線上線下啟發(fā)式學(xué)習(xí)實(shí)踐教學(xué)探析
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摘要：針對(duì)深度學(xué)習(xí)這門實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問題，提出以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)、線上線下相結(jié)合的啟發(fā)式深度學(xué)習(xí)實(shí)踐教學(xué)方案，闡述方案的必要性及實(shí)施細(xì)節(jié)，介紹教學(xué)過程，最后通過各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)說明教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：線上線下；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；啟發(fā)式實(shí)踐實(shí)訓(xùn)；深度學(xué)習(xí)
0引言
深度學(xué)習(xí)實(shí)踐是面向高等院校本科生開設(shè)的一門實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程，旨在通過課程實(shí)踐的方式幫助信息專業(yè)學(xué)生深入理解人工智能、深度學(xué)習(xí)基本算法，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及解決實(shí)際問題的能力。傳統(tǒng)的實(shí)踐課程授課模式下，實(shí)踐與理論存在脫節(jié)現(xiàn)象。對(duì)于難度較大的實(shí)踐課，學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)，怕實(shí)踐，實(shí)踐效果不盡如人意，因此，探索出一種能提高學(xué)生實(shí)踐能力的教學(xué)模式成為亟待解決的問題。
1項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的線上線下模式必要性
1.1傳統(tǒng)理論教學(xué)模式局限性
傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師是知識(shí)傳授者，關(guān)注的是講授什么內(nèi)容及如何講授。教師花費(fèi)大量的精力和時(shí)間確定教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)，并依據(jù)學(xué)習(xí)結(jié)果對(duì)學(xué)生的學(xué)業(yè)做出評(píng)價(jià)。這是一種被動(dòng)式的“以師為主”的教學(xué)方式，是教師單方面的灌輸。對(duì)于難度較大的課程，這種教學(xué)方式使得學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)，理解起來很吃力，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高，只為考試而學(xué)習(xí)，喪失了學(xué)習(xí)主動(dòng)性。
1.2理論與實(shí)踐時(shí)空分離現(xiàn)狀
目前，絕大部分院校的計(jì)算機(jī)類課程存在重理論、輕實(shí)踐的現(xiàn)狀[1]。與理論課程相配套的實(shí)驗(yàn)課時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于理論課時(shí)，并且理論部分與實(shí)踐部分存在時(shí)間上的脫節(jié)和空間上的分離[2]。理論部分的教學(xué)仍停留在教師主導(dǎo)、無反饋的單方面輸出，與之對(duì)應(yīng)的實(shí)踐部分嚴(yán)重滯后，且在空間上也是和理論部分隔離的[3]。因此，在理論部分理解不透徹、時(shí)間又嚴(yán)重滯后的情況下，很多學(xué)生“怕”實(shí)踐，應(yīng)付實(shí)踐。
1.3學(xué)生實(shí)踐時(shí)間嚴(yán)重不足
高年級(jí)與低年級(jí)之間的實(shí)踐課程設(shè)置存在割裂現(xiàn)象，缺乏經(jīng)驗(yàn)傳承，沒有將低年級(jí)的實(shí)踐課程進(jìn)一步深入，變成高年級(jí)的實(shí)踐課程，再加上實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)遠(yuǎn)少于理論課程，造成了每門實(shí)踐課程相對(duì)獨(dú)立且學(xué)時(shí)少。實(shí)踐環(huán)節(jié)僅依賴課內(nèi)時(shí)間，沒有將這一環(huán)節(jié)延伸到課外。時(shí)間上的不足導(dǎo)致學(xué)生缺乏項(xiàng)目式的鍛煉。
2項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的線上線下啟發(fā)式實(shí)訓(xùn)模式
整體方案及具體實(shí)施項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的線上線下啟發(fā)式教學(xué)方案能夠解決目前實(shí)踐課程教學(xué)中存在的理論與實(shí)踐時(shí)空分離、學(xué)生實(shí)踐時(shí)間嚴(yán)重不足等問題，是充分發(fā)揮學(xué)生積極性、主動(dòng)性，極大提高學(xué)生實(shí)踐能力的教學(xué)方案，實(shí)現(xiàn)“以師為主”到“以生為主”教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。首先，引入項(xiàng)目式教學(xué)，以學(xué)生為中心，使學(xué)生通過積極探索現(xiàn)實(shí)生活中的挑戰(zhàn)，解決實(shí)際存在的問題來獲取知識(shí)[4]，同時(shí)采用啟發(fā)式的教學(xué)、互動(dòng)式的課堂、案例驅(qū)動(dòng)式的實(shí)踐，做到“以生為主”；其次，將實(shí)踐能力的培養(yǎng)從課內(nèi)延伸到課外，建立課前準(zhǔn)備—課堂學(xué)習(xí)—課后訓(xùn)練這一跨越時(shí)間和空間的實(shí)踐能力培養(yǎng)方案，將理論學(xué)習(xí)與案例實(shí)踐融為一體；最后，將傳統(tǒng)的被動(dòng)式教學(xué)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)式學(xué)習(xí)，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心，使學(xué)生在充分理解理論的前提下，將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際項(xiàng)目結(jié)果，真正提高實(shí)踐能力。深度學(xué)習(xí)入門實(shí)踐這門課程共設(shè)置了48學(xué)時(shí)，其中理論18學(xué)時(shí)，實(shí)踐30學(xué)時(shí)，共12次課。每次課用1學(xué)時(shí)講授基礎(chǔ)理論并進(jìn)行互動(dòng)式討論，2.5學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)踐，0.5學(xué)時(shí)總結(jié)，這樣講授與實(shí)踐、課內(nèi)與課外有機(jī)融合，能夠極大地提高實(shí)踐能力?；陧?xiàng)目驅(qū)動(dòng)的線上線下啟發(fā)式深度學(xué)習(xí)實(shí)踐教學(xué)總體方案如圖1所示。
2.1課前自主學(xué)習(xí)
得益于百度人工智能學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)社區(qū)AIStudio平臺(tái)的便利性，提前一周在平臺(tái)課件、數(shù)據(jù)集等資源供學(xué)生預(yù)習(xí)并布置本節(jié)相關(guān)資料的查詢?nèi)蝿?wù)。通過這種方式將課程延伸到課前，要求學(xué)生課前自主認(rèn)真預(yù)習(xí)課件，結(jié)合課件，查閱資料，了解實(shí)踐內(nèi)容，明白課前需要完成的預(yù)習(xí)任務(wù)，在課前提交預(yù)習(xí)報(bào)告。課前預(yù)習(xí)報(bào)告可以保證學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)效率，避免深度學(xué)習(xí)實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)及實(shí)踐流于形式，學(xué)生跟不上老師的進(jìn)度而開小差。前期的預(yù)習(xí)和資料查閱能引導(dǎo)學(xué)生自主開展思考，從而保證后期學(xué)生能夠在基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)踐基礎(chǔ)上有自己的新思想、新見解，逐漸提高高階思維能力以及實(shí)踐能力[5]。
2.2課堂互動(dòng)學(xué)習(xí)
經(jīng)過課前預(yù)習(xí)和資料查詢，學(xué)生已經(jīng)對(duì)實(shí)踐內(nèi)容的理論部分有了一定的了解并形成自己的見解。帶著獨(dú)有見解和疑惑到課堂，可大大提高課堂參與度，為互動(dòng)式教學(xué)創(chuàng)造條件，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，營(yíng)造出輕松活潑的課堂氛圍，使學(xué)生學(xué)有所獲。理論教學(xué)課堂改變了以往理論課老師全程講授，學(xué)生被動(dòng)接受的局面；設(shè)計(jì)了互動(dòng)式教學(xué)，提出案例，和學(xué)生共同探討實(shí)現(xiàn)該案例所需的基本理論。教師概括基本原理后，再對(duì)案例進(jìn)行分析，然后互動(dòng)探討學(xué)生在預(yù)習(xí)和查閱資料中形成的見解和疑問。在互動(dòng)中解決難點(diǎn)問題，鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，將啟發(fā)式的提問及重點(diǎn)分析相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，培養(yǎng)學(xué)生思維能力及解決實(shí)際問題能力。最后就學(xué)生存在的普遍問題，提出對(duì)本堂課程理論的改進(jìn)與優(yōu)化思路。布置課后作業(yè)，要求學(xué)生先實(shí)現(xiàn)基本算法，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)、優(yōu)化案例算法。整個(gè)課堂學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)錄播，形成資料，便于課后回放，再現(xiàn)課堂情境。
2.3課堂實(shí)踐學(xué)習(xí)
在開課前，我們考察了國(guó)內(nèi)外大多數(shù)深度學(xué)習(xí)框架，有的框架需要編寫大量的代碼，有的框架不支持多GPU和水平擴(kuò)展，有的框架不夠靈活，有的框架文檔貧乏，有的框架安裝時(shí)需要解決大量依賴包，還有的框架編程語言于學(xué)生而言不熟悉。綜合這些因素，我們選擇了中國(guó)首個(gè)開源開放、技術(shù)領(lǐng)先、功能完備的百度飛槳這一深度學(xué)習(xí)平臺(tái)，以滿足不同能力層次學(xué)生的需求。學(xué)生經(jīng)過課前預(yù)習(xí)、資料查閱、課堂1學(xué)時(shí)互動(dòng)式學(xué)習(xí)后，利用
2.4學(xué)時(shí)在百度飛槳平臺(tái)實(shí)現(xiàn)本節(jié)實(shí)踐課程要求的案例，在已有框架基礎(chǔ)上，完成代碼編寫、調(diào)試、結(jié)果分析任務(wù)。教師現(xiàn)場(chǎng)解答學(xué)生實(shí)現(xiàn)案例過程中遇到的問題。飛槳平臺(tái)的簡(jiǎn)潔高效性和教師實(shí)時(shí)答疑解惑，保證了絕大部分學(xué)生能完成任務(wù)。再利用0.5學(xué)時(shí)，展示本次實(shí)踐課優(yōu)秀預(yù)習(xí)報(bào)告和上周優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生通過對(duì)比，反思自身不足，激發(fā)出積極向上、自覺主動(dòng)的學(xué)習(xí)精神。
2.5課后鞏固學(xué)習(xí)
課后及時(shí)將錄課、優(yōu)秀預(yù)習(xí)報(bào)告及上周實(shí)驗(yàn)報(bào)告分享到在線平臺(tái)，幫助學(xué)生課后回顧本節(jié)內(nèi)容，查漏補(bǔ)缺，反復(fù)再現(xiàn)線下課堂全貌，進(jìn)一步理解深度學(xué)習(xí)的理論，達(dá)到理論部分融會(huì)貫通的目的，體現(xiàn)“學(xué)有所得”的理念。在百度AIStudio平臺(tái)課程討論區(qū)指導(dǎo)學(xué)生查閱資料，對(duì)基本案例算法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，在案例的實(shí)現(xiàn)與改進(jìn)過程中循序漸進(jìn)地提高學(xué)生理論學(xué)習(xí)和項(xiàng)目實(shí)踐的能力；引導(dǎo)學(xué)生課后在討論區(qū)展開討論，優(yōu)秀的學(xué)生積極參與線上線下指導(dǎo)，分享心得體會(huì)，營(yíng)造出互教互學(xué)的良好氛圍。最后學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括具體算法、代碼實(shí)現(xiàn)、結(jié)果截圖及心得體會(huì)。
3教學(xué)效果分析
項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的線上線下啟發(fā)式深度學(xué)習(xí)實(shí)踐教學(xué)將傳統(tǒng)教學(xué)方式和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，既發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用，又發(fā)揮了學(xué)生的主體作用。這一教學(xué)模式將傳統(tǒng)課堂上教師的引導(dǎo)、啟發(fā)作用發(fā)揮得淋漓盡致，使得學(xué)生在課前準(zhǔn)備—課堂學(xué)習(xí)—課后鞏固這一跨越時(shí)間和空間過程中極大地提高了資料查閱能力、問題分析能力、文字及語言表述能力和解決實(shí)際問題能力。在這種實(shí)踐模式下，學(xué)生不僅對(duì)深?yuàn)W的理論有了自己獨(dú)到的見解，而且將其應(yīng)用到實(shí)際的案例中，通過優(yōu)化獲得良好的實(shí)踐成果，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性；同時(shí)，這種教學(xué)模式對(duì)教師也是一種促進(jìn)與提高。教師的課堂互動(dòng)引導(dǎo)能力、實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)能力、線上討論組織能力都得到了極大的提高，實(shí)現(xiàn)了師生共贏。校內(nèi)“智慧教務(wù)”簽到系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)顯示，學(xué)生到課率100%，預(yù)習(xí)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交率100%。QQ群記錄顯示師生在線討論記錄達(dá)8623條，參與過討論的學(xué)生人數(shù)占98.7%。學(xué)期末對(duì)全體134名學(xué)生開展了網(wǎng)上問卷調(diào)查[6]，調(diào)查情況如圖2所示，各項(xiàng)指標(biāo)顯示，教學(xué)效果良好。
4結(jié)語
項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的線上線下啟發(fā)式深度學(xué)習(xí)實(shí)踐教學(xué)將“以學(xué)生為中心”這一理念落實(shí)到具體的教學(xué)環(huán)節(jié)中，雖然實(shí)踐內(nèi)容難度大，但是課前—課中—課后營(yíng)造出的氛圍極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及主動(dòng)性，學(xué)生在理論和實(shí)踐能力提高的同時(shí)，也收獲了極大的成就感。課前課后資料查閱、課堂互動(dòng)式的討論以及課后在線平臺(tái)的交流為師生之間、學(xué)生之間提供了更多的交流空間與時(shí)間。思維的碰撞激發(fā)了學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力，取得了令人滿意的效果。在當(dāng)前工程認(rèn)證背景下，還需要依據(jù)教學(xué)效果持續(xù)改進(jìn)和完善教學(xué)模式。
作者:高巖1 林穎 吳德文 計(jì)湘婷 單位:廈門大學(xué)信息學(xué)院 百度在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（北京）有限公司