首页 首页 人工智能 查看内容

本科人工智能课程教学中培养学生计算思维能力的探讨

木马童年 2019-7-5 05:50 61 0

  摘 要:培养学生计算思维能力是当前计算机专业教育领域的研究热点。本文结合本科人工智能课程的教学实践,探讨本科人工智能课程与计算思维之间的内在联系,提出一种以“计算思维”为核心的本科人工智能课程教学 ...

  摘 要:培养学生计算思维能力是当前计算机专业教育领域的研究热点。本文结合本科人工智能课程的教学实践,探讨本科人工智能课程与计算思维之间的内在联系,提出一种以“计算思维”为核心的本科人工智能课程教学的新模式,以达到提高学生的计算思维能力、应用能力和创新能力的教学目的。 中国论文网 https://www.xzbu.com/1/view-11703268.htm  关键词:计算思维;人工智能;能力培养

人工智能是当前发展非常迅速的一门前沿学科,也是本科计算机类专业的重要基础课程,因此探讨该门课程的教学新模式非常必要。在教学实践过程中,我们发现,本科生在学习这门课程时会遇到比较大的困难。主要是因为人工智能是一门多学科交叉的综合学科,涉及到计算机科学、认知科学、生物学、数学、心理学等众多领域,内容多,更新快,难度大。该门课程强调科研性和创新性,而本科生的科研意识和创新能力比较弱,因此培养学生的计算思维、应用能力和创新能力是教好这门课程的重点和难点。笔者结合在教学实践中发现的问题,分析人工智能和计算思维的内在联系,讨论在该门课程教学过程中如何开展有效的教学改革实践,以达到培养学生计算思维能力和创新能力的目的。

一、本科人工智能课程教学存在的问题

从理论教学上发现,本门课程内容抽象,而且涉及多个领域学科,对于本科生来说,第一次接触到综合性的前沿学科,往往不知所措。学生普遍反映该门课程理论性很强,涉及很多数理逻辑知识,太难理解,无法从全局掌握本门课程的知识。

从实验教学方面来说,考虑到目前人工智能领域应用最广泛的是模式识别,而研究模式识别的主要开发工具是Matlab,因此在实验课教学过程中,主要让学生学会使用Matlab软件进行模式识别领域的一些简单应用,比如手写数字识别和车牌识别等。然而,这些实验内容大都是一些验证性的实验,学生只是照着教师给的程序进行验证,或者下载网络公开的源代码进行调试和验证,缺乏创新。如果让学生自己编程,对于刚接触人工智能相关知识和Matlab编程工具的本科生来说,是一个很难实现的任务。因此在整个实验过程中,学生并不能从全局上掌握整个算法的思想,以至于达不到教学的目的和效果。

针对上述问题,笔者在教学实践中对教学方法进行了思考和改进。笔者认为,在人工智能的教学过程中,除了要把该门课程的基本原理和知识传授给学生,还要深挖更深层次的内容,传授典型问题的求解方法,使学生掌握相关的知识点,并教给学生科学的世界观和方法论。这样在教学过程中,我们将知识、能力与素质融会贯通,以人工智能领域的具体知识为载体,对学生进行能力培养,提高学生的创新意识。

二、人工智能教学中计算思维的培养

2006年,美国卡内基梅隆大学计算机科学系主任Jeannette M. Wing教授提出了计算思维的思想。该教授认为,计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维的概念一经提出,就引起了教育界学者们的广泛关注。如何在教学实践中培养学生的计算思维,一直是学者们广泛关注的焦点。下面,我们将围绕计算思维能力要求,探讨如何在本科人工智能的教学过程中培养学生的计算思维能力,进而培养学生的应用能力和创新能力。

本科人工智能教材主要包括三个部分的内容,第一部分主要论述了人工智能的基本技术,即知识表示、推理及搜索;第二部分着重论述了专家系统、智能决策支持系统等研究领域的有关原理和技术;第三部分讨论了神经网络和计算智能的模型和算法。

第一部分内容比较抽象,对于这一章内容我们主要采用计算思维的抽象教学方法。在教授这一部分内容时,教师可以在授课前引导学生思考人类大脑的运作方式,然后在这纷杂的信息中概括和抽取出具有相同的内在特征,用统一的知识进行表示,并对未知的知识进行推理和搜索。这样的教学方式让学生学会从计算机技术的层面思考人脑思维方式的模型构建,通过层层思考、层层深入和层层解决问题的方式,使学生对这一部分内容有着更深层次的理解。

第二部分内容涉及系统的构建和实现,所以这一部分内容我们主要采用计算思维的案例教学方法。教师可以根据教学内容的需要,通过设置具体的案例,引导学生参与分析、讨论、构建模型和解决问题等活动,让学生在具体情境中积极思考和主动探索,培养学生认识问题、分析问题和解决问题的能力。这种教学方式充分发挥了学生的学习主动性,调动了学生的学习积极性和自觉性。

第三部分内容主要论述目前最流行的人工智能方法和技术,在这一部分内容的教学中,我们主要采用计算思维的转化教学方法。在教学中,首先,教师引导学生应用前面章节掌握的知识建立起算法的基本逻辑框架,通过计算机来实现算法原理的转化。实践效果表明,这种方式有助于将学生的通常思维模式转化为计算思维的模式。最后,教师根据学生对编程语言和算法源代码的掌握程度,指导学生自己独立编写智能算法的源代码,并和其他算法的计算结果进行对比分析。

注:本文受“广西混杂计算与集成电路设计分析重点实验室开放基金(HCIC201305)资助。

作者简介:黄华娟(1984― ),女,广西崇左人,博士,讲师,研究方向:人工智能基础理论。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-11703268.htm

在不久的将来,多智时代一定会彻底走入我们的生活,有兴趣入行未来前沿产业的朋友,可以收藏多智时代,及时获取人工智能、大数据、云计算和物联网的前沿资讯和基础知识,让我们一起携手,引领人工智能的未来!

计算机 人工智能 计算机科学 模式识别 专家系统 智能决策
0