基于OBE理念的自然語言處理課程改革研究

魏小梅 胡濱 李芳芳

摘要：人工智能技術的發展對新工科人才培養提出了新要求，推動著相關專業教學模式的變革。文章針對人工智能方向的重要課程自然語言處理，提出基于OBE理念的課程建設方案。該方案明確課程建設目標、教學內容、實施方式和考核方式。探討實現以學生為中心、以成果為導向的新型教學關系，培養學生自主學習習慣和能力。

關鍵詞：成果導向;自然語言處理;課程建設;項目實踐

“成果導向”的教育理念（Outcome Based Education，簡稱OBE，亦稱能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育）由Spady等人提出。其核心為教學實施和教學設計目標是學生通過教育過程最后所達到的學習成果，重視學生學習過程結束后所獲得的真正能力，是學生在順利完成某階段學習過程后應該理解和掌握的方面。與傳統的課堂教學模式相比，成果導向教育理念課堂教學模式對教師的課堂教學設計與開展，對學生的學習動機、學習目標、學習方式以及課堂教學效果評定等方面都有較大的創新。

2018年教育部印發的《高等學校人工智能創新行動計劃》指出，作為新工科涵蓋的新興專業，人工智能技術已經成為經濟發展新引擎、社會發展加速器，正在引領新一輪科技革命和產業變革。面對新一代人工智能發展的機遇，高校要進一步強化基礎研究、學科發展和人才培養方面的優勢，不斷推動人工智能與教育深度融合，為教育變革提供新方式。自然語言處理課程是人工智能方向的重要課程，有較強的綜合性、實用性和創新性。該課程一般在本科高年級開設，此時學生已完成有關先修專業基礎課程，具備較高專業技能，能夠掌握課程專業知識的同時，完成一定容量的綜合實踐項目。傳統的以教師為核心的課堂教學模式已經不能滿足其教學要求，不能滿足學科發展需要;因此，將OBE教育理念應用于課程教學，將更好地明確教學目標，科學安排教學內容，從而激發學生的學習興趣，提高學生的實踐能力和創新能力。綜合參照國內關于該課程的改革方案的一些新的思路，本項目將以“自然語言處理與知識發現”課程為實現載體，探索基于OBE理念的教學模式在人工智能類課程中的應用。

一、推進基于OBE理念的自然語言處理課程建設

作為人工智能學科的一門重要基礎課程，自然語言處理課程具有如下特點。

（一）課程內容知識點多

自然語言處理是一門新興交叉學科，它涵蓋了語言學、計算機科學、概率統計和機器學習學科知識內容。因此其學科內容覆蓋的知識比較廣，對學生的要求除了計算機基本的編程和算法技能外，還需要具備基礎的語言學的詞法、句法和語義學等知識，同時高等數學和概率論知識對課程中統計模型的理解也很重要。涉及到自然語言處理課程的學科基礎如此之多，課程容量相對也比較大，因此在有限的課堂學時中科學安排課程內容，使之能夠激發和引導學生課下的進一步探究和學習非常重要。

（二）學科應用性強

自然語言處理與行業應用密切相關。常見的應用有信息檢索、垃圾郵件分類、商品評論、語音識別、自動問答和聊天機器人等。在課程設計中，需要將自然語言處理的基礎技術如詞法、句法、語義分析等與統計機器學習模型結合，形成完整的課程項目。學生通過課堂知識的理解，依照課程項目的要求，查閱文獻和工具，分析項目實現流程，運用自己的算法和代碼能力，通過基于理論和模型之上的實踐項目來鞏固課程內容，拓展課程知識，培養動手能力和創新能力。

（三）開設時間短

國外開設本課程相對較早，有比較成熟的課程體系，他們在本科階段就有自然語言處理的獨立專業。國內引入自然語言處理的時間相對較短，目前為止還沒有自然語言處理的本科專業，僅有一些高校將其作為本科專業選修課程。因此本課程的課程內容、授課方式和實踐方式都還不完善。

基于以上課程特點，適逢教育部關于《高等學校人工智能創新行動計劃》的提出，研究和設計合理的自然語言課程建設方案，是恰逢其時的任務。基于此，我們提出基于OBE理念的課程建設方案。建設方案如下：

1.基于成果需求建立課程實踐項目。根據課程要求，找準行業需求，調研國內外成熟的課程體系，結合行業的最新應用和發展，構建科學的教學案例和課程實踐項目是改革方案的基礎。

2.建立契合課程項目的課程體系。課程體系是培養方案的重要架構，是課程實踐項目實現的基礎。所有的項目應用一定是基于學科的基礎知識的，因此找準與實踐項目相關的知識點，科學地構建課程知識點與課程項目的關聯，將課程知識點循序漸進地融合到項目中。

3.研究教學實施方式和考核方式。教學環節是實施改革方案實現過程。改革的指導思想是從“以教為主”向“以學為主”的方式轉變，包括授課方式、作業方式和反饋方式等。考核方式將會以最終成績為主轉變為注重成果和成果的實現過程為主。

以上課程研究內容其實就是要回答OBE理念的核心問題：這門課程需要讓學生取得的學習成果是什么？怎樣設計課程才能幫助學生取得這些學習成果？如何評估學生取得學習成果？作為一種先進的教育模式，OBE理念其核心是以學生為主體，以成果為驅動，所有的課程教學活動都圍繞該理念設計。

二、思路和方法

課程建設項目的研究流程：根據調研課程的要求和行業應用的需要，提出該課程應該達到的目標和獲得的學習成果;圍繞成果需求的目標整合教學內容，學生完成對應的課程項目;基于OBE理念開展教學的實施過程，并設計合理的考核方式。

（一）基于OBE的成果理念構建課程項目

調研國內外高校開設相關課程，結合本校的教學實際和學生所掌握的知識體系，放眼行業應用需求和前沿技術，撰寫符合專業培養方案的課程大綱，明確課程應該達到的成果要求。根據目前已有的授課經驗和教學方案的要求，本課程中學生需要獲得的部分課程成果要求如圖1左邊所示的6個任務：基本的文本處理和統計能力、基于HMM模型的分詞和詞性標注模型實現、餐廳電話語音識別、文本拼寫檢查器的實現、垃圾郵件識別和Twitter產品評論極性的判別。初期課程成果項目由課題組教師完成項目收集和創建，并每年根據行業發展補充更新。在課程實施過程中，發現和鼓勵學生創新，提出和完成有創新性的課程項目案例。這種從學生中來到學生中去，以學生為本的思想，正是OBE理念的體現，學生從中獲得的成就感會進一步刺激他們的學習積極性，培養學生的創新能力，從而形成一種教和學的良性互動。

（二）根據成果要求整合教學內容

圖1右邊所示的是與教學成果關聯的教學內容。包括基本的文本處理能力和文本統計技術、分詞和詞性標注的知識和相關的統計模型HMM、語言模型及其應用、文本分類技術和應用。現在需要根據課程項目，在課程大綱的指導下整合它們與課程知識點的對應關系。整合課程知識點過程中，我們參考了幾個資源：首先，目前有一些國內外高校開設此類課程，例如斯坦福大學的cs124課程，中國科學院宗成慶老師的“統計自然語言處理”等，他們有相對完善的課程體系和資源，借鑒這些優質的課程體系可以繼承優點，少走彎路。其次，該課程內容與前沿技術和行業需求緊密結合，屬于研究型的應用課程。因此到相關企業調研，對接產業需求，培養符合市場需要的創新型人才，也是《高等學校人工智能創新行動計劃》的要求;另外在授課過程中，通過小組討論的方式，在課堂互動過程中發現問題，補充知識點。目前，課程部分成果目標和對應的知識點組織如表1所示。

（三）教學實施方式改革

基于OBE的教學改革重要理念是教學驅動方式的變革，從以教師教授為主轉變為學生學習和實踐為主。因此，教學實施方式除了課堂講授，加大了學生參與課堂的力度，學生參與課堂的方式包括小組討論、課程項目的分組和實現、成果答辯等過程。實施過程按照如下方式進行：

1.學生分組，項目分發。教師在教授每個版塊知識前，先將基于成果目標的課程項目分發給學生，學生通過調研和撰寫綜述的方式了解課程項目，熟悉版塊的知識體系;隨著項目成果一起分發的，有相關的閱讀材料和指導文獻，以及線上課程，上課之前學生需要先帶著問題去完成一定量的線上課程。

2.課程面授，小組討論。在線上課程中不能解決的問題，在課程授課中一般會得到解決;仍然對項目和課程內容有疑問，可以通過小組討論的方式提出問題、分析問題和解決問題。

3.課程項目實施和答辯。學生小組在教師的指導下完成課程項目，提交代碼和課程報告。小組學生需要做課堂展示并進行項目答辯，小組成員需要明確自己在項目中的貢獻，答辯得分和項目完成質量將納入最終的考核成績。

（四）課程考核

考核內容包括項目課程知識點的掌握、課程項目完成情況、項目答辯的得分和課程報告的得分。因此最終的成績構成包括課程理論考試成績50%，項目得分50%。項目得分中包含了項目完成度、項目答辯成績、課程報告和個人在小組中的貢獻等。

三、課程改革的反饋和修正機制

好的評價機制和反饋機制能對課程改革的各個環節進行修正，最終得到較為完善的教學方案。其中來自學生和用人單位的反饋對改革的促進作用最為重要。

（一）學生反饋

最終的考試成績和項目完成度考核是最直接的課程效果反饋，學生對課程項目設置的評價是另外一種完善課程方案的途徑。評價包括學生對項目強度、項目的針對性和對知識點的涵蓋面等。為了獲得最真實的學生反饋，我們會針對性發起線上調查問卷。

（二）行業反饋

根據課程方案培養出的學生是否滿足行業應用需求，需要來自用人單位的評價和反饋。可以通過對用人單位的走訪和已畢業學生的信息來獲取。

（三）教師培養

根據課程反饋結果，修正課程方案中的課程設計，補充符合行業發展變化的內容，更新陳舊的知識點。同時要根據課程目標提升課程組教師的指導能力，積極促進教師參加各種前沿技術培訓。積極開展課程組教師的教學研討，交流經驗，提升其業務教學能力。

四、結語

作為人工智能的五大核心方向的自然語言處理技術，已經得到越來越多的重視。自然語言處理課程已經被越來越多的高校納入本科生教學計劃，成為本科高年級階段的專業課。如何上好這門課，必須認清該課程的特點以及行業對人才的創新性和實踐能力的要求。本項目針對自然語言處理課程，提出了基于OBE理念的以學生為主體、以課程成果驅動的教學改革方案。該方案明確課程建設目標、教學內容、實施方式和考核方式。探討實現以學生為中心、以成果為導向的新型教學關系，主張以培養學生自主學習習慣和能力為本課程的重要目標。提高學生在課程中的參與度，從課程成果項目的設置、小組項目討論、項目的實現和課程反饋機制都體現了以學生為本、以行業應用為導向的新工科思維。通過該課程的學習，學生能夠掌握自然語言處理任務實現流程、模型原理和實現方法，能完成自然語言處理中各種基礎任務從設計到實現的過程，能有效提高高校學生在人工智能方面的知識儲備和創新能力，培養適應新時代企業需要的人才。

參考文獻：

[1]Spady WG，Marshall KJ.Beyond Traditional Outcome-Based Education[J].Educational leadership.1991，49（2）：67—72.

[2]劉茂福，畢建旗，熊瑩，等.編譯原理與自然語言處理的實驗對齊研究[J].計算機教育，2020，（3）：36—42.

[3]魏小梅，李芳芳，黃鈺，等.新工科背景下計算機專業“2+1”綜合實訓課程改革與實踐[J].計算機教育，2019，（11）：49—53.

編輯∕宋宇