面向设计类专业的人工智能课程教学探讨

2022-04-25李元伟伏波

创新创业理论研究与实践 2022年6期

李元伟，伏波

（广东轻工职业技术学院，广东广州 510300）

科技艺术是通过创造性地运用当代最新科学技术而创造的一种艺术形式。与传统的艺术形式相比，这类艺术作品的主要特征是深入融合了当代最新科技，例如物理、化学、数学、生物学、计算机技术、人工智能等领域的最新技术，因此它的表现形式也非常丰富，与所采用的科学技术手段以及创新思想和创造方法密切相关，具有鲜明的特色与技术色彩[1]。

作为一门模拟人类学习和智能行为的复合领域学科——人工智能技术，已经渗透到我们日常工作与生活的各个领域。由于信息环境的变革和社会需求的改变，人工智能技术正在飞速发展与成熟。艺术设计类专业的学生需要加强对人工智能知识的深入研究与学习，将设计学的知识与人工智能技术紧密结合起来，充分发挥艺术+科技1+1>2 的作用。艺术类学生的创造力与形象思维能力很强，学习与培养一定的逻辑思维能力后，能够创造出惊艳的科技产品。本文对设计类专业的人工智能课程教学内容与教学方法进行深入探讨，以期为高校人工智能课程教学改革与研究提供借鉴。

1 教学现状与问题

人工智能课程作为一门理论与实践相结合的综合性课程，内容丰富、交叉学科多，学习该课程要有较好的计算机基础能力和逻辑思维能力。艺术设计类的学生的专业核心课程是设计类课程，他们工科的思维能力与学习能力基础较差，目前国内只有少数院校针对艺术生开设人工智能课程[2]。

（1）学生很难转变学习思维。

目前学校在产品设计专业群开设人工智能课程，开设了人工智能导论、机器学习应用、C 语言程序设计课程，学生普遍反映编程内容比较难理解和掌握，自己练习编写时还是缺乏逻辑思维，导致学习的积极性不高，还没有完成感性思维和逻辑思维的融合。

（2）学生基础知识掌握不牢固。

艺术类学生没有工科课程的基础，开设人工智能课程，无论是学生的学习还是教师的教学都面临着挑战。机器学习、软件编程等概念抽象，学习难度大，大部分艺术专业学生对高等数学、电子信息技术、软件工程等基础课程不熟悉，缺乏相关的逻辑概念[3]。同时，由于设计类专业课程设置的原因，存在工科类课程教学时间不足、教学内容难点过多等问题。

（3）教师教学与实际项目脱节。

目前，人工智能技术已广泛应用于智能家居、服务机器人等各大领域，但我们的教学仍停留在传统的教学方法，缺乏设计学知识与人工智能技术紧密配合的实践教学活动，不能有效指导学生将人工智能技术应用到实际生产与生活中。每名大学生对知识的理解和掌握程度都不同，这就要求教师不能采用统一的教学方法。在人工智能教学中，需要结合学生的实际情况，积极引入优质的企业项目，提高学生承接真实企业项目的能力[4]。

2 课程教学改革策略

在当前背景下，如何运用新技术、新思路进行课程教学改革，是高校教学改革重点关注的问题。同时，由于艺术设计专业学生的工科基础较差，不能简单复制针对工科学生的人工智能课程教学方法和内容，而是需要重新开发一套合适的教学方法和内容，它不仅是课程内容的数字化和信息化，也是一种充分利用新一代信息技术的新型教学模式。针对艺术类专业人工智能课程教学中存在的问题，引入了一种智能化、信息化的教学模式，以实现教学改革[5]。

2.1 教学方法的改革

在传统的教学模式中，“以教师为中心” 的教学模式是最常见的。随着教育教学研究的深入和科技水平的发展，以“学生为中心”的教育模式成为教育专家建议的最佳教育模式，也成了教育改革的目标。

“以学生为中心”的教育模式强调激发学生的自主学习能力，为学生提供个性化的教育，并在充分利用现代科技的基础上，通过互联网为学生提供教学资源。但由于科技手段的限制，许多教学过程都无法达到“以学生为中心” 的目标。当人工智能技术与教学手段结合后，智能语音技术能够帮助课堂获得更好的教学效果；智能分析技术能够有效分析学生的特点，帮助教师做到因材施教；人工智能支持的游戏化教学平台使课堂更加有趣，充分激发学生的学习兴趣[6]。综上所述，我们具体采取的教学方式如下：

2.1.1 分组研讨互动式教学

分组研讨互动式教学环节具有渐进和有序互动的特点，分组研讨互动式教学基于学生的不同特点，通过课堂分组讨论和提问环节观察学生的言谈举止，在过程中评估学生对课程的理解程度，基于评估结果对学生进行分类管理，并对不同类型学生开展针对性的教学。采用不同的互动方式，通过教师与学生之间的交流、学生与学生之间的互动，创造条件让学生积极参与课堂教学的全过程。

在设计类专业的人工智能课程教学中，教师通过智慧教室课堂分组讨论的评估环节，充分评估学生对知识框架的理解情况，并根据学生的反馈设计教学内容。对于那些不愿学习的学生，我们将人工智能理论与学生的个人兴趣、社会行业的发展以及当前的研究状况相结合，可以大大提高学生的学习自主性。针对计算机基础知识相对薄弱的学生，可以在教师的指导下阅读大量的专业书籍，进而形成自己的知识结构，并且在课堂内外与教师和同学交流学习。这种课堂分组讨论和交流互动的模式有助于激发学生探索知识的欲望[7]。

2.1.2 有效激励式教学

为了给学生提供更多的激励措施，我们组织了各种类型的人工智能竞赛项目，设立了相应的项目奖学金，吸引学生参加各种创新和创业活动，并动员学生进行技术与设计集成的研究。教育部主办的“中国人工智能创新创业大赛”以“新一代人工智能创新”为主题，旨在培养学生的创新意识，提高创新实践能力，为人工智能产业的高速发展提供人才支持，我校也可以借鉴这种模式，在设计院校乃至全校开展此类竞赛，以提高创新能力，培养学生的团队精神，加大比赛的奖金投入，探索比赛成绩可以兑换学分的机制，充分激发学生的学习兴趣[8]。

在教师激励方面，在教师聘用和晋升过程中，指导学生开展人工智能设计与开发项目被视为教学任务的一部分，在绩效上予以倾斜，以鼓励教师积极参与指导活动。

2.1.3 人工智能技术实现个性化教学

通过人工智能技术，我们采用以下两种途径来实现因材施教的个性化教学。

（1）构建、优化智能模型。

人工智能的智能分析技术能够帮助学生构建和优化学习内容模型，帮助学生更加准确发现适合自己的学习内容。例如分级阅读平台就是典型的实践案例，以人工智能导论课程为例，它能够为学生推荐适合自己水平的人工智能知识阅读材料，并在阅读材料后附有相关的小测验，在学生完成阅读和测验后，平台会对其答案进行智能分析，生成阅读数据报告，既可用于下一次推荐，也方便教师掌握学生的具体学习情况。

（2）人工智能自适应平台。

要做到教学过程中的因材施教，就必须了解学生的学习特点。具有智能分析功能的人工智能自适应平台可以满足这一需求，为学生提供个性化学习。人工智能自适应平台的运作流程如图1所示：

图1 自适应平台的运作流程

我们以人工智能自适应平台的代表Knewton 为例。Knewton 是一家总部位于纽约的在线教育初创公司，成立于2008年，其目标是为世界各地的出版商、学校和学生提供预测分析和个性化推荐。Knewton 的核心产品是一种在线学习工具，可以根据每个学习者的个性化需求进行调整。Knewton 通过与Pearson 等出版商合作，将各种课程材料数字化，其教材覆盖范围包括K12、高等教育和专业发展教育。Knewton 的核心技术是自适应学习技术，通过数据收集、推理和建议三个步骤来提供个性化教学。

在获取学生的学习数据后，Knewton 能够为学生推荐一些合适的课程。在学生完成学习后，Knewton 能够预测性地告知学习者未来能够达到的学习程度。最后，当学生完成学习后，Knewton 会对学生的学习结果进行分析，评估课程对学生到底起到了哪些作用，以便更精准地推荐学习材料。

2.2 教学内容的改革

借鉴同济大学设计创意学院的经验，对设计专业和智能课程的教学内容开展深入研究，结合了中国教学系统的环境，提出了以下几个方面的改革内容。

2.2.1 核心内容设置

在核心教学内容的设置方面，首先要精简教学内容，避免讲授知识点过多，学生无法充分掌握和理解。可以利用大数据技术来收集和整合与课程相关的数据，通过数据分析得到哪些知识点是企业实际项目必需的，针对这些知识开发和丰富教学资源，在综合课程的基础上进行研究，了解前沿方法和知识。其次，基于收集的数据，选择人工智能领域的代表性知识作为重点，以便学生可以在有限的时间内掌握人工智能的知识。例如，为艺术设计专业准备的人工智能教科书涵盖人工智能与大数据导论、知识表示和推理、通用算法等课程，这些课程是基于设计类学生的特点重新定制开发的，是适合零基础水平学生的学习教材，同时着重增加设计中相应知识点的应用案例，以增强学生的知识理解。同时，基于学生的个人兴趣方向，开设数据分析、爬虫技术、机器学习等拓展课程，完善人工智能培养体系。

2.2.2 引入零基础编程软件

以虚拟仿真制作课程为例，艺术设计类学生在虚拟仿真制作时具有设计优势，设计类学生具有良好的形象思维和创意思维，但信息技术基础较为薄弱，在逻辑思维和代码编写方面存在不足，无法实现设计创意，我们通过校企合作开发一套《零代码虚拟仿真制作》课程体系来解决这个问题。该课程以Krisma VR 编辑器系统作为支撑工具，Krisma VR 平台是一款制播分离的VR 创作平台，该平台具有如下特性：（1）国内首款集内容编辑、播放功能于一体的VR 平台；（2）无须任何编程，设计师即可独立完成；（3）实现从简单到复杂的VR 制作流程；（4）创建管理自有VR 资源库、组合搭配全新VR 内容；（5）共享公共VR 素材资源、修改混编为个性化VR 内容；（6）平台中的VR 动画可以进行任意编辑、组合、完善、播出。

学生只需要拖拽和点击就能实现三维场景的制作与编辑，主要学习虚拟仿真技术的实现方法和制作手段，注重实践技能的训练，着重培养学生零代码虚拟仿真制作能力。对于学生将起到掌握专业理论知识、提高跨专业交叉综合应用能力的作用。本课程立足新技术，结合艺术设计类学生的思维特点，注重跨专业交叉技能培养和创新创业能力的提升。

将Krisma VR 编辑器软件引入实际的课堂教学，在交互设计与游戏设计专业开设《零代码虚拟仿真制作》课程，学生学完这门课后，无须编写任何代码，就能独立完成VR 场景内容的设计与制作，实现VR 虚拟场景的交互动画。