崔曼曼　門(mén)韶洋　弓偉　羅曉牧　劉秀峰

摘要：《機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論》作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科階段的一門(mén)重要的專業(yè)課，涉及的先修知識(shí)廣泛，要求學(xué)生具備一定的專業(yè)知識(shí)和綜合應(yīng)用能力。單單基于傳統(tǒng)講授法，很難取得良好的教學(xué)效果。針對(duì)該課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的主要問(wèn)題，該文提出一種基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)新模式，將生物醫(yī)學(xué)工程方面的人工智能應(yīng)用與該課程教學(xué)重點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，旨在通過(guò)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)勝任力，激發(fā)其內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：中醫(yī)藥院校;機(jī)器學(xué)習(xí);O-PIRTAS;翻轉(zhuǎn)課堂;學(xué)習(xí)勝任力

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）04-0093-04

Abstract： "Introduction to Machine Learning"， as an important professional course in the undergraduate stage of biomedical engineering， involving a wide range of prerequisite knowledge， requires students to master certain professional knowledge and comprehensive application ability. Only based on the traditional lecture-style teaching method， it is difficult to achieve good teaching effect. In view of the main problems existing in the traditional teaching mode of the course， this paper proposes a new teaching mode based on O-PIRTAS flipped classroom， which combines the application of artificial intelligence in biomedical engineering with the teaching emphasis of the course， aiming at stimulating their intrinsic learning motivation and improving the teaching effect by enhancing students' learning competence.

Key words：traditional chinese medicine colleges and universities; machine learning; O-PIRTAS; flipped classroom; learning competence

1 引言

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)是一個(gè)高度融合了生物醫(yī)學(xué)和理工科學(xué)的相關(guān)理論和技術(shù)的綜合型交叉學(xué)科。它主要專注于人體系統(tǒng)各個(gè)層次上的狀態(tài)變化，并以解決醫(yī)學(xué)問(wèn)題為最終導(dǎo)向，通過(guò)工程手段控制上述狀態(tài)變化，進(jìn)而從技術(shù)層面為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)理療提供保障。目前人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，整個(gè)人類生命周期正是一個(gè)龐大的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的發(fā)生源。前沿的人工智能技術(shù)對(duì)上述海量生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并從中提取有價(jià)值的信息，將大大有助于新時(shí)代智慧醫(yī)療的全面建設(shè)和快速發(fā)展。為了能夠更好地迎合未來(lái)臨床醫(yī)療對(duì)高素質(zhì)人工智能人才的需求，目前不少中醫(yī)藥院?；谝延械呐囵B(yǎng)方案，通過(guò)開(kāi)設(shè)人工智能相關(guān)課程、加強(qiáng)工科實(shí)踐教學(xué)等方式，嘗試探索“新工科”背景下復(fù)合型專業(yè)人才的培養(yǎng)模式[1]。

近年來(lái)，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)逐步由一種常用的人工智能實(shí)現(xiàn)方法演變?yōu)槿斯ぶ悄艿囊粋€(gè)重要分支。它基于計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，利用多學(xué)科的數(shù)學(xué)算法解析現(xiàn)有數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)其中的規(guī)律，從而能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)中遇到的新事件做出相應(yīng)的決策和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)一定的智能化操作。目前機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)滲透到中西醫(yī)診斷[2-3]、癥候方劑[4]、生物醫(yī)學(xué)信息處理[5]等多個(gè)與生物醫(yī)學(xué)工程密切相關(guān)的研究領(lǐng)域，尤其是在此次的新冠疫情防疫工作中，基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的中醫(yī)智能處方推薦系統(tǒng)[6]被提出，為醫(yī)生智能推送適合病癥的中醫(yī)治療參考方案和中醫(yī)藥治療輔助開(kāi)方功能，極大地提高了醫(yī)護(hù)工作效率。而針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開(kāi)設(shè)《機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論》課程，旨在通過(guò)利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法解決已有的醫(yī)學(xué)相關(guān)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力和綜合實(shí)踐能力。該課程的開(kāi)設(shè)對(duì)中醫(yī)藥院校信息化復(fù)合型人才的培育具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

然而，我國(guó)學(xué)生從小到大普遍接受著傳統(tǒng)的講授式教學(xué)，習(xí)慣被動(dòng)地聽(tīng)老師講課，自主性不夠強(qiáng)，缺少師生合作或生生合作經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)缺乏獨(dú)立思考、質(zhì)疑精神和批判性思維。這顯然不利于新時(shí)代復(fù)合型人才的培養(yǎng)。因此，如何通過(guò)教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)其創(chuàng)新性和自主性，逐漸成為教育工作者急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。目前已有不少工作圍繞上述問(wèn)題進(jìn)行了教學(xué)改革研究[7-8]?；谝延薪谈姆椒?，本文結(jié)合中醫(yī)藥院校中機(jī)器學(xué)習(xí)課程開(kāi)展過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題，提出了一種基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂[9]教學(xué)法的新型教學(xué)模式，通過(guò)設(shè)計(jì)豐富的教學(xué)活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)勝任力和內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而提升教學(xué)效果。

2 《機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論》課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下的問(wèn)題

《機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論》是一門(mén)綜合了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)編程、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)的交叉型課程。該課程涉及的理論內(nèi)容廣泛，同時(shí)對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)功底和編程基礎(chǔ)有一定的要求。從能力培養(yǎng)層面講，本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)機(jī)器學(xué)習(xí)算法邏輯應(yīng)用到解決生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題中去，比如腫瘤自動(dòng)勾畫(huà)、放療計(jì)劃設(shè)計(jì)等。然而，這對(duì)學(xué)生自身學(xué)習(xí)能力的要求非常高。但當(dāng)前采用的傳統(tǒng)授課方式主要采用單一的講授法，教師習(xí)慣于從自身的角度出發(fā)完成對(duì)本課程重難點(diǎn)內(nèi)容的理論講授。這種教學(xué)方法雖然能夠在短時(shí)間內(nèi)將大量的知識(shí)較為系統(tǒng)地傳授給學(xué)生，但單向被動(dòng)地信息接收模式，并沒(méi)有給學(xué)生太多機(jī)會(huì)與教師進(jìn)行互動(dòng)，實(shí)驗(yàn)上機(jī)也只是對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的簡(jiǎn)單驗(yàn)證。對(duì)工科課程采用的這種單向的、側(cè)重理論化的教學(xué)方式對(duì)于中醫(yī)藥院校學(xué)生來(lái)說(shuō)不僅內(nèi)容枯燥、晦澀難懂，更無(wú)法激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，最終導(dǎo)致課堂教學(xué)難、教學(xué)效果差的局面。具體來(lái)說(shuō)，該課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下反映出來(lái)的問(wèn)題可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1） 數(shù)學(xué)知識(shí)跨度大與學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱之間的矛盾

經(jīng)典的機(jī)器學(xué)習(xí)算法都是以相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的實(shí)際工程問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模形成數(shù)學(xué)問(wèn)題，再利用已有的數(shù)學(xué)工具進(jìn)行求解，其中涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)跨度較大，主要有概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)、最優(yōu)化算法等。然而在傳統(tǒng)的先修課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生通常很難直接觀察到數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程與實(shí)際問(wèn)題之間的關(guān)系，最終導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，或者雖然能夠熟練掌握數(shù)學(xué)知識(shí)，但并不能很好地將其進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。而在機(jī)器學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)授課過(guò)程中，由于課堂時(shí)間有限，普遍反映出來(lái)的現(xiàn)象是教師無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和對(duì)學(xué)生的先前知識(shí)的不當(dāng)估計(jì)，最終導(dǎo)致理論講授變成填鴨式教學(xué)，學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的興趣和熱情越來(lái)越低迷。

2） 跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力要求高與學(xué)生主動(dòng)探索性低之間的矛盾

在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，課堂主要是教師活動(dòng)的舞臺(tái)，教師憑借自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，“系統(tǒng)地”向?qū)W生展示所需要掌握的算法理論，學(xué)生只需安靜地聽(tīng)講即可。這種教學(xué)模式使得學(xué)生很難感知到學(xué)習(xí)的自主性以及自己在學(xué)習(xí)上的勝任力，單向的知識(shí)講授同時(shí)也導(dǎo)致師生、生生之間很難展開(kāi)充分的互動(dòng)交流活動(dòng)，將學(xué)習(xí)活動(dòng)更多地限制為個(gè)體行為。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生更容易表現(xiàn)出外在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，比如為了獲得學(xué)分，或者更好的期末成績(jī)，而其主動(dòng)探索的內(nèi)在動(dòng)機(jī)幾乎沒(méi)有被激發(fā)。因此，在面對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)這樣對(duì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力要求較高、學(xué)習(xí)內(nèi)容比較復(fù)雜的課程時(shí)候，學(xué)生最終表現(xiàn)出的學(xué)習(xí)效果往往較差。

3） 理論聯(lián)系不到實(shí)際

機(jī)器學(xué)習(xí)課程是一門(mén)理論與應(yīng)用并重的課程，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展很大程度上是來(lái)源于解決實(shí)際問(wèn)題，總結(jié)解決方法并實(shí)現(xiàn)理論上的突破，但最終又應(yīng)用于生產(chǎn)生活，從實(shí)踐中檢驗(yàn)和優(yōu)化解決方法。但在傳統(tǒng)授課過(guò)程中，教師將大部分時(shí)間用于強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的理解，導(dǎo)致學(xué)生雖然掌握了相應(yīng)的理論知識(shí)，但對(duì)算法的應(yīng)用一無(wú)所知。這樣雖然能夠幫助學(xué)生獲得很好地理論成績(jī)，卻背離了該課程開(kāi)設(shè)的培養(yǎng)目標(biāo)。

3 基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革

《機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論》課程旨在培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力和綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。然而，本課程表現(xiàn)出的理論內(nèi)容涉及廣泛、編程基礎(chǔ)要求高、應(yīng)用難度大等特點(diǎn)，尤其是面對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和編程能力薄弱的中醫(yī)藥學(xué)院的學(xué)生，學(xué)習(xí)的難度更大。針對(duì)本課程在傳統(tǒng)模式下表現(xiàn)出的問(wèn)題，本文提出一種基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的授課新模式，根據(jù)學(xué)生的即時(shí)反饋，及時(shí)對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)而提升教學(xué)效果。

3.1? O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式較為全面地涵蓋了課前課中課后、線上線下、課內(nèi)課外以及知識(shí)能力的不同維度，如圖1所示，主要由以下7個(gè)步驟組成：Objective（確定教學(xué)目標(biāo)）、Preparation（課前準(zhǔn)備活動(dòng)）、Instructionalvideo（課前教學(xué)視頻）、Review（課堂視頻回顧）、Test（課堂知識(shí)測(cè)試）、Activity（課堂活動(dòng)開(kāi)展）、Summary（課堂總結(jié)提升）。

一個(gè)完整的基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)流程描述如下：在確定教學(xué)內(nèi)容之后，教師需要首先明確本堂課的教學(xué)目標(biāo)（O），即知識(shí)性目標(biāo)和能力性目標(biāo);之后教師通過(guò)設(shè)計(jì)有效的課前準(zhǔn)備活動(dòng)（P），幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目的，使其學(xué)習(xí)具有一定的指向性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，為后續(xù)的視頻學(xué)習(xí)奠定學(xué)習(xí)基礎(chǔ);傳統(tǒng)課堂的授課內(nèi)容主要以課前教學(xué)視頻（I）的形式，由學(xué)生在課前自主完成在線學(xué)習(xí)，教學(xué)視頻可由教師自行錄制，也可利用已有的相關(guān)教學(xué)視頻，這個(gè)階段學(xué)生需要對(duì)自身的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自我打分，該成績(jī)將計(jì)入課程總分;之后進(jìn)入線下實(shí)體課堂教學(xué)，教師只需要提綱挈領(lǐng)地對(duì)視頻知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧（R），幫助學(xué)生把握知識(shí)結(jié)構(gòu)，而不是對(duì)知識(shí)點(diǎn)重新講解和詳細(xì)分析;為了檢驗(yàn)學(xué)生在課前視頻學(xué)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)效果，教師課通過(guò)雨課堂等軟件適當(dāng)設(shè)計(jì)課堂知識(shí)測(cè)試（T），之后根據(jù)測(cè)試結(jié)果有針對(duì)性地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)講解，深化知識(shí)性教學(xué)目標(biāo)，而學(xué)生的課堂測(cè)試結(jié)果將被計(jì)入課程總分;在課堂測(cè)試完成之后，教師根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)，設(shè)計(jì)相關(guān)的課堂教學(xué)活動(dòng)（A），進(jìn)一步深化能力性教學(xué)目標(biāo)，具體可結(jié)合已有的較為成熟的學(xué)習(xí)模式，比如問(wèn)題式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、游戲式學(xué)習(xí)、同伴教學(xué)、案例教學(xué)等，通過(guò)互動(dòng)、探究、問(wèn)題解決和個(gè)別化指導(dǎo)的方式，完成應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造等高水平的認(rèn)知活動(dòng)，其中教學(xué)進(jìn)度取決于活動(dòng)過(guò)程中學(xué)生的實(shí)時(shí)教學(xué)反饋;最后，教師應(yīng)對(duì)本次課內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)、歸納和提升（S），提煉出最核心的教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生形成對(duì)教學(xué)內(nèi)容更完整深入的認(rèn)識(shí)和理解。不難發(fā)現(xiàn)，其中課前準(zhǔn)備活動(dòng)（P）、課前教學(xué)視頻（I）、課堂視頻回顧（R）、課堂知識(shí)測(cè)試（T）主要是圍繞知識(shí)性目標(biāo)開(kāi)展，課堂活動(dòng)開(kāi)展（A）主要是圍繞能力性目標(biāo)開(kāi)展。

綜上所述，為了更充分地調(diào)動(dòng)教師的教學(xué)熱情和激發(fā)學(xué)生的主觀創(chuàng)造力，基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式主要結(jié)合實(shí)際的學(xué)情狀況，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程實(shí)施和課程評(píng)價(jià)四個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)型課堂進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和調(diào)整，具體調(diào)整如表1所示。

3.2 《機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論》課程的教學(xué)改革實(shí)施

本節(jié)主要是給出機(jī)器學(xué)習(xí)課程在基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)新模式下的具體實(shí)施方案。

1）Objective（確定教學(xué)目標(biāo)）：針對(duì)每堂教學(xué)內(nèi)容確定其教學(xué)目標(biāo)，包括知識(shí)性目標(biāo)和能力性目標(biāo)。掌握知識(shí)性目標(biāo)只是對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)性要求，通?？赏ㄟ^(guò)學(xué)生自學(xué)課前教學(xué)視頻（Instructionalvideo）和線上測(cè)試完成;更重要的是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力、批判性思維和溝通能力等，為此教師可通過(guò)開(kāi)展課堂活動(dòng)（Activity）來(lái)完成，如基于問(wèn)題式學(xué)習(xí)活動(dòng)、基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)、基于游戲式學(xué)習(xí)活動(dòng)等。因此，教學(xué)目標(biāo)的確定對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂后續(xù)環(huán)節(jié)的順利開(kāi)展具有重要的指導(dǎo)性意義。考慮到機(jī)器學(xué)習(xí)課程的特點(diǎn)，通常其課程的知識(shí)性目標(biāo)為：掌握某經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)算法的基本算法思想以及相關(guān)概念;熟悉其適用條件和相關(guān)擴(kuò)展知識(shí);能力性目標(biāo)為：利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠解決實(shí)際問(wèn)題、形成獨(dú)立研究問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2）Preparation（課前準(zhǔn)備活動(dòng)）：為提高視頻學(xué)習(xí)的有效性，通常在學(xué)生完成課前教學(xué)視頻學(xué)習(xí)之前需要設(shè)計(jì)課前準(zhǔn)備與導(dǎo)入活動(dòng)。針對(duì)中醫(yī)藥學(xué)院學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和編程能力薄弱的特點(diǎn)，便可在此環(huán)節(jié)做一些準(zhǔn)備性工作?；谡n前準(zhǔn)備活動(dòng)的目的，一般需要設(shè)計(jì)兩類活動(dòng)：一是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī);二是為學(xué)生課前教學(xué)視頻的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。（1）由于機(jī)器學(xué)習(xí)課程的課程性質(zhì)偏向于應(yīng)用，因而激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的活動(dòng)環(huán)節(jié)通常以介紹該算法的實(shí)際應(yīng)用為主，可以為學(xué)生提供機(jī)器學(xué)習(xí)算法在生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)領(lǐng)域的科普或研究性學(xué)術(shù)論文，通過(guò)閱讀論文，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到機(jī)器學(xué)習(xí)算法在學(xué)術(shù)研究和科技創(chuàng)新中的作用，比如講授神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，先給學(xué)生展示權(quán)威學(xué)術(shù)論文關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在放療全流程的應(yīng)用，讓學(xué)生直觀立體地認(rèn)識(shí)到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)幫助實(shí)現(xiàn)放療自動(dòng)化和智能化的作用機(jī)理，拉近理論與應(yīng)用的距離，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī);（2）基于學(xué)生已有的學(xué)習(xí)興趣，接下來(lái)主要針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，提前設(shè)計(jì)一些思考題，雖然他們的答案可能是錯(cuò)誤的，但是他們會(huì)帶著這些疑問(wèn)有針對(duì)性地學(xué)習(xí)和分析教學(xué)視頻中的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)而提升視頻學(xué)習(xí)效果。例如，在第二個(gè)課前準(zhǔn)備活動(dòng)中要求學(xué)生思考：當(dāng)前對(duì)這個(gè)算法的理解是什么？它是如何解決實(shí)際問(wèn)題的？它適用于解決哪類問(wèn)題？有沒(méi)有限定條件？相比已學(xué)的其他算法，它的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？針對(duì)這些缺點(diǎn)，有哪些改進(jìn)方法？除此之外，針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)，也需要在這一環(huán)節(jié)提煉出來(lái)，要求學(xué)生在課前完成相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)的回顧性學(xué)習(xí)，為下一步理解算法做準(zhǔn)備。

3）Instructionalvideo（課前教學(xué)視頻）：教學(xué)視頻形式可以多樣，內(nèi)容主要反映教師在傳統(tǒng)課堂中的講授部分，視頻學(xué)習(xí)部分主要對(duì)應(yīng)前面制定的知識(shí)性教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)視頻可以是由教師根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)和自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)自行設(shè)計(jì)，也可以采用各大教學(xué)平臺(tái)上已有的、成熟的教學(xué)視頻。學(xué)生需要在課前完成視頻的觀看和學(xué)習(xí)。這個(gè)環(huán)節(jié)教師可將教學(xué)視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，利用平臺(tái)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的觀看時(shí)長(zhǎng)和次數(shù)，之后根據(jù)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)追蹤和把握學(xué)生課前的學(xué)習(xí)效果。

4）Review（課堂視頻回顧）：該環(huán)節(jié)是線下實(shí)體課堂的第一個(gè)環(huán)節(jié)。翻轉(zhuǎn)課堂通過(guò)教學(xué)視頻將知識(shí)性學(xué)習(xí)移到課外，從而保證大量的課堂時(shí)間可以被用來(lái)進(jìn)行問(wèn)題解決、合作探究等活動(dòng)。然而視頻學(xué)習(xí)通常是發(fā)生在課前的線上，如果線下課堂一開(kāi)始就讓學(xué)生解決問(wèn)題或者開(kāi)展合作探究活動(dòng)，可能會(huì)因?yàn)槎鄶?shù)學(xué)生難以迅速回想起視頻內(nèi)容而無(wú)法順利進(jìn)行。為此，教師需要提綱挈領(lǐng)地回顧課前視頻知識(shí)點(diǎn)，帶領(lǐng)學(xué)生梳理本次課程的知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，例如決策樹(shù)算法的基本思想、不同的屬性劃分方法對(duì)應(yīng)哪些決策樹(shù)算法、決策樹(shù)應(yīng)對(duì)過(guò)擬合的主要手段有哪些等，為后續(xù)問(wèn)題解決和探究活動(dòng)打好基礎(chǔ)。這個(gè)環(huán)節(jié)通?？刂圃?0分鐘左右，而關(guān)于學(xué)生課前教學(xué)視頻的學(xué)習(xí)效果將通過(guò)后續(xù)的環(huán)節(jié)進(jìn)行了解。

5）Test（課堂知識(shí)測(cè)試）：該環(huán)節(jié)主要是針對(duì)知識(shí)性教學(xué)目標(biāo)，通過(guò)設(shè)計(jì)一些課堂問(wèn)題進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。其出發(fā)點(diǎn)有二：（1）檢查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況;（2）檢查學(xué)生對(duì)教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)的理解情況。針對(duì)（1）可以設(shè)計(jì)一些比較簡(jiǎn)單的客觀題，考察事實(shí)性信息，這部分通常可采用雨課堂、超星軟件、kahoot等課堂互動(dòng)軟件，獲得學(xué)生的即時(shí)反饋，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài);針對(duì)（2）通常會(huì)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)一些比較難的主觀題，比如針對(duì)某個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，要求學(xué)生重述算法流程，并對(duì)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行理解式講解，比如支持向量機(jī)算法過(guò)程中，如何利用拉格朗日乘子法求解最優(yōu)的支持向量機(jī)學(xué)習(xí)模型。如果大部分同學(xué)可以回答正確，則該知識(shí)點(diǎn)可以選擇略過(guò)不講;否則，則表明之前的視頻學(xué)習(xí)效果不好，教師需要仔細(xì)分析學(xué)生的錯(cuò)誤，并進(jìn)行有針對(duì)性地講解。同時(shí)學(xué)生在課堂問(wèn)題的回答情況將被計(jì)入課程總分。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，及時(shí)對(duì)所講內(nèi)容和講授方法進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)具體情況，該環(huán)節(jié)大概占用1個(gè)課時(shí)的時(shí)間在鞏固與深化對(duì)知識(shí)性目標(biāo)的理解和掌握，為之后的能力性目標(biāo)培養(yǎng)奠定理論基礎(chǔ)。

6）Activity（課堂活動(dòng)探究）：該環(huán)節(jié)是該教學(xué)模式的靈魂和核心，其活動(dòng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力和綜合運(yùn)用所學(xué)的經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)算法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通常需要占用1.5課時(shí)的時(shí)間用于進(jìn)行深層的活動(dòng)參與和有意義的學(xué)習(xí)。在此環(huán)節(jié)中，教師通常結(jié)合教學(xué)目標(biāo)中的能力部分，要求學(xué)生分組探索某個(gè)算法在實(shí)際問(wèn)題中的具體應(yīng)用，并利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)解決某個(gè)實(shí)際問(wèn)題。例如，在樸素貝葉斯分類器部分，要求學(xué)生分組完成垃圾郵件檢測(cè)的任務(wù)，并與其他分類算法進(jìn)行性能對(duì)比。在小組討論和組間辯論的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)對(duì)所學(xué)算法的理論知識(shí)有更深入透徹的理解，同時(shí)培養(yǎng)了其獨(dú)立思考能力、溝通能力和合作能力。教師在這個(gè)環(huán)節(jié)中主要進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)和評(píng)論。通過(guò)類似的課堂探究活動(dòng)，學(xué)生會(huì)逐漸意識(shí)到科學(xué)研究往往就是一個(gè)向著越來(lái)越好的優(yōu)化過(guò)程，答案不再是唯一關(guān)注的結(jié)果，更重要的是要探索這個(gè)結(jié)果的適用條件和范圍。

7）Summary（課堂總結(jié)提升）：翻轉(zhuǎn)課堂雖然是給予了學(xué)生充分的自由度參與有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)，但是對(duì)很多學(xué)生來(lái)講，從第一階段的課前準(zhǔn)備活動(dòng)，到最后的課堂活動(dòng)，可能依舊無(wú)法把握教學(xué)重點(diǎn)。此時(shí)，需要教師再次對(duì)所授內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)、歸納和提升，幫助學(xué)生提煉出最核心的學(xué)習(xí)內(nèi)容，以形成完整的認(rèn)識(shí)。例如在決策樹(shù)算法部分，教師總結(jié)構(gòu)造決策樹(shù)的遞歸流程以及遞歸終止條件，提醒學(xué)生在遞歸過(guò)程中劃分屬性的選擇起到了關(guān)鍵作用，引出剪枝策略在緩解過(guò)擬合問(wèn)題中的優(yōu)越性。之后，教師也可以預(yù)告下一次課的課前準(zhǔn)備活動(dòng)，繼續(xù)開(kāi)展下一個(gè)O-PIRTAS教學(xué)循環(huán)。至此，整個(gè)O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的閉環(huán)就完成了。

為了能更直觀地觀察出與傳統(tǒng)教學(xué)模式之間的差異之處，表2以“O-PIRTAS”為對(duì)比主線，將基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革的具體實(shí)施方案總結(jié)如下：

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)當(dāng)前中醫(yī)藥院校中機(jī)器學(xué)習(xí)課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下表現(xiàn)出的問(wèn)題，提出了一種新的基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的機(jī)器學(xué)習(xí)教學(xué)方案。該方案密切結(jié)合學(xué)生的學(xué)情狀況，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程實(shí)施和課程評(píng)價(jià)四個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)型課堂重新進(jìn)行有針對(duì)性地設(shè)計(jì)和調(diào)整，旨在通過(guò)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)勝任力提高教學(xué)效果。

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【通聯(lián)編輯：王力】