李晉蓉 張高煜

摘? 要：分析當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐課程的教學(xué)情況，基于培養(yǎng)方式中的教學(xué)內(nèi)容體系性差，教學(xué)方式傳統(tǒng)單一等潛在問(wèn)題，經(jīng)過(guò)高校的教學(xué)實(shí)踐，從應(yīng)用導(dǎo)向的教學(xué)模式、實(shí)踐導(dǎo)向的課程項(xiàng)目和校企合作的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)融為一體的培養(yǎng)方式等多方面探討課程教學(xué)改革的措施，提出機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐課程教學(xué)改革要領(lǐng)。使學(xué)生不僅熟練掌握了基本的機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論與方法，更要加強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)器學(xué)習(xí)? 實(shí)踐課程? 教學(xué)改革? 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：TP181-4;G642 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（b）-0200-03

Reform of Machine Learning Practice Course Teaching

LI Jinrong? ZHANG Gaoyu

（Shanghai Lixin University of Accounting and Finance， Shanghai， 201209 China）

Abstract： This paper analyzes the current teaching situation of machine learning practice course. Based on the potential problems such as the poor system of teaching content and the single traditional teaching method in the training mode， through the teaching practice in Colleges and universities， this paper discusses the measures of course teaching reform from many aspects such as the application-oriented teaching mode， the practice oriented course project and the project driven training mode of school enterprise cooperation， and puts forward some suggestions The main points of teaching reform of machine learning practice course. So that students not only master the basic theory and method of machine learning， but also strengthen the ability to solve practical problems.

Key Words： Machine learning; Practice course; Project-driven; Teaching reform

1? 背景

目前，信息時(shí)代在飛快發(fā)展，銀行業(yè)、零售業(yè)、新興電子互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)甚至傳統(tǒng)制造業(yè)隨之產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)。社會(huì)中各個(gè)行業(yè)都需要分析數(shù)據(jù)，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法是最有效的方法，從龐大的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，做出有效決策。因此這部分人才的需求持續(xù)增加，并且對(duì)實(shí)踐能力有更高的要求。機(jī)器學(xué)習(xí)的研究范疇為如何使用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類的學(xué)習(xí)活動(dòng)。它可以應(yīng)用于社會(huì)生活和工業(yè)的各個(gè)方面，也是各高校的關(guān)注的重點(diǎn)課程。各高校的基本職能就是培養(yǎng)人才，各高校也急需培養(yǎng)應(yīng)用人才，以期更好地適應(yīng)時(shí)代快速發(fā)展的工作內(nèi)容和尖端前沿鄰域，更好地適應(yīng)當(dāng)前的就業(yè)環(huán)境。

2? 機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐課程教學(xué)存在的問(wèn)題

機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)踐課程適用于計(jì)算機(jī)及其他相關(guān)專業(yè)學(xué)生。大學(xué)生要掌握算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，精通Java或C ++等機(jī)器語(yǔ)言，具備高等數(shù)學(xué)，概率論和高等代數(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)。但是，目前，各高校的機(jī)器學(xué)習(xí)基本為理論教學(xué)為主，只是注重算法本身，缺乏完善的實(shí)踐教學(xué)體系和教學(xué)資源。現(xiàn)在學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)面臨著許多問(wèn)題，例如只學(xué)習(xí)專業(yè)理論，缺乏實(shí)際項(xiàng)目的操作過(guò)程以及單一的傳統(tǒng)教學(xué)方法。

2.1 實(shí)踐教學(xué)偏理論化，缺乏完善的實(shí)踐體系

機(jī)器學(xué)習(xí)涉獵到許多算法，精通這些算法要求高校生不僅要學(xué)習(xí)理論知識(shí)，還需要與社會(huì)實(shí)際項(xiàng)目相結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際。這就需要在校學(xué)生多去了解現(xiàn)實(shí)中存在的問(wèn)題，通過(guò)在校的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，將理論知識(shí)輸出應(yīng)用于實(shí)際。雖然現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上有很多優(yōu)秀的課程，但其大多集中在知識(shí)系統(tǒng)的教學(xué)上，側(cè)重于算法本身和機(jī)器學(xué)習(xí)中常用的理論的介紹，基本不會(huì)介紹實(shí)際應(yīng)用等相關(guān)問(wèn)題。目前社會(huì)新技術(shù)的迅速更新和企業(yè)的快速發(fā)展，使得技術(shù)更新的頻率越來(lái)越快，但教材卻更新不同步。導(dǎo)致機(jī)器學(xué)習(xí)人才的培養(yǎng)與社會(huì)及企業(yè)的用工需求存在差異。這種差異是需要高校學(xué)生通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題來(lái)不斷地探索和積累才能彌補(bǔ)的，僅僅依靠短期教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。所以，機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐課程需要與應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)復(fù)合型人才。

2.2 教學(xué)內(nèi)容體系繁雜，教學(xué)方式傳統(tǒng)單一

由于機(jī)器學(xué)習(xí)涉及人工智能、認(rèn)知科學(xué)、信息論、統(tǒng)計(jì)學(xué)和控制論等多個(gè)科目，所以它理論性強(qiáng)，內(nèi)容繁多，學(xué)科分類體系繁雜?，F(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)書籍和教科書大致如下：一是機(jī)器學(xué)習(xí)理論的講解，專業(yè)性強(qiáng)，晦澀難懂;二是機(jī)器學(xué)習(xí)與某種應(yīng)用相結(jié)合，知識(shí)側(cè)重于相關(guān)主題描述;還有一本實(shí)用的機(jī)器學(xué)習(xí)教材，只是側(cè)重于程序?qū)崿F(xiàn)，卻很少對(duì)算法原理進(jìn)行推導(dǎo)演算和講解。這些書籍和教科書很難適應(yīng)機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)際。因?yàn)楝F(xiàn)有學(xué)習(xí)理念、教學(xué)條件和教師能力等的種種限制，目前高校的課程僅僅是讓大學(xué)生學(xué)習(xí)到知識(shí)，而分析并解決實(shí)際問(wèn)題、進(jìn)而在實(shí)踐中創(chuàng)新的能力是與無(wú)法學(xué)到的，也沒(méi)有健全的教育體系來(lái)彌補(bǔ)目前教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題。現(xiàn)在，各高校機(jī)器學(xué)習(xí)課程的學(xué)習(xí)還是以任課老師授課為主要途徑，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)和作業(yè)為次要途徑。學(xué)生在這樣的情況下，只是被動(dòng)地積累知識(shí)，不能激發(fā)出探究該課程和領(lǐng)域的興趣。本學(xué)科理論專業(yè)性很強(qiáng)，實(shí)際操作難度很大，理論與實(shí)踐相互脫離，另外很多大學(xué)生課后基本不復(fù)習(xí)，即使在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，大學(xué)生也會(huì)因沒(méi)有精通相應(yīng)的理論知識(shí)，導(dǎo)致無(wú)法使用相關(guān)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言完成實(shí)驗(yàn)。從而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)踐應(yīng)用的恐懼心理和逃避課程，甚至出現(xiàn)課后完成作業(yè)時(shí)互相抄襲的情況。

3? 機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐課程教學(xué)改革探索

為了使學(xué)生具備相關(guān)的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，提高人才質(zhì)量，需要加強(qiáng)課程的實(shí)踐教學(xué)。針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)這類實(shí)踐性要求較高的課程，眾多高校提出了一攬子措施來(lái)達(dá)到專業(yè)目標(biāo)和培養(yǎng)模式的優(yōu)化，例如教學(xué)內(nèi)容多樣化，師資隊(duì)伍走進(jìn)企業(yè)并了解先進(jìn)技術(shù)，改善試驗(yàn)設(shè)備等。只有真正將理論融入實(shí)踐教學(xué)，才能更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

3.1 采取應(yīng)用導(dǎo)向的教學(xué)模式，完善人才培養(yǎng)體制

機(jī)器學(xué)習(xí)可以用于輿情分析、人臉識(shí)別、異常檢測(cè)、自然語(yǔ)言處理等范圍，各類范圍對(duì)應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)工程師的崗位技能不一。教師需要介紹該機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐課程對(duì)應(yīng)的典型工作與職責(zé)，讓學(xué)生在課堂中了解和體驗(yàn)到所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景，使學(xué)生進(jìn)一步清晰專業(yè)意識(shí)。學(xué)生在項(xiàng)目中遇到問(wèn)題后，一起討論解決方案，從而拓寬思路。因?yàn)殪`活性是機(jī)器學(xué)習(xí)在實(shí)踐中的重要特征，因此很有必要對(duì)具體的實(shí)踐場(chǎng)景中所需要的算法進(jìn)行優(yōu)化，選擇最優(yōu)的經(jīng)典算法。所以，實(shí)踐對(duì)算法本身提出了更高的要求，需要理論與實(shí)踐的相互結(jié)合，相輔相成，理論指引實(shí)踐，實(shí)踐中又不斷深入對(duì)理論知識(shí)的理解?；谀壳叭瞬判枨蟮呐囵B(yǎng)，初始開始機(jī)器學(xué)習(xí)教學(xué)時(shí)，傳統(tǒng)理論教育需要覆蓋其學(xué)習(xí)的每個(gè)階段，使大學(xué)生熟練地掌握數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、選擇模型和優(yōu)化結(jié)果分析的每個(gè)階段，建立完善的體系。這其中最直接的途徑是大學(xué)老師作為學(xué)生的榜樣，教師積極探索校企合作項(xiàng)目，主動(dòng)申請(qǐng)相關(guān)科研項(xiàng)目，了解真實(shí)存在的問(wèn)題場(chǎng)景，然后擴(kuò)展到學(xué)生層面，布置合適的作業(yè)，推薦學(xué)生選擇適當(dāng)?shù)拈_源工具處理數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生能夠以較快的速度獨(dú)立解決問(wèn)題。

3.2 設(shè)置實(shí)踐導(dǎo)向的課程項(xiàng)目，豐富教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式

目前，各個(gè)學(xué)校的機(jī)器學(xué)習(xí)課程一般都會(huì)設(shè)置實(shí)驗(yàn)，但主要實(shí)踐的是如何實(shí)現(xiàn)教材中的算法。大學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)會(huì)眾多的經(jīng)典算法，實(shí)踐能力大幅提高。通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證兩個(gè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性的解決問(wèn)題，適應(yīng)社會(huì)的就業(yè)需要。高?？梢云刚?qǐng)社會(huì)或者企業(yè)中的專業(yè)人士來(lái)學(xué)校講解前沿實(shí)踐領(lǐng)域的項(xiàng)目，剖析解決問(wèn)題的想法和過(guò)程，與高校老師及學(xué)生一起研究企業(yè)數(shù)據(jù)處理中的各類算法，從而達(dá)到理論與實(shí)踐的相結(jié)合。同時(shí)使得大學(xué)老師更快地了解企業(yè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，了解現(xiàn)階段的解決方案，從而更好的完善教學(xué)內(nèi)容和形式，貼近真實(shí)的企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)。也可以在教授理論基礎(chǔ)的前提下，改變傳統(tǒng)單一的教學(xué)方法，讓學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，創(chuàng)造由企業(yè)項(xiàng)目推動(dòng)教學(xué)發(fā)展的新思路。同時(shí)，教師可以利用高校優(yōu)越的多媒體實(shí)驗(yàn)環(huán)境，邀請(qǐng)相關(guān)企業(yè)人士分析相關(guān)案例，講解企業(yè)需要的知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)進(jìn)度提出實(shí)踐導(dǎo)向的課程問(wèn)題，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)類似的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這就是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原型，學(xué)生可以訪問(wèn)和分析其功能、代碼并測(cè)試其效果。然后，在延伸實(shí)踐的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以模仿教師提供的案例，通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)施一個(gè)相對(duì)完整的項(xiàng)目，鞏固自己的知識(shí)，鍛煉統(tǒng)籌兼顧的能力，提高靈活應(yīng)用知識(shí)和創(chuàng)新的能力。

3.3 推動(dòng)校企合作完成企業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目，堅(jiān)持教學(xué)用于實(shí)踐。

應(yīng)用型人才不僅要有完善的理論知識(shí)、掌握科學(xué)的方法及具備寬闊的眼界和迅速解決問(wèn)題的能力，還需要實(shí)踐技能。因此學(xué)?？梢院蜕鐣?huì)企業(yè)建立校企合作項(xiàng)目和科研團(tuán)隊(duì)，在深入了解企業(yè)需求的基礎(chǔ)上，在高校中實(shí)施培訓(xùn)和教學(xué)，豐富教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為學(xué)生日后的實(shí)踐過(guò)程培養(yǎng)并形成解決問(wèn)題的思路。

在數(shù)據(jù)采集方面，通過(guò)校企合作的關(guān)系，在課程中增加企業(yè)實(shí)踐學(xué)時(shí)。教師依據(jù)班級(jí)人數(shù)將學(xué)生分成幾個(gè)研究小組，讓研究小組的同學(xué)們直接與企業(yè)交流，拿到企業(yè)真實(shí)數(shù)據(jù)。鑒于企業(yè)數(shù)據(jù)量巨大，而且數(shù)據(jù)穩(wěn)定性待檢驗(yàn)，存在大量的噪聲等諸多問(wèn)題，學(xué)生需要從中提取有效數(shù)據(jù)，消除噪聲，將其轉(zhuǎn)化為可用數(shù)據(jù)。由于企業(yè)的眾多問(wèn)題不是機(jī)器能夠直接處理的，數(shù)據(jù)篩選、特征提取、算法集成和選擇可能需要實(shí)驗(yàn)層面的技能;并且，企業(yè)實(shí)際的項(xiàng)目具備真實(shí)、靈活的特點(diǎn)，而且與當(dāng)前熱點(diǎn)息息相關(guān)。在討論解決方法時(shí)，學(xué)生會(huì)碰到眾多的難點(diǎn)，如數(shù)據(jù)的不均衡、算法缺陷等。這些困難不可能直接從課堂得到有效的解決發(fā)放，學(xué)生需要不斷梳理現(xiàn)有的知識(shí)體系，不斷優(yōu)化現(xiàn)有思路，總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，盡可能地攻破現(xiàn)有的算法缺陷，由實(shí)踐轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撝R(shí)。企業(yè)面臨著要求非常嚴(yán)格的客戶，機(jī)器學(xué)習(xí)工程師要學(xué)會(huì)溝通客戶的技巧，并且熟悉業(yè)務(wù)。校企合作下的企業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目能夠使學(xué)生更容易理解數(shù)據(jù)分析算法，更好地解決問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識(shí)。高?？梢院推髽I(yè)探索合作，建立實(shí)訓(xùn)基地或者實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)開展項(xiàng)目合作以及聯(lián)合研發(fā)，企業(yè)也可以參加課程的規(guī)劃、開發(fā)、實(shí)施，贊助課外科技創(chuàng)新活動(dòng)，建立課外活動(dòng)的對(duì)接。企業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目既可以激發(fā)學(xué)生的研究興趣，又可以加深學(xué)生對(duì)原有知識(shí)理論的理解。

4? 結(jié)語(yǔ)

機(jī)器學(xué)習(xí)的高校實(shí)踐教育，要讓學(xué)生可以根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)原理和手段來(lái)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，養(yǎng)成大學(xué)生自主探索、學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力。經(jīng)過(guò)高校的教學(xué)實(shí)踐，采取了一系列課程教學(xué)改革的措施，這些具體的改革措施不僅使得在校大學(xué)生掌握了基本的機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論與方法，還塑造了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，受到了學(xué)生的認(rèn)可和喜愛(ài)。

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