機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)實(shí)踐探析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)實(shí)踐探析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。

摘要：闡述機(jī)器學(xué)習(xí)課程的特點(diǎn)、教學(xué)現(xiàn)狀，課程教學(xué)中存在的問題，從課程教育、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)，課程考核面對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)課程的模式設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：機(jī)器學(xué)習(xí)，課程教學(xué)，模式設(shè)計(jì)。

0引言

2018年國(guó)內(nèi)35所高校取得首批人工智能新專業(yè)建設(shè)資格，至此人工智能相關(guān)專業(yè)課程在本科教學(xué)中全面展開。2020年7月，為加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化頂層設(shè)計(jì)，推動(dòng)人工智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定，國(guó)務(wù)院主導(dǎo)了《國(guó)家新一代人工智能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》[1]，指南在關(guān)鍵通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)規(guī)范進(jìn)行了論述。教育部相關(guān)文件也提出要加快推動(dòng)人工智能重要方向的課程建設(shè)，機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能人才培養(yǎng)體系建設(shè)的主干課程，課程建設(shè)與改革應(yīng)注重學(xué)科交叉融合，聚焦前沿技術(shù)發(fā)展[2]。

1機(jī)器學(xué)習(xí)課程的特點(diǎn)

機(jī)器學(xué)習(xí)是一門涉及概率統(tǒng)計(jì)分析、矩陣論、凸分析和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的多領(lǐng)域交叉學(xué)科，專注于使用數(shù)據(jù)和算法來模擬或?qū)崿F(xiàn)人類學(xué)習(xí)的過程，并在此過程中不斷地完善本身的性能[3]。課程具有如下特點(diǎn)。（1）前瞻性：國(guó)內(nèi)外對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)理論與技術(shù)的創(chuàng)新經(jīng)久不衰，從統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)到深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，各類會(huì)議、期刊、論壇都在對(duì)AI的前沿進(jìn)展進(jìn)行追蹤[4]。近年來，機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的國(guó)際會(huì)議論文投稿數(shù)量不斷攀升。在課程建設(shè)方面，斯坦福大學(xué)近十年熱門人工智能課程注冊(cè)學(xué)習(xí)人數(shù)迅速上漲，以CS229機(jī)器學(xué)習(xí)課程為例，它是過去10年選讀人數(shù)最多的一門課程。（2）復(fù)雜性：機(jī)器學(xué)習(xí)作為交叉學(xué)科，在模型構(gòu)建過程中涉及復(fù)雜的數(shù)理知識(shí)，包括微積分、矩陣論、數(shù)值分析和凸優(yōu)化等[5]。在實(shí)現(xiàn)過程中，要求學(xué)生熟練掌握并應(yīng)用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的程序設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)安全、通信原理，自動(dòng)化領(lǐng)域的嵌入式、機(jī)器人技術(shù)等知識(shí)。（3）實(shí)踐性：機(jī)器學(xué)習(xí)是理論與實(shí)踐并重的學(xué)科，在機(jī)器翻譯，生物醫(yī)療，無人駕駛汽車等方面都得到廣泛的驗(yàn)證，部分領(lǐng)域成熟的產(chǎn)品已經(jīng)突破人類水平。以應(yīng)用為導(dǎo)向，在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中，既要注重模型理論學(xué)習(xí)，更在實(shí)際項(xiàng)目中動(dòng)手實(shí)踐，提高應(yīng)用能力。

2機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

區(qū)別于研究生教育中的機(jī)器學(xué)習(xí)課程，本科教育對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)的考查主要側(cè)重在利用模型解決實(shí)際問題，對(duì)理論創(chuàng)新性要求不高，重點(diǎn)考查學(xué)生的實(shí)踐能力。但由于機(jī)器學(xué)習(xí)的前瞻性、復(fù)雜性和對(duì)實(shí)踐應(yīng)用的高要求，在開展教學(xué)過程中，相應(yīng)的問題也隨之浮現(xiàn)。主要體現(xiàn)在以下四點(diǎn)：（1）在現(xiàn)行的機(jī)器學(xué)習(xí)課堂教學(xué)中，主要是以各種經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)算法教學(xué)為主，對(duì)前沿的深度學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法介紹不足。教學(xué)形式通常是課堂教學(xué)+課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的形式。（2）實(shí)踐教學(xué)中存在難度把握不足，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及不夠豐富，導(dǎo)致學(xué)生參與度不高。（3）成績(jī)考核方式多以閉卷考試為主，考核形式單一，無法就學(xué)生對(duì)算法原理，編程實(shí)踐的掌握程度，專業(yè)素養(yǎng)做出合理性評(píng)價(jià)。（4）在專業(yè)課的課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，教師更多關(guān)注于學(xué)生對(duì)專業(yè)技能的掌握，較少直接對(duì)學(xué)生灌輸思想政治觀點(diǎn)、理想價(jià)值信念等。

3機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)實(shí)踐

課程教育建設(shè)。不同學(xué)科、不同專業(yè)、不同課程都有獨(dú)特的育人內(nèi)容和方式。在機(jī)器學(xué)習(xí)課程思政建設(shè)中應(yīng)深入挖掘課程思政元素，有機(jī)融入課程教學(xué)。通過課堂的隱性滲透與教師言行的潛移默化等方式對(duì)學(xué)生的思想政治素質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。例如：從人工智能發(fā)展歷程，機(jī)器學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)思想，學(xué)術(shù)論文報(bào)告寫作規(guī)范，實(shí)驗(yàn)過程的工程倫理道德等方面入手，達(dá)到春風(fēng)化雨、潤(rùn)物無聲的教學(xué)效果，將立德樹人落實(shí)到專業(yè)課程學(xué)習(xí)每一階段。課堂教學(xué)改革。教學(xué)大綱修訂：鑒于當(dāng)前教學(xué)大綱中對(duì)前沿跟蹤不足，導(dǎo)致課堂教學(xué)中存在過于側(cè)重傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)和算法原理等問題，新的教學(xué)大綱需增加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的基本知識(shí)和基本理論。為增強(qiáng)課程的可接受性，課程導(dǎo)論部分需要對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)涉及線性代數(shù)、概率論的理論基礎(chǔ)增加授課學(xué)時(shí)進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)。改進(jìn)教學(xué)模式：考慮傳授式教學(xué)方法效果欠佳，課堂氛圍活躍度不高。采用翻轉(zhuǎn)式教學(xué)，以機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用案例或項(xiàng)目為專題，通過小組討論，集中匯報(bào)的方式對(duì)專題學(xué)習(xí)過程進(jìn)行展示，此過程有利于學(xué)生克服自身惰性，鞏固所學(xué)知識(shí)。實(shí)踐教學(xué)改革。實(shí)踐教學(xué)是人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)落地的最終環(huán)節(jié)，著重考察學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和工程應(yīng)用能力。（1）提高實(shí)踐靈活性：建立更具開放性和自由度的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程。在機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的編程語言（如Python、Matlab），不同的實(shí)驗(yàn)框架（如Pytorch、Tensorflow、Keras），不同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（例如，百度百度AI開放平臺(tái)、阿里云人工智能平臺(tái)）等完成實(shí)踐任務(wù)。（2）改進(jìn)實(shí)踐內(nèi)容和方式：現(xiàn)行的實(shí)踐教學(xué)中課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)過程以算法驗(yàn)證為主，無法充分考查學(xué)生對(duì)算法原理的掌握和程序設(shè)計(jì)能力。鼓勵(lì)學(xué)生以2～4人為一組，實(shí)踐內(nèi)容上，采用傳統(tǒng)的命題方式與開放命題方式相結(jié)合的方法，增加學(xué)生自主性，提高課程實(shí)踐的豐富度和趣味性。實(shí)踐教學(xué)以專題展示，個(gè)體匯報(bào)進(jìn)行，要求每位學(xué)生匯報(bào)自己在實(shí)踐中承擔(dān)的主要角色，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。該過程強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與度和積極性。課程考核改革。機(jī)器學(xué)習(xí)作為一門理論與實(shí)踐并重的專業(yè)課，傳統(tǒng)的試卷+實(shí)驗(yàn)+報(bào)告課程考核方式面臨諸多問題：（1）過程考核中存在的突擊復(fù)習(xí)的情況，無法真實(shí)的反映學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)。（2）實(shí)驗(yàn)形式單一，實(shí)驗(yàn)過程無法調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，協(xié)作性實(shí)驗(yàn)參與度不高。為形成對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)概念、算法原理等理論部分與實(shí)踐應(yīng)用的綜合性考核，本文對(duì)照工程認(rèn)證畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成要求，建立過程性多因素綜合考核機(jī)制。全過程性考核主要從課堂表現(xiàn)，實(shí)踐達(dá)成度與期末綜合三大方面進(jìn)行衡量，同時(shí)從多因素出發(fā)，細(xì)化考核項(xiàng)，改進(jìn)考核方式。課程考核方式如表1所示。

4結(jié)語

隨著人工智能領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)將具有更加廣闊的應(yīng)用前景，作為領(lǐng)域內(nèi)的主干學(xué)科，其教學(xué)效果直接影響著學(xué)生今后的發(fā)展。本文通過分析機(jī)器學(xué)習(xí)課程特點(diǎn)及目前教學(xué)過程中出現(xiàn)的三大問題，探討了該課程教學(xué)實(shí)施方案。從課程思政、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考核方式等進(jìn)行分析探索，最大程度地發(fā)揮教師的引導(dǎo)性與學(xué)生的主觀能動(dòng)性，最終能夠使學(xué)生具備應(yīng)用課程知識(shí)解決實(shí)際需求的能力，同時(shí)養(yǎng)成良好的創(chuàng)新意識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙波.加快標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)推動(dòng)人工智能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程——《國(guó)家新一代人工智能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》解讀[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2020(08):4-6.

[2]蔣良孝.機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)的實(shí)踐探索[J].新課程研究,2019(23):13-15.

[3]曾道建,向凌云,周書仁.面向本科生的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革探討[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2019,27(30):110-111.

[4]周夏冰,陳飛.機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2020,16(30):129-131+150.

[5]劉叢,彭敦陸,鄔春學(xué).基于案例的《機(jī)器學(xué)習(xí)》課程教學(xué)方法研討[J].軟件導(dǎo)刊,2018,17(05):223-226.

作者:葉景貞 康盛 方梓荷 單位:江西理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院