,老師在教授傳統機械課程的同時,把計算機技術、工業控制技術和人工智能技術融入到教學中,從而使學生熟悉在機械制造工業中如何應用計算機、人工智能等技術,充實學生的技術儲備,為學生的就業打好基礎。
2.在機械專業教學中不斷創新應用教學方法
智能制造對機械專業人才提出了新的要求,學生不僅要加強對機械知識的掌握和運用,還要熟悉了解計算機技術、工業控制和微電子技術和人工智能知識,這就產生老師傳統教授機械知識的教學方法不一定適用于這些新知識教學的問題,因此教師應該深入研究計算機技術、工業控制和微電子技術以及人工智能技術的教學方法,并結合適用于機械專業教學方法不斷創新新的教學方法, 培養學生學習的主動性、創造性、理論實踐能力和學習的方法習慣。同時要不斷提高任職教師能力素質,加強學習智能制造關鍵技術相關知識。
3.逐步完善改進教學模式
智能制造需要新的理論知識體系,原來的機械專業知識的教學模式可能已經不再適應新知識的教學,這就要求我們的老師不斷研究新知識理論,探索嘗試新的教學模式,使得學生能夠牢固、快速掌握新知識。
三、小結
谷歌研發的自動駕駛汽車已經累積了數十萬英里的安全駕駛記錄,預計數年內,這種無需人類駕駛的車輛將廣泛投放市場。但隨之而來的一個倫理性問題是:如果無人駕駛汽車出了車禍,責任應該歸結于誰?如果搭乘車主的無人駕駛汽車,正要經過一座狹窄的橋,橋對面忽然開來了滿載兒童的校車,這座橋無法容載兩輛車,必須要有一輛車馬上掉下橋去,才能保障另一輛車的安全。那么,無人駕駛汽車是會毫不猶豫地沖上前去,為車主清除隱患,把校車撞下橋去呢,還是自殺性地開下橋,犧牲車主以保全更多兒童的性命安全?
類似的倫理疑問還包括:如果你或你的家人突發重病,但無人駕駛汽車卻拒絕超速趕往醫院,你該怎么辦?如果有家長讓未成年的孩子喝酒,家傭機器人是否應當馬上啟動報警程序?
人工智能時代已經到來,機器人的智能化程度大幅提升,機器人已擁有了從經驗中自我學習的能力,還能對現實問題作出快速反應。但有關人工智能、機器人的倫理性問題,卻比單純的技術問題更難得以解決。
在卡普蘭看來,相比于過去的智能化機器,機器學習已有了本質的區別,已經“發展出自己的直覺力,然后用直覺來行動”,這也將使得機器人可以更為踴躍地進入人類世界,接管過去僅能由人執行完成的形形的工作。在過去,投放到醫學、工業等多種領域的機器人,都存在精準性、力量性、持久性不足等問題,使得機器人適應環境的能力較差,只能在啟動之前盡可能精準地設定,但隨著機器感知領域的突破和發展,“未來的機器人可以看到、聽到、做計劃,還能根據混亂而復雜的真實世界來挑戰自己”。
卡普蘭預言,終有一天,隨著傳感器、反應器以及無線通信的不斷進步,人工智能將以合成智能的方式,與人體甚至其他物體合而為一――“未來看起來會比你想象中的更像過去”。
智能時代毫無疑問會釋放出更多的技術紅利,但風險也不可小覷。卡普蘭特意提到,隨著在金融交易中越來越多地加入人工智能,高頻交易程序一方面減少了市場震蕩,另一方面卻會將風險轉嫁給一般的交易者,讓交易者獲得的交易價格偏離于最佳價格。這種情況在商業領域中也有表現,比如全球知名電商企業亞馬遜通過復雜算法,使得不同顧客在不同時段獲得的報價各有不同,并通過智能化的購買數據分析,推出更具誘惑力的促銷方案,誘導顧客購買更多原本不需要購買的、實際上也并不那么價廉物美的商品。從目前情況來看,在合成智能方面投入最多的企業,無不熱衷于將之應用于操控用戶的注意力和購買力。
更進一步的風險在于,由于人工智能的設計僅僅服務于單一目的,因而未曾考慮是否存在副作用。比如,人工智能會搶在他人之前,(幫助主人)搶占車位,會在大蕭條之前惡意搶購超市貨架上的所有應急商品 ;與人對弈的機器人,不排除會使用“黑社會”式的手段,包括威脅對手的家人,破壞對手的交通工具。
要避免人工智能對社會體系甚至人類安全造成威脅,相關的智能設備、機器人開發和使用的倫理準則及立法,都應盡快提上議事日程;并且,在人工智能開發過程中,在增強單純的技術能力的同時,也應嘗試賦予它一種人類式的“感受同情和憐憫的能力”。
關鍵詞: 智能; 教學系統; 模型
智能輔助教學系統的開發是涉及人工智能、計算機科學、教育學、心理學和行為科學的綜合性任務,其研究的最終目的是由計算機系統擔負起教育、教學的相關責任,即賦予計算機系統以智能,由計算機系統在一定程度上代替教師實現最佳教學。
一、智能輔助教學系統的發展歷程
智能輔助教學系統興起于上世紀七十年代,Bolt Neranek Newman公司開發了Scholar系統,它被認為是最早出現的智能輔助教學系統。當時應用人工智能技術在計算機輔助教學系統中添加了學生的學習行為、能力以及訓練策略。同時人工智能技術還被用于建立學習顧問之中,即存放所要教授課程的問題和技能,控制訓練策略并給出適合學生的學習內容,使之產生根據學生的能力、弱點以及所喜愛的學習風格進行教學的軟件系統。
隨后又出現了Why 、Sophie、West、 Buggy、Neomycin等系統,并將知識表示、專家系統、問題求解、推理方法等人工智能技術用于智能輔助教學系統,取得了豐碩的成果。
我國智能輔助教學系統的研究起步較晚,開始的研究工作主要集中在少數大學和研究機構里斷續進行,且多為研究和演示用的系統,經過嚴格評測的系統很少。最近幾年則發展較快,一些計算機公司也投入其中,伴隨著智能輔助教學系統的迅猛發展,必將對我國的教育改革起到積極的推動作用。
二、智能輔助教學系統的模型構建
智能輔助教學系統是以認知學為理論基礎,將人工智能技術應用于CAI,是智能化的CAI。在智能輔助教學系統中,學生的學習也可以借助于智能化的推理機制對大量知識進行選擇、判斷與處理,使學習內容更有針對性,從而提高學習效果。
一般,智能輔助教學系統模型的構建包括以下幾個模塊:
1.知識庫
作為智能輔助教學系統的重要組成部分,知識庫主要提供一個指導性的、自適應的、開放的、可操作的框架和服務設施。為各個學科知識提供規范的知識輸入和組織,其它教學資源,如題庫、課件、素材等,均依據它來組織管理,這將使用戶可以建立適用于自己的知識體系,使各類知識應用能夠有一個好的開發和集成基礎。另外,核心的教學領域知識將被分解為相互聯系的知識點,形成知識樹,提供可視化的、操作性好的知識樹編輯界面,方便教師將教學領域的知識輸入到知識庫。
例如,有的智能輔助教學系統中的知識庫,是從知識表示入手,在SC文法知識表示體系和知識樹映射方法的基礎上,提出了一個動態、實時、自適應、交互式知識庫模型。模型包括基于SC文法的知識點表示方法、知識樹結構、知識樹映射、知識點學習循環等內容, 模型在智能輔助教學系統中經過實例化設計和運用,可以表現出動態教/學、領域無關、人機交互、自適應、個別化、可擴展等智能特點。
2.學生模型
學生模型就是用于表示學生實際認知狀況,并通過解釋學生的活動得出他對領域知識和技能的掌握情況。系統中每個學生有唯一的ID標識,建立唯一的學習資源、學習信息和特征數據庫,系統智能功能的實現在于如何動態地、正確地提取學生的主題特征。
一般,系統可以采用領域知識樹模型來表示學生對領域知識的掌握情況。例如,可以設學習中的整個領域知識樹為DKT;學生已學習過的知識樹為SKT,未學過的知識樹為SNKT;學生已掌握的知識樹為GKT,未掌握的知識樹為GNKT。則{SNKT}={DKT}-{SKT}、{GNKT}={SKT}-{GKT},如果SNKT和GNKT皆為空時,則表示學生達到了學習的要求。其中,如果GNKT不為空,則學生不能進入下一階段的學習,只能進行重復學習和補充練習,直到GNKT為空時,才進入下一階段的學習。
3.專家決策機制
該模塊可以看作智能輔助教學系統中的推理機,它一般采用兩級推理相結合的方法,即基于語義網絡的推理和基于產生式規則的推理,其中基于語義網絡的推理用于確定教學內容,而基于產生式規則的推理用于確定教學策略。
也有觀點認為基于規則的推理是容易健忘的,即基于規則的推理對于每一個問題的求解都是從頭開始,而不管類似的問題以前是否遇到過。但日常的智力行為則不同,人們往往迅速地把事件或問題同以前的經驗相聯系。與基于規則的推理不同,基于范例的推理被認為是基于以前經驗的推理。因此,在有的智能輔助教學系統中采用的是基于范例的推理。
基于范例推理的工作過程為:分析輸入,確定范例的索引,根據索引從范例庫中取出相近的范例,改善范例的問題求解方法并使之適應于需要求解的新問題。如果成功,則創建索引、形成新范例并存儲;若不成功,則首先分析失敗的原因,修正解法,重新測試,或轉至重新指定索引進行范例檢索。
4.智能接口模塊
該模塊實際上是作為系統與用戶交互作用的部件,它除了提供學生信息的輸入與注冊外,還實現了學生與系統之間的通信功能。與之相關的技術有自然語言處理、人機對話內部處理、知識庫系統化維護、學生模型初始化、教師模型自適應調整等。該模塊為實現協商、辯論、會話等教學形式的應用提供了一個良好的環境。
三、智能輔助教學系統的未來趨勢
智能輔助教學系統的發展不是孤立、單一的,它的發展要涉及計算機科學、教育學、認知科學和人工智能等多門學科,就目前而言,其表現為以下幾方面的發展趨勢。
1.智能技術的應用
智能技術是能自動執行用戶委托任務的計算實體,從技術的角度來看,智能技術應當是由各種技術支撐著的,許多實用的應用特性的集合,開發者正是使用這些應用特性來擴展應用的功能和價值, 從而達到能自動執行用戶委托任務的目的。在智能輔助教學系統中,學生可以使用智能技術進行搜索、導引來查詢有效知識。由于它具備學習的功能,能夠主動、高效地從網絡信息空間中發現和收集用戶所需要的信息,因此有助于解決使用單一關鍵字匹配查詢、搜索引擎引起的大量無關信息的涌現、信息檢索的精確度較低等問題,使得教師和學生在教與學的過程中,提高知識選取效率,加強交互學習和自主能動性學習。
2.自然語言處理技術的應用
自然語言處理屬于高技術學科,是知識信息處理中的核心課題。長期以來人們對計算機理解自然語言頗感興趣,計算機專家采用人工智能的理論和技術,將設定的自然語言機理用計算機程序表達出來,構造能夠理解自然語言的系統。他們從系統功能的角度出發,把輸出對輸入文本的反映作為衡量計算機理解語言的判別標準。在智能輔助教學系統的研究開發中,特別是智能人機接口方面,可以結合運用多種自然語言處理技術的研究成果,提高系統的智能。例如,通過自然語言人機接口,可以實現更加方便的人機交互功能;利用語義網絡技術,可以充分實現知識點之間的層次關系和語義聯系;通過智能模糊查詢技術,可以實現系統知識庫的知識查找和知識利用;利用機器翻譯技術,可以開展跨語言的知識學習。
3.虛擬現實技術的應用
虛擬現實技術是由多媒體技術、仿真技術以及計算機技術相結合而生成的一種交互式人工世界,它的根本目標就是達到真實體驗和基于自然技能的人機交互。而教學是一個傳授知識的過程,通過親身經歷能加速這一過程和鞏固所傳授的知識,在智能輔助教學系統中,使用創建的虛擬環境,可以在一般人所不能親身體驗的情景中,達到演示、操作的教學目的。它允許學生與現有的各種信息發生交互作用,學生可以在仿真過程中經歷不同的時間和空間,可以與各種仿真物體接觸,還可以與虛擬境界的各個部分接觸,為增強學生的學習實踐提供了方便的途徑。
4.現代學習理論的應用
現代學習理論認為,學習不是一個被動地記錄外界信息的過程,而是一個主動建構的過程。它要求學生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉變為信息加工的主體、知識意義的主動建構者。學生在學習過程中,主動地選擇一些信息,忽視一些信息,并運用原有的經驗和具體情況去理解新的信息。現代學習理論在智能輔助教學系統中的應用,能為學生建構知識提供充足的信息,容易激發學生的學習興趣和學習主動性,更能滿足學生的個性化要求。
在當今教育改革的大環境下,智能輔助教學系統將顯示出越來越重要的作用。目前,我國在這方面的成果還不多,真正能投入教學實踐的系統則更少,這個有著誘人發展前景的領域,值得我們進一步研究和設計。
參考文獻:
[1]莫贊等.智能教學系統的發展與前瞻[J].計算機工程與應用,2002,(6):7-8.
[2]肖雯.人工智能技術在計算機輔助教學中應用 [J].南京工程學院學報,2002,(6):56.
[3]楊國才等.一個智能教學系統的設計模型 [J].計算機應用,1998.(10):18.
[4]閉應洲等.基于校園網的智能教學系統的研究和設計[J].廣西師范學院學報, 2002.(12):61.