OBE理念下的自然語言處理課程改革

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摘要：人工智能技術(shù)的發(fā)展對新工科人才培養(yǎng)提出了新要求，推動著相關(guān)專業(yè)教學模式的變革。文章針對人工智能方向的重要課程自然語言處理，提出基于obe理念的課程建設方案。該方案明確課程建設目標、教學內(nèi)容、實施方式和考核方式。探討實現(xiàn)以學生為中心、以成果為導向的新型教學關(guān)系，培養(yǎng)學生自主學習習慣和能力。

關(guān)鍵詞：成果導向；自然語言處理；課程建設；項目實踐

“成果導向”的教育理念（OutcomeBasedEducation，簡稱OBE，亦稱能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育）由Spady等人提出。其核心為教學實施和教學設計目標是學生通過教育過程最后所達到的學習成果，重視學生學習過程結(jié)束后所獲得的真正能力，是學生在順利完成某階段學習過程后應該理解和掌握的方面。與傳統(tǒng)的課堂教學模式相比，成果導向教育理念課堂教學模式對教師的課堂教學設計與開展，對學生的學習動機、學習目標、學習方式以及課堂教學效果評定等方面都有較大的創(chuàng)新。2018年教育部印發(fā)的《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》指出，作為新工科涵蓋的新興專業(yè)，人工智能技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟發(fā)展新引擎、社會發(fā)展加速器，正在引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。面對新一代人工智能發(fā)展的機遇，高校要進一步強化基礎研究、學科發(fā)展和人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢，不斷推動人工智能與教育深度融合，為教育變革提供新方式。自然語言處理課程是人工智能方向的重要課程，有較強的綜合性、實用性和創(chuàng)新性。該課程一般在本科高年級開設，此時學生已完成有關(guān)先修專業(yè)基礎課程，具備較高專業(yè)技能，能夠掌握課程專業(yè)知識的同時，完成一定容量的綜合實踐項目。傳統(tǒng)的以教師為核心的課堂教學模式已經(jīng)不能滿足其教學要求，不能滿足學科發(fā)展需要；因此，將OBE教育理念應用于課程教學，將更好地明確教學目標，科學安排教學內(nèi)容，從而激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。綜合參照國內(nèi)關(guān)于該課程的改革方案的一些新的思路，本項目將以“自然語言處理與知識發(fā)現(xiàn)”課程為實現(xiàn)載體，探索基于OBE理念的教學模式在人工智能類課程中的應用。

一、推進基于OBE理念的自然語言處理課程建設

作為人工智能學科的一門重要基礎課程，自然語言處理課程具有如下特點。

（一）課程內(nèi)容知識點多自然語言處理是一門新興交叉學科，它涵蓋了語言學、計算機科學、概率統(tǒng)計和機器學習學科知識內(nèi)容。因此其學科內(nèi)容覆蓋的知識比較廣，對學生的要求除了計算機基本的編程和算法技能外，還需要具備基礎的語言學的詞法、句法和語義學等知識，同時高等數(shù)學和概率論知識對課程中統(tǒng)計模型的理解也很重要。涉及到自然語言處理課程的學科基礎如此之多，課程容量相對也比較大，因此在有限的課堂學時中科學安排課程內(nèi)容，使之能夠激發(fā)和引導學生課下的進一步探究和學習非常重要。

（二）學科應用性強自然語言處理與行業(yè)應用密切相關(guān)。常見的應用有信息檢索、垃圾郵件分類、商品評論、語音識別、自動問答和聊天機器人等。在課程設計中，需要將自然語言處理的基礎技術(shù)如詞法、句法、語義分析等與統(tǒng)計機器學習模型結(jié)合，形成完整的課程項目。學生通過課堂知識的理解，依照課程項目的要求，查閱文獻和工具，分析項目實現(xiàn)流程，運用自己的算法和代碼能力，通過基于理論和模型之上的實踐項目來鞏固課程內(nèi)容，拓展課程知識，培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力。

（三）開設時間短國外開設本課程相對較早，有比較成熟的課程體系，他們在本科階段就有自然語言處理的獨立專業(yè)。國內(nèi)引入自然語言處理的時間相對較短，目前為止還沒有自然語言處理的本科專業(yè)，僅有一些高校將其作為本科專業(yè)選修課程。因此本課程的課程內(nèi)容、授課方式和實踐方式都還不完善。基于以上課程特點，適逢教育部關(guān)于《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的提出，研究和設計合理的自然語言課程建設方案，是恰逢其時的任務。基于此，我們提出基于OBE理念的課程建設方案。建設方案如下：1.基于成果需求建立課程實踐項目。根據(jù)課程要求，找準行業(yè)需求，調(diào)研國內(nèi)外成熟的課程體系，結(jié)合行業(yè)的最新應用和發(fā)展，構(gòu)建科學的教學案例和課程實踐項目是改革方案的基礎。2.建立契合課程項目的課程體系。課程體系是培養(yǎng)方案的重要架構(gòu)，是課程實踐項目實現(xiàn)的基礎。所有的項目應用一定是基于學科的基礎知識的，因此找準與實踐項目相關(guān)的知識點，科學地構(gòu)建課程知識點與課程項目的關(guān)聯(lián)，將課程知識點循序漸進地融合到項目中。3.研究教學實施方式和考核方式。教學環(huán)節(jié)是實施改革方案實現(xiàn)過程。改革的指導思想是從“以教為主”向“以學為主”的方式轉(zhuǎn)變，包括授課方式、作業(yè)方式和反饋方式等?？己朔绞綄宰罱K成績?yōu)橹鬓D(zhuǎn)變?yōu)樽⒅爻晒统晒膶崿F(xiàn)過程為主。以上課程研究內(nèi)容其實就是要回答OBE理念的核心問題：這門課程需要讓學生取得的學習成果是什么？怎樣設計課程才能幫助學生取得這些學習成果？如何評估學生取得學習成果？作為一種先進的教育模式，OBE理念其核心是以學生為主體，以成果為驅(qū)動，所有的課程教學活動都圍繞該理念設計。

二、思路和方法

課程建設項目的研究流程：根據(jù)調(diào)研課程的要求和行業(yè)應用的需要，提出該課程應該達到的目標和獲得的學習成果；圍繞成果需求的目標整合教學內(nèi)容，學生完成對應的課程項目；基于OBE理念開展教學的實施過程，并設計合理的考核方式。

（一）基于OBE的成果理念構(gòu)建課程項目調(diào)研國內(nèi)外高校開設相關(guān)課程，結(jié)合本校的教學實際和學生所掌握的知識體系，放眼行業(yè)應用需求和前沿技術(shù)，撰寫符合專業(yè)培養(yǎng)方案的課程大綱，明確課程應該達到的成果要求。根據(jù)目前已有的授課經(jīng)驗和教學方案的要求，本課程中學生需要獲得的部分課程成果要求如圖1左邊所示的6個任務：基本的文本處理和統(tǒng)計能力、基于HMM模型的分詞和詞性標注模型實現(xiàn)、餐廳電話語音識別、文本拼寫檢查器的實現(xiàn)、垃圾郵件識別和Twitter產(chǎn)品評論極性的判別。初期課程成果項目由課題組教師完成項目收集和創(chuàng)建，并每年根據(jù)行業(yè)發(fā)展補充更新。在課程實施過程中，發(fā)現(xiàn)和鼓勵學生創(chuàng)新，提出和完成有創(chuàng)新性的課程項目案例。這種從學生中來到學生中去，以學生為本的思想，正是OBE理念的體現(xiàn)，學生從中獲得的成就感會進一步刺激他們的學習積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，從而形成一種教和學的良性互動。

（二）根據(jù)成果要求整合教學內(nèi)容圖1右邊所示的是與教學成果關(guān)聯(lián)的教學內(nèi)容。包括基本的文本處理能力和文本統(tǒng)計技術(shù)、分詞和詞性標注的知識和相關(guān)的統(tǒng)計模型HMM、語言模型及其應用、文本分類技術(shù)和應用?，F(xiàn)在需要根據(jù)課程項目，在課程大綱的指導下整合它們與課程知識點的對應關(guān)系。整合課程知識點過程中，我們參考了幾個資源：首先，目前有一些國內(nèi)外高校開設此類課程，例如斯坦福大學的cs124課程，中國科學院宗成慶老師的“統(tǒng)計自然語言處理”等，他們有相對完善的課程體系和資源，借鑒這些優(yōu)質(zhì)的課程體系可以繼承優(yōu)點，少走彎路。其次，該課程內(nèi)容與前沿技術(shù)和行業(yè)需求緊密結(jié)合，屬于研究型的應用課程。因此到相關(guān)企業(yè)調(diào)研，對接產(chǎn)業(yè)需求，培養(yǎng)符合市場需要的創(chuàng)新型人才，也是《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的要求；另外在授課過程中，通過小組討論的方式，在課堂互動過程中發(fā)現(xiàn)問題，補充知識點。目前，課程部分成果目標和對應的知識點組織如表1所示。

（三）教學實施方式改革基于OBE的教學改革重要理念是教學驅(qū)動方式的變革，從以教師教授為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生學習和實踐為主。因此，教學實施方式除了課堂講授，加大了學生參與課堂的力度，學生參與課堂的方式包括小組討論、課程項目的分組和實現(xiàn)、成果答辯等過程。實施過程按照如下方式進行：1.學生分組，項目分發(fā)。教師在教授每個版塊知識前，先將基于成果目標的課程項目分發(fā)給學生，學生通過調(diào)研和撰寫綜述的方式了解課程項目，熟悉版塊的知識體系；隨著項目成果一起分發(fā)的，有相關(guān)的閱讀材料和指導文獻，以及線上課程，上課之前學生需要先帶著問題去完成一定量的線上課程。2.課程面授，小組討論。在線上課程中不能解決的問題，在課程授課中一般會得到解決；仍然對項目和課程內(nèi)容有疑問，可以通過小組討論的方式提出問題、分析問題和解決問題。3.課程項目實施和答辯。學生小組在教師的指導下完成課程項目，提交代碼和課程報告。小組學生需要做課堂展示并進行項目答辯，小組成員需要明確自己在項目中的貢獻，答辯得分和項目完成質(zhì)量將納入最終的考核成績。

（四）課程考核考核內(nèi)容包括項目課程知識點的掌握、課程項目完成情況、項目答辯的得分和課程報告的得分。因此最終的成績構(gòu)成包括課程理論考試成績50%，項目得分50%。項目得分中包含了項目完成度、項目答辯成績、課程報告和個人在小組中的貢獻等。

三、課程改革的反饋和修正機制

好的評價機制和反饋機制能對課程改革的各個環(huán)節(jié)進行修正，最終得到較為完善的教學方案。其中來自學生和用人單位的反饋對改革的促進作用最為重要。

（一）學生反饋最終的考試成績和項目完成度考核是最直接的課程效果反饋，學生對課程項目設置的評價是另外一種完善課程方案的途徑。評價包括學生對項目強度、項目的針對性和對知識點的涵蓋面等。為了獲得最真實的學生反饋，我們會針對性發(fā)起線上調(diào)查問卷。

（二）行業(yè)反饋根據(jù)課程方案培養(yǎng)出的學生是否滿足行業(yè)應用需求，需要來自用人單位的評價和反饋?？梢酝ㄟ^對用人單位的走訪和已畢業(yè)學生的信息來獲取。

（三）教師培養(yǎng)根據(jù)課程反饋結(jié)果，修正課程方案中的課程設計，補充符合行業(yè)發(fā)展變化的內(nèi)容，更新陳舊的知識點。同時要根據(jù)課程目標提升課程組教師的指導能力，積極促進教師參加各種前沿技術(shù)培訓。積極開展課程組教師的教學研討，交流經(jīng)驗，提升其業(yè)務教學能力。

四、結(jié)語

作為人工智能的五大核心方向的自然語言處理技術(shù)，已經(jīng)得到越來越多的重視。自然語言處理課程已經(jīng)被越來越多的高校納入本科生教學計劃，成為本科高年級階段的專業(yè)課。如何上好這門課，必須認清該課程的特點以及行業(yè)對人才的創(chuàng)新性和實踐能力的要求。本項目針對自然語言處理課程，提出了基于OBE理念的以學生為主體、以課程成果驅(qū)動的教學改革方案。該方案明確課程建設目標、教學內(nèi)容、實施方式和考核方式。探討實現(xiàn)以學生為中心、以成果為導向的新型教學關(guān)系，主張以培養(yǎng)學生自主學習習慣和能力為本課程的重要目標。提高學生在課程中的參與度，從課程成果項目的設置、小組項目討論、項目的實現(xiàn)和課程反饋機制都體現(xiàn)了以學生為本、以行業(yè)應用為導向的新工科思維。通過該課程的學習，學生能夠掌握自然語言處理任務實現(xiàn)流程、模型原理和實現(xiàn)方法，能完成自然語言處理中各種基礎任務從設計到實現(xiàn)的過程，能有效提高高校學生在人工智能方面的知識儲備和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應新時代企業(yè)需要的人才。

參考文獻：

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[3]魏小梅,李芳芳,黃鈺,等.新工科背景下計算機專業(yè)“2+1”綜合實訓課程改革與實踐[J].計算機教育,2019,(11):49—53.

作者：魏小梅 胡濱 李芳芳 單位：華中農(nóng)業(yè)大學