高职院校机器学习课程的探索与实践

■兰小艳

（山西工程职业学院，山西 太原 030009）

教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》指出，全面推进高校课程思政建设是深入贯彻习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神、落实立德树人根本任务的战略举措，高校要深化教育教学改革，充分挖掘各类课程思想政治资源，发挥好每门课程的育人作用，全面提高人才培养质量[1]。高职院校以培养社会所需要的技能型人才为目标，更强调专业知识的学习、对知识的应用，利用所学的知识解决一些技术上的问题。因此，在平时的教育中往往偏重才的教育而放松了德的培养。如何将思政元素与计算机专业课程较好融合，有不少学者对此进行了研究，如：罗利[2]将课程思政融入Hadoop开发技术课程中，充分挖掘思政元素,积极探索课程教学与课程思政元素的融合,培养学生改革创新、科技创新的新时代精神；王皓[3]将课程思政融入到Java程序设计课程中，取得了不错的教学效果。本研究尝试以机器学习课程为例，结合大数据与人工智能专业人才培养方案，紧扣时代对技能型人才的要求，在专业课的教授过程中，充分融入思政教育，以案例教学为主，从案例中引发学生思考，从而升华为自身内在素质的提升，潜移默化地塑造正确的价值观、人生观。

一、机器学习课程介绍

随着一些热门词汇的出现，比如：人工智能、大数据、云计算，这些相关的技术日渐成熟，极大程度上方便了人们的生活。人工智能、大数据、云计算技术是时代发展的产物，这三大技术的共性是以局部思维代替整体思维，整体思维需要具备系统的思维能力，因此高校必须迎合时代的要求，为社会培养人才。

山西工程职业学院的机器学习课程是计算机工程系大数据与人工智能专业开设的一门课程。该课程作为新课标中的专业选修课程，安排32课时。培养目标不仅要求学生学会基础知识，还要具备对所学知识的应用，使其成为具备一定社会技能、具有大局观念、具有求知创新、具有合作发展的有用之人。机器学习这门课程的教学以介绍一些基础算法的思想、计算算法的性能指标涉及到的数学基础为主要内容。但是三大技术的快速发展，给社会生活带来更多便利的同时，也对社会的各方面提出了挑战，主要表现在社会治理、政府监管、社会伦理、道德法律等方面。机器学习算法会对人类传统价值观等伦理道德理念产生冲击，如谷歌公司错将黑人标记为大猩猩事件、四处可见的大数据杀熟事件等，这就要求高校对人才的培养不仅要涉及专业知识，还要涉及到相关法律、伦理和社会问题的深入探讨，实现全方位育人的目标。

二、机器学习课程教育途径

根据大数据和人工智能专业人才培养方案设计机器学习课程教学目标，如何学习好机器学习这门课程，主要包含两个方面：合理设计课程思政元素，培养正确的人生观、价值观；合理设计教学方法，利用丰富的教学方法和教学手段，达到课程的培养目标。

（一）合理设计课程思政元素

机器学习表现在生活的方方面面，课程教学当中列举生活中的实际案例，更加贴近生活，内容丰富，能够结合的课程思政点很多，合理地设计各个章节的思政元素，能够丰富专业课程内容，并使得专业课程变得活起来。

1.绪论

机器学习绪论部分主要介绍机器学习概述、基本术语、研究方向和应用现状。在讲授概述部分的时候，将机器学习的方式对比人类的思维方式，教会学生类比的方法。通过基本术语的学习教会学生，学习是循序渐进的过程。通过举例的方式教授机器学习的应用现状，列举人工智能时代生活中的典型案例，如自动驾驶、猫狗识别、产品推荐、电影票房预测、股价走势等。用学生感兴趣的事和物来引导学生感悟和发自内心的认同，从而增加学生学习的积极性，了解国内外技术和市场优势，增强学生民族自豪感、坚定四个自信。引导学生树立正确的价值观，人生观，坚定学生科技报国的信心。在抗击疫情的过程中，信息技术立下了汗马功劳，可以说抗击疫情涉及的每一项信息技术，都与大数据密不可分。作为大数据专业的学生，应该学好专业知识，为祖国的建设作出应有的贡献。

2.评价指标

对于机器学习算法的一些评价指标、训练集与测试集的划分方法等，通过引入房价预测等真实案例，让学生真正体会到训练集与测试集的划分直接影响预测结果的准确性。列举信用违约风险预测，通过每个客户的个人信息、消费行为、资产状况、借贷数额等状况来预测该客户是否会按时还贷。通过引入真实案例，教会学生应该说老实话、办老实事、做老实人，以知行合一的态度对待各项工作，树立诚实守信的人生观、价值观。

3.线性回归模型

该章节中通过夏威夷莫纳罗亚山站测得的1970年到2018年二氧化碳浓度，预测再过30年、50年的温室气体排放量。利用已知数据建立线性回归模型，通过该模型预测温室气体的排放量。列举房价预测、商品销售量的预测等生活当中的案例，潜移默化地渗透课程思政元素，呼吁全社会要保护环境，节能减排，减少温室气体的排放，防止气候变暖所带来的灾难。

4.决策树

决策树算法是遵循分而治之的思想，将一个大的问题分解为类型相同的子问题，直到子问题能够直接解决。引导学生遇到困难问题的时候，不要轻言放弃，将困难问题不断分解，逐一进行求解，培养学生精益专注的工匠精神。利用Python编程软件，其中封装了决策树算法的函数，直接调用就可以实现，但是要引导学生掌握算法所蕴含的思维，不断地进行练习，培养学生精益、严谨的科学态度。根据信息增益、增益率、基尼指数所对应的决策树都可以解决最优属性的划分问题。教会学生根据要解决的问题进行分析，找出最佳算法，引导学生要关注事物之间的相互区别，要从多方面综合考虑，避免顾此失彼。

5.贝叶斯算法

列举新型冠状病毒检测案例，由贝叶斯概率计算方法，计算经过多次检测假阳性和假阴性的概率。网上收集核酸检测的资料供学生阅读，让学生思考为什么新冠肺炎的确诊需要经过多次检测，使得学生将所学的知识与公共卫生领域的应用联系起来。通过这些鲜明的数据对比和鲜活的感人事迹使学生深刻明白党中央在抗击疫情中总揽全局、部署防控的凝聚力、组织力，全国上下团结一致、联防联控的向心力、战斗力。学生的家国情怀油然而生，纷纷发出“此生无悔入华夏”的感慨！

6.聚类算法

物以类聚，人以群分，聚类算法广泛应用于医学、交通、军事等领域的图像分割。利用聚类算法将图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标的技术和过程。以案例分析聚类算法在生活中的应用，体会数据在医学、交通、军事实践中的作用，增强学生的家国情怀，提升学生的责任感，加深对专业的认同感。

7.降维算法

降维算法中降维的典型案例是人脸识别，人脸识别在日常生活中非常常见，在很多公共场合都有人脸识别系统。通过课堂讨论如何提高识别率、降低错误率，学生悟出“做事不凭主观臆断，要有科学求证的态度”。引导学生学习知识是科技强国的必由之路。坚持立德树人、做好课程思政，通过课程内容与科技前沿的结合，培养学生科技强国使命感和社会责任感。

8.神经网络

神经网络当中可融入的思政元素，有循序渐进的学习方法、事物的发展是前进性和曲折性的统一。通过列举利用神经网络算法建立疫情传播预测模型的案例，引导学生应该加强疫情防控，从我做起，疫情防控是最真实、鲜活、深刻的时政课。任何事物的发展是前进性与曲折性相统一的。引导学生树立正确的人生观和价值观。让学生胸有大志，心有大我，肩有大任、行有大德，谱写自己大写的青春。

（二）合理设计教学方法

专业课程教学过程当中，渗透思政元素，不能为了思政而思政，将思政元素生搬硬套到专业课程的教学中，最讲究的就是教学方法，好的教学方法能够使得课程思政变得潜移默化，达到润物细无声的目的。

1.构建问题导向案例教学

专业课程与思政内容的结合很容易变得生硬，需要设计很好的案例作为问题导向来引入，一个好的案例不仅能够与课程知识内容很好地结合，而且能递进增设一些问题，在潜移默化中引导学生，激发学生主动思考、主动探索[4]。另外，在设计教学案例时引入社会治理、政府监管、社会伦理、道德法律等方面的问题，在传授知识的同时培养学生树立正确的社会责任感、人生价值观等。机器学习课程中算法的介绍，对于高职院校的学生来说还是有点难度，主要的教学手段就是引入大量的案例，通过正确的案例导向，使学生在掌握知识点的同时，树立正确的意识。

2.借助职教云平台实现混合式教学

传统的教学方式主要是以课堂教学为主，而课时数有限，要在短的课时中完成知识内容的讲解，在讲授知识的同时渗透课程思政，并且要提高学生上课的积极性是非常困难的。高职院校利用职教云平台教学，打破了时间和空间的限制，随时随地都可以学习，这样就可以缓解课时数有限的局面。线上线下混合教学可以将课程教学内容从课上延伸到课下。授课教师将自己的课程建设到这个平台上，可以上传教学课件、视频，也可以提一些课前、课中、课后问题，发布作业任务。学生既可以针对某些特定的问题进行讨论，打破时间空间概念，节省上课时间，又可以畅所欲言，发表自己的见解。教师也可以随时随地查阅学生的回答，及时合理地调整教学内容，做到重难点突出。平台上的课程资料可以永久性保存，学生能够很好地进行复习、巩固、加深理解。

3.设计过程化考核机制

传统的专业课程的考核方式，主要包括两部分内容，课堂出勤率和期末考试。考核过程单一，不能很好地反映学生对知识的掌握程度，也很难体现思政内容的学习效果。因此，通过职教云平台设置其他的评价环节，增加多元的过程化考核，制作合理的评价机制。通过这种开放式的平台，使学生能够互相了解，取长补短。每个算法学习完后，布置合理的实验任务，按照学生提供的设计方法、实验结果的优略，通过组内互评、组间互评的方式，将评价结果作为考核的指标。通过这种方式，能够建立起全面化、整体化、系统化的考核方式，可以全方位地、有针对性地进行教学。

三、机器学习课程最终效果

通过在机器学习课程教学中引入课程思政和优化教学方法，本学期机器学习课程与传统课程相比，在课堂表现上更加活跃，学生的注意力集中，线上回答问题积极性提高。职教云平台上的讨论和项目任务完成度高。通过思政案例教学与优化的教学方法相结合，学生不仅能够对所学习的知识有更深的认识，而且人生观和价值观有进一步的提升。

本研究初次尝试在机器学习专业课的教学过程中，通过案例教学引入课程思政的方法。在教学中列举大量的应用案例，案例中渗透课程思政，并且优化教学方法，从学生的课堂表现到最终收获初见成效。通过这种方式能够提升学生的综合素质，符合全方位育人的目标，将专业知识内化为价值追求，弘扬爱国精神、奉献精神和创新精神。日后尝试将该方法应用到其他专业课的教学当中，挖掘专业思政元素所蕴含的价值精髓，精准滴灌、点滴渗透，以立德树人为目标，用好课堂这个主渠道，引领学生健康成长，激发学生报效祖国的情怀。