生成式AI 在人工智能概论课程教学中的应用研究

摘要：生成式人工智能的迅猛发展已在多领域引起了生产模式的变革。人工智能概论课的性质决定其结合科技发展前沿更有利于对学生的培养。因此，进行了一种结合生成式人工智能的教学应用研究。以工科专业为基础，课程重心聚焦于夯实学生的基础知识体系。同时，细致区分不同生成式人工智能模型所擅长专业领域，将其应用于课程各个环节，确保学生能够敏锐洞察科技发展脉搏，提升自我竞争力，从容面对社会生产模式日新月异的变革浪潮。

关键词：人工智能概论; 生成式人工智能; 机械工程; 教学改革; 课程思政

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）31-0158-03

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0 引言

人工智能（AI） 是一个跨学科领域，它旨在模拟、延伸和扩展人类智能。其概念历经哲学思辨、文学想象，直至现代电子与工程技术的融合，不断演进发展[1- 2]。人工智能之研究，旨在深入剖析人类智能的内在机制，并以此创造出智能化机械或应用程序，以赋能我们的生活[3]。这一领域的进步不仅推动了科技与经济前行，更深远地影响着社会结构、文化传承乃至军事战略，展现出无与伦比的全面影响力[4]。

人工智能概论作为新兴智能制造工程专业一门专业必修通识课程，旨在让学生在已有专业基础知识的基础上通过学习，对人工智能从整体上有一个较清晰全面的系统了解。课程着重于传授人工智能的基本概念、原理与方法，使学生洞悉其研究与应用的前沿动态与发展脉络。同时，课程也致力于拓宽学生的知识视野，提升其解决问题的能力，为将来借助人工智能解决实际问题打下坚实基础。

生成式人工智能（Generative AI） 是一种基于深度学习的人工智能技术，通过学习大量数据并生成新内容。这种技术应用范围非常广泛，包括但不限于文本、图片、声音、视频和代码生成[5]。特别是自Chat GPT被推出以来，国内外各类生成式人工智能模型井喷式推出，并由此使AI使用由专业领域转向广大人民群众[6]。但也要看到，正是由于其在近一年多时间的爆发式发展，也出现了许多有关生成内容真实与虚假性、在一定道德理念下的观点偏激性等问题[7]。

人工智能概论课程性质决定其需要紧跟技术发展的时效性，如何将生成式人工智能合理有效地引入人工智能概论课程教学中，使其正向推动教学成果，将是当前亟须探索的问题[8]。

1 课程章节设置与AI 应用设计

人工智能的发展历程涉及多个学科的早期探索，如问题解决、学习、知识表示、推理、语言理解、翻译等领域[2]。近年来，以深度学习为核心的人工智能技术取得重大突破[9]，标志着人工智能进入全新阶段[10]。深度学习的突破带来了许多前所未有的机会与挑战，如自动驾驶、医疗诊断、自然语言处理等领域的发展。未来，人工智能将在各个领域发挥更大的作用，同时也需要认真思考如何更好地引导和监管其发展，确保其造福人类。

如机械等工科专业学生，对于软件编程等知识学习深度比计算机专业学生要浅，对于人工智能概论课程的教授更偏向于基础知识的学习。因此，进行如表1所示教学章节设置。

尽管如ChatGPT等国外大型语言模型目前受地域限制而在国内无法直接使用，但国内也已推出了许多生成式AI模型，如Kimi、秘塔AI搜索、360AI搜索、文心一言、豆包等。这些AI模型各有特色与相对擅长的应用领域，可根据课程需要，选取其中单个或多个模型进行课堂展示与应用。总体应用方案如图1所示。不论是总结文献、美化文案、搜索引擎、还是情感分析、程序编写等领域，这些AI模型都有着广泛的应用前景，可为课堂教学和学术研究提供便利和支持。将这些AI模型引入课堂，不仅有助于提高学生的实践能力和创新意识，也有助于教师更灵活、更高效地进行教学。通过这些AI模型的使用，可以使课堂更加生动有趣，提升教学质量，为学生打开更广阔的学习空间。

AI在各章节教学过程中的应用设计如下。

1.1 人工智能的概念、内容方法与发展概况

在第一章节的教学中，结合360AI搜索、文心一言和秘塔AI搜索，进行关于人工智能概念与发展历史的对话。通过360AI搜索整理出思维脑图，使用秘塔AI 生成查询结果演示文稿，深入学习相关概念的同时，体验智能搜索在整合网络资源上的强大能力，感受不同AI模型之间的差异。这个过程也能培养学生审视问题和结果的能力，培养多角度思维。之后，再通过各模型进行“人工智能研究内容”以及其应用领域等课程内容的搜索展示，并且可以让学生主动参与学习内容的智能查询过程中。由于各模型检索整合资源的不同，给出的结果也会不同，这就需要教师以自身所用教材为基准，进行教学内容的矫正与正式定义。通过这种教学方式，不仅能够帮助学生深入了解人工智能领域的知识，还可以让他们通过实践体验智能搜索的便捷与高效。同时，培养学生的批判性思维和多样化思考方式，使其具备更广阔的视野和更强大的解决问题的能力。教师的引导和矫正也非常重要，确保学生在学习过程中掌握正确的知识和方法。

1.2 图搜索与问题求解

第二章节着重介绍状态图搜索相关的概念，包括状态图、搜索方式、策略与算法等内容。教师以教材为基础，结合具体实例进行详细讲解，引导学生深入理解这些概念。同时，将迷宫问题、梵塔问题和旅行商问题等实际案例作为求解对象，通过文心一言等模型引导学生进行求解过程的理解和求解程序编写。通过这类学习安排，学生不仅可以了解状态图搜索的基本原理，还能够在实际问题中应用所学知识进行解决。经历编写程序的过程，学生将加深对状态图搜索问题求解方法的理解，并在总结交流中验证自己的程序设计能力。

1.3 知识表示与机器推理

对于第三章节内容，通过AI对话等方式，让学生自主地进行检索学习，熟悉一阶谓词、产生式规则、知识图谱等重要概念。教师依据教材内容，进行相关概念的统一，并详细讲解谓词使用规则、语义网络使用规则等内容。同时结合实际应用案例，加深学生对知识表示的理解。之后，运用教材中的实例，让AI展示谓词形式的表达、语义网络的展示以及不确定性知识的表达；与学生进行交流，检验AI模型生成结果的合理性并提出改进建议。通过这种方式，学生将能够更加深入地理解知识表示与推理的概念，培养他们的逻辑思维和解决问题的能力。这种互动式的学习方式不仅提高了学生的学习兴趣，也促进了他们对知识表示相关技术的深度理解与应用能力的提升。

1.4 机器学习与知识发现

在第四章节中，通过Kimi、秘塔Ai等进行机器学习、符号学习、强化学习、统计学习、神经网络学习、深度学习和数据挖掘与知识发现等概念的检索与脉络发展查询。在课堂上，通过交流讨论的方式讲解机器学习的原理，并结合教材示例对各种学习方法进行更详细的解析和巩固。接着，组织学生利用各种AI模型工具来演示不同的学习模型，并搭建相应的模型架构。通过这一系列活动，学生们不仅仅能够理解理论知识，还能够实际应用到实践中，提高他们在人工智能领域的综合能力和技能。

1.5 机器感知与语言交流

在第五章节中，安排学生通过各种AI工具自主学习模式识别、自然语言处理等概念。课堂上，引入Kimi进行科研文献总结，同时利用文心一言等AI模型进行图片内容描述、图片画质增强与画幅拓展等任务，帮助学生体验当前AI技术的感知能力。通过结合教材示例，深入讲解模式识别系统的工作原理、不同的模式识别方法、自然语言处理技术以及各类语言模型。通过实际操作和理论学习，学生们可以更好地理解AI技术在现代社会中的重要性，同时也提高了他们的实际操作能力和批判性思维。

1.6 人工智能应用系统

第六章节安排学生搜集各领域已应用的人工智能系统，并进行整理分享，教师则结合学生的分享材料进行解读和总结。基于教材内容，教师对人工智能系统进行分类和结构分析，例如按专家系统、Agent系统和智能机器人等类型进行整体归类。通过这种互动式的教学方式，学生能够更深入思考和理解人工智能在各个领域的应用，激发对人工智能技术的兴趣和热情。

1.7 智能计算机与智能化网络

在第七章节中，以近年不断涌现的各类带有AI处理功能的手机端和桌面端CPU芯片和专门用于AI计算的算力芯片为例，引入智能计算机的教学。通过展示生活中已经存在的各种联网家用电器及其协同控制，说明智能设备组网的原理与应用。以360AI浏览器为例，进行智能化网络与智能Web相关概念、结构和其关键技术的讲授。之后，让学生根据开课以来使用各类AI模型的感受，进行网上信息智能化检索和推荐系统的讨论学习。通过这种方式，学生将有机会深入了解人工智能在日常生活中的应用，以及它对未来社会的影响。教师将引导他们思考人工智能技术的发展趋势，并探讨如何更好地利用这些技术来解决现实生活中的问题。

1.8 人工智能编程语言与开发平台

在第八章节中，以使用文心一言进行网络图片爬取的Python程序编写为例，进行人工智能编程语言与开发平台的讲授。引导学生使用AI应用进行编程语言种类及应用领域的信息聚合与学习。之后，介绍PROLOG语言，再重点讲授Python语言。最后，通过布置例题，让学生运用编程类AI模型解决实际问题。通过这种任务设计，不仅可以提高学生对Python编程语言的掌握能力，还可以培养他们独立解决问题的能力和创新思维。

2 生成式AI 与课程思政结合设计

现今我国的总体国力提升明显，人民生活水平不断提升，但当下国际发展形势由稳趋乱，我们正经历百年未有之大变局[11]。大学作为学子步入社会前的关键阶段，尤其需要培养学生的家国情怀和爱国意识，同时也要注重培养学生严谨认真的工作态度[12]。生成式AI的快速发展，也附带出现了其所产生信息的真实性和未完善的伦理道德问题。因此，在将生成式AI融入人工智能概论课程的教学过程中，也要注重实现对应的思政教育。以下为所列举的3项实施例。

2.1 国家归属感

生成式AI是人工智能的一个细分领域，就如同我们在国家中所隶属于某个行政区域一样。生成式AI 的进步促进人工智能的发展，而我们自身不断的提升最终会使我们国家更加繁荣，也会使我们拥有更加有利的发展环境。如上所述，在对学生进行人工智能、生成式AI以及后续课程中的机器学习所包含的符号学习、强化学习、统计学习、神经网络学习和深度学习等内容教授时，通过类比的方式，提升学生的国家归属感。通过这类教育，能够培养出更多具备责任感和国家意识的人才，为国家的长远发展注入新的活力和动力。

2.2 民族自豪感

科学研究的不断进步和社会各行业大数据的支撑，是人工智能发展的重要基石。近年，我国社会经济发展持续向好，各领域的科学研究也不断获得突破，并促使军工实力持续增强，这在国际局势动乱加剧的当下，为人们的安稳生活给予了强大保障。也正是基于此，使得人们拥有了生成式人工智能发展的海量数据基础，也是短期内就有繁多的各类AI模型推出的底层原因。课程教学过程中，再将最新的AI技术发展信息作为实例讲解，提升学生的民族自豪感。通过了解我国在人工智能领域的持续突破以及国际局势，学生将更加珍惜自己所拥有的学习机会，珍惜国家为他们提供的发展空间。

2.3 认真严谨求是

电子终端的各项功能的实现离不开对应应用的有效运行，与之对应的，则是切实可用的编程程序。近期，生成式AI在程序编写领域有了很大发展，课程中所使用的示例问题均可通过生成式AI模型进行初步编写。然而，并非所有由AI模型编写的程序都是完全正确的，因此需要对程序进行验证。教师在授课过程中，抛出示例问题，再让学生或者和学生一起使用AI应用进行问题求解程序编写。编写完成后，通过程序运行和代码分析，验证所获得程序是否可用以及是否可以进一步优化。这一过程涵盖了问题分析、AI编程需求拆解与需求陈述，到程序运行验证、问题排查、调试与优化，最终到解决示例问题并做总结。这样的教学方式不仅提升了学生的编程能力，更能够培养学生的认真、严谨和求是精神。

3 结束语

本文依托机械工程类智能制造工程专业的人工智能概论课程，进行了一种结合生成式人工智能的教学改进设计、应用研究：1） 基于工科专业特征，确定课程偏向于基础知识教学为主；2） 引导学生使用多类型生成式人工智能模型进行本课程相关概念的搜索与学习；3） 分别使用擅长对应领域的生成式AI模型进行教学文献总结、案例问题求解和应用程序编写；4） 当前AI应用还需监督与纠正，教师应以所用教材为基准，进行教学内容的矫正与正式定义。