高 山，蔣玉英，張玉宏，侯惠芳，樊 超

（河南工業(yè)大學(xué)人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 引言

在當(dāng)今人工智能浪潮的推動下，越來越多的高校成立了相關(guān)領(lǐng)域的新學(xué)院，開展專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的工作，與人工智能相關(guān)的學(xué)科也已成為非常熱門的專業(yè)選擇之一[1]。面對如此高熱度和高關(guān)注度的本科專業(yè)，如何創(chuàng)新性地開展針對不同層次人才的培養(yǎng)和教學(xué)工作，已經(jīng)成為高等教育相關(guān)學(xué)科專業(yè)建設(shè)工作中的重要環(huán)節(jié)[2]。

機器學(xué)習(xí)課程是人工智能學(xué)科培養(yǎng)中的一門專業(yè)必修課，在整個培養(yǎng)計劃中占有非常重要的地位，既需要先期開設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)課作為支撐，又對高年級階段開設(shè)的專業(yè)領(lǐng)域分支課程和實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)起到很好的鋪墊和入門作用[3]。此外，該門課程的主要教學(xué)目標(biāo)是理解和掌握機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域各經(jīng)典模型的原理和應(yīng)用，構(gòu)建和培養(yǎng)面向人工智能產(chǎn)業(yè)的整體概念和實踐能力[4]。與此同時，該門課程對于學(xué)生的基礎(chǔ)知識和學(xué)習(xí)能力要求較高，如何綜合師資能力培養(yǎng)和授課群體的不同需求，構(gòu)建個性化的學(xué)習(xí)路徑，是提高人工智能專業(yè)教學(xué)模式改革的迫切需求和關(guān)鍵問題。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的主要問題和成因分析

1.1 師資群體能力培養(yǎng)工作需要持續(xù)開展

承擔(dān)該專升本人工智能相關(guān)課程的授課老師，均長期從事相關(guān)專業(yè)本科生的教學(xué)工作，積累了比較豐富的本科培養(yǎng)和教學(xué)經(jīng)驗。授課教師在培養(yǎng)方案制定、教材選擇、教學(xué)方法研討等方面做了很多前期準(zhǔn)備工作，但面對該學(xué)生群體教學(xué)工作的特點和問題，依然需要進一步提升對授課群體個性化教學(xué)需求的認(rèn)識，加強整體師資隊伍建設(shè)，其面臨的困難和挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）該授課群體在課堂表現(xiàn)和互動、學(xué)習(xí)能力、知識吸收和轉(zhuǎn)化能力、實踐動手能力、反饋與溝通方式等方面均與本科生的課堂教學(xué)存在一定差異。教師們對以上問題的理解、認(rèn)識和消化能力還存在一定差異，容易受其負(fù)面因素的影響，導(dǎo)致課堂教學(xué)互動效果欠佳、教學(xué)進度推進緩慢等問題發(fā)生，多門課程教學(xué)問題的積累和疊加，還會進一步影響整體專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)實施和培養(yǎng)效果。

（2）該專業(yè)學(xué)生對于個性化學(xué)習(xí)方面的需求比較突出，容易出現(xiàn)師生相互促進力減弱、個別學(xué)生出現(xiàn)學(xué)習(xí)斷層現(xiàn)象、教與學(xué)環(huán)節(jié)銜接不暢等問題發(fā)生，從而會進一步影響師資的教學(xué)積極性和教學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)。因此，如何長期不斷地積累教學(xué)經(jīng)驗，及時豐富和調(diào)整教學(xué)方法和手段，促進教學(xué)研討和經(jīng)驗交流成果的課堂轉(zhuǎn)化，這些都是目前迫切需要解決的問題。

（3）承擔(dān)該專業(yè)課程建設(shè)和教學(xué)任務(wù)的師資隊伍中，雖然整體教師的學(xué)歷層次很高，但青年教師（年齡小于等于35歲）占比很高，新老教師傳幫帶環(huán)節(jié)在專業(yè)知識迭代、教學(xué)能力培養(yǎng)和傳承方面還需要長期建設(shè)。因此，如何均衡地提高師資的整體知識水平和教學(xué)水平，培養(yǎng)和鍛煉一支能夠針對性解決專業(yè)教學(xué)問題的高素養(yǎng)師資隊伍，是當(dāng)前迫切需要關(guān)注的主要問題。

1.2 授課群體的整體專業(yè)基礎(chǔ)背景差異性較大

我校該專升本專業(yè)的學(xué)生生源均來自河南省內(nèi)多所培養(yǎng)院校，?？平逃A段的專業(yè)方向較分散，其培養(yǎng)模式和課程體系差異較大，已有的專業(yè)知識基礎(chǔ)比較薄弱，學(xué)生整體的專業(yè)素養(yǎng)能力和實踐能力偏弱。但與此同時，學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情高，求知欲旺盛，學(xué)習(xí)目的性和針對性較強，對于新知識的渴望程度較高。正是由于其基礎(chǔ)儲備和學(xué)習(xí)目標(biāo)之間存在的巨大鴻溝，對整個專業(yè)教學(xué)過程均提出了很多困難和挑戰(zhàn)。

針對該專業(yè)2022級的學(xué)生進行了畢業(yè)院校和專業(yè)背景調(diào)查，該專業(yè)總計有148名學(xué)生，參與本次調(diào)查的學(xué)生人數(shù)為144名，具體統(tǒng)計結(jié)果和特點分析如下：

（1）如圖1所示，在參加本次統(tǒng)計調(diào)查的144名學(xué)生中，僅有22人來自河南工業(yè)大學(xué)，占比僅為15%，而占比為85%的共計122名學(xué)生，專科畢業(yè)院校來自河南省內(nèi)的其他多所大專培養(yǎng)院校。絕大多數(shù)的學(xué)生因其畢業(yè)院校不同，專科階段的培養(yǎng)體系和知識基礎(chǔ)差異較大。這種復(fù)雜的畢業(yè)院校背景，不利于其本科階段的統(tǒng)一培養(yǎng)和課程學(xué)習(xí)，尤其對于需要具有扎實知識基礎(chǔ)儲備的專業(yè)課程教學(xué)來講，所衍生的問題會更加突出。

圖1 ?？飘厴I(yè)院校統(tǒng)計

（2）如圖2和表1所示，在參加本次統(tǒng)計調(diào)查的144名學(xué)生中，可以將其?？齐A段的所學(xué)專業(yè)劃分為計算機應(yīng)用相關(guān)、軟件技術(shù)相關(guān)、網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)、數(shù)字媒體相關(guān)、移動技術(shù)相關(guān)、電子信息相關(guān)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等7個方向。占比最高的2個專業(yè)分別為計算機應(yīng)用相關(guān)和軟件技術(shù)相關(guān)，所占比例分別為27%和26%，即：總計有超過50%的77名學(xué)生畢業(yè)于這兩個專業(yè)，其余的67名學(xué)生則分別畢業(yè)于網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)、數(shù)字媒體相關(guān)、移動技術(shù)相關(guān)和電子信息相關(guān)等共計5個不同的專業(yè)，占比分別為13%、13%、11%、6%和4%。該統(tǒng)計數(shù)據(jù)進一步表明，該專業(yè)授課群體的專業(yè)技術(shù)背景和方向差異較大。這種復(fù)雜且分散的專業(yè)基礎(chǔ)背景，導(dǎo)致學(xué)生的整體知識基礎(chǔ)分布不均，對于開展本科階段的課程教學(xué)（包括：教學(xué)內(nèi)容安排、教材選擇、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)和考核方式等）帶來了很大的困難和挑戰(zhàn)。

圖2 專科階段專業(yè)背景統(tǒng)計

表1 ?？扑鶎W(xué)專業(yè)匯總統(tǒng)計表

1.3 傳統(tǒng)教學(xué)模式下的教與學(xué)之間的匹配度不協(xié)調(diào)

在積極制定、調(diào)整和優(yōu)化培養(yǎng)計劃的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)授課模式下的教與學(xué)之間，仍然需要在課程銜接、課程研討和教學(xué)模式等方面進行持續(xù)性的改進和提高，存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）多門基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程銜接比較緊密，不同課程學(xué)習(xí)之間的過渡期較短，對于基礎(chǔ)相對比較薄弱的學(xué)生來講，學(xué)習(xí)的壓力比較大。以機器學(xué)習(xí)課程為例，該課程需要Python編程、概率論與統(tǒng)計、線性代數(shù)等其他先修基礎(chǔ)課程的支持。如果個別學(xué)生對于其相關(guān)基礎(chǔ)知識的掌握存在欠缺，在缺乏相關(guān)數(shù)學(xué)理論知識以及編程能力支撐的基礎(chǔ)上，對于機器學(xué)習(xí)課程的理解和學(xué)習(xí)會產(chǎn)生很多不利影響，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性和主動性減弱、學(xué)習(xí)效果差異大、學(xué)習(xí)斷層現(xiàn)象等問題。

（2）部分課程教學(xué)采用的是線上教學(xué)方式，教學(xué)模式過于單一，教學(xué)效果在個體上的表現(xiàn)差異巨大。此外，對于基礎(chǔ)相對比較薄弱的授課群體來講，即便是嘗試采用翻轉(zhuǎn)課堂等方式，其實施效果也不盡如人意，學(xué)生們的知識接受方式過于被動，其主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性不高，這一問題在機器學(xué)習(xí)課程上的表現(xiàn)尤其突出。

（3）傳統(tǒng)教學(xué)活動中雖然可以方式采用師生座談會、教師研討會、課后輔導(dǎo)、線上互動等方式，對于順利開展教學(xué)活動有很好的促進作用，但溝通反饋渠道相對單一，缺乏靈活性和及時性，不能隨時根據(jù)課程的進展和銜接進行師生反饋和調(diào)整。這些問題不利于從總體上對該專業(yè)所有課程的教學(xué)安排和學(xué)習(xí)方式實施有利的指導(dǎo)，也不利于提高整體的師資教學(xué)水平。

2 基于“混合式個性化學(xué)習(xí)路徑”的教學(xué)改革策略和實施

針對師資能力提升、授課群體個性化學(xué)習(xí)需求以及傳統(tǒng)授課模式中存在的各種問題和挑戰(zhàn)，結(jié)合機器學(xué)習(xí)課程的知識特點和教學(xué)特點，分別從如何提升師資教學(xué)水平、學(xué)習(xí)路徑構(gòu)建與優(yōu)化、完善教學(xué)模式三方面提出了針對性的改革策略和實施方法。

2.1 師資能力培養(yǎng)

首先，針對教師們對專業(yè)課程講授和學(xué)生培養(yǎng)過程中存在問題的認(rèn)識、理解和解決能力個人差異大的現(xiàn)狀，可以根據(jù)培養(yǎng)方案和課程知識體系的銜接程度組建不同的教研小組，組內(nèi)的教師之間可以通過聽課、研討、集體備課、教學(xué)反饋、師生交流等方式加強共性問題的溝通和解決，提高組內(nèi)每一位教師對問題的認(rèn)知理解水平和解決問題的能力，將傳統(tǒng)課堂的一對多的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬Χ嗟姆绞?，集體設(shè)計切實有效的課堂互動活動，從而保證整體專業(yè)教學(xué)的實施進度和教學(xué)效果。對于機器學(xué)習(xí)等專業(yè)課程的講授，尤其需要與課程前后保持銜接的其他相關(guān)課程的授課教師建立教研小組，一方面保證學(xué)生們在基礎(chǔ)知識積累—現(xiàn)階段學(xué)習(xí)—未來課程準(zhǔn)備等幾方面的完美契合和支撐，另一方面也有利于教師分析和預(yù)測未來教學(xué)過程中可能遇到的難題，進行集中研討和解決。

其次，針對師資隊伍中年輕教師占比過高的問題，一方面可以鼓勵年輕教師參與各種教學(xué)能力提升培訓(xùn)和各級教學(xué)比賽，鍛煉和提升教學(xué)能力和水平。另一方面，院系內(nèi)部每個學(xué)期，針對該學(xué)期的課程培養(yǎng)特點和要求，可以開展一系列的優(yōu)秀教師教學(xué)經(jīng)驗分享會和主題講座。其次，按課程組制定教學(xué)研討計劃，每個課程組內(nèi)新老教師之間建立多個一對一的傳幫帶小分隊，在提升老教師知識體系更新速度的同時，還可以將成熟的教學(xué)經(jīng)驗手把手地傳授給年輕教師，互幫互學(xué)，互促互進。每個學(xué)期末開展一次經(jīng)驗總結(jié)會，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，改進教學(xué)方法，提高問題解決能力，提升師資整體素養(yǎng)水平。

2.2 混合式個性化學(xué)習(xí)路徑的構(gòu)建與優(yōu)化

針對該授課群體專業(yè)背景復(fù)雜且分散的特點以及整體知識基礎(chǔ)分布不均的問題，通過構(gòu)建基于混合式個性化學(xué)習(xí)路徑的教學(xué)模式，幫助學(xué)生們成功跨越基礎(chǔ)知識儲備和學(xué)習(xí)目標(biāo)之間存在的巨大鴻溝。

首先，面對基礎(chǔ)相對薄弱而專業(yè)課整體難度較大的現(xiàn)狀，其傳統(tǒng)的授課方式不能針對學(xué)習(xí)個體的差異性開展分層教學(xué)，而學(xué)生對于該熱門專業(yè)的學(xué)習(xí)期待值又普遍偏高。因此，有針對性地設(shè)計和構(gòu)建具備該學(xué)科特點和課程特色的學(xué)習(xí)路徑，幫助學(xué)生們結(jié)合自身的學(xué)習(xí)能力、動手能力、基礎(chǔ)背景，多角度、多方位、全方面、個性化的開展該學(xué)科課程的學(xué)習(xí)。同時，借助和結(jié)合線上、線下教學(xué)的優(yōu)勢，以“混合式的個性化學(xué)習(xí)路徑”帶動該專業(yè)的整體學(xué)習(xí)水平，可以培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力，發(fā)現(xiàn)和體會學(xué)習(xí)之美，提升專業(yè)自信和學(xué)習(xí)自信。

以機器學(xué)習(xí)課程為例，該課程的主要學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：（1）通過本課程的教學(xué)，掌握機器學(xué)習(xí)的基本問題定義、基本模型，對機器學(xué)習(xí)學(xué)科有概覽性的認(rèn)識。（2）掌握目前主流的機器學(xué)習(xí)算法和模型，并能夠根據(jù)實際問題的需要選擇并實現(xiàn)相應(yīng)的算法。（3）能夠編程完成機器學(xué)習(xí)典型應(yīng)用實例[5]。該課程的學(xué)習(xí)一方面需要高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論等大量的數(shù)學(xué)理論知識的支撐，另一方面還需要具有一定的編程能力。這兩方面的要求對于該專業(yè)的學(xué)生來講，均存在不同程度的缺失和不足。

鑒于以上現(xiàn)狀，針對性地設(shè)計了適用于該課程教學(xué)的“混合式個性化學(xué)習(xí)路徑”，如圖3所示。該學(xué)習(xí)路徑根據(jù)課程的知識構(gòu)成和學(xué)習(xí)特點，分別設(shè)計了3條典型的個性化學(xué)習(xí)路徑，這三條學(xué)習(xí)路徑之間既可以重疊，也可以獨立運行，還可以相互交叉。路徑1的學(xué)習(xí)特點是，借助機器學(xué)習(xí)模型的直觀表達(dá)+代碼實現(xiàn)，達(dá)到課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，該學(xué)習(xí)路徑學(xué)習(xí)難度比較小，適合于基礎(chǔ)比較薄弱和對專業(yè)課抽象理解能力較差的學(xué)生使用。路徑2是該門課程最常規(guī)使用的一種學(xué)習(xí)方式，相關(guān)機器學(xué)習(xí)模型的理解和學(xué)習(xí)是透過數(shù)學(xué)知識推導(dǎo)、算法優(yōu)化方法以及代碼實現(xiàn)三個階段來完成的，這三個階段之間相互銜接和支撐。這條學(xué)習(xí)路徑也是本科生教學(xué)中使用最成熟的一種教學(xué)方式，它是建立在學(xué)生們對該課程相關(guān)知識熟練掌握的基礎(chǔ)上，對于學(xué)生的基礎(chǔ)知識、專業(yè)理解力和編程水平的綜合能力要求較高。路徑3比較適合于前沿機器學(xué)習(xí)模型的學(xué)習(xí)或者研究生階段的學(xué)習(xí)，在已掌握機器學(xué)期相關(guān)基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，進行更高階段的學(xué)習(xí)和提高，適用于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。

圖3 混合式的個性化學(xué)習(xí)路徑

以上3種學(xué)習(xí)路徑分別涵蓋了低、中、高三種學(xué)習(xí)難度和學(xué)習(xí)方式，可以分別針對不同基礎(chǔ)和個人能力的學(xué)生開展個性化的教學(xué)。學(xué)生們可以根據(jù)個人知識的掌握理解情況靈活的使用某一種學(xué)習(xí)路徑，也可以在不同的學(xué)習(xí)階段嘗試不同的學(xué)習(xí)路徑，或者針對不同的課程知識綜合使用多種學(xué)習(xí)路徑來多角度、全方位的理解所學(xué)知識。該種混合式的個性化學(xué)習(xí)路徑使用范圍廣泛，由易到難，角度靈活，適用于不同的課程教學(xué)模式（如：線上教學(xué)、線下教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、分組教學(xué)、菁英班教學(xué)等），也適用于具有不同教學(xué)經(jīng)驗的老師來使用，在使用過程中可以根據(jù)學(xué)生們的知識掌握情況和學(xué)習(xí)進度隨時進行調(diào)整和優(yōu)化?？傊瑹o論使用哪一種學(xué)習(xí)路徑或者多種學(xué)習(xí)路徑的組合優(yōu)化，最終都可以達(dá)到課程的培養(yǎng)目標(biāo)，對于保證整體教學(xué)進度和教學(xué)效果，都能起到了很好的推動和促進作用。

2.3 完善教學(xué)模式

針對如機器學(xué)習(xí)這類難度相對比較大的專業(yè)課，對于基礎(chǔ)相對比較薄弱的學(xué)生來講，調(diào)動其線上線下課堂學(xué)習(xí)的積極性和主動性是首先需要解決的問題[6]。其次，將線上線下課堂的特點相結(jié)合，不斷豐富線上教學(xué)資源，歸納和總結(jié)其他支撐課程的學(xué)習(xí)資料供學(xué)生參考，設(shè)置靈活多樣的線上線下互動環(huán)節(jié)（如：分組討論、問卷調(diào)查、隨堂小測驗等），豐富和加強過程性評價的方式和方法。對于個別學(xué)習(xí)困難的學(xué)生可以開展個性化教學(xué)和輔導(dǎo)，同時在班級中建立一對一的幫扶學(xué)習(xí)小組，消除學(xué)習(xí)的各種不利因素。最后，要暢通師生之間的溝通渠道和途徑，建立和完善課前課后的反饋機制，以教促學(xué)，以學(xué)促改，不斷總結(jié)成功經(jīng)驗和典型案例，使得學(xué)生和教師之間互相促進、共同進步。因此，不斷改革教學(xué)模式和方法，豐富課程資源，暢通溝通渠道，完善考核機制，對該專業(yè)的整體教學(xué)進行系統(tǒng)性的創(chuàng)新和改進，以滿足相應(yīng)的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，不斷提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

3 結(jié)語

針對專升本人工智能專業(yè)課程教學(xué)中存在的主要問題，基于“混合式個性化學(xué)習(xí)路徑”的教學(xué)模式，分別從師資群體能力培養(yǎng)、授課群體學(xué)習(xí)路徑構(gòu)建和教學(xué)模式創(chuàng)新三個方面，提出了針對性的解決方法和切實可行的實施措施。一方面，可以在教育信息化日新月異的新時代背景下，提高教學(xué)質(zhì)量，促進教與學(xué)的和諧發(fā)展；另一方面，在提高師資水平和教學(xué)能力的基礎(chǔ)上，注重學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使其能夠滿足人工之智能新時代對于復(fù)合型人才的需求。