面向本科階段的《自然語言處理》課程教學(xué)模式探索

王鵬鳴 郭懋軒

摘要：《自然語言處理》課程是高校“計算機科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)和“人工智能”專業(yè)的學(xué)生了解自然語言處理的主要研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)的重要途徑。然而，在該課程教學(xué)過程中普遍存在著一些問題。本文針對這些問題，分別從課程的理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩個方面系統(tǒng)地提出了提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)方法，并已經(jīng)在教學(xué)中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：自然語言處理;教學(xué)模式;本科階段

一、引言

在本科階段，《自然語言處理》是“計算機科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)和“人工智能”專業(yè)的一門專業(yè)選修課。它的主要任務(wù)是使學(xué)生了解自然語言處理的主要研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)，并介紹自然語言處理方面的研究成果，為學(xué)生從事自然語言處理研究和開發(fā)做準(zhǔn)備[1，2]。此外通過指導(dǎo)學(xué)生閱讀計算語言學(xué)專業(yè)會議的論文，并通過提問和討論，使他們對所學(xué)課程的有關(guān)概念與目前的流行方法和技術(shù)的關(guān)系有更深入地了解在此基礎(chǔ)上，要求學(xué)生完成一篇有關(guān)自然語言處理主題的課程項目，使他們能用所學(xué)的知識發(fā)揮自身的能力查找有關(guān)資料和概括某一研究領(lǐng)域的國內(nèi)外最新理論和技術(shù)并最終加以實踐。

在課內(nèi)教學(xué)活動中側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生理解自然語言的基本概念，包括研究內(nèi)容（如詞法、句法和語義）和應(yīng)用領(lǐng)域（如機器翻譯和問答系統(tǒng)等）[3，4]。特別對自然語言處理中的關(guān)鍵問題（如歧義問題等），有明確的認(rèn)識。了解最新型的技術(shù)現(xiàn)狀并能初步應(yīng)用。了解自然語言處理屬于交叉學(xué)科，以及它與有關(guān)學(xué)科的關(guān)系。

二、存在問題

在《自然語言處理》課程教學(xué)過程中，普遍存在著如下幾個問題：

1）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低、積極性不高。本課程內(nèi)容雖然涉及當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的前沿?zé)衢T研究，但是照本宣科講解理論知識打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，慢慢做出遲到、早退、無故曠課等錯誤行為，甚至發(fā)生在課堂上睡覺、聊天、發(fā)呆、玩手機等惡劣現(xiàn)象。

2）教學(xué)難度提升。本課程涉及詞法分析、句法分析、語義分析、文本分類、對話系統(tǒng)，統(tǒng)計機器翻譯等多個模塊內(nèi)容，是知識體系龐大復(fù)雜的綜合性學(xué)科，傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師口述書本知識為主，輔以幻燈片投屏播放重點內(nèi)容，此方法雖然講解精細全面，然而在課時固定的情況下，教師無法將教學(xué)內(nèi)容按時教授完畢，這無疑增大了教學(xué)的難度。

3）教學(xué)質(zhì)量降低。本課程是計算機專業(yè)和人工智能專業(yè)的重要課程，對教師教學(xué)質(zhì)量的要求十分嚴(yán)格。固有的理論教學(xué)模式導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容乏味枯燥，課堂氛圍沉悶，學(xué)生與教師課上及課后的互動性下降，最終導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量降低，教學(xué)目標(biāo)難以實現(xiàn)。

三、教學(xué)模式探索

（一）理論教學(xué)的探索

1.課程指導(dǎo)思想

根據(jù)我國高校內(nèi)學(xué)生的課程安排，以及學(xué)生群體的知識層次，自然語言處理課程必須仔細選擇教材，選擇易于實踐、且容易被學(xué)生理解的入門參考書。而且在自然語言處理課程的開展中，教師不能只強調(diào)算法和理論，必須在教學(xué)中貫徹理論聯(lián)系實際的思想，最大限度地幫助學(xué)生理解知識點，減少學(xué)生由于編程太復(fù)雜而產(chǎn)生的厭學(xué)心理。

2.課程教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容的安排上，教師必須遵循由簡到難、層層遞進的發(fā)展過程，嚴(yán)禁貪多求快。課程內(nèi)容可以分為三個方面：首先，對語言處理進行介紹，以及在面對感興趣的文本信息的時候，使用 Python 程序分析的步驟，并對編程要點進行鞏固;其次，教授語言處理的原理，以及分類、標(biāo)注、提取有效信息的方法，同時對句子的構(gòu)建進行了解;最后，教授語言數(shù)據(jù)的具體管理方法。具體來說，應(yīng)該解決一下三個問題：

（1）如何讓學(xué)生接受最新、最前沿的知識。應(yīng)從日常實用的角度，以人們看到、接觸的事務(wù)來解釋前沿的知識。比如，用百度翻譯、谷歌翻譯等人們平時所用的一些服務(wù)來解釋機器翻譯原理，這樣會使學(xué)生們更加容易接受這些前沿的知識。

（2）如何讓學(xué)生對復(fù)雜的科學(xué)知識感興趣。一方面需要降低講授知識點的難度，另一方面需要盡量將復(fù)雜的原理用簡單易懂的話講明白。比如，對于什么是語言模型，如果按照原始的理論，需要具備概率論的基礎(chǔ)知識。對于普通的學(xué)生可以用一個日常中的直觀例子來說明，比如“我去上學(xué)”和“去上學(xué)我”，幾乎所有人都可以感覺后者不符合常規(guī)的表達，而這種感覺就是語言模型的一種直觀體現(xiàn)，它是判斷一句話是否符合語法規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）如何讓學(xué)生從前沿知識中有所收獲。很多學(xué)生認(rèn)為前沿知識和人們的距離很遠，多數(shù)接觸不到也用不到。不過通過信息檢索相關(guān)實驗，可以更加快速地從網(wǎng)絡(luò)上獲取所需要的知識。學(xué)習(xí)自動問答相關(guān)概念，能夠更方便地和一些自動問答系統(tǒng)用語言進行交流，比如手機、智能電視中的語音助手等工具。因此，把復(fù)雜的科學(xué)問題和日常生活中的實踐結(jié)合在一起，能夠使學(xué)生從中獲益。

（二）實踐教學(xué)探索

實踐教學(xué)的主要內(nèi)容，包括如何利用NLTK開展文本分析、提取文本特征、對文本進行分類等，需要學(xué)生在實踐中真正掌握現(xiàn)有語料庫的調(diào)用、自身語料庫的創(chuàng)建、抽取現(xiàn)有文本和過濾全部特征、字典的創(chuàng)建、決策樹的構(gòu)建、樸素貝葉斯、SVM分類的方法。

通常課堂上的教學(xué)僅僅是讓學(xué)生掌握自然語言處理的基本知識、基本算法，但是這個過程屬于被動接受的過程，并沒有真正激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，考慮到自然語言處理課程具有很強的聯(lián)系實際應(yīng)用的特點，應(yīng)該專門設(shè)置并定期更新一些應(yīng)用專題作為課程的最后幾講。這些專題包括：信息檢索、拼寫檢查、機器翻譯、問答系統(tǒng)等。在應(yīng)用專題中著重專注于講解使用自然語言處理知識應(yīng)用于這些領(lǐng)域的算法。

例如，在信息檢索這一章節(jié)中，我們會以搜索引擎為對象，詳細講解搜索引擎所涉及到的知識點和算法，并加以實現(xiàn)。在拼寫檢查中，我們則會講解正則表達式、編輯距離、基于規(guī)則和統(tǒng)計的錯誤識別算法等，并在作業(yè)中安排實現(xiàn)。所謂實踐教學(xué)是指，將課堂中所教授的知識，理論聯(lián)系實際，讓學(xué)生參與到實際項目開發(fā)中來，從而深刻領(lǐng)會和掌握該課程的知識點，并能與企業(yè)無縫連接。在我們的課程中，我們給學(xué)生量身定做了10～20個適用于作者所在高校自然語言處理課程的大作業(yè)，同時也允許學(xué)生自己選擇和定制自己小組的大作業(yè)。在學(xué)期后半段，我們專門給學(xué)生安排3周的時間來做課程大作業(yè)，在這段時間，教師會從資料收集、算法、思想等多個方面指導(dǎo)學(xué)生完成大作業(yè)設(shè)計。

四、總結(jié)

本文從作者的教學(xué)實踐出發(fā)，在分析《自然語言處理》課程特點及教學(xué)過程中所存在問題的基礎(chǔ)上，分別從理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩個方面提出了提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)方法，并在教學(xué)中取得了良好的效果。

參考文獻：

[1]傅迎華，李江，付東翔.自然語言處理課程教學(xué)探索和實踐[J].計算機教育，2018（4）：56-59.

[2]鐘茂生，黃曉輝，張紅斌.“問題引導(dǎo)+項目驅(qū)動”并舉的自然語言處理課程教學(xué)改革實踐[J].計算機教育，2018（6）：72-75.

[3]羅世奇，田生偉.自然語言處理項目式教學(xué)策略探究[J].中國教育技術(shù)裝備，2020.

[4]楊鳳.基于人工智能的課程答疑系統(tǒng)的研究[D].大連海事大學(xué)，2020.