百度飛槳AIStudio平臺在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘 "要：機(jī)器學(xué)習(xí)課程是面向高等學(xué)校人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等計算機(jī)專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)課程的特點和教學(xué)現(xiàn)狀，針對在教學(xué)過程中實踐環(huán)節(jié)較少、創(chuàng)新能力有待提高、學(xué)生學(xué)科競賽參與度不高等問題，課程團(tuán)隊從教學(xué)體系、教材內(nèi)容、教學(xué)平臺、教學(xué)方法和教學(xué)質(zhì)量反饋等多個方面進(jìn)行改革，提出基于百度飛槳AI Studio平臺的教學(xué)模式改革方案。該方案通過在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中增加實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，以及開創(chuàng)新的教學(xué)實踐平臺——百度飛槳AI Studio平臺，開展“課賽融合”教學(xué)模式的人才培養(yǎng)方法。經(jīng)過該教學(xué)改革的實踐，學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)課程的興趣逐漸濃厚，參與人工智能相關(guān)比賽的隊伍數(shù)和質(zhì)量得到一定的提高，學(xué)生的創(chuàng)新思維、實驗技能得到一定的鍛煉，同時課上所學(xué)的理論知識在課賽融合中也得到鞏固，該課程的教學(xué)改革提高學(xué)生們學(xué)以致用的能力。

關(guān)鍵詞：高校；課程教學(xué)改革；課賽融合；機(jī)器學(xué)習(xí)；百度飛槳AI Studio平臺

中圖分類號：G642 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）08-0122-04

Abstract： Machine Learning is a fundamental professional course for undergraduates majoring in artificial intelligence， data science and big data technology. In consideration of the characteristics of the Machine Learning course and the current teaching-based limitations such as lacking practical links， innovativations， and performance in disciplinary competitions， etc.， the teaching group oversees the current teaching framework including the contents of the materials， platforms， methods， class feedback， and other aspects. Finally we put forward teaching mode reform based on the Baidu PaddlePaddle AI Studio platform. By adding practical teaching links in the Machine Learning course teaching and developing a new teaching practice platform-Baidu PaddlePaddle AI Studio platform， pushing the cultivation way of lecturing and competition meta teaching. After the trial of this teaching reform， students' enthusiasm in learning the course has gradually increased， together with the number and quality of teams participating in AI-related competitions increased， students' innovative thinking and experimental skills improved， and knowledge learned from lecture consolidated， which can be great of benefit for students taking the course. In conclusion， this teaching reform has greatly improved students' ability to apply those learned in class.

Keywords： higher education school; curriculum teaching reform; integration of lecturing and competition; Machine Learning; AI studio- Baidu PaddlePaddle platform

隨著全球化、數(shù)字化、信息化的發(fā)展，人工智能在當(dāng)代社會中扮演著日益重要的角色。當(dāng)前，人工智能相關(guān)領(lǐng)域的人才需求愈發(fā)旺盛，而人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)等專業(yè)則承擔(dān)著為國家輸送高質(zhì)量人工智能人才的重要責(zé)任[1]。機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)等專業(yè)的核心課程之一，由于知識面廣、實踐性和創(chuàng)新性較強(qiáng)、涵蓋大數(shù)據(jù)和人工智能戰(zhàn)略且緊密契合教育部所提出的新工科建設(shè)理念，已經(jīng)成為人工智能課程體系的重要組成部分，同時也是人工智能教育的基礎(chǔ)[2]。如何上“好”這門課，進(jìn)而培養(yǎng)高質(zhì)量人工智能人才，就成為教師面臨的一個重要問題。

人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)等專業(yè)作為目前的新興專業(yè)，各高校的機(jī)器學(xué)習(xí)課程尚未建立完整的體系，盡管不少高校已經(jīng)開始探索不同的教學(xué)模式，但目前的教學(xué)還是以傳統(tǒng)方法為主導(dǎo)，重視理論教學(xué)而缺少實踐內(nèi)容。在這個科學(xué)技術(shù)日新月異的時代，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，機(jī)器學(xué)習(xí)課程也需要不斷地更新和完善，以適應(yīng)時代的變化和需求，讓最前沿的技術(shù)和高素質(zhì)人才更好地服務(wù)于社會。因此，在新形勢下，機(jī)器學(xué)習(xí)課程面臨著課本內(nèi)容追不上時代、缺少實踐環(huán)節(jié)、缺少社會實例接壤內(nèi)容等一系列難題。而百度飛槳AI Studio平臺集合了AI教程、深度學(xué)習(xí)樣例工程、各領(lǐng)域的經(jīng)典數(shù)據(jù)集、云端的超強(qiáng)運(yùn)算和存儲資源以及比賽平臺和社區(qū)，可以為學(xué)生和教師提供在線編程環(huán)境、免費(fèi)GPU算力、海量開源算法和開放數(shù)據(jù)等重要資源，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)課程模式的缺陷，輔助機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)。且其中云集眾多開發(fā)者與AI課程，對補(bǔ)充教學(xué)大有裨益。與此同時，傳統(tǒng)教學(xué)方法未能有效地培養(yǎng)具備創(chuàng)新性和實踐能力的人才，而競賽是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和團(tuán)隊合作能力的有效途徑。利用百度飛槳AI Studio創(chuàng)辦和承辦的比賽來充實學(xué)生的課余，能夠達(dá)成所提出的“課賽融合”創(chuàng)新方案，引導(dǎo)學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實際問題中去。本文第一部分提出機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)現(xiàn)狀；在第二部分，介紹了百度飛槳AI Studio平臺在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢；在第三部分，從理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩個層面詳細(xì)介紹了具體的教學(xué)方案；在第四部分，給出了百度飛槳AI Studio平臺在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中應(yīng)用的成效；在第五部分進(jìn)行總結(jié)。

一 "機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)器學(xué)習(xí)課程已經(jīng)成為人工智能教育的基礎(chǔ)。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)課程也需要不斷地更新和完善，以適應(yīng)時代的變化和需求。目前，高校機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)現(xiàn)狀如圖1所示。

（一） "教學(xué)模式亟待轉(zhuǎn)變

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)在實際中的應(yīng)用愈加廣泛，機(jī)器學(xué)習(xí)課程也應(yīng)緊跟時代需求，探索出一種新的教學(xué)模式，在保證學(xué)生理論學(xué)習(xí)質(zhì)量的前提下，適當(dāng)增加實踐教學(xué)內(nèi)容，為時代培養(yǎng)出既具備理論知識又具備實際操作能力的應(yīng)用型人才，將前沿的科學(xué)技術(shù)落實到實際場景中，最大限度地發(fā)揮出科學(xué)理論的作用[3]。然而，當(dāng)下的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)多以理論為主，實踐較少，導(dǎo)致學(xué)生只會紙上談兵，缺乏實操能力。

（二） "課堂教學(xué)缺少對創(chuàng)新能力的訓(xùn)練

近年來，由于人工智能的火熱，機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展也十分迅速，以致于機(jī)器學(xué)習(xí)課程對學(xué)生的創(chuàng)新能力有一定要求。然而，在實際教學(xué)過程中，針對學(xué)生創(chuàng)新能力的訓(xùn)練比重偏低，易使學(xué)生感到枯燥乏味，從而削弱了學(xué)生對機(jī)器學(xué)習(xí)課程的學(xué)習(xí)和探索的積極性，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對創(chuàng)新理論知識和創(chuàng)新實踐技能的學(xué)習(xí)驅(qū)動力不足，難以發(fā)掘出學(xué)生的創(chuàng)新潛力。

（三） "教師未重視知識的融會貫通

作為人工智能的核心，機(jī)器學(xué)習(xí)課程應(yīng)滿足時代發(fā)展需要，培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)變的能力。然而，在機(jī)器學(xué)習(xí)課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法中，理論考核以試卷為主，實踐考核以課程報告為主，這種單一的考核方式難以提高學(xué)生對知識的靈活運(yùn)用能力；此外，由于使用的課程教材較為陳舊，導(dǎo)致與新技術(shù)、新模型、新方法之間存在較大差距。

（四） "課程設(shè)置缺乏對競賽意識的培養(yǎng)

機(jī)器學(xué)習(xí)是科學(xué)研究中的常用理論方法，機(jī)器學(xué)習(xí)課程應(yīng)發(fā)揮其作用，為國家培養(yǎng)科研人才。對于當(dāng)代大學(xué)生，參與科研的渠道主要為各類學(xué)科競賽。隨著高校對于學(xué)科競賽的重視，越來越多學(xué)生參與到學(xué)科競賽中[4]。然而，還有相當(dāng)一部分學(xué)生桎梏于理論學(xué)習(xí)，畏難于學(xué)科競技，最終導(dǎo)致個人的紙上談兵。而若能在課堂上引入競賽以達(dá)成“課賽融合”，可使更多的學(xué)生投身于學(xué)科實踐，并提前明確未來職業(yè)傾向。

面向新工科建設(shè)背景下高質(zhì)量人工智能人才培養(yǎng)需要，筆者擬借助百度飛槳AI Studio平臺自身的優(yōu)勢展開研究與探索，以實現(xiàn)課程創(chuàng)新，為解決上述問題提供參考。

二 "百度飛槳AI Studio平臺在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

百度飛槳AI Studio平臺在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中大有裨益，其上手簡單、資源配備齊全、算力強(qiáng)勁等優(yōu)勢為課堂實踐和學(xué)科競賽提供良好的保障，如圖2所示。

（一） "免費(fèi)的GPU算力

百度飛槳AI Studio平臺可提供免費(fèi)的GPU算力，使老師和學(xué)生在深度學(xué)習(xí)課堂中獲得海量資源，例如各類復(fù)雜模型和大規(guī)模數(shù)據(jù)集。通過免費(fèi)的GPU算力，學(xué)生可以在云端進(jìn)行高性能的模型訓(xùn)練，而無需購買昂貴的硬件設(shè)備，即在云端進(jìn)行高性能的機(jī)器學(xué)習(xí)實驗。

（二） "簡單易用的開發(fā)環(huán)境

相較于其他機(jī)器學(xué)習(xí)平臺（PyTorch和TensorFlow）[5]，百度飛槳AI Studio平臺學(xué)習(xí)門檻低，具有豐富的中文資料和本土化支持，有效地降低學(xué)習(xí)門檻，方便學(xué)生使用和掌握深度學(xué)習(xí)技術(shù)，減少學(xué)生安裝開發(fā)環(huán)境過程中的困擾。

（三） "豐富的資源案例

百度飛槳AI Studio平臺自帶豐富的課外學(xué)習(xí)資源，可以向?qū)W生展示機(jī)器學(xué)習(xí)在實踐中的應(yīng)用，幫助學(xué)生選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)方法來解決問題。另外，百度飛槳AI Studio平臺涵蓋了不同領(lǐng)域、類型的案例問題，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。

（四） "高性能的訓(xùn)練環(huán)境

借助百度飛槳AI Studio平臺的GPU算力、簡易的開發(fā)環(huán)境和大量的案例資源，課堂能實現(xiàn)訓(xùn)練環(huán)境高性能化。此外，百度飛槳AI Studio平臺還支持分布式訓(xùn)練，可以將多個GPU節(jié)點組合起來，實現(xiàn)大規(guī)模模型訓(xùn)練，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

三 "百度飛槳AI Studio平臺在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中應(yīng)用的方案

（一） "理論教學(xué)層面

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式中，學(xué)生很少在課上主動提問，而選擇課后提問，這樣并不能起到良好的教學(xué)效果。基于此，我們利用課堂時間剖析百度飛槳AI Studio平臺上的實例，并為學(xué)生投屏展示如何利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法解決案例。課后，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)課程在百度飛槳AI Studio平臺給學(xué)生布置課后作業(yè)，學(xué)生以小組形式討論并完成作業(yè)。當(dāng)遇到困難時，同學(xué)們可以通過研究該項目附件中的代碼來解決問題。檢查作業(yè)時，教師可以查看同學(xué)們遞交的代碼，并邀請GPU算力運(yùn)用較少的同學(xué)在課上與其他學(xué)生分享其思路，以此來加深學(xué)生對理論知識的理解。

由于課上實例講評環(huán)節(jié)的存在，老師不再是針對PPT所給的結(jié)論給同學(xué)們念讀。經(jīng)過課堂反饋，學(xué)生也會跟著樣例進(jìn)行代碼輸入，遇到不會的問題可以當(dāng)場討論解決，提高了學(xué)生對知識的掌握程度。此外，優(yōu)秀作業(yè)分享也讓學(xué)生受益良多，掌握了更多算法優(yōu)化的設(shè)計。

（二） "實踐教學(xué)層面

對于機(jī)器學(xué)習(xí)這一門較為重視動手實踐能力的學(xué)科，如何將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐是關(guān)鍵[6]。教師應(yīng)引入應(yīng)用案例，設(shè)計層次化、區(qū)別化的實驗題目，以幫助學(xué)生深入理解機(jī)器學(xué)習(xí)理論，熟練運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法解決實際問題，達(dá)到學(xué)以致用的目的[7]。百度飛槳AI Studio平臺能夠智能篩選出符合課程需求的項目實例，并采用線上自主學(xué)習(xí)和線下課堂教學(xué)相結(jié)合的三階段遞進(jìn)式教學(xué)方式[8]，構(gòu)建從知識和技能的傳授消化再到創(chuàng)新實踐的培養(yǎng)模式[9]。

實踐完成后，我們將講解實踐內(nèi)容，并將學(xué)生成果納入期末測評，以激發(fā)他們對實踐的重視，豐富課程考核形式[10]。此外，采用“課賽融合”的方式[11]，百度飛槳AI Studio平臺的“比賽”專欄可以作為實踐考核項目，以培養(yǎng)學(xué)生處理復(fù)雜問題的能力。

四 "百度飛槳AI Studio平臺在機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中應(yīng)用的成效

經(jīng)過實踐，我們所探索的教學(xué)模式對該門課程起到了良好的效果，學(xué)生的實踐、創(chuàng)新、靈活應(yīng)變和科研等能力得到提升，為機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)提供了思路。我們所取得的應(yīng)用成效如圖3所示。

（一） "解決了學(xué)生的環(huán)境配置問題

百度飛槳AI Studio平臺為學(xué)生提供了免費(fèi)GPU算力、簡單易用的開發(fā)環(huán)境、豐富的資源案例和高性能的訓(xùn)練環(huán)境，為多種形式的實踐教學(xué)和學(xué)科競賽提供了強(qiáng)大的資源支撐和保障，在很大程度上解決了學(xué)生需要配置環(huán)境的問題，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，培養(yǎng)其解決復(fù)雜工程問題的能力。

（二） "提高了學(xué)生對經(jīng)典模型的掌握度和熟練度

對于機(jī)器學(xué)習(xí)中的經(jīng)典模型，學(xué)生借助平臺上豐富的項目資源和比賽資源得到了充分的訓(xùn)練，同時，我們采用百度飛槳AI Studio平臺免費(fèi)的算力作為創(chuàng)新性檢測，請作業(yè)完成優(yōu)秀的同學(xué)分享其方法和運(yùn)算邏輯，不僅可以幫助其他同學(xué)掌握更優(yōu)的算法，而且?guī)椭鷮W(xué)生提高知識的掌握和熟練度。

（三） "提高了學(xué)生的競賽參與度

該課程采用了“課賽融合”的培養(yǎng)方式，通過在課程中加入了一些競賽模擬，增強(qiáng)學(xué)生之間的學(xué)術(shù)交流和思維碰撞，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。如涉及人工智能相關(guān)賽事，教師可直接將競賽題目提交至“課賽融合”項目，讓學(xué)生在“賽中學(xué)、學(xué)中賽”。如學(xué)生作品優(yōu)秀，可直接報名參賽，以提高學(xué)生的參賽積極性。

五 "結(jié)束語

身處科學(xué)技術(shù)日新月異的變革時代，培養(yǎng)具備創(chuàng)新和實踐能力的人才至關(guān)重要。基于百度飛槳AI Studio平臺的教學(xué)改革，豐富了課堂教學(xué)和線上教學(xué)的內(nèi)容，增強(qiáng)了理論和實際的聯(lián)系，實現(xiàn)了由學(xué)習(xí)、到實踐、再到創(chuàng)新的提高，推動了機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的提高。該種教學(xué)方法可能更加適應(yīng)當(dāng)下面向新工科的大學(xué)公共基礎(chǔ)課程體系的創(chuàng)新研究，有利于培養(yǎng)人工智能專業(yè)人才。在下一步工作中，我們將會完善教學(xué)模式，并積極地交流分享成果，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、動手能力、解決實際問題的能力及創(chuàng)新設(shè)計能力。

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