衛(wèi)志華，孔思尹，丁志軍，趙才榮

（同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

0 引 言

21 世紀(jì)信息技術(shù)的發(fā)展使得萬(wàn)物互聯(lián)成為可能，標(biāo)志著全面互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代全球數(shù)據(jù)量爆炸性增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)的深度融合形成新的行業(yè)創(chuàng)新點(diǎn)不僅帶來(lái)了新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，也使得數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)產(chǎn)生的價(jià)值受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)高校人才培養(yǎng)仍然呈現(xiàn)出重基礎(chǔ)理論輕實(shí)踐的現(xiàn)狀[1]，沒(méi)有真正建立以應(yīng)用為目標(biāo)和主線的課程體系和教材體系[2]。面對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的歷史性交匯帶來(lái)的新機(jī)遇以及國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形態(tài)，傳統(tǒng)從事數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用的人才已經(jīng)難以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新要求[3-4]，產(chǎn)業(yè)界迫切需要新興工科人才的支持。在新工科背景下，數(shù)據(jù)挖掘課程實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)以解決工業(yè)界實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，摒棄傳統(tǒng)的以單一理論和算法為主的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而達(dá)到新型工科人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)新工科背景下大數(shù)據(jù)人才的培養(yǎng)要求，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘課程挑戰(zhàn)性[5]實(shí)驗(yàn)的定位，重新設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、教學(xué)和評(píng)價(jià)體系。

1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹“以學(xué)生為本，以能力培養(yǎng)為核心”[1]的教學(xué)理念，從學(xué)生的興趣和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，選擇微博評(píng)論或話題的情感分析作為主題，由學(xué)生選擇他們關(guān)注的熱門(mén)評(píng)論或話題作為切入點(diǎn)，形成完整的從數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)到分析并評(píng)價(jià)結(jié)果的流程。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終遵循新工科人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在提升學(xué)生學(xué)習(xí)和思考等硬實(shí)力的同時(shí)，也要兼顧學(xué)生溝通和表達(dá)能力等軟實(shí)力的提升。綜上，實(shí)驗(yàn)方案的總體設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)需要兼顧完成度和挑戰(zhàn)性，循序漸進(jìn)，在提升學(xué)生自信心的同時(shí)，進(jìn)一步挖掘?qū)W生的潛力。在完成度方面，將綜合性實(shí)驗(yàn)細(xì)化、拆分成3 個(gè)小實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生思考并解決此類(lèi)綜合性問(wèn)題。在挑戰(zhàn)性方面，為每個(gè)小實(shí)驗(yàn)都設(shè)置不同的進(jìn)階難度，并設(shè)置相應(yīng)的分?jǐn)?shù)值以及加分項(xiàng)，以激勵(lì)學(xué)生從不同的視角進(jìn)一步探索該問(wèn)題，舉一反三。微博評(píng)論或話題的情感分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)要總結(jié)見(jiàn)表2。

表1 綜合實(shí)驗(yàn)方案總體設(shè)計(jì)

表2 微博評(píng)論或話題的情感分析（代碼部分共50 分，最高加10 分）

實(shí)驗(yàn)3 是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心部分，按照不同的粒度對(duì)文本的情感做出分析，難度也有所不同。學(xué)生可結(jié)合自身情況選擇不同的分析粒度，采取不同的方式來(lái)完成數(shù)據(jù)分析，并嘗試改進(jìn)算法，提升實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確率。由于不同的方式均有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)難度，挑戰(zhàn)也有所不同，因此在設(shè)計(jì)時(shí)把該部分單獨(dú)提出來(lái)，只進(jìn)行進(jìn)一步縱向區(qū)分實(shí)驗(yàn)難度和挑戰(zhàn)性。該部分加分項(xiàng)的設(shè)計(jì)主要是考查學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行迭代思考和解決的過(guò)程，不設(shè)立具體的加分點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生自由探索和嘗試。加分項(xiàng)遵循性能提升的準(zhǔn)則，加分的多少則視學(xué)生思考的深度和廣度而定。詞語(yǔ)級(jí)別的情感分析僅考慮文本中單個(gè)詞語(yǔ)的情感強(qiáng)度，以基于詞典的情感分析為例，主要統(tǒng)計(jì)文本中情感詞強(qiáng)度以及計(jì)算近似情感詞強(qiáng)度，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)要總結(jié)如圖1 所示。

圖1 詞語(yǔ)級(jí)別的情感分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

句子級(jí)別的情感分析除考慮單個(gè)詞語(yǔ)情感強(qiáng)度外還需要考慮詞語(yǔ)之間的關(guān)系，以基于word2vec 的情感分析為例，主要就是通過(guò)詞向量進(jìn)一步細(xì)化程度副詞修飾下的情感詞強(qiáng)度，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)要總結(jié)如圖2 所示。

篇章級(jí)別的情感分析需要確定一個(gè)整體情緒的方向性，綜合考慮詞語(yǔ)之間、句子之間的情感強(qiáng)度，以基于LSTM 情感分析為例，進(jìn)一步考慮句子之間的情感關(guān)系，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)要總結(jié)如圖3 所示。

圖2 句子級(jí)別的情感分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

圖3 篇章級(jí)別的情感分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

基于詞典的情感分析鼓勵(lì)學(xué)生從詞語(yǔ)的層面出發(fā)，思考和改進(jìn)情感詞典構(gòu)建、新詞發(fā)現(xiàn)、語(yǔ)義相似度評(píng)估等[6]；基于word2vec 的情感分析鼓勵(lì)學(xué)生從句子層面出發(fā)，利用情感特征聚類(lèi)、多特征融合、多種分類(lèi)方式相輔助等[7]機(jī)器學(xué)習(xí)的方式去完善和改進(jìn)分析結(jié)果；基于LSTM 的情感分析則鼓勵(lì)學(xué)生從篇章角度出發(fā)，采用層次化、Attention 機(jī)制以及Bi-LSTM 等[8]深度學(xué)習(xí)的方式去優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。三者的目的都是為了拋磚引玉，引導(dǎo)學(xué)生深入思考并發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)。

3 教學(xué)手段設(shè)計(jì)

學(xué)生在綜合性實(shí)驗(yàn)中的收獲很大程度上依賴(lài)教學(xué)手段，傳統(tǒng)教學(xué)模式主要是“聽(tīng)中學(xué)”，學(xué)生很容易出現(xiàn)“一聽(tīng)就懂，一用就錯(cuò)”的情況，因此新工科背景下教學(xué)方式也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相應(yīng)改革，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，真正實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”。此外，還可引入公共競(jìng)賽機(jī)制，即學(xué)生采用同樣的數(shù)據(jù)集完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并將結(jié)果指標(biāo)作為評(píng)分依據(jù)之一，激勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索解決問(wèn)題的新方式。

在教學(xué)過(guò)程中，教師的職能從傳統(tǒng)的理論逐點(diǎn)講解轉(zhuǎn)變?yōu)閽伋鰡?wèn)題、引導(dǎo)思考、答疑解惑，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，促使學(xué)生能夠通過(guò)查閱資料、做實(shí)驗(yàn)、與教師和同學(xué)討論等多種方式自主探索并解決問(wèn)題[9]。在完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行拆解，并給予一定的參考思路，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)綜合性復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行拆分和解決的能力。在完成挑戰(zhàn)性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，用加分的方式鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做進(jìn)一步的思考和分析，探索現(xiàn)有方案存在的問(wèn)題和可改進(jìn)的措施，迭代更新實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思考和解決問(wèn)題的能力。教學(xué)實(shí)施方案如圖4 所示。

4 評(píng)價(jià)方式設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)過(guò)程中遵循多角度、全方位評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，細(xì)化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，在對(duì)學(xué)生進(jìn)行橫向比較的同時(shí)兼顧縱向評(píng)估。細(xì)化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)是指盡量做到每一步驟評(píng)分都有跡可循，在代碼實(shí)現(xiàn)方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力，表現(xiàn)為列出每一個(gè)完成項(xiàng)和挑戰(zhàn)項(xiàng)可得的相應(yīng)分?jǐn)?shù)；在報(bào)告和PPT 方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的思考和表達(dá)能力，闡明相應(yīng)的思路和觀點(diǎn)即可得到對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)。對(duì)學(xué)生進(jìn)行橫向比較是指在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)同一小組成員綜合實(shí)驗(yàn)的完成情況作對(duì)比，作為整體實(shí)驗(yàn)難度和指標(biāo)進(jìn)一步調(diào)整的依據(jù)，避免出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)太簡(jiǎn)單沒(méi)有挑戰(zhàn)性或者是太難令學(xué)生喪失信心的情況。對(duì)學(xué)生進(jìn)行縱向比較則是根據(jù)學(xué)生個(gè)人能力和努力程度對(duì)分?jǐn)?shù)進(jìn)行微調(diào)，學(xué)生成長(zhǎng)環(huán)境和個(gè)人經(jīng)歷有很大的差異，知識(shí)和能力的積累也有所不同，恰當(dāng)?shù)墓膭?lì)和肯定能夠更好地促進(jìn)學(xué)生的提升。綜上，實(shí)驗(yàn)整體結(jié)果評(píng)價(jià)方式見(jiàn)表3。

圖4 教學(xué)手段實(shí)施方案

5 結(jié) 語(yǔ)

教師在授課過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)以“學(xué)生為主，教師為輔”，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生完成探索和實(shí)踐，進(jìn)一步提高學(xué)生能力。首先，在選題方面考慮學(xué)生的興趣和互聯(lián)網(wǎng)中的真實(shí)場(chǎng)景，定為微博評(píng)論或話題的情感分析；其次，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面考慮學(xué)生的完成度和挑戰(zhàn)度，將綜合實(shí)驗(yàn)拆分成一系列由易到難的小實(shí)驗(yàn)；然后，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法方面，考慮培養(yǎng)學(xué)生的自主性和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，用提供參考資料的方式取代完整的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；最后，在實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方面，考慮學(xué)生的縱向和橫向?qū)Ρ?，采用?shí)驗(yàn)報(bào)告、性能指標(biāo)、答辯等成績(jī)的加權(quán)平均作為最終成績(jī)。該綜合性實(shí)驗(yàn)以數(shù)據(jù)挖掘課程為切入點(diǎn)，積極發(fā)揮教師的鼓勵(lì)、啟發(fā)和引導(dǎo)作用，并且充分考慮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，與新工科背景下計(jì)算機(jī)人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)相契合，提升了學(xué)生幾方面的能力：①培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘課程中所學(xué)的各種算法和模型的能力；②在啟發(fā)式教學(xué)過(guò)程中提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜的綜合性問(wèn)題進(jìn)行拆分和逐步解決的能力；③在提升學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)方案正確編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)代碼能力的同時(shí)，拓寬了學(xué)生的視野，使學(xué)生了解并在一定程度上掌握數(shù)據(jù)挖掘的各類(lèi)工具；④培養(yǎng)學(xué)生查閱并利用參考資料的能力，在學(xué)習(xí)其他文獻(xiàn)的分析方法中針對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)作出獨(dú)立思考和分析，探索并改進(jìn)方案的缺陷；⑤提高學(xué)生溝通、表達(dá)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，在解決問(wèn)題時(shí)做到事半功倍。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)方式

挑戰(zhàn)性綜合實(shí)驗(yàn)在課程的教學(xué)過(guò)程中反饋良好，整體上學(xué)生表示通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑鸩教嵘治龊徒鉀Q問(wèn)題的能力，所學(xué)知識(shí)能夠真正與課本中的理論結(jié)合起來(lái)并運(yùn)用在職業(yè)生涯中，但兩極分化現(xiàn)象仍然存在，有的學(xué)生在迭代分析改進(jìn)過(guò)程中能創(chuàng)新性地提出文獻(xiàn)中沒(méi)有的思路和解決方式，有的學(xué)生卻因?yàn)榉N種原因連最低要求都不能完成。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師在認(rèn)識(shí)到差距不能避免的同時(shí)，應(yīng)該盡量為學(xué)生提供幫助，避免學(xué)生因?yàn)榍笾鸁o(wú)門(mén)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難、任務(wù)無(wú)法完成的情況。