人工智能教學案例精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇人工智能教學案例，期待它們能激發您的靈感。

篇1

1.1集先進性、實用性和前沿性為一體的教學內容改革對國內外優秀的人工智能教材[2-6]的內容進行整合，建立人工智能的知識體系，并提取人工智能課程的知識要點，確定集先進性、實用性和前沿性為一體的教學內容。人工智能的核心思想是研究人類智能活動規律和模擬人類智能行為的理論、方法和技術，因此人工智能應圍繞“智能”這個中心。由于智能本身的復雜性，難以用單一的理論與方法來描述，因此可以通過建立人工智能的不同層次來刻畫智能這個主題。人工智能的主要內容可按圖1所示劃分為最底層、抽象層、邏輯層和應用層這4個不同層次。在最底層，神經網絡與演化計算輔助感知以及與物理世界的交互。抽象層反映知識在智能中的角色和創建，圍繞問題求解對知識進行抽象、表示與理解。邏輯層提出學習、規劃、推理、挖掘的模型與方式。應用層構造智能化智能體以及具有一定智能的人工系統。將人工智能劃分為這4個層次可確定人工智能課程的教學內容，并保證教學內容的循序漸進。

1.2基于人工智能知識體系的教學案例庫建設根據所確定的教學內容、知識重點和知識難點，從國內外經典教材、科研項目、研發設計、生產建設以及國內外人工智能網站等多種途徑，收集案例素材，加以整理，撰寫各知識要點的教學案例及其內容。表1給出基于人工智能知識體系的教學案例示例。

2人工智能課程教學案例的詳細設計

在教學案例具體設計時應包括章節、知識重點、知識難點、案例名稱、案例內容、案例分析過程、案例教學手段、思考/討論內容等案例規范，分別從以下單一案例、一題多解案例和綜合應用案例3種情況進行討論。

2.1單一案例設計以人工智能課程中神經網絡課堂教學內容為例，介紹基于知識點的單一案例的設計。神經網絡在模式識別、圖像處理、組合優化、自動控制、信息處理和機器人學等領域具有廣泛的應用，是人工智能課程的主要內容之一。教學內容主要包括介紹人工神經網絡的由來、特性、結構、模型和算法，以及神經網絡的表示和推理。這些內容是神經網絡的基礎知識。其重點在于人工神經網絡的結構、模型和算法。難點是人工神經網絡的結構和算法。從教學要求上，通過對該章節內容的學習，使學生掌握人工神經網絡的結構、模型和算法，了解人工神經網絡的由來和特性，一般性地了解神經網絡的表示和推理方法。采用課件PPT和演示手段，由簡單到復雜，在學生掌握人工神經網絡的基本原理和方法之后，再講解反向傳播BP算法，然后運用“手寫體如何識別”案例，引導學生學習理解人工神經網絡的核心思想及其應用方法。從國外教材中整理和設計該案例，同時應包括以下規范內容。章節：神經網絡。知識重點：神經網絡。知識難點：人工神經網絡的結構、表示、學習算法和推理。案例名稱：手寫體如何識別。案例內容：用訓練樣本集訓練一個神經網絡使其推廣到先前訓練所得結果，正確分類先前未見過的數據。案例分析過程：①訓練數字識別神經網絡的樣本位圖；②反向傳播BP算法；③神經網絡的表示；④使用誤差反向傳播算法訓練的神經網絡的泛化能力；⑤一個神經網絡訓練完畢后，將網絡中的權值保存起來供實際應用。案例教學手段：手寫體識別的神經網絡演示。思考/討論內容：①訓練改進與權值調整改進；②過學習/過擬合現象，即在一個數據集上訓練時間過長，導致網絡過擬合于訓練數據，對未出現過的新數據沒有推廣性。

2.2一題多解案例設計一題多解案例有助于學生把相關知識點聯系起來，形成相互關聯的知識網絡。以人工智能課程中知識及其表示教學內容為例，介紹一題多解案例的設計。知識及其表示是人工智能課程三大內容（知識表示、知識推理、知識應用）之一。教學內容主要包括知識表示的各種方法。其重點在于狀態空間、問題歸約、謂詞邏輯、語義網絡等知識表示方法。難點是知識表示方法的區別及其應用。從教學要求上，通過對該章節內容的學習，使學生掌握利用狀態空間法、問題歸約法、謂詞演算法、語義網絡法來描述和解決應用問題，重點掌握幾種主要知識表示方法之間的差別，并對如何選擇知識表示方法有一般性的了解。通過講解和討論“猴子和香蕉問題”案例，來表示抽象概念。該案例從國內外教材中進行整理和設計，同時包括以下規范內容。章節：知識及其表示。知識重點：狀態空間法、問題歸約法、謂詞邏輯法、語義網絡法等。知識難點：知識表示方法的區別及其應用。案例名稱：分別用狀態空間表示法與謂詞邏輯法表示猴子和香蕉問題。案例內容：房間內有一只機器猴、一個箱子和一束香蕉。香蕉掛在天花板下方，但猴子的高度不足以碰到它。猴子如何摘到香蕉？如何采用多種知識表示方法表示和求解該問題？案例分析過程：①狀態空間法的解題過程。用n元表列表示該問題的狀態；定義問題的操作算符；定義初始狀態變換為目標狀態的操作序列；畫出該問題的狀態空間圖。②謂詞邏輯法的解題過程。定義問題的常量；定義問題的謂詞；根據問題描述用謂詞公式表示問題的初始狀態、中間狀態和目標狀態。案例教學手段：猴子和香蕉問題的演示。思考/討論內容：①選擇知識表示方法時，應考慮哪些主要因素？②如何綜合運用多種知識表示方法獲得最有效的問題解決方案?

2.3綜合應用案例設計與單一案例、一題多解案例相比，綜合應用案例能更加有效地啟發學生全方位地思考和探索問題的解決方法。以機器人行動規劃模擬為例，介紹人工智能綜合應用案例的設計，該案例包括以下規范內容。章節：人工智能綜合應用。知識重點：人工智能的研究方向和應用領域。知識難點：人工智能的技術集成。案例名稱：機器人行動規劃模擬。案例內容：綜合應用行為規劃、知識表示方法、機器人學、神經網絡、人工智能語言等多種人工智能技術與方法，對機器人行動規劃問題進行描述和可視化。案例分析過程：①機器人行為規劃問題求解。采用狀態歸約法與分層規劃技術，將機器人須完成的總任務分解為若干依序排列的子任務；依據任務進程，確定若干關鍵性的中間狀態，將狀態對應為進程子規劃的目標；確定規劃的執行與操作控制，以及機器人過程控制與環境約束。②基于謂詞邏輯表示的機器人行為規劃設計。定義表達狀態的謂詞邏輯；用謂詞邏輯描述問題的初始狀態、問題的目標狀態以及機器人行動規劃過程的中間狀態；定義操作的約束條件和行為動作。③機器人控制系統。定義機器人平臺的控制體系結構，包括反應式控制、包容結構以及其他控制系統等。④基于神經網絡的模式識別。采用神經網絡方法以及BP算法對桌面茶壺、杯子等物體進行識別，提取物體圖形特征。⑤機器人程序設計語言。運用人工智能語言實現機器人行動規劃行為的可視化。案例教學手段：機器人行動規劃的模擬演示。思考/討論內容：人工智能將會怎樣發展？應該在哪些方面進一步開展研究？

3案例教學環節和過程的具體實施細節

人工智能案例教學的實施面向筆者所在學院軟件工程專業三年級本科生展開。具體實施細節如下。（1）教學內容的先進性、實用性和前沿性。引進和整合國外著名人工智能教材內容，保證課程內容具有先進性。同時將前沿人工智能的研究成果與技術有機地融入課程案例教學之中。（2）案例教學的創新教學模式。在教師的引導下，將案例中涉及的人工智能內容推廣到對人工智能的一般性認識。案例的教學過程，成為認識人工智能、初步運用人工智能的理論與方法分析和解決實際應用問題的過程，使學生具備運用人工智能知識解決實際問題的意識和初步能力。在課程教學中，打破國內常規教學方式，建立和實施開放式案例教學模式。采用動畫課件、錄像教學、實物演示、網絡教學等多種多媒體教學手段，以及集中講授與專題討論相結合的教學方式將理論、方法、技術、算法以及實現有機結合，感性認識與理性認識相結合，理論與實際相結合，極大地激發學生自主和創新性學習的熱情。（3）“課堂教學—實踐活動—現實應用”的有機融合。在案例教學過程中，從傳統教學觀以學會為中心轉化為創新應用型教學觀以創新為中心，以及從傳統教學的以課堂教學為中心轉化為以課堂教學與實踐活動并重為中心，構造具體問題場景以及設計教學案例在情境中的現實應用，加深學生對教學內容的理解，同時提高學生的思考能力和實際綜合應用能力。

4結語

篇2

Abstract： In view of the characteristics of artificial intelligence curriculum， including abstract content and complex algorithm， and the actual needs of undergraduate teaching， combined with teaching practice， this paper discusses and sums up the teaching reform and innovation of undergraduate artificial intelligence curriculum from the teaching system， teaching content， teaching methods and assessment methods.

P鍵詞： 人工智能；創新；本科

Key words： artificial intelligence；innovation；undergraduate

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）22-0230-02

0 引言

人工智能是計算機科學的一個分支，是當前科學技術中正在迅速發展、新思想、新觀點、新理論、新技術不斷涌現的一個學科，其屬于一門邊緣學科，同時也是多個學科交叉而成的一門學科，包括語言學、哲學、心理學、神經生理學、系統論、信息論、控制論、計算機科學、數學等[1]。當前人工智能已經是很多高校計算機相關專業的必修課程，它是計算機科學與技術學科類各專業重要的基礎課程，其教學內容主要包括自然語言理解、計算智能技術、問題求解和搜索算法、知識表示和推理機制、專家系統和機器學習等，國內外很多大學都意識到了其重要性，紛紛對其展開了教學和研究。人工智能課程包含多個學科，具有內容抽象、理論性強、知識點多等特點，且算法復雜，但是多數高校采用的教學方式仍是傳統的課堂教學方式，即“教師講、學生聽”的教學模式，這種信息單向傳輸教學模式以教師為主體，學生只是在被動的接收知識；存在過分重視理論教學，忽視實踐活動教學的問題，導致教育內容無法和社會接軌；人工智能教材理論性過強，學生在學習過程中常常感到枯燥乏味，進而對學習該課程失去熱情[2]，久而久之，不僅人工智能課程的教學質量和效果無法達到預期，甚至學生還會產生厭學心理。針對人工智能課程中現有的各項問題，本文作者結合自身豐富人工智能教學實踐經驗，參考人工智能課程特點和教學目標，從多個方面探討和總結了人工智能，包括教學內容、教材選擇、教學方法和考核形式等。

1 教學內容優化與更新

人工智能是一門嶄新的學科。開設本課程首先是確定教學內容。通常來講，人工智能學科的內容包括兩個部分，具體：一是知識表示和推理；二是人工智能的應用。前者是人工智能的重要基礎，后者主要介紹了幾種人工智能應用系統，包括自動規劃和機器視覺、機器學習、專家系統等。另外，課程內容中還包括了一些人工智能應用的實例，將實踐和理論緊密結合起來[3]。

隨著時代的發展和科技的進步，人工智能學科也取得了較大發展。基于此，人工智能學科也應該與時俱進，更新人工智能教學大綱，進一步完善其教學內容。修訂后的人工智能教學大綱將人工智能分成兩個部分，即基礎部分和擴展應用部分。前者包括計算智能、搜索原理、知識表示等，后者包括智能機器人、智能控制、多智能體、自然語言理解、自動規劃、機器學習、知識工程等。

教學內容的選擇和確定應綜合考慮多項因素，不僅要重視基礎知識，也應注意推陳出新，隨著科技的進步做到與時俱進，同時教學內容應符合現實的需求，能夠與社會接軌，將理論和實踐緊密結合起來，只有這樣人工智能課程的教學質量和效果才能事半功倍。

2 教學策略及教學方法的改革創新

由于人工智能課程具有算法復雜、內容抽象、理論性強、 知識點多的特點，傳統的教學模式已經無法滿足人工智能課程的需求，教師應探索更加有效的教學模式和方法，確保人工智能課程能夠取得良好的教學質量和教學效果。具體的改革和創新人工智能課程的手段和方法主要包括以下幾個方面：

2.1 激發學生的學習興趣 無論是經驗還是常識都在告訴我們每個人最好的老師就是興趣，學生只有對某門學科存在興趣，才會更加主動積極的學習該門課程，從而獲得良好的教學效果。比如，作者在課程的一開始先播放了一段著名導演斯蒂文?斯皮爾伯格的《Artificial Intelligence》的相關片段，由這個電影學生知道了世上存在人工智能的機器人，學生們隨著電影情節的發展而深深感動，與此同時教師讓學生思考和談論人工智能是什么？研究人工智能的意義在哪里？實踐發現，在課堂中加入電影因素，能夠大大提升學生們的注意力，讓學生更加專注在教學任務中，有效提高了學生探索人工智能的積極性和主動性。此外，在教學中還可以用動畫、視頻、圖片等手段將反映人工智能最新研究和應用的成果展示出來，讓學生更直觀的感受人工智能的奧妙，從而投入更多熱情學習人工智能課程。

2.2 面向問題的案例教學法 案例教學法是一種以案例為基礎、以能力培養為核心的一種教學方法[11]。針對學校學生特點，我們采取了以下幾種教學形式實施案例教學。①講解式案例教學：這種案例通過教師的講解，幫助學生理解抽象的理論知識點。案例的呈現有兩種基本形式：一是“案例―理論”，即先給出教學案例，然后再講解理論知識；二是“理論―案例”，即教師先講解理論知識，再給出教學案例；通過情境體驗與案例剖析激發學生認知的興趣，引導學生對將要學習的內容產生注意，有利于教師導入新課。②討論式案例教學：在課程初期將學生分成若干學習小組，每小組3～4人；教師將提前設計好的一題多解的教學案例以及收集的相關資料分配給每個小組，要求學生在課余時間通過自學和組內討論的方式給出問題的不同解決方案。③辯論式案例教學：在課程后期，采取專題辯論的方式對綜合應用案例進行討論，能有效地啟發學生全方位地思考和探索問題的解決方法，加深學生對人工智能的理解。

2.3 個性化學習與因材施教 在開展課程教育過程中應注意對學生進行個性化教學，結合學生特點因材施教。比如，在日常教學中多觀察學生情況，鼓勵那些應對教學任務后仍存在余力的W生深入探索較深層次的課程及相關知識，同時友善面對學習較差的學生，分析其學習過程中面對的困難，有的放矢地采取應對措施，幫助其不斷進步；在教學過程中讓學生以讀書報告的形式多多思考，鼓勵學生發散性思考問題，鼓勵優秀學生進行深一步的探討，并且教師應幫助具有新穎思想或論點的學生將其智慧以科技論文和發表文章的形式轉化為成果。

2.4 注重綜合能力培養 在研究型教學中任務驅動是一種常用的教學方法，其中心導向是任務，學生在完成任務的同時也在吸收和掌握知識。通常來講，該教學方法的步驟是：教師提出任務師生共同分析以得出完成任務的方法和步驟適當講解或自學、協作學習完成任務交流和總結?！盵3]該教學模式不僅有利于培養學生的創新能力和創新意識，還能夠培養學生解決實際問題的能力，提高其綜合實力。不僅如此，由于該教學模式通常是以小組協作的方式進行，教師給出研究范圍，學生自愿結組并選擇具體的題目，經過分析和討論后以程序設計或者論文的形式協作完成研究。由此可知，學生是在以團隊的力量解決問題，這十分考驗學生的團隊協作能力，對于學生團隊合作精神的培養至關重要，且在完成任務的過程中學生需要查閱大量的資料，久而久之學生收集資料和創新能力勢必會得到提升。

2.5 采用啟發式教學 人工智能的很多問題都較為抽象，對學生理解力的要求較高，因此，在實際的教學過程中教師應有意識的就課程內容提出相關問題，讓學生自己獨立思考，鼓勵學生提出自己的想法和解決方案。然后回歸到課程上，對比分析教材上的解決方案和學生自己的解決方案，如此不僅培養了學生獨立思考的能力，也增加了學生參與教學活動的意識，提高了學生的學習熱情。比如，在講到較為抽象的“遺傳算法”時，先提出一個問題，即“遺傳算法如何用于優化計算？”，然后從“達爾文的生物進化論”入手，討論“遺傳”、“變異”和“選擇”作用，之后舉例分析，啟發學生思考“遺傳”、“變異”和“選擇”的實現，最后師生一起導出遺傳算法用于優化計算的基本步驟。如此既完成了教授遺傳算法的目的，也鍛煉了學生邏輯思維的能力，教學效果良好[4]。

3 作業和考核方式的改革創新

過去的課程作業都是單一書面習題作業，發展至今，課程作業形式已經發生了變化，更加豐富多樣，包括必須交給教師評閱的書面家庭作業和不必交給教師的課外思考題目、口頭布置的思考題或閱讀材料以及大型作業等。其中通過網絡就可以完成上交作業，并且教師批閱作業后也可以通過網絡返回給學生，實現了網絡化。課程的考核方式較之以前也發生了較大變化，加強了平時思維能力的考核，更加注重學生實驗能力和動手能力的培養，不再是絕對的一次考試定成績，而是在總評成績中加入30%的平時成績，如此不僅減輕了學生的期末負擔，也迫使學生更加重視平時的學習思考，有利于課程教學質量的提升。

4 結束語

本文是以提高教學質量為目標，結合教學實踐，從教學體系、教學內容、教學方法、考核方式等方面對本科人工智能課程的教學改革進行了探討，總結了該課程在教學和實踐方面的一些教改舉措。這些舉措符合二十一世紀高校教學的要求，可以支持教師提高教學手段現代化的水平，同時更貼合學生的學習需求。作為該課程的授課教師應始終保持對教學內容的不斷更新、教學方法的多樣化，才能激發學生的學習興趣，培養他們的思維創新和技術創新的能力，最終提高本課程的教學質量。從學生的反饋來看，作者所總結的教學實踐具有明顯的教學效果。但仍有許多方面做得不夠，今后將繼續在教學過程中不斷總結成功的經驗，吸取失敗的教訓。

參考文獻：

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[3]蔡自興，肖曉明，蒙祖強.樹立精品意識搞好人工智能課程建設[J].中國大學教學，2004（1）：28-29.

篇3

>> 多媒體網絡英語教學多元化創新教學模式的探究與實踐 中職數學多元化創新教學舉隅 淺談人工智能自動化技術的發展 小學體育多元化模式教學 人工智能加速商業化 國際化視野下的企業多元化 高校多元化考核模式的創新與實踐 關于實踐教學中多元化創新模式的若干探討 面向實踐與創新能力培養的程序語言多元化教學模式探索 基于創新能力培養的多元化課堂教學模式研究 創設多元化教學模式激發學生創新意識 創新多元化高職入學教育模式 建設模式多元化 人工智能時代下營銷活動的智能化 高校油畫教學的多元化教學模式探討 鋼琴教學中多元化教學模式的應用 天津大學：協同多元化教育資源培養能源動力類國際化高素質創新型人才的熔煉模式 《商務談判》多元化教學模式的構建 淺析中學體育教學模式的多元化發展 高中政治的多元化教學模式探討 常見問題解答 當前所在位置：.

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篇4

隨著計算機技術、互聯網技術和人工智能技術的快速發展，大學計算機基礎教學在人才培養中發揮著越來越突出的作用。美國卡內基·梅隆大學周以真（Jeannette M. Wing）教授于2006年提出了計算思維概念[1]，她認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會（以下簡稱教指委）于2010年7月發表了聯合聲明[2]，正式提出：要旗幟鮮明地把計算思維能力的培養作為計算機基礎教學的核心任務，加強課程體系和教學內容的研究，要讓學生像計算機科學家那樣去思維。 

計算思維為計算機基礎教學提出了新的機遇和挑戰，有了計算思維的課程指導思想后，很多教育專家開始研究計算思維的落地問題[3-5]，專家們普遍認為：計算思維的落地就是如何在計算機教學內容與教學方法上提高學生用計算機解決實際問題的能力，即問題的求解、系統設計以及人類行為理解等[6]?；诖?，構建適合引導和驅動計算機教學的項目和尋找更能激發學生興趣、積極性的案例成為我們必須面對的問題。 

1 計算機博弈項目是計算思維培養的重要載體 

在2016世界人工智能科學誕生60周年之際，谷歌公司的AlphaGO圍棋軟件與世界圍棋冠軍李世石上演了“世紀人機大戰”。2017年伊始，Master圍棋網測又取得了60場全勝的戰績，隨后，卡內基·梅隆大學的Libratus在德州撲克比賽中輪流擊敗了4名頂尖人類高手，人工智能再次引發了世界范圍內的研究與開發熱潮。目前很多學者認為：人類社會正在從“互聯網+”向更高階的“人工智能+”躍遷，智能科學與技術已經成為促進所有學科發展的重要因素，計算機博弈是人工智能領域的重要研究方向[7]。 

計算機博弈項目涉及的方法主要包括：博弈問題的提出、棋盤的數據描述、棋面的評估模型、搜索算法的選擇、算法的實現與優化、人機交互處理等方面，這些內容剛好與計算思維的思想相一致，非常適合培養學生的計算思維能力。 

一段時間以來，學生網游上癮困惑著家長和教育工作者，以何種方式引導青年學生遠離網游以及網游的魅力一直是不解之謎。而多個高校的實踐證明，計算機博弈項目能迎合青年學生的愉悅、冒險、好奇和高對抗需求，讓他們在快樂中分析、編程、斗智，既長知識，也長能力，既培養了計算機實踐與創新能力，也培養了計算思維、科研思維和團隊合作精神。 

學會將人的思維過程用計算機來實現，學會處理相關的問題，學會做好最優決策，這對于所有學生來說都是有助益的。計算機博弈項目是培養學生實踐與創新能力的應用型項目，更是培養大學生計算思維的重要載體。 

2 新課程體系與課程內容改革 

現有的計算機基礎課程體系沒有充分考慮計算思維和創新思維能力的培養，也沒有突出寬、專、融的教學特點，并且課程內容陳舊。2015年教指委推出了新版的《大學計算機基礎課程教學基本要求》（以下簡稱基本要求）[8]，指出了新的歷史時期計算思維能力的培養將成為大學計算機基礎教學的新常態，對課程體系、教學目標和內容進行了全面闡述。 

依據基本要求和部分學校的改革實踐[9-10]，提出了適合沈陽航空航天大學應用型人才培養的寬、專、融相結合的大學計算機基礎課程新體系（見表1）。新的課程體系以計算思維為主線，以培養學生的計算思維意識、計算思維方法和計算思維能力為目標，分為3個層次，每個層次設置不同的課程。隨著課程體系的重新構建，各類課程的教學內容也重新進行了調整，例如：在第1層次，減少了Office方面的內容，增加了動手實驗和Python內容；在第2層次，取消了VF內容，增加了C#內容；在第3層次增加了基于計算機博弈的科技創新平臺的內容。 

2.1 大學計算機基礎課程內容改革 

在大學計算機基礎課程中，主要設置了4個模塊：①計算機系統、網絡與操作系統；②信息編碼與信息處理技術；③數據庫基礎；④計算思維、算法與程序設計初步。在第4部分中，加入了排序算法、黎曼積分、機器博弈、旅行商、哥尼斯堡七橋等常用問題的算法。還特別增加了Python語言部分[11]，通過求解三角形面積，引出了順序、選擇和循環結構的基本用法；通過求解π的值，引出了蒙特卡羅方法和公式方法；通過蟒蛇的繪制，引出了Turtle庫的使用方法。通過以上內容的學習，學生可以對程序設計的基礎知識和利用計算思維解決問題的方法有一個初步的了解，初步培養學生程序設計的基本能力和計算思維意識。 

以全面開放的形式設置了3個專項實驗：計算機拆裝、操作系統安裝和計算機組網，通過學生親自動手實驗，提高學生對計算機硬件的認知能力和計算機維護能力。 

2.2 計算機程序設計課程內容改革 

在計算機程序設計課程中，本著為專業服務、與時俱進的思想，將課程設置成3個模塊：C#語言主要面向航空類專業和創新實驗班學生；VB語言主要面向文管類和安全類專業學生；C語言主要面向電子、自動化、材料、機械類專業學生。在開課過程中允許學生跨專業選課，學生可以選擇更適合自己的語言或多種語言同時學習。 

為了突出實踐能力的培養，課程內容中增加了8個實驗學時，專門用于綜合性程序設計實驗，該實驗由3～4人組成的小組共同完成。在期初的時候進行動員，在期中的時候布置實驗題目，在期末的時候進行答辯驗收。通過綜合實驗，學生初步具備了利用所學知識解決實際問題的能力，培養了學生計算思維方法和團隊協作精神。

    　2.3 將計算機博弈案例與教學內容深度融合 

為了調動學生的學習積極性，將學生喜歡的計算機博弈項目作為案例融入教學中[12-13]，使學生在興趣與主動學習中領悟計算思維。 

在大學計算機基礎課程中，講授了計算機博弈的發展與競賽概況、計算機博弈的空間復雜度與搜索復雜度、蒙特卡羅方法等。 

在計算機程序設計課程中，以具體項目的形式為學生講授了計算機博弈的評估方法、搜索算法、棋盤的數據表示與可視化制作等內容。 

在計算機綜合訓練課程中，我們設計了與計算機博弈問題相關的課設題目，例如：愛恩斯坦棋的人人對弈平臺設計、幻影圍棋的開局設計、局面評估的建模方法等。通過博弈案例建模和典型算法設計，幫助學生掌握使用計算機技術解決博弈問題的途徑和基本方法，為學生進一步開展計算機博弈科技活動打下堅實基礎。 

3 新形態化的教材建設 

團隊人員以《VB程序設計教程》為切入點，進行了新版教材的建設。教材的主要特點是新形態、立體化、數字化和案例式。除了紙質版教材，還在網絡平臺上了數字化教學資源，主要包括教學課件、案例素材、拓展案例、微視頻、實驗素材、參考資料等，這些資源非常有利于學生自主學習、協作學習和探究性學習。 

微視頻資源是針對重要知識點建設的，每個微視頻大約3～5min，微視頻的二維碼印制在教材的相應章節上，學生可以通過手機掃描訪問，實現了基于移動互聯網的學習方式。微視頻特別適合學生利用碎片化時間進行輔助式學習。 

教材中的案例遵循5結合原則：①與數學知識相結合。例如：積分計算、矩陣運算、函數曲線等，都是學生熟悉的問題。②與趣味性題目相結合。例如：抽獎活動、分糖果游戲、開心農場等，都是學生喜歡的小項目。③與實際應用相結合。例如：高考錄取、學生績點計算、打氣筒模擬、課堂點名等，都是學生經常面對的實際問題。④與專業知識相結合。例如：曲柄滑塊機構，這是機械類專業學生應掌握的典型機構。⑤與計算機博弈知識相結合。例如：博弈搜索算法、棋盤的可視化設計等。通過有興趣的教學案例引發學生深入學習與研究的積極性，也體現了寓教于樂的教學方式。 

4 開展計算機博弈科技活動 

沈陽航空航天大學從2011年引入計算機博弈項目以來，團隊人員依托博弈項目，深入開展了寓教于樂、寓教于研、以研促教、以賽促學的創新人才培養模式[14]。 

1）開展博弈科技研究和“大創項目”工作。 

基于計算機博弈項目，很多老師開展了科技研究，并將科研成果應用于教學中。建立了博弈科研梯隊，教師既能對博弈活動起到組織、指導和護航作用，又能在計算機博弈的科研中勇攀高峰，形成學科制高點，為科技攻關和實際應用創造條件。開展了計算機博弈科技社團工作，社團成員在老師的指導下，既可以參加科研課題，也可以組隊申報大學生創新創業訓練項目（簡稱大創項目）。學生與老師合作開展科技研究、撰寫論文，形成了良好的學習與科研氛圍。 

2）開展計算機博弈競賽工作。 

計算機博弈項目具有喜聞樂見、挑戰無窮的特點，深受學生喜歡。學校鼓勵學生組成不斷吐故納新的代表隊，支持學生參加各類計算機博弈競賽（校級、省級、國家級和國際級）。到目前為止，共組織了6屆校級計算機博弈比賽，平均每年參加人數達200余人。校賽選拔后組織集訓，備戰全國比賽，共組織學生參加了6屆全國計算機博弈大賽和1次國際機器博弈大賽，營建了良好的校園計算機創新文化氛圍。 

5 取得的成效 

1）學生課程成績提升。 

以計算思維為主線的教學改革方案使學生受益頗多，每年有4 000名學生學習計算機課程，學生課程成績提高較大，例如：計算機程序設計課程平均成績提高15%，大學計算機基礎課程平均成績提高10%。在期末對學生進行問卷調查時，大部分學生表示學習收益較大，對計算機技術的理解和利用計算機技術解決問題的能力都有較大提升。 

2）學生競賽成績優異。 

隨著研發能力的不斷增強，學生參加的計算機博弈競賽項目也越來越多，現已達到12項，包括六子棋、點格棋、蘇拉卡爾塔棋、亞馬遜棋、幻影圍棋、不圍棋、愛恩斯坦棋、軍棋、國際跳棋、海克斯棋、斗地主、橋牌。近幾年累計獲省級以上獎項100余項，累計獲冠亞季軍20項，其中幻影圍棋、亞馬遜棋、軍棋、六子棋項目都曾獲得過全國冠軍獎項，總體競賽成績位居全國前幾名，既提高了大學生的計算機創新能力，也促進了我國計算機博弈事業的發展，在國內高校中產生了較好影響。 

3）學生科技成績突出。 

基于計算機博弈項目，學生與老師合作在CCDC國際會議的機器博弈（Computer Game）專題上已25篇，表2是發表的部分學術論文。學生在老師的指導下申報了大創項目30多項，表3是部分大創項目。 

6 結 語 

計算思維的理論研究在我國已經走過了6年多，現在應該是全面落地的時候。我們本著與時俱進、為專業服務的指導思想，調整了各門課程的教學內容，引入了Python、C#等程序設計語言，將學生喜歡的計算機博弈項目作為教學案例與課程內容深度融合，實現了競賽與教學相結合的教學新模式。計算機博弈項目具有喜聞樂見、挑戰無窮的特點，特別能引發青年學生的好奇心與研究熱情，廣泛開展基于計算機博弈項目的科技與競賽活動，較好地培養了學生的創新精神和科研思維。計算機博弈項目是非常好的培養學生計算思維的重要載體。筆者希望本文能對高校的計算機教學提供一種參考，更希望計算機博弈能在更多的高校生根、發芽、開花和結果。 

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篇5

關鍵詞：產生式系統；人工智能；教學實踐

中圖分類號：TP3-05 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.007

0 引言

產生式系統是人工智能中的一個經典部分。產生式系統的教學在人工智能的教學具有承上啟下的作用。首先，學生需要理解知識表中的邏輯表示方法之后才能更容易地學習該部分，這里，產生式系統表現出承接作用；其次，理解了產生式系統，才能更容易地學習人工智能中其他相關知識。正是因為產生式系統具有承上啟下的作用，該部分的教學對于學生的融合貫通起著關鍵作用。此外，編寫產生式系統可以訓練學生的邏輯能力，也可以作為計算機語言教學的良好實例。

對于產生式系統部分的教學，主要目的在于：讓學生理解產生式系統的基本構造，并能利用產生式系統求解問題。在我們的教學中，要求學生能夠使用產生式系統解決一些有趣的智力題，從而真正體現機器求解智力問題的能力。

為了達到該目的，我們在七個學期的課程上進行了各種探索。本文通過總結這七個學期的經驗，提出產生式系統教學中需遵循的“興趣導向，實踐優先，開發活潑”的教學思路。

1 教學實踐案例

在本教學實踐案例中，共選擇了2006―2007學年兩個學期、2007―2008學年第一個學期、2010―2011學年兩個學期，2011―2012學年兩個學期作為考察對象。在授課中，分為《人工智能A》和《人工智能B》兩種教學形式。選擇《人工智能B》的班級不進行上機實驗操作，而選擇《人工智能A》的班級需要在計算機上完成相應的實驗。

為了達到形象化教學的目標，在產生式系統的教學中，選擇了一個智力題作為算法求解目標。該題目常稱為量水問題，可簡單描述如下：

有兩個無刻度標志的空水壺，分別可裝4升和3升的水。設另有一個10升的水壺裝滿了水。各個水壺之間僅可以相互傾灌。問如何通過倒水或灌水操作，量出2升的水來。

該問題是一個典型的智力問題。對于大學生來講，該問題并不困難。但是，用計算機來求解確實一個具有挑戰性的問題，因為，學生們不僅僅是自己會求解該問題，還要讓機器也能做到。

1.1 教學情況說明

為了考察實踐編程環境的影響，對于《人工智能B》的班級，僅進行理論教學。教學步驟為：1）簡單介紹產生式系統的構成：數據庫、規則庫、推理機；2）講授水壺之間傾倒的所有規則；3）給出程序，將程序中的各條語句與理論一一對應說明。

對程序部分，則教授由教師所編寫的程序。具體教學內容如下：

1）首先定義數據庫中的變量，即水壺中已存水的數量。定義了三個變量，并賦予初值。程序用C語言可以寫作如下語句：

1.2 教學效果說明

對于所有班級的學生，都組織書面考試?？荚嚨念}目就是默寫整個程序。由于選課學生的專業不同，因此，卷面成績的波動較大。數學專業的學生選擇的是《人工智能B》，從卷面上看，小錯漏較多，說明多數是靠背誦過關。自動化專業和計算機科學與技術專業的學生選擇的是《人工智能A》，多數情形下表現略好。然而，在前五個學期的教學實踐中，教師先行給出了程序，相反地，學生錯漏的出現率較高，說明學生的依賴心理較重，靠背誦過關；在后兩個學期中，教師沒有先行給出程序，卷面成績反而上升，小錯漏減少，說明學生理解的程度較高。這部分的結果表明：實踐環節對教學效果的影響很大，加入實踐環節能顯著提高教學效果。

除開書面考試成績的比較，當沒有先行給出程序時，學生們最主要的進步是在實驗環節。由于沒有程序，學生們開動腦筋，對于量水問題給出了很多其他的方案。在2010―2011學年，學生提出了用寬度優先、深度優先等搜索策略來改進隨機推理機制，以獲得最簡單的倒水方案，并給出了正確的源程序。在2011―2012學年第二個學期，學生們又提出了一個意想不到的新策略。

學生提出的策略是：每次將4升壺的水倒入3升壺，3升壺的水倒入10升壺，而10升壺的水倒滿4升壺。由于從數學上看，數字4和3互質，且相差僅僅為1，因此，這一個循環傾倒的策略總能獲得2升水。即使是換成要量出5升水等形式，也很容易地能得到。

學生所提出的策略從編程上看，更為簡單，也能達到以前程序的效果，充分說明了大學生的創新能力。

從以上兩次學生提出的創新思路，尤其是后一次的思路來看，教學效果要遠遠好于以前的固定刻板的教學模式，說明在開放式情形下，學生的創造性能夠得到發揮。

因為實踐環節對教學效果非常重要，在后面兩個學期的教學中，我們著重強調了提升學生興趣的教學環節，增加了學生編寫程序的積極性。

2 經驗總結

從這個教學案例中，可以總結出這么幾方面的經驗：

1）在產生式系統的教學中，切忌只是從理論到理論。從理論到理論的方式會使得學生失去基本的興趣。當失去基本的興趣以后，學生將不再配合學習，從而使得后續的教學更為艱難。

2）最好采用案例教學的方式。采用案例教學的方式會使得學生更容易理解，更容易接受。對于案例的選擇，可以選擇傳教士過河問題、量水問題、八皇后問題等學生喜聞樂見的智力題，要求學生用計算機程序的方式解決。在案例的選擇上，要堅持簡單原則，太復雜的程序學生會不太喜歡。從實踐上看，量水問題比傳教士過河問題要簡單，因此，建議多選擇這樣的案例。

3）相信學生，從而給學生表現的機會。大學生處于創造力的高峰時期，如果能夠激發學生的興趣，則學生自然會在興趣的指引下發揮其創造力，給出更簡單更有效的方案。

4）實踐優先。由于長期的應試教育的熏陶，大學生普遍具有“等、靠、要”的思想。如果不給予實踐的機會，多數大學生們通常不會去嘗試求解難度較大的問題。在實踐中，要避免將學生看作機器，不能要求學生完全按照實驗操作規程進行操作。這樣的標準化、刻板化的實踐的確從表面上看實驗報告更漂亮，但實際上，學生多數情況下是知其然，不知其所以然。從教學的本質上講，這樣做是違背教學規律的。

5）理論升華。在實踐完成以后，教師一定要抓住機會，將程序中的各個部分與理論中的各個部分對應起來。這樣學生才能夠融會貫通，真正理解產生式系統。

總而言之，對于產生式系統這樣的知識點，在實踐中采用“興趣導向，實踐優先，開放活潑”的教學思路是可行的。