融合理论与应用的人工智能教学改革分析

吕照民

摘  要：本文从人工智能课程理论与应用相融合的方向出发，结合教学实践过程中的经验，根据高校学生学习特点对目前情况下人工智能课程所存在的问题进行现象分析。探索并发现学生存在专注度不高、学习兴趣不强等问题，并提出解决此类问题的理论方法，促进人工智能教育的进步与变革，培养出顺应当前时代发展、满足社会需求的复合型人才。

关键词：人工智能  教学改革  教学方法  学习兴趣

xAbstract： This article starts from the direction of the integration of artificial intelligence curriculum theory and application， combines the experience in the teaching practice process， and analyzes the problems existing in the artificial intelligence curriculum under the current situation according to the learning characteristics of college students. Explore and discover that students have problems such as low concentration and low interest in learning. We propose theoretical methods to solve these problems， promote the progress and transformation of artificial intelligence education， and cultivate compound talents that conform to the development of the current era and meet social needs.

Key Words： Artificial intelligence; Teaching reform; Teaching method; Learning interest

人工智能是引領世界未来、改变全球格局的战略技术，人工智能的迅猛发展迫切需要人工智能教育的及时跟进。人工智能教育水平的高低决定了一个国家在世界新一轮科技革命中所处的地位，具有极其重要的意义[1]。近年来，人工智能AI （Artificial Intelligence）成为全世界范围内非常热门的专业和研究方向，各大高校、公司均投入大量资源成立人工智能学院，培养、培训学生及相关从业人员。我国在人工智能基础研究和创新方面，仍然存在很大缺口。根据高盛《全球人工智能产业分布》报告统计，2017年全球新兴人工智能项目中，中国占据51%，数量上已经超越美国。但是，全球人工智能人才储备方面，中国却只有5%左右[2]。人工智能与各界尤其是教育界的融合成为各界人士所关注的重点。目前，很多研究给予人工智能对教育及学校形态的影响以关注，探讨其困境与出路[3]。

1  人工智能教育的重要意义

人工智能课程是一门应用性与综合性极强的学科，其知识内容可适用于多种专业及场景。在这门学科的学习过程中，涵盖了逻辑推理、公式推导等多层次知识，对学生的逻辑思维能力和高等数学基础有较高的要求。是现代教育体系中不可缺失的一门课程，为解决复杂问题和智能控制提供了有效的途径。有助于推进我国高水平素质教育的发展。人工智能教育发展有如下几点重要意义。

（1）加强了师资队伍专业素养。

人工智能作为较为新颖的新兴学科，可以开拓教师队伍的视野，给相关研究内容提供一条崭新道路，提供了科学研究多样性与灵活性，促进教师主动积极的更新自己的知识体系，接触并了解人工智能原理，通过对先进技术的灵活使用，与所研究方向做到合理结合。也可以开设面对教师队伍的人工智能课程，可以与社会前沿技术进行同步与更新。

（2）激发学生的学习热情。

学习热情不是天生的，是在学习过程中逐步形成的，在学习中获得成就感、满足感，掌握一个科学高效的学习方法是关键，在学习的过程中，如果方法不得当，学习严重受挫，学生会对课程学习失去兴趣，甚至产生讨厌的情绪。人工智能内容丰富，方法多样，目前高校学生的上课专注度与课程内容、教师授课存在正比关系。传统课程的教学内容较为统一，难以激发学生们的学习热情，导致学生的学习较为被动。通过人工智能教学改革，可以将目前学术界前沿知识理论进行传授，激发学生学习动力，认识到一个全新的、多元的人工智能课程。用人工智能的应用价值来调动学生的学习动力，通过联系实际，解决学习、生活中的问题，让学生感到生活中处处有人工智能，彰显人工智能知识的魅力。激起学生学好人工智能的欲望，让学生感到学习此课程并不只是为了应付考试而已，而是在生活有很大的实用价值。如此进行教学，学起来学生会产生亲切感、真实感，从而激发高校学生学习人工智能的积极动机，产生学习人工智能的兴趣。并且由于人工智能课程的稀缺性，除高校外并不是非常普及，容易使学生产生成就感，促进人工智能课程的顺利开展。

（3）加强学生解决问题的能力。

以人工智能为核心的“新一代技术革命”正在掀起，成为社会又一次全新变革与发展的开端。作为高校学生，学习人工智能课程可以对自己的思维方式产生极大的转变，面对一个待解决的复杂问题，或许使用人工智能的思维可以巧妙的转换为简单问题，如目标检测、故障诊断等人工智能应用，极大的减轻了人工劳动，提高了工作学习效率，高校学生学习人工智能课程后，将人工智能理论融合与应用，面对当前课题所遇到的问题，为解决问题提供多一条思路，节约时间成本，在时间就是价值的今天，人工智能的意义不言而喻。

2  人工智能教学的现状与问题

现在许多高校都开展了人工智能课程，作为一门新兴学科，一定伴随着教育方法的不断改革创新，目前在教学过程中存在下述几个问题。

（1）学生的基础知识不扎实。

人工智能课程内容包含数学计算、向量分析、神经网络搭建等复杂内容，对学生的逻辑思维能力，高等数学能力都是不小的挑战，往往会出现学生并不是不认真学，而是基础知识的不扎实导致学而不精的情况。不断深入的学习如走天梯一般一层接着一层，不能出现漏学、错学的情况，为了学生的学习质量与教师的教学热情，在教学改革中应该解决此类问题。

（2）没有将理论与应用相融合。

面对新兴学科一般都存在的问题——理论融合应用，在人工智能课程中也依然存在，长期以来，高等学校总是面对理论与应用相脱节的批评之声。无论是在工科专业，抑或是师范类专业，都能听到类似的批评。高校虽然也一再努力接近实践，比如推进产学研一体化、建设实践基地等，但理论与实践脱节的问题依然存在。美国教育家舍恩等人在20世纪70年代就注意到这一问题，发现了“实践性知识”的存在，将此视为缩小理论与实践鸿沟的关键。所谓实践性知识，是与理论知识相对应的概念，是指在实践中形成的、实际指导实践工作的知识。作为一门理论性高的课程，实践性知识较少，实践性知识扎根于应用之中，在课堂中如何把应用融合于理论，并不是一件简单的事情，如果缺乏对“实践”过程和实践机制的认识，所谓的理论与实践结合只能是流于形式[4]。所以在人工智能授课过程中，理论与应用如何相融于教师来说是一个严峻的问题。

（3）学生的参与度不够。

上一点问题中提到，人工智能是一门理论性极高的课程，这意味着课堂中往往是教师在讲台上授课，学生在台下进行聆听，查阅资料、自我思考与钻研的时间并不多。不管是什么知识，只有自身真正的参与其中，才能够更好的将课本、课件中的知识为自己所用，遇到不懂的地方不再按部就班的填写答案，而是在互联网中主动寻找知识来源、进行课程知识外的系统完善，培养出高水平人才。而如何解决这一问题，教师们一直在进行探索，以充分调动学生的参与度。

3  人工智能在教学改革中的应用与实践

世界一流大学在人工智能课程内容设置根据不同国家的教育体系设置，肯定会有不同，我们结合中国教育体系设置，根据工科学生的学习能力、基础技能，认为应从以下几方面进行改进。

（1）提高课程选课门槛。

选择人工智能课程之前，学生应当通过高等数学、线性代数等课程考试。众所周知人工智能课程内容包含数学计算、向量分析、神经网络搭建等复杂知识，若学生未掌握基本计算能力而进行人工智能课程的学习，可能会导致进度缓慢、专业问题难以理解的困难。

（2）课程教学应注意理论与应用的融合。

人工智能课程包括知识表示、基础算法、机器视觉等内容，许多同学在在课程结束之后，能够了解此类知识，但并不能将所学知识应用于自身专业、研究方向，如何将知识转化为学习工具，是教学改革所要研究的重点。对于工科专业的学生来说，人工智能能应用的领域非常广泛，课程中教师可以将相关人工智能处理案例附加于对应章节的学习中去，使学生不仅理解基本方法，也明白该方法在实际工作中的应用，这样理论与应用的融合加深学生的学习深度，提高学习兴趣。

（3）加强学生独立解决人工智能问题的能力。

教师可以在课程教学过程中提出相关基础性的问题，引导学生使用不同的人工智能方法、查阅文献资料对该问题进行解决，并制作ppt于课前面向同学进行分析与展示。由于往常课程教学中，常见教师从头至尾含辛茹苦进行课程讲解，但学生参与度不高，处于被动接受的环境。巴尔扎克认为：“打开一切科学的钥匙，都无异议的是问号。”在教学过程中，学生只有对学习内容产生疑问，学习才有积极性和主动性，才会开动脑筋，想方设法去解决问题。若教师巧妙地设问，可以以问促学，以学促思，从而在质疑中引发学生认知冲突，诱发学生思维动机的问题。如此能够有效激发学生探究意识和学习兴趣，使学生产生渴望探究新知识的良好心理状态，从而主动的深入学习。而让学生去解决一个课程相关的问题，可以加强学生查阅文献资料的能力，提高学生独立思考能力与学习兴趣，师生之间的交流程度也大幅提高。同时将学生作为教学主体，将教师从原本的知识传授者变成教学引导者，帮助学生能够进行自主学习，促进学生综合素质的提高[5]。

4  结语

人工智能的发展是随着时代的发展和技术的进步而变化[6]，在社会的不断发展中应用之处越来越多，人工智能教育的改革也十分重要，教师如何教好，学生如何学好，是两个需要不断细化的问题。习总书记谈过：“教育兴则国家兴，教育强则国家强。”高等教育是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志。习总书记在不同场合多次强调发展教育的重要意义，为教育强国的建设指明了方向。作为高校教育中的重要一环，高校教师应该积极配合学校的总体方针，认真思考如何使用丰富的教学手段，增强教学深度，将理论融合于应用，完善学生的知识体系与实践能力，使得人工智能在发展中不断更新，在社会中发挥更大的作用，培养出适应时代发展和社会需求的复合型人才，走好中国特色社会主义道路，为社会主义现代化贡献力量。

参考文献

[1] 刘永，胡钦晓.论人工智能教育的未来发展：基于学科建设的视角[J].中国电化教育，2020（2）：37-42.

[2] 周鋆，曾平，杜振国，等.世界一流大学研究生培养模式讨论——以人工智能课程为例[J].计算机工程与科学，2018，40（S1）：102-106.

[3] 李嘉琳.论人工智能对学校教育的影響[D].沈阳：沈阳师范大学，2020.

[4] 陈洪捷.为什么我们做不好“理论结合实践”[N].中国科学报，2020-06-02（7）.

[5] 亓静.人工智能背景下《数据结构》课程的教学改革分析[J].电脑知识与技术，2020，16（12）：151-152.

[6] 贵向泉，高祯，李立，等.“新工科”背景下人工智能教学改革研究[J].教育教学论坛，2020（15）：129-131.