浅谈机器学习课程群建设作用

2021-10-30刘袁缘周顺平

科技视界 2021年29期

刘袁缘方芳王瑜周顺平

（中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，湖北武汉 430000）

1 机器学习课程群建设的必要性

1.1 时代发展的需求

新时期的国家对计算机人才提出了新的需求，为了培养高素质复合型计算机人才，广大高校都在积极探索相关课程群教学的新模式和新体系[1]。随着人工智能技术在高等教育领域中的广泛应用，机器学习技术迅速发展。国内许多研究者开始积极探讨机器学习课程群及其资源的建设，聚焦于如何利用课程群建设，营造共享的理论和实践教学环境，提升教学效果和人才培养。一方面，利用课程群关联课程的硬件支持，构建相关课程群的综合实验室环境；另一方面，利用信息技术提供的软件支撑，构建计算机大类课程群的教学支撑平台，实现教学资源共享、交流和交互等[2]。

新工科背景下计算机大类专业机器学习类课程群建设研究，旨在创新紧密耦合的智能软件开发课程群教学模式及教学体系，优化课程教学内容，可以进一步提升“人工智能+”人才培养质量，实现科技人才与科技企业的无缝链接，培养一批具有人工智能素养的优秀计算机人才，更好地满足企业对人才的需求。

1.2 机器学习课程发展需求

机器学习作为智能科学和计算机相关专业中最具理论研究价值和应用前景的技术之一，在众多领域中发挥着重要作用，是众多高校的计算机大类专业的重点课程之一[3]。机器学习是概率论、统计学、逼近论、凸分析、算法复杂度理论等多个学科交叉的产物。又与“算法设计”“人工智能”“模式识别”“数据挖掘”等课程相辅相成，他们在课程内容上也会有不同程度的交叉。如何将相关的课程知识有效融合，建立一个科学合理的课程群教学内容体系，引导学生将所学知识进行融会贯通和合理应用，以达到企业对“人工智能+”人才的培养要求是急需解决的问题[4]。

因此，需要针对机器学习课程特点及现有相关课程建立课程群，探索课程群实施新方案，设计课程群的教学方式、教学内容以及考核模式，提高学生的学习兴趣以及分析解决问题的能力。

2 机器学习课程群建设的基本原则

机器学习课程群建设，如图1所示，是以机器学习课程为核心的课程群，为了打破课程内容的归属性，弱化课程的独立性，增强课程之间的关联性，突出其为共同技能服务的特点，我们应该在教学计划中重新组织相关课程，形成一个完整的教学内容体系，构建一个内容密切相关、内在逻辑性强、与课程群属于同一训练技能范畴的课程群，使其在更高层次上具有连贯性，从何实现课程的有机集成。为了更好地建设机器学习课程群，需要满足以下几个原则。

图1 以机器学习为核心的课程群建设

2.1 交互原则

高质量的交互是进行高质量教学的保证，是教学质量评价指标之一[5]。机器学习课程群的交互性为可以包括课堂上的交互和课堂外的交互。在课程群建设中，课程群的教学效果受制于课堂交互性设计的合理性。课堂外交互由于可以通过网络平台实现师生之间、生生交互，体现以学生为中心的教育思想。两种交互以实现对课程群知识的构建和学习。因此，在教学过程中，加强课堂参与者的信息交流是提高机器学习课程群教学效果的重要途径。

2.2 协同原则

课程群建设是集体智慧的结晶，是教学团队合作的结果[6]。如图1所示，课程群建设往往由团队协作完成，每个队员既分工明确又相互协作。由于教师的学科知识和教学经验可能存在局限性，只有通过合作，取长补短，课程群的建设才能更加丰富和全面。为了实现共同的教学目标，教学团队是以项目为导向的，课程群建设的参与者彼此相辅相成，只有充分发挥自身优势，从整体上把握课程群建设的理念和质量，才能超越自我认知。

2.3 自主原则

立足于本专业实际情况，遵循自主性原则，是建设机器学习课程群之根本[7]，课程群建设既要体现专业特色又要体现各课程特征。以实践为导向，各课程都要从自身的实际出发，运用科学的方法和手段创建自己的特色模块，使之在满足自身发展需要的同时，又能推动课程群的综合发展，实现对专业人才的综合素质培养。

3 机器学习课程群建设的意义

3.1 人才培养方面

机器学习课程群围绕教学目标，有效整合多个相关课程，基于项目案例深入开发专业课程资源，更好地形成系统化、多样化的课程体系。在建设过程中不断拓宽学习资源，为学生提供更全面的理论和参考，拓宽学生视野，从而提高学生对系统知识的理解和应用能力。机器学习课程群建设以实践案例项目为核心，整个教学过程围绕具体实践案例，将理论教学融入实践体系，将工程思想渗透到专业课程教学中，逐步培养学生项目技能，全面提高新型计算机人才的实践和创新能力，有助于进行提升课程与产学研实践融合程度，更好地服务于新工科以及工程认证人才培养的目标。

3.2 专业建设方面

以机器学习为核心的课程群建设将课程体系中的各个构成要素排列组合，按照课程之间的衔接和工程开发的知识来组织教学内容，使所有课程在动态过程中统一指向要实现的目标——建设新工科背景下的“人工智能+计算机”交叉专业建设。为了建立结构优化、内容先进的课程体系，各课程的教学内容被不断整合、更新和扩充。这突破了单门网络课程界限分明、互不联通的弊端，将不同课程的教学内容、教学方法横向交叉渗透[8，9]，有助于计算机大类专业探索教学模式创新，提高专业和学科建设水平，与国际一流高校建设目标接轨。