面向產(chǎn)學(xué)融合的機(jī)器學(xué)習(xí)新型課程建設(shè)探索

張恒

摘 要：人工智能已成為新時(shí)代國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)，機(jī)器學(xué)習(xí)課程是高校人工智能及其相關(guān)專業(yè)的重要核心課程。如何構(gòu)建面向產(chǎn)業(yè)和社會需求的新型機(jī)器學(xué)習(xí)課程已經(jīng)成為高校人工智能專業(yè)教學(xué)的重要課題。本文闡述了新型機(jī)器學(xué)習(xí)課程建設(shè)重要性，分析了面向產(chǎn)學(xué)融合的課程建設(shè)關(guān)鍵點(diǎn)，并從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、課程考核與質(zhì)量評價(jià)方面提出了課程建設(shè)的閉環(huán)途徑。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)學(xué)融合;機(jī)器學(xué)習(xí);課程建設(shè)

一、背景

人工智能已經(jīng)成為支撐國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)，并且正在深刻改變著人類的生產(chǎn)生活方式。國務(wù)院高度重視人工智能的發(fā)展，2017年制定的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出“人工智能是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)”[1]。2018年4月教育部頒布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》，明確要求重視人工智能與傳統(tǒng)學(xué)科的交叉融合，探索新型的人才培養(yǎng)模式[2]。

在國務(wù)院和教育部相關(guān)文件精神指導(dǎo)下，高等學(xué)校對信息類專業(yè)學(xué)科群包括人工智能、大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程、通信工程、自動化、信息與計(jì)算科學(xué)等進(jìn)行深入改革。本科教學(xué)已經(jīng)實(shí)施大類教育、完全學(xué)分制的培養(yǎng)模式，按照“三級平臺（通識教育平臺+大類教育平臺+專業(yè)教育平臺）、六大模塊（公共基礎(chǔ)必修課程、素質(zhì)與能力拓展課程、學(xué)科基礎(chǔ)必修課程、專業(yè)主干課程、專業(yè)選修課程、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)）”的體系框架制定人才培養(yǎng)方案。

根據(jù)教育部相關(guān)文件要求建設(shè)和強(qiáng)化相關(guān)信息類課程，其中機(jī)器學(xué)習(xí)是重要的課程之一。機(jī)器學(xué)習(xí)課程建設(shè)必須緊緊圍繞新工科教育內(nèi)涵，以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[3]。課程建設(shè)中注重學(xué)科交叉融合，緊跟技術(shù)發(fā)展，更新工程人才知識體系，以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)教學(xué)方法與手段[4]。

目前高校機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)課程建設(shè)中存在著一些不足：（1）強(qiáng)調(diào)經(jīng)典算法理論，忽視最新成果?，F(xiàn)有大部分教材都是講授經(jīng)典理論，如線性回歸、邏輯回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，經(jīng)典算法都或多或少存在一些不足，面對海量的數(shù)據(jù)如何使得算法能夠高效運(yùn)行，是一個(gè)基礎(chǔ)性問題。新的研究成果已經(jīng)在這方面展開深入探討，但是相關(guān)教科書涉及的較少。（2）提倡學(xué)生將所學(xué)機(jī)器學(xué)習(xí)理論用于實(shí)踐，但是在實(shí)踐中存在生搬硬套，缺少因地制宜的能力培養(yǎng)。如何靈活運(yùn)用所學(xué)理論和編程工具解決工程問題，依然是較大的難點(diǎn)。（3）現(xiàn)有課程內(nèi)容設(shè)計(jì)不能夠滿足產(chǎn)學(xué)融合的新需求。如何將產(chǎn)學(xué)深度融合，學(xué)以致用，充分挖掘課程創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的內(nèi)容，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合產(chǎn)學(xué)需求發(fā)掘創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。（4）現(xiàn)有課程考核與質(zhì)量評價(jià)體系中未考慮產(chǎn)學(xué)融合需求。在課程考核方式、考核內(nèi)容設(shè)計(jì)、課程質(zhì)量評價(jià)與反饋體系中引入產(chǎn)學(xué)融合因素，將促進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)課程質(zhì)量的顯著提升。

二、機(jī)器學(xué)習(xí)課程建設(shè)關(guān)鍵點(diǎn)

傳統(tǒng)的高校課程教學(xué)主要關(guān)注學(xué)生理論知識學(xué)習(xí)，雖然學(xué)生理論基礎(chǔ)較為扎實(shí)，但是實(shí)踐能力比較薄弱，不適應(yīng)新的新形勢下的產(chǎn)業(yè)對人才需求。新的形勢下高校需要更加深入了解產(chǎn)業(yè)需求，突出教書育人與實(shí)踐更加緊密結(jié)合，需要更加注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)，為學(xué)生提供多樣化成長路徑。尤其是應(yīng)用型本科和行業(yè)特色類高校建設(shè)，需要緊密圍繞產(chǎn)業(yè)需求，強(qiáng)化理論和實(shí)踐教學(xué)。面向產(chǎn)學(xué)融合的機(jī)器學(xué)習(xí)課程改革需要重視以下三點(diǎn)：

（一）課程理論教學(xué)部分既強(qiáng)調(diào)理解經(jīng)典算法，又注重引入最新理論成果

機(jī)器學(xué)習(xí)本質(zhì)是一門多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，涉及到概率統(tǒng)計(jì)、矩陣論、凸優(yōu)化、算法理論等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識。在課程建設(shè)中，需要特別重視培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，只有深入理解相關(guān)的數(shù)學(xué)理論，才能將機(jī)器學(xué)習(xí)算法恰如其分的應(yīng)用到工業(yè)實(shí)踐中。

課程改革需要注重引入最新的機(jī)器學(xué)習(xí)研究理論成果，拓寬學(xué)生的視野。近年來機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)展飛速，國內(nèi)外相關(guān)教材和在線學(xué)習(xí)資源也大量涌現(xiàn)，每年大量的相關(guān)學(xué)術(shù)會議和爆炸式的論文發(fā)表。機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)課程學(xué)習(xí)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。不同于傳統(tǒng)經(jīng)典理論學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)課程需要不斷加強(qiáng)最新知識的引入，前沿的理論加入，可以更加豐富課程知識體系，也有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)的精神和創(chuàng)業(yè)能力。

（二）課程實(shí)踐教學(xué)部分既強(qiáng)調(diào)解決問題能力，又注重方法優(yōu)化

在現(xiàn)有課程教學(xué)中，多數(shù)教學(xué)強(qiáng)調(diào)使用現(xiàn)有的程序解決面臨的實(shí)際問題，往往忽視學(xué)生編程能力提升和方法的優(yōu)化。而當(dāng)面臨新的問題，無法直接利用現(xiàn)有方法直接解決，或者利用現(xiàn)有方法解決問題時(shí)得不到理想結(jié)果時(shí)，常常無計(jì)可施。課程建設(shè)和改革需要積極探索提升學(xué)生編程能力和優(yōu)化水平。

網(wǎng)上多如牛毛的機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)開源程序代碼，為學(xué)生解決實(shí)際問題提供了大量的資源，但是這些資源能否合理用于新的問題并且實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能，依然是一個(gè)難題。在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中，需要積極培養(yǎng)學(xué)生理解程序代碼，在借鑒吸收基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)符合問題需求的算法和代碼，進(jìn)而創(chuàng)造性地開發(fā)具有可移植特性的新算法。

（三）課程建設(shè)突出產(chǎn)學(xué)融合新特征，體現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)新目標(biāo)

課程的教學(xué)大綱、教學(xué)資源、教學(xué)過程和教學(xué)質(zhì)量反饋構(gòu)成了一套動態(tài)閉環(huán)更新的教學(xué)過程，產(chǎn)學(xué)融合則能夠在此過程中幫助有效提升課程整體質(zhì)量。其中教學(xué)資源建設(shè)與完善需要與企業(yè)密切合作，通過委托研究、合作開發(fā)等形式與校外企業(yè)合作，共同構(gòu)建和更新機(jī)器學(xué)習(xí)課程資源，使得資源內(nèi)容更豐富、更貼近企業(yè)實(shí)際需求，有利于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。在課程教學(xué)質(zhì)量反饋環(huán)節(jié)引入產(chǎn)學(xué)融合因素，將促進(jìn)教學(xué)大綱更新、教學(xué)資源完善、教學(xué)過程提升。面對快速發(fā)展的人工智能相關(guān)科技，產(chǎn)業(yè)需求也在不斷提升，需要與企業(yè)互動交流，依據(jù)最新技術(shù)需求與技術(shù)革新，對課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)大綱等進(jìn)行修訂，并通過完善教學(xué)資源和教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)融合的新型課程構(gòu)建。

三、機(jī)器學(xué)習(xí)新型課程建設(shè)的閉環(huán)路徑

課程改革必須立足于新工科背景，著重研究如何重構(gòu)產(chǎn)學(xué)融合的機(jī)器學(xué)習(xí)課程，為培養(yǎng)具有較強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)人才提供支撐。

（一）重構(gòu)產(chǎn)學(xué)融合聯(lián)動的機(jī)器學(xué)習(xí)課程理論教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的高校課程理論為主并適當(dāng)輔以實(shí)驗(yàn)，這種模式已經(jīng)不能適應(yīng)新的時(shí)代對人才需求。在新的時(shí)代背景下，課程內(nèi)容設(shè)置中我們既牢固樹立“以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念，又要重視新時(shí)代社會經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺闹R、能力和素質(zhì)的新要求，必須對課程知識體系進(jìn)行重構(gòu)。產(chǎn)學(xué)融合是突破目前教育瓶頸的重要方式，深度挖掘產(chǎn)業(yè)和企業(yè)發(fā)展壯大對人才技能的需求，在課程大綱制定、課程內(nèi)容優(yōu)化及教學(xué)方法改革上進(jìn)行全面研究，把企業(yè)的優(yōu)質(zhì)資源與高校的課程建設(shè)深度融合，通過對現(xiàn)有課程的重構(gòu)優(yōu)化，將機(jī)器學(xué)習(xí)課程打造成具有產(chǎn)學(xué)融合特色的代表性課程，為探索產(chǎn)學(xué)融合的新工科課程體系建設(shè)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（二）構(gòu)建產(chǎn)學(xué)融合聯(lián)動的新型機(jī)器學(xué)習(xí)課程實(shí)踐教學(xué)方法

構(gòu)建“互惠互利”的產(chǎn)學(xué)聯(lián)動模式。在企業(yè)實(shí)踐鍛煉基礎(chǔ)上拓展聯(lián)動模式，依托相關(guān)院系共建機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室、合作共建課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)、學(xué)生參與企業(yè)合作項(xiàng)目等多個(gè)方面。具體來說包括：①挖掘企業(yè)豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和大數(shù)據(jù)資源，結(jié)合高校教育優(yōu)勢，共同建設(shè)機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室，為開展產(chǎn)學(xué)融合人才培養(yǎng)搭建高水平平臺。②邀請企業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師直接參與實(shí)踐教學(xué)授課，例如專題講座、方案指導(dǎo)、案例點(diǎn)評、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等。③積極主動參與企業(yè)正在研究的項(xiàng)目，作為學(xué)生實(shí)踐課題讓其直接參與項(xiàng)目研發(fā)工作，給學(xué)生提供真正實(shí)踐的機(jī)會，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（三）建立產(chǎn)學(xué)融合聯(lián)動的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)范例

將產(chǎn)學(xué)融合理念滲透到以學(xué)生為中心和產(chǎn)出為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)全過程，探討校企合作新思路，充分用好企業(yè)平臺資源，將企業(yè)的價(jià)值理念、工程技術(shù)和資源與機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)深度整合，促進(jìn)高校學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)和教師科研成果轉(zhuǎn)化，同時(shí)提升企業(yè)的科技創(chuàng)新水平。

在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中，需要強(qiáng)調(diào)激發(fā)學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情，鼓勵(lì)學(xué)生主動大膽嘗試提出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。充分挖掘校內(nèi)資源，通過校級創(chuàng)新學(xué)院和院級創(chuàng)客空間等重要平臺，課程教學(xué)與科技創(chuàng)新活動相結(jié)合，并將課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與高水平創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽、學(xué)科競賽等掛鉤，營造優(yōu)良的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和科研教育氛圍。充分發(fā)揮企業(yè)資源優(yōu)勢，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合課程知識、企業(yè)需求和自身創(chuàng)業(yè)發(fā)展，拓寬創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)道路。

（四）建立具有產(chǎn)學(xué)融合特征的機(jī)器學(xué)習(xí)課程考核與質(zhì)量評價(jià)體系

傳統(tǒng)的課程考核包括試卷考核、實(shí)驗(yàn)操作考核、課程報(bào)告等形式，這些形式需要融入產(chǎn)學(xué)特征和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精髓。由于課程資源、課程教學(xué)過程中都已經(jīng)融入了產(chǎn)學(xué)交互特征，因而必須將產(chǎn)學(xué)融合的教學(xué)內(nèi)容加入到課程考核中，也需要突出學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程中通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)取得的優(yōu)異成績納入課程考核體系，構(gòu)建多元化考核方式。

課程質(zhì)量指標(biāo)體系中包括了主講教師情況、教學(xué)研究情況、學(xué)術(shù)水平、課程大綱、課程教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與設(shè)備、課程教學(xué)效果、學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。這些指標(biāo)都需要與產(chǎn)學(xué)融合新需求深度結(jié)合，構(gòu)建新的遵循課程規(guī)律和突出產(chǎn)學(xué)融合特征的質(zhì)量評價(jià)體系。新的質(zhì)量評價(jià)體系將有利于課程建設(shè)與更新完善。

四、結(jié)語

高校機(jī)器學(xué)習(xí)課程建設(shè)與改革是新時(shí)期產(chǎn)學(xué)融合背景下人工智能課程改革的重要內(nèi)容。機(jī)器學(xué)習(xí)課程建設(shè)中必須深入理解產(chǎn)學(xué)融合的內(nèi)涵，與企業(yè)深入交流后完善課程內(nèi)容架構(gòu)、提升課程目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)、更新課程理論知識，并通過課程考核與教學(xué)質(zhì)量反饋，構(gòu)建一套動態(tài)更新的課程建設(shè)閉環(huán)路徑。

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