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北京聯(lián)合大學(xué) 北京 100101 亓呈明 胡立栓
摘要：機(jī)器學(xué)習(xí)作為科技前沿的技術(shù)，其中的最優(yōu)化方法的難度對學(xué)生是一個(gè)挑戰(zhàn)。根據(jù)本課程的特點(diǎn)和定位設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，以項(xiàng)目案例為驅(qū)動，豐富教學(xué)資源；把本學(xué)科最新發(fā)展成果和教改教研成果引入教學(xué)實(shí)踐，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，力爭打造特色鮮明、教材先進(jìn)、方法科學(xué)、教學(xué)質(zhì)量高、深受學(xué)生歡迎、動態(tài)適應(yīng)社會發(fā)展的課程。
1 引言
機(jī)器學(xué)習(xí)中大量的問題最終都可以歸結(jié)為一個(gè)優(yōu)化問題，因此掌握最優(yōu)化方法成為培養(yǎng)應(yīng)用型大學(xué)工科學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際問題能力的有效途徑。本課程通過教學(xué)案例，使學(xué)生掌握最優(yōu)化問題的建模、機(jī)器學(xué)習(xí)典型優(yōu)化問題的理論和各種算法；改革現(xiàn)有教學(xué)方法和手段。利用課程網(wǎng)絡(luò)資源，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，不斷探索，提高自身綜合運(yùn)用知識的能力和創(chuàng)新能力；堅(jiān)持以技能考核為重點(diǎn)確定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立合理的新的評價(jià)體系。提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)理論與方法分析、解決實(shí)際問題的能力以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；以研促教，開展研究性學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“學(xué)為中心”。將研究成果形成具有一定普適性的策略予以推廣。
2 理論基礎(chǔ)與教學(xué)策略
2.1建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)觀
(1)學(xué)習(xí)不是由教師把知識簡單地傳遞給學(xué)生，而是由學(xué)生自己建構(gòu)知識的過程。學(xué)生不是簡單被動地接收信息，而是主動地建構(gòu)知識的意義，這種建構(gòu)是無法由他人來代替的。
(2)學(xué)習(xí)不是被動接收信息刺激，而是主動地建構(gòu)意義，是根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)背景，對外部信息進(jìn)行主動地選擇、加工和處理，從而獲得自己的意義。外部信息本身沒有什么意義，意義是學(xué)習(xí)者通過新舊知識經(jīng)驗(yàn)間的反復(fù)的、雙向的相互作用過程而建構(gòu)成的。因此，學(xué)習(xí)，不是象行為主義所描述的"刺激反應(yīng)"那樣。
(3)學(xué)習(xí)意義的獲得，是每個(gè)學(xué)習(xí)者以自己原有的知識經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對新信息重新認(rèn)識和編碼，建構(gòu)自己的理解。在這一過程中，學(xué)習(xí)者原有的知識經(jīng)驗(yàn)因?yàn)樾轮R經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)入而發(fā)生調(diào)整和改變。
(4)同化和順應(yīng)，是學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的兩種途徑或方式。同化是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的量變，而順應(yīng)則是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的質(zhì)變。同化-順應(yīng)-同化-順應(yīng)……循環(huán)往復(fù)，平衡-不平衡-平衡-不平衡，相互交替，人的認(rèn)知水平的發(fā)展，就是這樣的一個(gè)過程。學(xué)習(xí)不是簡單的信息積累，更重要的是包含新舊知識經(jīng)驗(yàn)的沖突，以及由此而引發(fā)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重組。學(xué)習(xí)過程不是簡單的信息輸入、存儲和提取，是新舊知識經(jīng)驗(yàn)之間的雙向的相互作用過程，也就是學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)環(huán)境之間互動的過程。
2.2 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)策略
（一）轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念
必須從教學(xué)方面進(jìn)行革新，這也是提高教學(xué)生命力的重要舉措。增設(shè)本課程的初衷，就是要對學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)。所以，在實(shí)際的課程教學(xué)中，教師必須打破原有教學(xué)理念對自身的束縛，敢于推陳出新，努力為學(xué)生營造更加輕松、愉悅的教學(xué)情境，讓學(xué)生可以在這樣的情境中輕松地掌握知識。同時(shí)，應(yīng)該讓學(xué)生成為課堂的主體，給予學(xué)生足夠的課堂主動權(quán)，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，從而激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的欲望和興趣，讓學(xué)生積極主動地參與到學(xué)習(xí)中來，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
（二）運(yùn)用創(chuàng)新的教學(xué)方法
要想實(shí)現(xiàn)真正的創(chuàng)新，就必須經(jīng)歷一個(gè)不斷嘗試與探究的過程。本課程和其它課程相比，顯然具有更強(qiáng)的實(shí)踐性。為此，教師在教學(xué)過程中，需要以教材為依托，采用更具創(chuàng)新性的教學(xué)模式，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如，教師在授課過程中可以采用分層教學(xué)法，根據(jù)學(xué)生的水平將學(xué)生劃分成幾個(gè)不同層次，然后展開不同難度的教學(xué)，提高教學(xué)的針對性。借助多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)資源，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)思路，激起學(xué)生的創(chuàng)新欲望。
3. 課程特色與建設(shè)方案
3.1 課程特色
1. 重視傳統(tǒng)課堂教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)手段的結(jié)合，本課程已經(jīng)許多網(wǎng)上資源，供學(xué)生下載使用，發(fā)揮課程網(wǎng)絡(luò)資源作用。討論式教學(xué)中，可以針對網(wǎng)上講解的知識點(diǎn)作深入探究。
2. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)多分層次設(shè)計(jì)，將Python機(jī)器學(xué)習(xí)庫引入該課程，還以實(shí)際案例指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思想，體現(xiàn)了知識傳授、素質(zhì)培養(yǎng)與創(chuàng)新能力為一體的教學(xué)模式。
3. 以實(shí)用技能為核心，推行“教中做、做中學(xué)”的教學(xué)思路。按照“以實(shí)用技能為核心，以案例為主線，以項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)為學(xué)習(xí)目標(biāo)”，打破原有的課程章節(jié)體系，精心選擇課程內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)。最終達(dá)到以用為本、學(xué)以致用的目的。推行“教中做、做中學(xué)”的教學(xué)思路，讓學(xué)生在真實(shí)的項(xiàng)目開發(fā)環(huán)境中，以“項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)”為目標(biāo)，使教學(xué)效果得到有效提高。
4. 以動手能力為突破點(diǎn)，實(shí)施“任務(wù)驅(qū)動”、“項(xiàng)目導(dǎo)向”的教學(xué)手段，采用研究機(jī)構(gòu)普遍采用的機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。
5. 以學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向進(jìn)行課程教學(xué)過程管理，依據(jù)“定義預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果”、“實(shí)現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果”、“評估學(xué)習(xí)結(jié)果”流程完成教學(xué)過程設(shè)計(jì)，通過專家聽課、學(xué)生評教、學(xué)生座談會、課程教學(xué)研討會等過程管理方式，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)。
3.2建設(shè)方案
課程改革是教育改革的關(guān)鍵，而專業(yè)課程改革是課程建設(shè)的基礎(chǔ)，課程改革與建設(shè)反映了經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展，反映了行業(yè)、企業(yè)崗位需求的內(nèi)涵，也反映了教育改革的價(jià)值取向，直接影響著教育的教學(xué)質(zhì)量與人才培養(yǎng)水平。對本課程的建設(shè)方案做出如下規(guī)劃：
1．本課程是計(jì)算機(jī)技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)（最優(yōu)化）、概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)等多門學(xué)科的交叉課程，團(tuán)隊(duì)依托科研項(xiàng)目和開發(fā)平臺開設(shè)本門課程，是融創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力于一體的城市型、應(yīng)用型創(chuàng)新課程。
2. 明確教學(xué)目標(biāo)。以“提高學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)理論與方法分析、解決實(shí)際問題的能力以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力”規(guī)劃課程，運(yùn)用從記憶、理解、應(yīng)用、分析、評估到應(yīng)用和創(chuàng)造的教育目標(biāo)分類法突出應(yīng)用和創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。
3. 課程內(nèi)容建設(shè)。結(jié)合本專業(yè)“校企合作，工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式，抓好課程教學(xué)內(nèi)容體系改革，將實(shí)際案例及學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目作為載體引入到教學(xué)過程中，不斷完善補(bǔ)充教學(xué)案例，使教學(xué)案例更加合理化、具體化。精煉課程體系，進(jìn)一步完善教學(xué)大綱，保持教學(xué)大綱與教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。開發(fā)本專業(yè)的特色化項(xiàng)目教材。
4. 以研促教，進(jìn)一步推進(jìn)教科研工作。研究性教學(xué)是教師教學(xué)創(chuàng)新的核心。課程建設(shè)須使教育教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合，邊科研、邊建設(shè)，以建設(shè)拉動科研，以科研促進(jìn)建設(shè)。讓學(xué)生參加到教師的教科研課題中，開展研究性學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“學(xué)為中心”。
4. 教學(xué)探討
4.1教師層面教育觀念的轉(zhuǎn)變
創(chuàng)新意識是由一個(gè)人對事物的好奇、求知、質(zhì)疑、獨(dú)立思考等方面構(gòu)成的獨(dú)創(chuàng)性的觀念和認(rèn)識。新的思想、創(chuàng)新點(diǎn)是需要一個(gè)思維跳躍大、靈活的大腦產(chǎn)生，而不是一個(gè)墨守成規(guī)的思想。想要有靈活的大腦，創(chuàng)新的思想，就要有源源不斷的創(chuàng)新意識。但現(xiàn)在學(xué)校的教育大多是應(yīng)試教育，學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容都是為了面對考試，上課內(nèi)容略顯死板，對學(xué)生的創(chuàng)新意識的形成是有一定阻礙作用的，學(xué)生無法完全表現(xiàn)出自身的個(gè)性特點(diǎn)，其獨(dú)立思考的能力的培養(yǎng)也往往被忽視，嚴(yán)重約束了學(xué)生思想上的創(chuàng)新以及自身創(chuàng)新能力的運(yùn)用。因此教師應(yīng)轉(zhuǎn)變以往的灌輸式教育，教學(xué)模式應(yīng)向開放、互動、啟發(fā)式轉(zhuǎn)變，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、獨(dú)立思考意識等。
4.2 課程建設(shè)持續(xù)改進(jìn)
傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要是老師按照教學(xué)大綱講授知識給學(xué)生，為鞏固學(xué)習(xí)到的內(nèi)容，學(xué)生需要在課后進(jìn)行大規(guī)模的題量練習(xí)。這樣雖然有利于加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)到的課本上基礎(chǔ)的內(nèi)容，但在實(shí)際操作能力上就顯得力不從心。因此，要加速教學(xué)與科研相結(jié)合，不僅要在課堂教學(xué)內(nèi)容上下功夫，更要讓學(xué)生參與到科研項(xiàng)目中去。老師可以將教學(xué)內(nèi)容編成項(xiàng)目，將學(xué)生自由分成幾組，組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，這樣在完成項(xiàng)目過程中，不僅有利于學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)到的知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生們解決問題、探索知識的能力，更有利于鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新、大膽設(shè)計(jì)，也可以培養(yǎng)學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，全面發(fā)展學(xué)生們的能力，這也為學(xué)生以后步入社會、進(jìn)入工作奠定基礎(chǔ)。
5 總結(jié)
經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，打造了特色鮮明、方法科學(xué)、教學(xué)質(zhì)量高、深受學(xué)生歡迎、動態(tài)適應(yīng)社會發(fā)展的課程。根據(jù)本課程的特點(diǎn)和定位設(shè)計(jì)了教學(xué)內(nèi)容，以項(xiàng)目案例為驅(qū)動，豐富了教學(xué)資源；把本學(xué)科最新發(fā)展成果和教改教研成果引入到教學(xué)實(shí)踐，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)開展了教學(xué)方法改革與創(chuàng)新, 堅(jiān)持以學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向的課程教學(xué)過程管理，培養(yǎng)應(yīng)用型人才;改進(jìn)了教學(xué)評價(jià)體系，將創(chuàng)新應(yīng)用能力納入培養(yǎng)與考核范疇，有效調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
(本文得到北京聯(lián)合大學(xué)2019年教學(xué)創(chuàng)新課程建設(shè)項(xiàng)目資助)
