人工智能结课论文(2)
人工智能结课论文篇二
人工智能实验课教学改革研究
摘要：阐述目前集中式实验教学中存在的问题，指出集中式实验课不能充分发挥学生个性和便于学生交流知识，提出双主体意识和沉默式教学法相结合的教学方法，开展相同实验题目的随便实验教学模式和课题式开放性实验教学延伸措施，进一步完善实验考核评估体系，从多方面提高学生实验课质量和学生解决问题的能力。
关键词：人工智能;实验教学;集中式实验课
0 引言
人工智能是研究如何使计算机具有人类智能的科学，其研究一直处于信息技术的前沿，它的研究、应用和发展在一定程度上决定着计算机技术的发展方向。人工智能课程在国内外尤其是国外很受重视，不少发达国家已经在中小学开设了人工智能课程，我国在这方面也开展了一部分工作。人工智能是一门综合性很强的学科，涉及的知识范围较广，理论性较强，内容抽象，理论课很难涵盖各知识点，而且理论的枯燥性和抽象性也使得教学效果通常不太好。实验教学是课堂内容的具体化，是对课程知识的进一步深化和补充，人工智能实验课是人工智能课程不可缺少的一个重要环节。
西北工业大学较早就开展了人工智能课程，实验教学内容作为课堂内容的进一步深化和补充，已经在该门课程的教学中起到了很大作用。学生可以从实验中真实体验到人工智能的价值，但是西北工业大学和其他高校一样存在一个共同的问题：由于高校规模扩张，学生数量急剧增加，学生水平参差不齐。另外，目前高校开设的课程越来越多，西北工业大学的实验室机房虽然扩建了很多，但还是资源紧张，实验教学的组织方式还是以班级为单位的集中式实验教学模式。
集中式实验教学能够确保与课堂教学保持同步，便于统一进度和统一管理，但这种集中式实验教学模式不利于兼顾众多不同层次水平学生的要求，也不能充分重视学生的个性发展。对于学生实践能力的培养，由于存在个体差异，笼统地对以班级为单位的学生采用相同的实验教学进度和时数，并不能达到理想的实验教学效果。然而，集中式实验教学也有其有利因素，众多学生可以在一起做实验，将实验室作为知识融汇的场所。如何在这样的环境中鼓励学生自由探索和共同创新，是我们需要考虑的问题。笔者主要对集中式实验课的教学方法和手段进行探索，重点从教学方法引导、教学层次探索、教学内容延伸和实验考核体系拓展这几个方面开展工作。
1 双主体意识与沉默式教学法相结合的教学方法
实验课本质上是学生自主完成作业的一个环节，学生是主要执行者，教师的任务是确定实验目标、制订实验内容、安排实验方法和进行实验考核。在实验教学的整个环节中，教师是实验的引导者，是决定实验课教学质量的主体;学生是实验内容的执行者，是决定实验课完成质量的主体。教师和学生在实验教学中承担着不同方面的主体角色。
双主体教学理念是指以教师为主导，以学生为主体的教学方法。教师是教的主体，学生是学的主体，两者构成教学相长的本质关系。在教学中两个主体都应充分发挥作用并相互配合与协调。双主体教学是新课程改革的理念和保障，在课堂教学中已经引起人们的注意。同样，教师和学生必须在实验教学中明确自己的主体地位，增强主人翁意识，积极参与实验教学的各个环节。实验教学的双主体性强调实验教学过程中的“主体性协同”，教师是实验活动的组织者，必须理解教学目标，熟悉实验内容和各种实验方法，充分利用各种教学资源，引导学生发挥积极能动性，保证学生实验的顺利开展;学生是学习的主体则强调在实验教学中要尊重和弘扬学生的主体意识和主动精神，让学生独立主动和创造性地完成实验内容。
沉默教学法由凯莱布·加特诺创建于20世纪60年代，成熟于20世纪70年代。在沉默式教学法中，学习者不只是单纯地记忆和重复学习材料，而是发现和创造新知识。目前，实验教学中使用的多是较传统的教学方法，教师设计好实验内容、步骤和注意事项，让学生按要求完成任务。这是一种重结论、轻过程的方法，其结果只会使学生知其然而不知其所以然，制约学生的想象力和创新能力，不利于培养学生的创新意识和创新能力。实验教学中沉默教学法的真正含义是指实验教师尽量少做实际的指导，令学生在实验过程中尽量多动手、多思考，充分发挥学生的主观能动性，帮助学生更快、更有效地具备运用所学知识的能力。沉默教学法在整个实验教学中强调学是首位，教从属于学，教师处于第二位，教师的任务主要是考虑如何启发学生思考。实验不仅是积累知识的手段，还是进一步培养熟练运用所学知识能力的手段，以便学习者在相同的时间内学得更快，学到更多的知识。学生依靠自己并对自己的学习承担责任，而教师只是把学生培养成为有能力的学习者。
沉默式实验教学不仅有助于学生真正理解和掌握实验中用到的理论，而且提高了学生分析问题和解决问题的能力，有利于提高学生的综合素质和创新意识，但它的主要缺点是对教师的主导作用有所忽视，另外教师不做过多指导可能使学生对一些错误发现得较慢甚至没有发现，影响学生掌握知识的准确性。我们尝试将沉默式教学法引入双主体式教学理念，仍然强调教师教的主导角色和学生学的主体角色，但在一些环节上采用沉默式教学法。主要措施包括：(1)提出实验内容和实验要求，但是在实验方法和步骤方面给学生一定的自由度，让学生根据自己所学知识思考该如何解决问题，按照自己的思路动手做实验，即使方法错误也可以从中有所收获;(2)在实验指导方面，不要过多地给学生强调实验要点，也不要展示太多的已有成果，而是让学生在所学知识的基础上动手做实验，高年级本科生已经具备一定的编程能力，具有自己搜集资料的能力，可以在实践中进行原始性的创新;(3)在实验结果判断方面，先让学生自己总结和判定，这个过程也是学生对自己掌握知识进行梳理的一个过程，然后教师提出自己的观点，在与学生讨论的过程中共同做出实验结果鉴定。
例如，在遗传算法的实验教学中，由于遗传算法本身比较复杂，算法思想在实际问题中的应用也比较抽象，因此学生做这个实验有一定挑战，教师在实验前要给学生提供一定的实验指导，让学生首先能找到动手做实验的思路。同时，由于这个算法在具体问题中的实现有很大灵活性，教师应该采取放手让学生做的策略，让学生根据自己对进化的理解和对问题的分析，自行设定具体问题中的进化策略，观察用遗传算法进化求鳃的结果，最后分析结果好坏的原因。我们在实验教学中发现，学生的潜力是无穷的，他们针对选择、交叉和变异使用各种方法，有的从基因片段的角度分析考虑，有的还从现实中动物灭绝的原因进行分析并在选择操作中杀死部分优秀个体。在这样的实验模式下，学生不仅能完全理解遗传算法这个原理，还能掌握其在具体问题中的应用，同时整个实验过程可以发挥学生的想象力和创造力，实验效果很好。 2 开展相同实验题目的随便实验教学模式
目前大多数学校的实验教学组织方式多是以班级为单位进行集中式教学，这种模式不利于充分发现学生的个性差异。对于学生实践能力的培养，笼统地对以班级为单位的学生采用相同的实验教学进度和时数，并不能达到理想的实验教学效果。虽然许多实验内容设置为基础性实验、综合性实验和设计性实验3个层次，表面上看已体现了分层次教学，但实际上常常不能真正落到实处。究其原因，一方面实验内容设置还不够合理，综合性实验与设计性实验区分不明显;另一方面部分学生的理论基础知识掌握不扎实，难以真正完成综合性实验和设计性实验。
考虑到学生能力和潜力各不相同，各学生对于同一个实验题目可进行不同程度的发挥，我们将实验要求定得太简单可能会失去实验意义和价值，定得太难又会让部分学生望而生畏，不敢动手;因此我们开展相同实验题目的随便实验教学模式，制订统一的实验大纲，但是设定具有很大发挥空间的实验题目，让学生可以在完成一部分内容后自然想到下一步更高的目标，在动手实践中不断探索并不断提高自己的目标。
这种模式有利于教师统一进度和统一管理，不对实验内容进行明显的分层次选择，以便不同层次的学生都有热情参与，最后根据学生的最终结果进行考评。这种模式是一种鼓励式教学。例如，对于产生式系统推理这部分内容，我们让学生以动物识别系统为例，用选定的编程语言建造规则库和综合数据库，开发能进行正确的正向推理或反向推理的推理机。在这个实验中，我们为学生提供多种动物识别系统案例，每个案例的复杂程度不一，我们对这些案例不做过多分析，让学生自行选择。结果就是能力差的学生选择简单的案例，能力强的学生可以完成较难的案例推理，通过较难的案例挑战自己，提高动手能力，但是每个学生都能完成产生式系统推理实验。
3 开展课题式开放性实验教学延伸
现在的大学生知识面较广，随着计算机的普及和网络在人们生活中的深入，学生对新知识、新概念比较感兴趣，不仅渴望学到书本知识，而且对科技创新更有热情。目前，人工智能实验课只是单纯地让学生知道实验原理、实验目的、实验手段和实验结果，学生对于应用背景也多是从书本上和课堂上了解。如果能将实验课内容和一些科研课题相结合，让学生从人手开始就明白自己所做实验的意义，这样更有利于调动积极性。教学和科研相结合，实验教学和科研课题相结合是实验教学不断革新的一个源头。
西北工业大学有着较强的科研实力，作为教师我们应该充分利用实验资源和学校的科研资源，调动学生的学习积极性，发挥教师的科研能力。课题式实验教学模式主要由教师根据某科研课题提取实验内容，给出实验课题名称，然后由学生根据自己的兴趣爱好和专业知识自行选择课题，构成课题实验群(或个体)，最后在教师的指导和管理下，学生在实验课堂或课后完成实验内容。在这种课题式实验方式下，学生所做的实验内容直接与某一课题相联系，学生头脑中不再是抽象的理论和实验方法，而是与具体实际应用紧密相关的问题解决方法，是理论知识和实际应用相结合的完整知识体系。课题式开放性实验是一种方向明确、理论与实际紧密联系的综合实验系统，有助于培养学生的综合能力、创新意识以及团队协作精神。
这种实验不再采取以班级为单位的集中式教学，而是以课题为单位，可以让学生集中在一个实验室并统一管理，也可以允许学生自行选择实验场所。课题式实验可以选修实验的形式供学生选择，旨在拓宽实验教学内容，让水平较高的学生有更多的发挥空间。‘课题式实验教学内容由项目组成员、课程任课教师和其他相关科研课题负责人共同讨论确定。例如，机器人路径规划实验是我们提供给学生的一个课题式选修实验内容，选自西北工业大学机器人足球竞赛项目，学生都比较感兴趣。我们首先让学生初步了解机器人足球项目，然后提出其中的路径规划问题，要求学生设计机器人路径规划方法，使得机器人能够找到一条从出发点到目的点的可行路径并避开其中的障碍物。这是一个很典型的应用人工智能算法的实际问题。如果用栅格法建模，便可以用图搜索算法如A*算法进行求解，这样就将传统的人工智能理论应用在现实问题中。对于这个题目，学生可以选择单独完成，也可以和同学组合完成，感兴趣的学生还可以报名参加竞赛项目组，进行更进一步的开发。
4 完善实验考核评估体系
实验结果考核是实验教学的一个重要方面，如何对学生的实验内容进行合理考核是衡量实验教学者对学生引导水平高低的有效手段。计算机程序设计类课程的许多内容往往通过设计成果进行考核，但有些成果成绩不优的设计也会存在一定的闪光点。一个完善的实验课考核评估体系不仅要考核学生的实践动手能力，同时还要考查学生分析解决问题的能力和汇报工作的能力，主要从学生解决问题的思路、编程能力、对自己实验工作的总结能力等几个方面进行综合考查。
我们采取的实验考核体系分为课堂出勤、程序内容、回答问题和实验报告4部分，在实验总成绩中各占一定比例，实验考核评分比例见表1。我们对每个实验题目分别从这4个方面进行考核，实验总成绩为所有实验题目的平均成绩。
我们会在实验课中配备一定数量的研究生助教，在课前对研究生进行实验内容培训。每个学生在课堂上完成实验题目后让研究生助教检查，演示实验程序结果并作讲解，然后研究生助教就相关问题提问，当堂给出程序演示和课堂提问成绩。课后学生需要提交实验报告，然后由研究生助教给出实验报告的成绩。这3部分成绩构成该实验课程的最终总成绩。课堂检查这个环节对调动学生积极性起到很大作用，首先从一定程度上减少了作业抄袭现象;其次在提问过程中教师可以发现学生实验中的一些问题，促进学生不断改进;第三，对于能力较差的学生，他们确实会有完成不了的题目，课堂检查这个环节使得他们即使抄袭别人的东西，但也理解了实验内容，在一定程度上提高了能力。
通过几年的实验教学积累和对比，我们认为实验课课堂检查是很有意义的一个环节，既能调动所有学生的学习积极性，同时又能达到正确给出考核成绩的目的。
5 结语
实验课是高校教学工作的一个重要环节，实验教学改革是教学改革工作中不可忽视的一个重要环节。笔者根据多年实验教学经验提出了适合高校集中式实验课的一些教学方法改革措施，并在西北工业大学的人工智能实验课中进行尝试，其中很多措施已经取得了不错的教学效果。现在课程教学理论、教学方法和新技术不断更新，学生知识面越来越宽，思维越来越活跃，实验课教学中不断涌现出新的问题，实验教学内容和教学方法改革是一个需要我们不断探索的问题。
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