Seminar方法在《人工智能概论》教学中的实践探究_张友强.pdf

本栏目责任编辑：王力信息化与计算机教育Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第18卷第36期(2022年12月)第18卷第36期(2022年12月)Seminar方法在 人工智能概论 教学中的实践探究张友强，孙进，刘家希，戴彬（南京邮电大学 物联网学院，江苏 南京 210003）摘要：针对 人工智能概论 课程教学面临的问题，Seminar教学法被引入课程教学中。首先，介绍了Seminar教学过程及其特点；紧接着，探讨了 人工智能概论 课程的Seminar选题要点，并给出了该课程的Seminar选题设计实例；最后，分析了一个具体的Seminar课题教学实例，研究了Seminar教学法在该课程中的教学效果。教学实践表明，Seminar教学模式对 人工智能概论 教学改革是有积极意义的，对学生的能力培养是全面的。关键词:Seminar教学法；人工智能概论；能力培养中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2022)36-0172-03开放科学（资源服务）标识码（OSID）：1 引言人工智能已成为当前信息技术发展的一个重要方向，它在各行各业有着广泛应用1。人工智能技术促进了生产力的发展，加速了第四次工业革命。人工智能技术的快速发展，也为高等教育带来了新的挑战2。首先，人工智能涉及的知识范畴比较宽泛，它是一种多学科融合的综合技术。其次，随着理论的发展和计算机硬件的升级，人工智能相关技术更新较快。最后，人工智能产业发展的需求越来越多、任务要求越来越高，这倒逼人工智能技术进一步发展。人工智能技术的发展和应用离不开专业人才，为了培养人工智能方面的专业人才，教育部在2018年度普通高等学校本科专业设置和调整工作中增加了人工智能本科专业。随后，国内许多高校增设了人工智能本科专业，开始专注于人工智能方向的本科专业人才培养。除了专门的人工智能本科专业之外，各大高校在电子信息类专业开设了人工智能方面的通识课或专业选修课。以笔者所在的网络工程专业开设的 人工智能概论 课程为例，该课程涵盖知识点较多，内容比较宽泛。这就出现了一个问题，课程讲授容易抓不住重点，学生积极性不高。因此，对于 人工智能概论课程，授课老师需要及时调整授课模式或授课方法、发展新的教学理论与方法。Seminar作为一种问题研讨式教学模式，已在各学科教学中得到一定推广3-5。与传统的课堂教学表现出的单向信息传播特点不同，Seminar教学模式具有信息双向传播的特点。一方面，老师将问题布置给学生，学生通过线下分组的形式进行准备，然后在课堂上将解决方法和结果汇报给大家；另一方面，老师对各组的解答进行点评和总结。此外，Seminar教学方法加强了学生之间的交流互动，提高了学生解决问题的团体协作能力。为此，课程小组将Seminar教学方法引入 人工智能概论 教学，以此提升教学效果。2人工智能概论 课程教学问题分析人工智能概论 课程涉及的知识点较多，需要学生有一定的基础知识；该课程多为选修课，上课人数较多，师生互动次数较少；学生自律能力较弱，缺乏主动学习的精神。具体来说，存在以下几方面的问题。（1）课程内容宽泛人工智能概论 涉及的知识点比较多，以中国科学技术出版社出版的 人工智能导论6为例，该教材共有十五章，章与章之间内容相对独立。对学生来说，每一章都是新的内容，需要学生课前阅读一些相关资料进行准备。另一方面，课程涉及的知识点较多，授课老师无法详尽地在有限的学时内讲授所有内容的细枝末节，这就需要授课老师进行针对性的讲解。（2）先导课程相对薄弱虽然 人工智能概论 课是一门通识课，但它也需要一些先导课程作为支撑。例如，机器学习章节中的支持向量机算法原理简单，推导过程却有一些难度，因为该算法的推导需要用到高等数学的基础知识。决策树方法也是机器学习中的重要算法，该算法需要用到信息论知识，如果学生缺乏相关知识，将很难理解该算法的核心思想。由于各种原因，学生的先导课程知识储备往往不够充分，影响了该门课程的学习收稿日期：2022-04-15基金项目：南京邮电大学教学改革研究项目（JG01621JX45）作者简介：张友强（1990），男，陕西汉中人，讲师，博士，主要研究方向为机器学习、模式识别。E-mail：http：/Tel：+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术Vol.18,No.36,December2022172DOI:10.14004/ki.ckt.2022.2270信息化与计算机教育本栏目责任编辑：王力Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第18卷第36期(2022年12月)第18卷第36期(2022年12月)效果。（3）教学模式相对单一当前的 人工智能概论 课程多数还是以课堂讲授为主，学生参与较少。课堂讲授的本质就是单向性的知识传播过程，学生对这种授课方式没有多余的选择，只能选择接受或者逃避，学生往往处于被动学习的状态。此外，授课教师在讲授的过程中需要考虑全体学生的平均接受能力，使得多数学生能够理解授课内容。（4）线上教学自律较弱受疫情的影响，原来的线下教学经常会转为线上教学。在线学习的方式打破了时间与空间的限制，让学生可以在不同的地方上课学习，减少了疫情防控对教学的影响。但是，线上教学需要学生高度的自律，这是完成线上教学目标的一个重要保障。实际情况却很难让人满意，学生受疫情影响，浮躁的心态难于专注课堂；线上教学缺乏监督，学生可能只是账号在线而人不在课堂。（5）缺乏开创性思维人工智能课程具有与时俱进的特点，学习该课程时需要紧跟当前人工智能发展的方向。在讨论各种应用时，需要用开创性的思维去思考问题，而不是用固化的思维来思考和解决问题。面对同一个问题，可能有不同的解决办法，也就需要从不同的视角来研究该问题。以流水车间调度问题为例，可以用遗传算法、粒子群算法、神经网络等不同的算法来求解，此时就需要发散思维，从多方面进行审视。3 Seminar教学模式及其特点3.1 Seminar教学过程Seminar教学法起源于德国柏林大学，是一种在老师的指导下，学生以小组形式讨论某一特定问题的教学模式7。学生主动提前学习老师布置的课程内容、找到问题的答案，并在课堂上与其他同学分享知识和观点。这种教学方法注重学生与教师在课堂上的互动，能充分调动学生的主观能动性，培养学生的发散思维和创新思维8。该方法已应用于许多学科，并可能导致知识的增长3,4,9。Seminar教学法的主要步骤如下：（1）布置Seminar课题。授课教师根据授课内容和进度安排选择一个合适的内容作为Seminar主题，学生组队并选定代表作为主讲人。教师向学生介绍该主题的基本情况，不需要进行深入的讲解和评价，避免影响学生的自主学习方向和范围。授课教师可以根据需要给学生适当准备一些阅读资料，包括但不限于较新的文献、技术资料等。（2）学生自主学习。学生根据主题和教师分发的资料进行学习，学生还需要动手从图书馆或互联网查询所需的资料。学生之间进行交流讨论，形成对该主题的理解，撰写讲稿和多媒体演示文稿。（3）课堂报告交流。小组主讲人根据自主学习形成的报告进行讲解。授课教师和其他学生代表根据主讲人的报告进行自由交流，主讲人对提问者的问题给予回答，小组其他成员对回答做出补充和解释。（4）总结与评价。对Seminar进行总结评价，点评内容可以以多样化的形式展开。首先，可以对每Seminar的各个部分进行评价，如报告资料准备情况、报告情况、讨论问答情况等。其次，可以对不同小组进行对比性评价，这样对同一个Seminar来说，学生可以获得不同视角下的理解。3.2 Seminar教学法特点与单向信息传播的传统教学方法不同，Seminar教学方法具有如下特点：（1）互动性。传统的课堂教学具有单向性和机械性的特点，对比之下，Seminar教学法采用双向交流的方式进行，学生对一个Seminar主题开展调查研究形成自己的理解，而后在课堂上就自己的理解进行报告，发表自己的见解和看法，教师和其他同学也可以根据主讲人的发言进行提问交流。双向互动交流增强了学生在学习过程中的主动性，避免了传统填鸭式教学带来的弊端。（2）研究性。Seminar教学方式是一种主动开展问题探索研究的活动，其活动具有一定的学术性，它体现在两方面。一方面授课教师需要对教学内容进行研究，从而找到合适的Seminar主题供学生研究。另一方面学生需要按照Seminar主题开展研究，其研究过程需要搜索并总结一些学术资料。（3）民主性。Seminar教学法具有很强的民主性。首先，在对主题进行研究时，学生可以根据自己的需要查找各种资料而不拘泥于课本；其次，在课堂报告交流时，学生和老师之间可以畅所欲地提问和交流；最后，在整个Seminar教学实施过程中，学生享有宽松、独立、平等的学习氛围。（4）激励性。Seminar教学法的激励性体现在两方面。一方面，学生对Seminar课题开展研究，可以激发激励学生主动探索知识，进一步培养学生的创造性思维，从而更加深刻地理解有关知识点。另一方面，学生与老师、学生与学生之间的双向交流，可以培养学生的发散性思维，从而升华所学知识。4 Seminar教学法在教学中的应用4.1人工智能概论 课程Seminar选题要点人工智能概论 课程内容宽泛、知识点跨度大、理论性较强的特点，而且该课程还需要其他课程如高等数学、线性代数、优化理论、图论等作为支撑。此外，该课程还与实际应用联系比较紧密。因此，在引入Seminar教学法时，需要综合考虑所选择的主题与教学内容的关联度以及主题的难易程度，因为主题内容直接影响了相关知识点的学习效果。针对 人工智能概论 课程的特点，结合前人经验和教学实践，提出173本栏目责任编辑：王力信息化与计算机教育Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第18卷第36期(2022年12月)第18卷第36期(2022年12月)以下Seminar选题要点。（1）确保 Seminar 主题与学生的能力基本匹配。所选的Seminar主题既不能过于简单也不能太难，因为过于简单不利于调动学生的兴趣，而过于困难则会挫败学生学习的积极性。因此，难度适中的Seminar主题是达成课程目标的基础。（2）选题内容应贴近实际应用。对于概论课来说，不适宜选择理论太强的主题，否则会占用学生较多课余时间。另一方面，贴近实际应用的主题可以增加学生的兴趣，提高学生参与Seminar的积极性。（3）选题与课程思政相结合。人工智能概论 课涉及较多的伦理问题，在选题时，要考虑对学生世界观、人生观、价值观的塑造10。另一方面，人工智能应用与大众生活、工业化建设、国防现代化建设都有密切的关系，在选题时要考虑培养学生健全的人格。4.2 Seminar教学法实施课程教学使用中国科学技术出版社的 人工智能导论 教材6。根据前一小节选题要点和课程教学大纲安排，课程的Seminar主题设计如表1所示。表1 Seminar主题设计Seminar主题内容八数码问题的状态空间表示AlphaGo使用的搜索策略群智能算法求解流水车间调度问题采用决策树算法对从动物分类中医辅助诊断系统设计规则商场导航机器人技术对应课程内容知识表示搜索技术智能算法机器学习专家系统规划、机器人、自然语言和语音处理下面以“群智能算法”这一节的教学过程说明Seminar教学法在网络工程专业限选课 人工智能概论 课程教学中的应用。（1）Seminar课题布置。课前要求学生对群智能算法这一章进行预习，课堂上，授课教师选定主讲人对粒子群算法、蚁群算法、蜂群算法的主要思想进行讲解。教师布置Seminar课题：选定某一种群智能算法，编程求解流水车间调度问题，同时教师分发文献资料供学生参考。（2）学生自主学习。学生对课题进行分组学习，学习过程中自由交流讨论，也可以查阅各种资源和材料；学生自主选择程序设计语言，编程求解流水车间调度