论文智能系统导论课程中进化计算的教学，该文是关于导论课论文怎么撰写跟教学探讨和课程和导论类论文范例.
白 梅,李冠宇,张 俊,宁 博,王习特
（大连海事大学 智能科学与技术系,辽宁 大连 116000）
摘 要：探讨如何开展进化计算的教学工作,从教学内容和教学安排两方面展开介绍,最后说明几点启示.目的是将进化计算这一重要思想介绍给学生,使他们能够了解进化计算的内容,更能灵活掌握进化计算的思想,解决今后实际生活和科研中遇到的各类问题.
关键词：智能系统导论；遗传算法；教学启示
1 背 景
智能科学与技术专业是面向高新技术的基础型本科专业[1-2].随着科技的不断发展,智能科学与技术专业的地位越发重要,为国家培养大量的专业型技术人才,是我国推动人工智能发展的基础.智能系统导论作为智能科学与技术专业的基础课程,主要对人工智能发展历史过程中的各种主要技术展开专题性的介绍,旨在帮助学生理清人工智能学习中的各类技术脉络,从而对不同种类的人工智能技术进行良好的梳理[3].
进化计算[4]是智能系统导论中的一个重要专题,其深入模仿进化原理,是人工智能发展历史上一项突破性的科研成果.进化思想可以有效应用在各类组合优化问题中,能够为学生将来的工作和研究提供良好的理论基础.
2 教学内容
进化计算就是用计算机程序来模拟自然进化的过程,是人工智能发展历史上一个里程碑式的进展.进化计算的授课内容包括以下几个方面.
（1）进化计算的简介.包括进化计算的历史起源、进化计算的核心思想、进化计算的分类以及进化计算的应用等方面.通过对进化计算的简介,使学生对进化计算有整体的了解.
（2）遗传算法及其应用.详细讲解遗传算法的基本原理、遗传算法的步骤以及各种遗传操作,并通过案例对遗传算法的应用进行详细介绍.
（3）进化策略的介绍.详细讲解进化策略的问题编码、算法步骤以及进化策略的遗传操作.
（4）遗传编程的介绍.详细讲解遗传编程的问题编码、算法步骤和遗传操作.
（5）总结.对比3种不同进化计算方法的优缺点及他们遗传操作的不同之处,并概括总结他们适用的实际问题.
3 教学安排
3.1 问题引入
智能系统导论作为本科生的专业基础课,不仅需要让学生明白所学的知识,更需要有效引导学生的兴趣,使他们对该学科产生兴趣自发学习.那么在进行问题引入时,就需要对学生进行兴趣引导,使他们明确该知识点所依托的实际背景.在进行一些基础学习时,学生经常会有疑问,这个知识有什么用、是否有实际使用背景.这种情况下,就需要老师对学生进行有效的知识联想,清楚地告诉学生这个知识点所依托的实际背景,从而激发学生的学习兴趣,由教师灌输知识模式转变成学生主动学习知识模式.
为达到上述目的,在对进化计算进行问题引入时,教师对进化计算的开发背景进行深入探讨,从达尔文进化理论入手,以短片的形式来引起学生的兴趣,接着对照短片中的每个场景,进行逐步讲解,从而归纳出进化计算的核心思想,并引出进化计算的重要发展分枝：遗传算法、进化策略和遗传编程.
3.2 理论介绍
当把进化计算思想成功引入后,需要对进化计算的理论进行有效的归纳和总结.进化计算在长久的发展过程中,出现了3个重要分枝算法：遗传算法、进化策略和遗传编程.尽管这3种算法的核心思想相同,都是模拟 “优胜劣汰”的自然选择机制和遗传信息传递的计算机程序,但在处理信息时,他们所采用的遗传操作却并不相同.因此,在授课过程中,教师需要对3种进化计算方法以流程图的形式并结合具体的案例分别进行描述,然后以问答的形式总结3种进化计算的各自特点,并与学生共同探讨,最终以表格的形式来描述3种进化计算方法的不同点（见表1）.
在清晰描述3种进化计算的不同之处后,以遗传算法为例进行详细的讲解,使学生对该案例进行充分的了解,然后引导学生采用其他2种进化计算方法对相同的案例进行解决,从而强化学生对3种不同进化计算方法的理解.
3.3 知识应用
进化计算有着非常广泛的应用,尤其在求解最优化问题上取得非常好的效果.为了在各种实际问题中活用进化计算方法,使学生不只是生硬的照搬照抄该思想,还需要从多种案例入手,在保证进化计算核心思想的前提下,灵活使用不同遗传操作方式,达到解决实际问题的效果.
在课堂教学过程中,可以把进化计算思想带入到传统的最优化问题中,如最大覆盖问题、旅行商问题、中位数问题等.以遗传算法为例,分别带入不同的最优化问题进行解决.在解题过程中,对于不同的题干要求,需要设计不同的染色体编码,并对他们进行相应的调整,使得他们满足具体的问题.通过这种加强学习,使学生能够活用相关知识,做到具体问题具体分析,并具备一定的科研创新能力.
3.4 实践练习
为巩固教学效果,在学生课程实践中,安排相应的最优化问题,使得学生能够动手实践,更加深入地掌握进化计算方法：以10个学生为一个小组进行实践练习,首先每个小组可以自主选择实践题目,而后以小组为单位进行相应题目的系统设计与实现,最终以小组的形式进行成果演示和问题讲解,并提交实践报告.
关于进化计算的设计题目包括2个.题目一：旅行商系统的设计与实现.具体地,给出一系列城市和每两个城市之间的距离,求解一组序列,使得旅行商可以依照该序列依次访问每个城市仅1次,并保证旅行商走过的总路程最短.要求：在系统设计过程中,城市的数目和任意两城市间的距离可以随机生成,并在系统中采用进化计算的方法实现最优路径的选取.题目二：最优化选址问题的设计与实现.具体地,某市计划兴建几个供电站,共有n个候选地址,在任意候选地址兴建供电站,可以解决周边的供电问题,如何兴建尽可能少的供电站,使得兴建的供电站可以覆盖该城市的所有地区.要求：供电站的候选地址以及每个候选地址的覆盖范围可以随机生成,且该城市的总区域可由一个矩形代替,在系统中采用进化计算的方法实现最优候选地址的选取方案.
通过上述实践练习,不仅使学生深刻理解进化计算的思想原理,还强化学生的能力锻炼,在攻克一个个问题的过程中,学生可以把所学知识与实践良好地联系起来.同时,在系统开发过程中,也对学生的团队协作能力进行锻炼,为学生今后进入工作和科研系统打下坚实的基础.
4 教学启示
在教进化计算的过程中,教师得到了教学以外的几点启示.
（1）案例与教学结合,是引起学生兴趣的最好手段.都知道兴趣是学生学习最好的老师,但是如何激发学生的兴趣则是教师需要思考的问题.由于人工智能科学的特殊性,教师可以发现,任何智能技术都有着一定仿生学的影子,因此,教师要以实际案例为导向,激发起学生的学习兴趣.只有当学生清楚所学的知识有用,他们才会全身心的投入到该技术的学习中.
（2）丰富灵活的案例,是掌握知识的最好通道.掌握知识,不仅仅是指学生学会考试内容,可以做出计算题,更多的是指学生掌握该技术,能够把该技术用到合适的场景中.那么在教学过程中,就需要教师通过各类不同的案例,并且不断变化案例的题干,来加深学生对该知识的了解.教师还需要多留思考题,开动学生的大脑,对问题进行深入分析,从而尽早掌握该知识.
（3）理论联系实际,是提高学生能力的最好方法.单纯的理论学习,并不能使学生对该知识形成深刻的印象.那么在后期的课程实践中,可以通过安排相应的最优化选题,不断加深学生对进化计算知识的掌握.在实践过程中,可以使学生的团队协作能力和科研创新能力得到全面的提升.
5 结 语
在课程教学中,笔者精心设计进化计算中所需要的各类案例,通过调整题干,使得学生在理解进化计算核心思想的基础上,能够灵活掌握该知识点,做到具体问题具体分析,理论联系实际.在接下来的教学过程中,笔者将会就进化计算问题进行更加深入的探索,拟引入当前该领域内的最新研究问题,进行实例探讨,并留给学生更多的讨论思考时间,为培养高素质的科研型人才奠定良好的基础.同时,笔者会对智能系统导论中的其他专题展开有针对性的深入研究,争取将智能系统导论的每个专题设计得更加灵活生动,帮助学生掌握该门课程的同时,为学生学习人工智能研究奠定良好的基础.
基金项目：高校基本科研业务费专项资金资助项目（3132017118,3132017123）,辽宁省级教改项目“面向互联网+人工智能的智能科学与技术专业实践教学体系的研究与实践”.
第一作者简介：白梅,女,讲师,研究方向为智能信息处理和数据管理,baimei@dlmu.edu.cn.
参考文献：
[1] 钟义信. 传播创新成果, 服务社会需求: 论核心课程的设计[J]. 计算机教育, 2014(19): 22-25.
[2] 李晓东. 关于智能科学与技术专业建设的几点思考: 以中山大学智能科学与技术专业为例[J]. 计算机教育, 2015(18): 2-5.
[3] Negnevitsky M. 人工智能: 智能系统指南[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011.
[4] 阎平凡, 张长水. 人工神经网络与模拟进化计算[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005.
（编辑：史志伟）
此文结论：本文是一篇大学硕士与导论课本科导论课毕业论文开题报告范文和相关优秀学术职称论文参考文献资料，关于免费教你怎么写教学探讨和课程和导论方面论文范文.
参考文献：
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