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機(jī)器學(xué)習(xí)課程思政教學(xué)改革探析

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機(jī)器學(xué)習(xí)課程思政教學(xué)改革探析

摘要:課程思政是高等教育的理念創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和實踐創(chuàng)新,“機(jī)器學(xué)習(xí)課程是人工智能時代新工科的核心課程之一,時代性和應(yīng)用性強(qiáng),課程思政從科技強(qiáng)國戰(zhàn)略、科技應(yīng)用方向和敬業(yè)精神方面開展,全方位將思政元素潤物無聲地融入教學(xué),讓課程成為育人的主渠道,發(fā)揮同向協(xié)同作用。

關(guān)鍵詞:課程思政;機(jī)器學(xué)習(xí);同向協(xié)同

2016年12月,總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào):“要用好課堂教學(xué)這個主渠道,思想政治理論課要堅持在改進(jìn)中加強(qiáng),提升思想政治教育親和力和針對性,滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待,其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田,使各類課程與思想政治理論課同向同行,形成協(xié)同效應(yīng)?!盵1]2020年,教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》(簡稱《綱要》),全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)?!毒V要》提出“圍繞全面提高人才培養(yǎng)能力這一核心點,圍繞政治認(rèn)同、家國情懷、文化素養(yǎng)、憲法法治意識、道德修養(yǎng)等重點,優(yōu)化課程思政內(nèi)容供給,提升教師開展課程思政建設(shè)的意識和能力”[2],對推進(jìn)高校課程思政建設(shè)進(jìn)行了整體設(shè)計和全面指導(dǎo)。北京聯(lián)合大學(xué)把課程思政作為落實立德樹人的基礎(chǔ)性和全面性工作,在實踐中確立了“校院整體推進(jìn)、系(部)主導(dǎo)、教師主體”這一重要原則[3],形成了“課程門門有思政,教師人人講育人”的育人環(huán)境[4],著力構(gòu)建價值引領(lǐng)、知識教育、能力培養(yǎng)“三位一體”的人才培養(yǎng)模式。機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能領(lǐng)域的核心技術(shù),近年來得到了長足發(fā)展和廣泛應(yīng)用,“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程是機(jī)器人學(xué)院在第5學(xué)期開設(shè)的核心課程,開課專業(yè)包括機(jī)器人工程、軟件工程、自動化等。在新工科建設(shè)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的背景下,筆者對該課程展開了課程思政教學(xué)改革和探究。

1課程建設(shè)目標(biāo)與思政融入設(shè)計

1.1課程建設(shè)目標(biāo)與內(nèi)容

按照學(xué)校對課程的總體要求,“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程按照OBE(Outcomes-basedEducation)教學(xué)理念設(shè)計建設(shè),課程目標(biāo)分為知識、應(yīng)用、整合、情感、價值、學(xué)習(xí)6個維度。其中,知識維度是使學(xué)生達(dá)到具有正確選取和使用常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法的能力;應(yīng)用維度是能夠依據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)和實際需求選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)算法,能應(yīng)用標(biāo)注數(shù)據(jù)、無標(biāo)注數(shù)據(jù)解決分類、回歸和標(biāo)注等方面的學(xué)習(xí)問題,對獲得的有效結(jié)論能進(jìn)行分析和評價。整合維度是能將專業(yè)能力、綜合素養(yǎng)和雙創(chuàng)精神有機(jī)統(tǒng)一,發(fā)現(xiàn)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的新問題、產(chǎn)生新想法、創(chuàng)意新方案或新產(chǎn)品;情感維度是認(rèn)識到應(yīng)用所學(xué)知識解決社會實際問題的重要性和意義,能針對具體問題,通過調(diào)研、溝通等多種方式進(jìn)行資料整理和研究,綜合靈活運用知識提出解決方案;價值維度是讓學(xué)生正確認(rèn)識人與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的關(guān)系,能在解決復(fù)雜工程問題的技術(shù)方案中體現(xiàn)人與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和諧發(fā)展的思想,樹立正面利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的價值觀;學(xué)習(xí)維度是使學(xué)生養(yǎng)成課前和課后利用各種線上線下資源自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣,養(yǎng)成在工程實踐中學(xué)習(xí)的習(xí)慣,培養(yǎng)快速迭代的學(xué)習(xí)力。6個維度的課程目標(biāo)有機(jī)融合、相輔相成,并支撐著學(xué)生畢業(yè)指標(biāo)中的具備專業(yè)工程知識能力、研究分析解決復(fù)雜工程問題能力、溝通能力以及終身學(xué)習(xí)能力,如圖1所示。本課程在高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、高級語言程序設(shè)計等基礎(chǔ)上,介紹分析常用機(jī)器學(xué)習(xí)的原理、技術(shù)和算法。課程內(nèi)容主要包括模型評估與選擇、線性模型、支持向量機(jī)、K近鄰法、聚類、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯分類器、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。

1.2課程思政融入設(shè)計

“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程思政的核心設(shè)計是要將“做人做事的基本道理、社會主義核心價值觀的根本要求、實現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任”這三方面精神融入課程教學(xué)過程。課程思政與思政課程不同,思政課程是直接、明晰的意識形態(tài)教育,而課程思政是要將思政元素融入專業(yè)課程,要做到基因式融入、立體化滲透、浸潤式演繹,做到潤物無聲、如鹽入味,這需要教學(xué)團(tuán)隊精心設(shè)計與籌備,鉆研思政融入的方法,把握融入的力度與精度。近年來,機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能領(lǐng)域的核心技術(shù),在各個應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)揮了積極的作用,如技術(shù)進(jìn)步、社會民生、國防安全、國家戰(zhàn)略等方面,該課程的思政融入設(shè)計以此為突破點,包括以下三個層次:1.2.1科技強(qiáng)國戰(zhàn)略——培養(yǎng)學(xué)生的科技自信和學(xué)習(xí)動力。作為新工科類專業(yè)課程,所面對的學(xué)生將是國家的科技生力軍。因此,學(xué)生不僅要埋頭苦學(xué)科技知識,更要具有放眼國家和世界發(fā)展的胸襟,要了解世界科技發(fā)展趨勢和國家發(fā)展戰(zhàn)略需求,厚植愛國情懷,強(qiáng)化責(zé)任擔(dān)當(dāng)。隨著第四次工業(yè)革命的到來,人類社會進(jìn)入了人工智能的新時代,科技強(qiáng)國更是成為每個國家的發(fā)展戰(zhàn)略。2016年5月30日,總書記在全國科技創(chuàng)新大會、兩院院士大會、中國科協(xié)第九次全國代表大會上發(fā)表重要講話,強(qiáng)調(diào)實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標(biāo),實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢,必須堅持走中國特色自主創(chuàng)新道路,面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求,加快各領(lǐng)域科技創(chuàng)新,掌握全球科技競爭先機(jī)??倳浀闹匾v話吹響了建設(shè)世界科技強(qiáng)國的號角,而人工智能領(lǐng)域的發(fā)展是其中的重要組成部分。本課程將向?qū)W生講解科技強(qiáng)國戰(zhàn)略中人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)部分的知識,以及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在機(jī)器人研發(fā)、智慧城市建設(shè)、神九飛天,蛟龍入海、天氣預(yù)報、全球抗擊肺炎疫情、中美貿(mào)易戰(zhàn)等方面發(fā)揮的作用,例如講解如何應(yīng)用隱馬爾可夫模型(HMM)對自然語言進(jìn)行分析處理和識別研究,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入人工智能技術(shù)創(chuàng)新這一熱門領(lǐng)域。這些思政元素的融入,為學(xué)生樹立了科技自信、指明了學(xué)習(xí)方向。1.2.2科技應(yīng)用的方向——培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和社會責(zé)任感。科學(xué)沒有國界,但科學(xué)家是有祖國的。手握科學(xué)技術(shù)這把利器,將他用向何方體現(xiàn)了科學(xué)家的家國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。在課程思政中融入科技應(yīng)用方向的元素,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊的社會與民生,通過講解機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在抗擊肺炎疫情中如何高效匯總、分析疫情數(shù)據(jù),在防疫物資生產(chǎn)、人員流調(diào)、防護(hù)措施決策等方面發(fā)揮的重要作用,如采用GIS(空間地理信息系統(tǒng))和空間聚類分析算法結(jié)合,掌握疫情在空間分布的規(guī)律和模式,針對不同地區(qū)采取不同的防護(hù)模式和防護(hù)準(zhǔn)備;世界衛(wèi)生組織當(dāng)前使用機(jī)器學(xué)習(xí)從大量在線數(shù)據(jù)中檢測新的公共衛(wèi)生事件的警報,并使用開源的傳染病智能(EIOS)平臺,將自然語言處理技術(shù)用于數(shù)據(jù)的處理、分類和組合。這些都體現(xiàn)了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的社會價值和科技價值。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注更多社會民生問題,如養(yǎng)老、醫(yī)療、在線學(xué)習(xí)、智慧北京等,如基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的人臉和手勢識別,減少接觸,增加人身和系統(tǒng)安全等。引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用學(xué)到的知識解決問題,并就小規(guī)模模擬場景提出技術(shù)路線。讓技術(shù)在解決民生問題時產(chǎn)生溫度,進(jìn)而成為溫暖社會的力量,讓學(xué)生體會到自我價值與社會價值的結(jié)合是技術(shù)研究與應(yīng)用的最高境界,做有為的新時代青年。1.2.3敬業(yè)精神——培養(yǎng)學(xué)生刻苦鉆研的工匠精神。兩千多年前,孔子就說過“執(zhí)事敬”“事思敬”“修己以敬”,宋朝朱熹提出“專心致志以事其業(yè)”,都指的是敬業(yè)精神。機(jī)器學(xué)習(xí)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的一個分支,融合了概率論、統(tǒng)計學(xué)、近似理論、復(fù)雜算法、模式識別等多學(xué)科交叉的知識,嚴(yán)謹(jǐn)而復(fù)雜。學(xué)習(xí)者和應(yīng)用者更應(yīng)該做到敬業(yè)、專注、精益。面對每一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法,要探究它的理論依據(jù)、推導(dǎo)過程、適用場景、優(yōu)化方向等,這些需要一絲不茍的態(tài)度和身體力行的實踐,需要耐心、專心、用心。比如在講授和學(xué)習(xí)KNN(K-NearestNeighbor,K最近鄰算法)的過程中,為了得到合適的優(yōu)化模型,需要對模型的參數(shù)進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練、不斷調(diào)整。在這個過程中,學(xué)生要專注每一次訓(xùn)練結(jié)果和參數(shù)調(diào)整的要點,要在挫折中不斷尋找成功的方向。學(xué)生在實踐中逐步培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、耐心、專注的品質(zhì)。這三個層次逐級深入,從宏觀到微觀,從思想到實踐,從家國情懷到工匠精神,將“做人做事的基本道理、社會主義核心價值觀的要求、實現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任”與“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程相結(jié)合,讓課程成為育人主渠道。

2課程思政實施步驟

課程思政的實施是有計劃、有步驟的,要做到潤物無聲、如鹽入味,更要在思政的設(shè)計和實踐中下足力氣,落實、落細(xì)、落小?!皺C(jī)器學(xué)習(xí)”課程思政的實施可分為三個步驟:課前、課中和課后,如圖2所示。(1)在課前,教師要做到教育者先受教育,不斷提升自己在專業(yè)知識、思想意識、愛國情懷等方面的素養(yǎng)和能力,在武裝頭腦的基礎(chǔ)上,指導(dǎo)工作,推動實踐。對于新工科類課程,教師不斷適應(yīng)時展需求,不斷學(xué)習(xí)、鉆研科技前沿技術(shù)與問題,對學(xué)生也是一種勇攀科技高峰的言傳身教。教師要具備讓學(xué)生敬重的學(xué)問與品行,要以自己的理想信念、道德情操、扎實學(xué)識、仁愛之心、言傳身教,讓學(xué)生耳濡目染。在備課的過程中,深挖思政元素并將其合理融入課程。(2)課堂上,以春風(fēng)化雨的方式,將科技強(qiáng)國和家國情懷等思政元素融入知識講解,通過案例分析和討論,提升學(xué)生分析問題和辨別是非的能力。課程思政的融入,不僅體現(xiàn)在思政元素與課程內(nèi)容的結(jié)合上,也體現(xiàn)在教師講解的語氣、臉部的表情以及肢體語言上,是一個渾然天成的過程。(3)在課后,通過布置體會社會民生與技術(shù)發(fā)展的調(diào)研作業(yè),培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注社會、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,同時提升其團(tuán)隊合作能力和自學(xué)能力,讓學(xué)生不斷積累社會責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)意識,并感受技術(shù)的溫度。

3總結(jié)

2018年7月,總書記在全國組織工作會議上強(qiáng)調(diào):“實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興,堅持和發(fā)展中國特色社會主義,關(guān)鍵在黨,關(guān)鍵在人,歸根到底在培養(yǎng)造就一代又一代可靠接班人。”[4]因此,要全面推進(jìn)課程思政建設(shè),將課程思政融入課堂教學(xué)全過程。機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能時代的核心技術(shù),融合了多學(xué)科的知識,在社會發(fā)展和國家戰(zhàn)略上都發(fā)揮著重要作用。因此,用好、用對機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞男聲r代新工科人才,是“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程思政教學(xué)改革不斷前進(jìn)的方向。

參考文獻(xiàn)

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[2]教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知[EB/OL].(2020-05-28).

[3]韓憲洲.論課程思政建設(shè)中的幾個基本問題:課程思政是什么、為什么、怎么干、怎么看[J].北京教育(高教版),2020(5):48-50.

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[6]韓憲洲.以課程思政推動立德樹人的實踐創(chuàng)新[J].中國高等教育,2019(23):12-14.

作者:商新娜 宏晨 田娥 夏齊霄 單位:北京聯(lián)合大學(xué)機(jī)器人學(xué)院