新工科背景下基于項(xiàng)目實(shí)踐的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)探索*

朱紅艷，梁詩(shī)凱，何富運(yùn)，黎海生，夏海英

(廣西師范大學(xué)電子工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

1 引言

新工科是為了適應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,而提出的我國(guó)工程教育改革新方向[1-3]。為了更好地滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)人才的需求，培養(yǎng)更多具有實(shí)踐和創(chuàng)新能力的綜合型人才，加快新型工科專(zhuān)業(yè)的建設(shè)和傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)的改革創(chuàng)新尤為重要。新工科的建設(shè)和發(fā)展有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是構(gòu)建學(xué)科專(zhuān)業(yè)“新結(jié)構(gòu)”；二是探索人才培養(yǎng)“新模式”[4]。新工科專(zhuān)業(yè)的建設(shè)不僅有利于滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求，更有利于促進(jìn)我國(guó)高等教育的發(fā)展，加快從教育大國(guó)向教育強(qiáng)國(guó)的發(fā)展進(jìn)程。

隨著智能信息時(shí)代的高速發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)作為典型的新工科專(zhuān)業(yè)課程，受到了國(guó)內(nèi)外高校的廣泛關(guān)注，各大高校紛紛開(kāi)設(shè)了與機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程。在學(xué)術(shù)界，《Nature》和《Science》等期刊先后推出了機(jī)器學(xué)習(xí)專(zhuān)刊，討論機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)展所帶來(lái)的全新機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在工業(yè)界，麥肯錫研究院也曾指出機(jī)器學(xué)習(xí)將會(huì)成為創(chuàng)新和生產(chǎn)力提高的新風(fēng)向標(biāo)[5]。順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，廣西師范大學(xué)電子工程學(xué)院電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了機(jī)器學(xué)習(xí)課程，但由于機(jī)器學(xué)習(xí)具有知識(shí)點(diǎn)分布廣、學(xué)科交叉性較強(qiáng)、實(shí)踐能力要求較高等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)存在很多問(wèn)題，不利于教學(xué)活動(dòng)的正常開(kāi)展，進(jìn)而影響課程的教學(xué)質(zhì)量[6-8]。

近年來(lái)，00后大學(xué)生呈現(xiàn)出許多新的學(xué)習(xí)特征，如工科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生思維活躍且理性，對(duì)上機(jī)操作和各種軟件學(xué)習(xí)有興趣；接觸網(wǎng)絡(luò)頻繁，擅長(zhǎng)使用手機(jī)、平板等智能終端等。但網(wǎng)絡(luò)依賴性強(qiáng)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不強(qiáng)，追求個(gè)性等諸多問(wèn)題給機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)的展開(kāi)和學(xué)生綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)帶來(lái)了新挑戰(zhàn)[9]。針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)特征變化，課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)做出相應(yīng)的調(diào)整，賦予課程新的內(nèi)容和特色，吸引學(xué)生的興趣，將他們的關(guān)注點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)或游戲中轉(zhuǎn)移到機(jī)器學(xué)習(xí)課程上來(lái)，讓學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中獲得更多的成就感，幫助學(xué)生建立自我學(xué)習(xí)規(guī)劃和擺脫迷茫[10]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及新工科建設(shè)對(duì)工程人才培養(yǎng)的新要求，機(jī)器學(xué)習(xí)課程的培養(yǎng)目標(biāo)與實(shí)踐培養(yǎng)體系已經(jīng)發(fā)生了很大變化[11]。傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)課程實(shí)踐存在著以簡(jiǎn)單、陳舊的例子實(shí)驗(yàn)為主的現(xiàn)象，甚至有些學(xué)校的實(shí)踐部分僅僅是通過(guò)老師在課堂上講解理論知識(shí)的過(guò)程中向?qū)W生演示各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法在Matlab上的仿真與應(yīng)用。這些教學(xué)模式存在教學(xué)內(nèi)容陳舊、重理論輕實(shí)踐或?qū)嵺`體系老化落伍等問(wèn)題，已然無(wú)法適應(yīng)新工科對(duì)專(zhuān)業(yè)高素質(zhì)人才培養(yǎng)的要求，無(wú)法跟上科學(xué)技術(shù)發(fā)展的腳步。因此，必須對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)課程體系進(jìn)行改革和優(yōu)化，探索更高效的教學(xué)模式，在有限的時(shí)間里盡可能地培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力[12]。

針對(duì)上述問(wèn)題，在新工科建設(shè)的大背景下，該文以廣西師范大學(xué)電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課“機(jī)器學(xué)習(xí)”為改革實(shí)例，采用項(xiàng)目教學(xué)法，結(jié)合我校電子工程學(xué)院的優(yōu)勢(shì)，突出電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐與能力培養(yǎng)的特色，對(duì)課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、評(píng)價(jià)體系等進(jìn)行改革與實(shí)踐。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀與問(wèn)題

《機(jī)器學(xué)習(xí)》是電子信息工程、通信工程等電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生的重要專(zhuān)業(yè)課程，是新工科背景下的新興專(zhuān)業(yè)課程，該課程重在培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)可以按圖1路線開(kāi)展。首先是學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)的相關(guān)概念，理解和掌握機(jī)器學(xué)習(xí)的常見(jiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路。然后是學(xué)習(xí)掌握編程語(yǔ)言和相關(guān)數(shù)學(xué)理論知識(shí)，為學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)模型奠定知識(shí)基礎(chǔ)。最后是項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題。針對(duì)上述學(xué)習(xí)路線，當(dāng)前的課程教學(xué)主要存在以下三個(gè)方面的問(wèn)題。

圖1 機(jī)器學(xué)習(xí)路線

（1）涉及的理論知識(shí)較多

課程教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)是機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以SVM（支持向量機(jī)）為例，涉及到微積分、優(yōu)化理論、矩陣論、矩陣計(jì)算等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識(shí)，并且包含超平面、向量投影、二次規(guī)劃、核函數(shù)等知識(shí)點(diǎn)。這些知識(shí)點(diǎn)橫跨不同的數(shù)學(xué)子領(lǐng)域，并分散于不同課程中，給教學(xué)帶來(lái)了許多困難和挑戰(zhàn)，易使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。

（2）學(xué)科交叉性較強(qiáng)

機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)踐應(yīng)用往往會(huì)涉及到多個(gè)學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，具有較強(qiáng)的學(xué)科交叉性。如在無(wú)人駕駛系統(tǒng)中運(yùn)用了機(jī)器學(xué)習(xí)方法獲取外界環(huán)境的信息，經(jīng)過(guò)分析處理，最終完成汽車(chē)行駛路線和行駛速度的規(guī)劃，這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)涉及到自動(dòng)控制、圖像分析、視頻分析等知識(shí)。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，往往會(huì)因?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)涉及的知識(shí)面廣泛且難以理解，而難以運(yùn)用到實(shí)際的生產(chǎn)生活中。

（3）需要很強(qiáng)的動(dòng)手能力

課程的學(xué)習(xí)除了需要學(xué)生具備良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和扎實(shí)的機(jī)器學(xué)習(xí)理論知識(shí)外，對(duì)編程能力也有著較高的要求[7，13,14]。目前，機(jī)器學(xué)習(xí)算法的實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境和框架，如基于Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的Keras，基于Lua語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的Torch，基于C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的Caffe，以及同時(shí)支持Python和C++語(yǔ)言的TensorFlow等均可用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，但不同框架之間的實(shí)現(xiàn)方式有所差異且同一個(gè)框架的不同版本彼此不能向上兼容，這些特點(diǎn)給初學(xué)者的學(xué)習(xí)帶來(lái)了許多困難。

3 3.基于項(xiàng)目教學(xué)法的課程教學(xué)改革與實(shí)踐

工程教育的重點(diǎn)內(nèi)容之一是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實(shí)踐能力。因此，在教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)做到理論教學(xué)與創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)并重[15]。項(xiàng)目教學(xué)法是一種由教師和學(xué)生共同實(shí)施完成實(shí)踐項(xiàng)目而開(kāi)展的一種教學(xué)活動(dòng)，不同于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，它更注重于學(xué)生主動(dòng)式學(xué)習(xí)，而非被動(dòng)式學(xué)習(xí)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力[13,14,16] 。項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施流程如圖2。

圖2 項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施流程

項(xiàng)目教學(xué)法下的機(jī)器學(xué)習(xí)課程改革，突出電子工程學(xué)院和“互聯(lián)網(wǎng)+”下的教學(xué)資源優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建學(xué)生自主式學(xué)習(xí)模式，加強(qiáng)學(xué)生理論實(shí)踐能力的培養(yǎng)，處理好課程教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)需求、學(xué)生基礎(chǔ)水平與課程教學(xué)進(jìn)度等問(wèn)題。基于項(xiàng)目教學(xué)法的課程改革總體實(shí)施方案如圖3 所示。首先建立課程資源庫(kù)，如斯坦福大學(xué)Andrew Ng 的機(jī)器學(xué)習(xí)公開(kāi)課，臺(tái)灣大學(xué)李宏毅機(jī)器學(xué)習(xí)課等，完善課程教學(xué)內(nèi)容。其次整合現(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)內(nèi)容，分析關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，補(bǔ)充實(shí)踐內(nèi)容。根據(jù)社會(huì)發(fā)展需求，更新機(jī)器學(xué)習(xí)課程的案例，多方面深入提升學(xué)生實(shí)踐能力。課程團(tuán)隊(duì)多人進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、智能視覺(jué)、高光譜圖像或生物醫(yī)學(xué)圖像分析、智慧農(nóng)業(yè)等項(xiàng)目和課題的研究工作，將一些研究工作與實(shí)踐項(xiàng)目結(jié)合，設(shè)計(jì)分類(lèi)和擬合等機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目，如病害識(shí)別分類(lèi)問(wèn)題、水果分級(jí)問(wèn)題、水果品質(zhì)預(yù)測(cè)、無(wú)人機(jī)遙感獲得的農(nóng)田信息獲取和解析等定性和定量的實(shí)際問(wèn)題。提出具有一定困難，但學(xué)生經(jīng)過(guò)努力又是力所能及的問(wèn)題來(lái)創(chuàng)設(shè)情景，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際生活和生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力和理念。

圖3 基于項(xiàng)目教學(xué)法的課程改革總體實(shí)施方案

目前，學(xué)生對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)課程的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣有待加強(qiáng)。為了提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，將建立課程學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生根據(jù)具體的定性分類(lèi)項(xiàng)目或定量擬合項(xiàng)目，自發(fā)的學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)（如多元線性回歸、偏最小二乘、最小二乘支持向量機(jī)、反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、極限學(xué)習(xí)機(jī)、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等），在課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的協(xié)助下，制定可行的機(jī)器學(xué)習(xí)算法流程，引導(dǎo)學(xué)生自主解決算法設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題。

3.1 以項(xiàng)目教學(xué)法為教學(xué)理念，探索新的課程教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)體系的構(gòu)建借鑒了德國(guó)“項(xiàng)目教學(xué)法”教學(xué)思想，結(jié)合社會(huì)人才需求和專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，確定課程的教學(xué)目標(biāo)[13]。結(jié)合課程特點(diǎn)將教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為具體的教學(xué)任務(wù)，完成理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目考查的形式檢驗(yàn)課堂教學(xué)成果，了解學(xué)生的知識(shí)掌握程度，便于教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。通過(guò)課程評(píng)價(jià)，對(duì)教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等方面的改革成效進(jìn)行總結(jié)反饋。教學(xué)內(nèi)容開(kāi)發(fā)流程如圖4。該文以“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程為改革實(shí)踐對(duì)象。依據(jù)當(dāng)前專(zhuān)業(yè)人才的需求趨勢(shì)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案目標(biāo)，為課程構(gòu)建一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)，如表1 所示。課程教學(xué)活動(dòng)正式開(kāi)展之前，隨機(jī)選取一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目作為課程考核項(xiàng)目，并圍繞課程考核項(xiàng)目設(shè)計(jì)具體的教學(xué)內(nèi)容。例如以手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別作為課程考核項(xiàng)目，將課程的教學(xué)活動(dòng)分為以下三個(gè)環(huán)節(jié)。

圖4 教學(xué)內(nèi)容開(kāi)發(fā)流程

表1 實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)

第一環(huán)節(jié)理論教學(xué)。結(jié)合課程培養(yǎng)目標(biāo)和課時(shí)安排合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容安排如下：首先是機(jī)器學(xué)習(xí)概述，使學(xué)生初步了解什么是機(jī)器學(xué)習(xí)；然后是多元線性回歸、偏最小二乘法、聚類(lèi)等知識(shí)的講授，使學(xué)生充分了解機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)的基本原理；最后是開(kāi)展人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、深度學(xué)習(xí)理論與方法等內(nèi)容的講授。教學(xué)過(guò)程遵循循序漸進(jìn)、由淺入深的原則，逐步引導(dǎo)學(xué)生完成基礎(chǔ)理論知識(shí)的儲(chǔ)備。

第二環(huán)節(jié)實(shí)踐教學(xué)。結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容，制定與知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的實(shí)踐任務(wù)，將理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的理論實(shí)踐能力。同時(shí)，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，還注重學(xué)生實(shí)踐團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，最大限度發(fā)揮學(xué)生的潛能，充分培養(yǎng)和提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)及專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，為教學(xué)和科研注入新鮮血液。

第三環(huán)節(jié)課程考核評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)內(nèi)容圍繞課程教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐任務(wù)。在滿足課程考核的基本條件下，對(duì)考核項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)方式不做過(guò)多的限制，為學(xué)生保留自由發(fā)揮的空間，保證學(xué)生在完成考核的同時(shí)，可以開(kāi)展更深更廣的學(xué)習(xí)探索。

3.2 以實(shí)踐項(xiàng)目為行動(dòng)導(dǎo)向，促進(jìn)教學(xué)模式的改革

以實(shí)踐任務(wù)——利用線性回歸進(jìn)行房屋價(jià)格預(yù)測(cè)為例。模型訓(xùn)練過(guò)程如圖5 所示。具體教學(xué)活動(dòng)過(guò)程：先由教師開(kāi)展有關(guān)于線性回歸的理論教學(xué)，講述線性回歸在房屋價(jià)格預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用，以實(shí)例的方式向?qū)W生展示所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后是實(shí)踐教學(xué)，實(shí)踐課堂上教師講解使用PyCharm 等編程軟件的使用，演示房屋價(jià)格數(shù)據(jù)集的獲取，數(shù)據(jù)集處理，模型特征參數(shù)的選擇，以及線性回歸理論模型到代碼模型的轉(zhuǎn)化過(guò)程等內(nèi)容。最后將房屋價(jià)格預(yù)測(cè)作為課堂的實(shí)踐項(xiàng)目，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的形式，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)思維和方式，構(gòu)建更加開(kāi)放包容的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供更多實(shí)踐機(jī)會(huì)，強(qiáng)化理論課堂和實(shí)踐課堂的教學(xué)成效。

圖5 房?jī)r(jià)預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練

同時(shí)，課程團(tuán)隊(duì)基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法發(fā)表了多篇科研論文，具有良好的科研和工作積累，在理論和方法上已取得了一定的成果，為實(shí)踐項(xiàng)目奠定了良好的理論、方法和技術(shù)支撐[17-21]。例如，已開(kāi)展近地高光譜成像技術(shù)對(duì)植物病害的脅迫研究，利用多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法和特征波長(zhǎng)選擇算法實(shí)現(xiàn)了病害的早期快速檢測(cè)和病害程度分級(jí)[17]；利用深度學(xué)習(xí)算法將高光譜成像數(shù)據(jù)的光譜和空間信息充分結(jié)合，建立了三維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（3-D CNN）、主成分分析結(jié)合二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（PCA-CNN），實(shí)現(xiàn)了食品像素級(jí)分類(lèi)（圖6）[18]；探究了獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)的特征波譜信息響應(yīng)機(jī)制和耦合關(guān)系，基于多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立了獼猴桃可溶性固形物、硬度等品質(zhì)指標(biāo)的定量預(yù)測(cè)模型和可視化分布信息[20]；構(gòu)建了浸入式可見(jiàn)近紅外光譜采集系統(tǒng)，基于偏最小二乘法、最小二乘支持向量機(jī)和極限學(xué)習(xí)機(jī)有效實(shí)現(xiàn)了微藻鑒別，為藻種鑒別和藻種分類(lèi)研究領(lǐng)域提供了一種新思路[21]。以上這些研究結(jié)果的數(shù)據(jù)處理思路和方法為機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和有序開(kāi)展提供有力技術(shù)保障。基于課程團(tuán)隊(duì)已發(fā)表相關(guān)論文的原始數(shù)據(jù)來(lái)復(fù)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，有利于激發(fā)學(xué)生的科研熱情。

圖6 基于高光譜成像技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)食品像素級(jí)的分類(lèi)

3.3 以學(xué)術(shù)競(jìng)賽為學(xué)習(xí)動(dòng)力，豐富課程的教學(xué)成果

教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展應(yīng)始終堅(jiān)持以學(xué)生為主體[22]。新工科和“互聯(lián)網(wǎng)+”大環(huán)境為教學(xué)手段的改革與提高帶來(lái)了新的可能和方向，探究一些與機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐項(xiàng)目相融合的新教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。開(kāi)展課程教學(xué)的同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加課外項(xiàng)目實(shí)踐，提升自身的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，為自身發(fā)展創(chuàng)造優(yōu)勢(shì)。對(duì)于電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科來(lái)說(shuō)，通過(guò)競(jìng)賽項(xiàng)目中錘煉自身的技能無(wú)疑是一種提升專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的好方式。秉持以賽促學(xué)的教學(xué)思想，鼓勵(lì)學(xué)生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”、藍(lán)橋杯和挑戰(zhàn)杯等學(xué)科競(jìng)賽，在實(shí)際的科研項(xiàng)目和競(jìng)賽項(xiàng)目中檢驗(yàn)自身所學(xué)，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)自身的優(yōu)勢(shì)和不足，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、團(tuán)隊(duì)精神和解決問(wèn)題的能力。

3.4 以理論實(shí)踐能力為核心，構(gòu)建基于“實(shí)踐”課程評(píng)價(jià)體系

構(gòu)建與教學(xué)目標(biāo)相符合的課程評(píng)價(jià)體系，不僅有利于實(shí)現(xiàn)工程教育的核心目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，還有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)和提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，完善的評(píng)價(jià)體系也有助于教師開(kāi)展高效的教學(xué)活動(dòng)，幫助教師及時(shí)了解教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的變化，有利于教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)之間的偏差及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，強(qiáng)化教學(xué)成果[23]。

課程提出了一個(gè)基于“實(shí)踐”的課程評(píng)價(jià)體系。充分結(jié)合電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和項(xiàng)目教學(xué)法，對(duì)“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，該評(píng)價(jià)體系主要由兩個(gè)部分構(gòu)成：一是平時(shí)評(píng)價(jià)，二是考核評(píng)價(jià)。課程評(píng)價(jià)體系如表2。平時(shí)評(píng)價(jià)，主要由理論課堂課后作業(yè)和實(shí)踐課堂任務(wù)組成，結(jié)合考勤情況進(jìn)行綜合考評(píng)，評(píng)價(jià)結(jié)果以實(shí)踐任務(wù)的完成情況為主。考核評(píng)價(jià)是以項(xiàng)目考查的形式開(kāi)展，根據(jù)課程考核項(xiàng)目的完成度，代碼的可讀性、可行性和規(guī)模，以及項(xiàng)目報(bào)告書(shū)的編寫(xiě)等進(jìn)行綜合評(píng)定。

表2 課程評(píng)價(jià)體系

評(píng)價(jià)體系始終圍繞“實(shí)踐”這一個(gè)核心，在符合課程考核的基本要求下，學(xué)生可以結(jié)合自身所學(xué)，選擇不同的方法完成考核項(xiàng)目。學(xué)生成果實(shí)例如圖7。通過(guò)本門(mén)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了基礎(chǔ)的機(jī)器學(xué)習(xí)理論知識(shí)和編程技能，能夠自主完成課程的實(shí)踐項(xiàng)目，取得了較好的實(shí)踐成果，工程實(shí)踐能力也得到了較好的提升。

圖7 手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別

由表2 可知，課程的綜合評(píng)價(jià)主要由平時(shí)評(píng)價(jià)和考核評(píng)價(jià)兩部分組成，分別占比40%和60%。課程團(tuán)隊(duì)依據(jù)評(píng)價(jià)體系完成學(xué)生的課程評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果如圖8。2021-2022 年度秋季學(xué)期選修機(jī)器學(xué)習(xí)課程的總?cè)藬?shù)為257 人，學(xué)生的綜合平均成績(jī)?yōu)?7.4，綜合成績(jī)?cè)?0 以上的人數(shù)為245，整體占比95.3%。成績(jī)分布也更接近于正態(tài)分布，說(shuō)明此次教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果較為合理客觀，課程教學(xué)的改革初見(jiàn)成效。同時(shí)，也證明當(dāng)前的教學(xué)改革思路是有效的、正確的。通過(guò)課程評(píng)價(jià)體系，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)可以更加直觀、清楚地了解到學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的薄弱環(huán)節(jié)，而通過(guò)不同任務(wù)環(huán)節(jié)的相同指標(biāo)比對(duì)，可以清楚的掌握課程難度的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，有助于課程團(tuán)隊(duì)對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性的糾正和完善，不斷地提高教學(xué)質(zhì)量。

圖8 2021-2022 年度秋學(xué)期機(jī)器學(xué)習(xí)課程成績(jī)分布圖

4 結(jié)語(yǔ)

教學(xué)改革是一個(gè)長(zhǎng)期的、不斷深化的過(guò)程，需要不斷探索和實(shí)踐來(lái)完善課程的教學(xué)體系，不斷提高課程的教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)應(yīng)用型本科首要任務(wù)是實(shí)踐能力提升這一指導(dǎo)思想，課程團(tuán)隊(duì)以新工科背景為依托，以項(xiàng)目教學(xué)法為機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)思想，探究實(shí)踐了一種“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”教學(xué)模式，將課程教學(xué)與實(shí)踐項(xiàng)目充分結(jié)合，突出電子工程學(xué)院程序設(shè)計(jì)實(shí)踐與能力培養(yǎng)的特色，增加了教學(xué)的生動(dòng)性、趣味性及實(shí)用性，做到了理論教學(xué)與實(shí)踐能力培養(yǎng)并舉。同時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容的探索過(guò)程中，構(gòu)建了與課程內(nèi)容相符的實(shí)踐項(xiàng)目庫(kù)，完善了相應(yīng)的課程評(píng)價(jià)體系，在實(shí)際教學(xué)中取得了較好的效果。基于項(xiàng)目教學(xué)法的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)實(shí)踐將帶動(dòng)其它基礎(chǔ)課程、專(zhuān)業(yè)課程的建設(shè)，推動(dòng)廣西師范大學(xué)整體教學(xué)工作和學(xué)科建設(shè)的發(fā)展，為培養(yǎng)更多高素質(zhì)的綜合型人才提供了新模式。為了構(gòu)建更加完善的課程培養(yǎng)體系，課程團(tuán)隊(duì)將會(huì)繼續(xù)完善機(jī)器學(xué)習(xí)課程的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱，持續(xù)更新和完善課程內(nèi)容，使課程充分符合新工科的發(fā)展需求。并充分整合國(guó)內(nèi)外教學(xué)資源和課程團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目資源，將其融入到機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)之中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，以期培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。