基于分組學(xué)習(xí)的研究生前沿課程教學(xué)模式探討與實踐
——以“人工智能安全與實踐”教學(xué)為例

袁開國，徐天嶺，李小勇

（北京郵電大學(xué) a.網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院；b.研究生院，北京 100876）

研究生課程學(xué)習(xí)是研究生教育的重要組成部分，在研究生培養(yǎng)過程有著重要的作用。教育部2014年印發(fā)的《關(guān)于改進和加強研究生課程建設(shè)的意見》明確提出：“課程學(xué)習(xí)是我國學(xué)位和研究生教育制度的重要特征，是保障研究生培養(yǎng)質(zhì)量的必備環(huán)節(jié)，在研究生成長成才中具有全面、綜合和基礎(chǔ)性作用。”［1］

課程學(xué)習(xí)是研究生培養(yǎng)過程的必備環(huán)節(jié)，課程教學(xué)模式直接影響研究生培養(yǎng)質(zhì)量。教育部、國家發(fā)展改革委、財政部于2020年印發(fā)的《關(guān)于加快新時代研究生教育改革發(fā)展的意見》明確提出：“加強課程教材建設(shè)，提升研究生課程教學(xué)質(zhì)量。培養(yǎng)單位要緊密結(jié)合經(jīng)濟社會發(fā)展需要，完善課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容的審批機制，優(yōu)化課程體系，加強教材建設(shè)，創(chuàng)新教學(xué)方式，突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)，加強體育美育和勞動實踐教育。”［2］因此，完善研究生課程設(shè)置及創(chuàng)新課程教學(xué)方式，是提升研究生教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。研究生課程設(shè)置應(yīng)面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才。人工智能是世界科技前沿的重要領(lǐng)域，本文以“人工智能安全與實踐”課程為例，闡述了傳統(tǒng)教學(xué)模式的問題，設(shè)計了一套能夠激發(fā)研究生學(xué)習(xí)探索的主動性、鍛煉其批判性思維、培養(yǎng)其創(chuàng)新能力的教學(xué)方式，以期提升研究生的培養(yǎng)質(zhì)量，推動研究生教育對國家戰(zhàn)略發(fā)展的支持服務(wù)作用。

一、研究生課程教學(xué)的現(xiàn)狀

（一）教學(xué)框架既定，教學(xué)內(nèi)容陳舊

當今世界正處于百年未有之大變局，正在經(jīng)歷一場更大范圍、更深層次的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。“大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)不斷取得突破，新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)層出不窮”［3］。所以，研究生課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊跟時代的發(fā)展，不斷地變化和更新。原有的教學(xué)大綱、教授方式，更多的是單純考慮學(xué)科特點，注重課程知識的輸出傳遞，教學(xué)模式既定，教學(xué)內(nèi)容陳舊，而且與本科課程教學(xué)區(qū)分度不夠。總體來說，作為研究生專業(yè)課教師，如果教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)內(nèi)容與社會發(fā)展需求相脫節(jié)，就是對國家戰(zhàn)略發(fā)展需要的認識不足、站位不高。

（二）缺乏對研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

大部分研究生課程的教學(xué)模式與本科生課程教學(xué)模式相似，仍主要是知識點的灌輸，教師是知識傳輸?shù)闹黧w，研究生是被動接收信息的客體，缺乏師生互動。在教學(xué)過程中，以灌輸和接收的方式進行教學(xué)，容易讓研究生誤認為教師傳遞的知識就是學(xué)習(xí)的天花板，缺乏自主學(xué)習(xí)以及批判思維。“研究生在無條件地接受教師灌輸?shù)倪^程中，容易產(chǎn)生逆反心理，與教師產(chǎn)生情感對立”［4］。另外，共同上課的研究生之間缺乏互動。傳統(tǒng)的上課教室大多是并排的座椅，授課模式主要是教師講、學(xué)生聽，學(xué)生之間的交流機會很少，缺乏團隊協(xié)作、共同探討的環(huán)境。

（三）學(xué)習(xí)效果考核單一，學(xué)習(xí)效果反饋周期長

學(xué)習(xí)效果考核不僅是檢驗研究生學(xué)習(xí)成效的手段，也是激勵研究生學(xué)習(xí)主動性的有效方式。原有的教學(xué)考核成績大多僅通過期末考試或期末作業(yè)一次決定，教師作為唯一評判主體確定成績，研究生沒有參與到學(xué)習(xí)效果評價之中，缺乏研究生之間學(xué)術(shù)研討的氛圍。另外，學(xué)習(xí)效果考核是激勵研究生學(xué)習(xí)主動性的方式，且最能激發(fā)研究生產(chǎn)生學(xué)習(xí)內(nèi)部動力的是在學(xué)習(xí)過程中不斷獲得成功的愉悅體驗［5］，但是通過期末考試或期末作業(yè)來反饋研究生的學(xué)習(xí)效果，反饋周期太長，研究生不能及時看到自己的研究成效，對自己研究上取得的進步和付出沒有獲得明確的反饋，無法很好地起到激勵作用。

研究生教育作為國民教育的頂端，是培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的主要渠道，在新時代背景下，社會對研究生教育提出了新要求。傳統(tǒng)教學(xué)模式下的人才培養(yǎng)方式，不利于培養(yǎng)國家需要的拔尖創(chuàng)新人才。目前，國內(nèi)有不少關(guān)于研究生教學(xué)模式改革案例的研究，其中文獻［4］提出，基于問題的教學(xué)模式（PBL），從教師的“教”轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的“學(xué)”，但是仍存在一定的局限性，比如對學(xué)生“學(xué)”的內(nèi)生動力激勵。研究生教學(xué)是研究生培養(yǎng)的必備環(huán)節(jié)，改革研究生教學(xué)模式和創(chuàng)新研究生教學(xué)方式是新時代研究生任課教師義不容辭的責(zé)任。

二、創(chuàng)新教學(xué)模式研究

針對傳統(tǒng)教學(xué)過程存在的問題，本文從師生關(guān)系、生生關(guān)系、即時反饋、創(chuàng)新訓(xùn)練和內(nèi)容增長等方面開展研究。

（一）注重研究生自主學(xué)習(xí)，激發(fā)研究生學(xué)習(xí)探索主動性

研究生的學(xué)習(xí)狀態(tài)可分為主動學(xué)習(xí)狀態(tài)和被動學(xué)習(xí)狀態(tài)。從心理學(xué)的角度來說，主動學(xué)習(xí)狀態(tài)能起到事半功倍的效果，同時是挖掘自身潛能的主要途徑。“從本質(zhì)上講，自主學(xué)習(xí)是一種深度學(xué)習(xí)，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新”［6］。本文提出的分組學(xué)習(xí)課堂組織方式，從以下幾個方面激發(fā)了研究生自主學(xué)習(xí)的動力：一是從注重教師的“教”轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅匮芯可摹皩W(xué)”，讓研究生深度參與課堂，真正成為課堂的“主人”。作為一門前沿實踐課程，“人工智能安全與實踐”課程鼓勵研究生選擇其感興趣研讀和驗證的前沿論文，尊重研究生的學(xué)習(xí)興趣，由教師引導(dǎo)，師生之間展開充分的討論，教學(xué)相長，大大增加研究生的學(xué)習(xí)自主性。二是組成學(xué)習(xí)小組增加研究生之間的交流以及團隊合作意識，增加學(xué)習(xí)的互動性和協(xié)作性。組內(nèi)成員之間要相互幫助，一起探索解決問題，不僅可以增加學(xué)習(xí)興趣，同時能夠增加刻苦鉆研的內(nèi)部動力。三是每一次分組學(xué)習(xí)都要進行學(xué)習(xí)成果評價，不能僅到期末考試才獲得課程學(xué)習(xí)效果評價，及時的評價反饋能持續(xù)增加研究生繼續(xù)保持自主學(xué)習(xí)探索的動力。

（二）加強團隊合作，培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力

創(chuàng)新能力實際上就是一種創(chuàng)造力，“創(chuàng)造力的認知心理學(xué)研究取向認為，創(chuàng)造是每個人能經(jīng)歷的基本的認知加工過程，它關(guān)注個體在創(chuàng)造性認知過程中的心理機制”［6］。分組學(xué)習(xí)+自由選擇研讀文獻，再進行文獻驗證研討的方式，給研究生創(chuàng)造了寬松的探索學(xué)習(xí)環(huán)境，不僅有利于研究生了解、記住知識點，而且可以一步步引導(dǎo)研究生探索，從文獻研讀（理解）到文獻驗證（應(yīng)用），再到找出缺陷（發(fā)現(xiàn)不足）、提出解決方案（創(chuàng)新），幫助研究生養(yǎng)成良好的探索學(xué)習(xí)習(xí)慣，不斷鍛煉研究生的批判性思維，為培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力提供重要的心理準備。同時，通過組建學(xué)習(xí)小組的方式合作完成論文的研讀、驗證，提出更優(yōu)解決方案，充分調(diào)動小組成員的學(xué)習(xí)探索積極性，因為成員的學(xué)習(xí)效果直接影響著小組的成績。“在合作創(chuàng)造中會產(chǎn)生責(zé)任動機或聯(lián)合動機，責(zé)任動機能督促合作者之間自覺地承擔(dān)自己的責(zé)任，提高了合作者的內(nèi)部動機”［7］。另外，學(xué)習(xí)小組成員可能性別不同、導(dǎo)師不同、專業(yè)不同、省份不同，能激發(fā)不同視角、不同學(xué)科之間的探討，開闊研究生的創(chuàng)新視野并拓展思維。

（三）精心設(shè)計課堂組織流程，確保學(xué)習(xí)效果

國內(nèi)關(guān)于研究生教學(xué)方法的研究不少，主要包括案例式教學(xué)、研討式教學(xué)、基于問題提出的教學(xué)等，都是對傳統(tǒng)授課教學(xué)方法的改進，讓研究生更多地參與課堂中，發(fā)揮研究生自主學(xué)習(xí)的動力。課堂組織有序，研究生自主學(xué)習(xí)，不是教師放任不管，而是教師更注重課堂的組織和引導(dǎo)，避免教學(xué)組織形式流于表面。“人工智能安全與實踐”課程制定了完善的課程組織程序，包括考勤管理、文獻閱讀搶注、文獻驗證搶注、小組流動紅旗等；加強了成績規(guī)則的設(shè)計、前沿課程的教學(xué)，學(xué)習(xí)考核注重平時課堂的學(xué)習(xí)情況，期末考核成績占比較小。在平時成績打分時，作為評議組的學(xué)習(xí)小組，按評議維度評議文獻閱讀組和文獻驗證組，根據(jù)評議維度分值打分；教師作為各學(xué)習(xí)小組的協(xié)調(diào)者，需要監(jiān)督評議組，根據(jù)打分規(guī)則給評議組打分。通過精心設(shè)計課堂組織程序及成績規(guī)則，激勵小組成員在課前自主探索學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)文獻中的深層次問題，課堂專心投入，確保每一堂課的學(xué)習(xí)效果。

三、基于分組學(xué)習(xí)的研究生前沿課程教學(xué)模式實踐——以“人工智能安全與實踐”課程為例

人工智能作為第四次工業(yè)革命的重要組成部分，對人類的進步與發(fā)展有著舉足輕重的作用，大力發(fā)展人工智能技術(shù)已然是全球共識。然而，人工智能的安全問題給人工智能技術(shù)的發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)，研究人工智能安全對保障技術(shù)發(fā)展的意義不言而喻。

（一）內(nèi)容規(guī)劃

人工智能安全有三種不同的解釋：一是人工智能自身存在的安全風(fēng)險；二人工智能造成的安全風(fēng)險；三是人工智能用于解決網(wǎng)絡(luò)安全問題。“人工智能安全與實踐”課程聚焦于人工智能自身存在的安全問題，圍繞人工智能在模型訓(xùn)練、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型應(yīng)用和結(jié)果輸出等各個階段面臨的安全風(fēng)險和解決方案開展教學(xué)。

由于人工智能安全在全球范圍內(nèi)還處于理論研究階段，在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用較少，尚未形成完備的理論體系和實踐框架，因此，還沒有較為權(quán)威的教材和參考書供教學(xué)使用。“人工智能安全與實踐”課程在教學(xué)大綱的框架下，由教師和學(xué)生共同挑選前沿論文作為教學(xué)素材。

（二）組織框架

整個課程分為兩個階段：前4次課為講解階段，以教師PPT講解為主；后12次課為分組討論課，以學(xué)生分組討論為主。

在前4次課中，教師首先介紹在第四次工業(yè)革命處于領(lǐng)先地位對于國家和民族的重要意義，以及在這樣的歷史背景下開展人工智能安全研究的價值所在。之后介紹網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)的主要法律法規(guī)、標準規(guī)范、典型產(chǎn)品，以及人工智能平臺在現(xiàn)有條件下的防護方法，以及有待進一步研究的問題。

在后12次課中，每堂課開始，教師首先介紹一下本次課相關(guān)內(nèi)容的研究現(xiàn)狀和最新成果，然后開展論文驗證講解、驗證評議以及教師分析，接著進行論文閱讀講解、驗證評議以及教師分析，之后組織全班集體討論本次課程中可能存在的創(chuàng)新，最后教師總結(jié)課堂內(nèi)容，給出課堂相關(guān)內(nèi)容的創(chuàng)新方向和具體要點，供學(xué)生繼續(xù)研究或論文編寫。

（三）教學(xué)開展

為了讓教學(xué)過程充分激發(fā)學(xué)生的活力，組織學(xué)生在多元化原則下自行分組：一是每組學(xué)生4～5人；二是同寢室的學(xué)生不能同組；三是同省份的學(xué)生不能同組；四是同組必有不同性別；五是同組必須有博士研究生和碩士研究生。

為了讓同一小組內(nèi)的學(xué)生之間充分合作，每次課程結(jié)束前，教師從自己選擇和學(xué)生建議的論文中，挑選2篇論文作為下次課大家共享閱讀和研討的對象，并給出每篇論文的閱讀難度系數(shù)；在教師公布論文名稱之后，由最先搶到報名資格的兩個小組承擔(dān)論文閱讀、講解任務(wù)。與此同時，每個小組設(shè)立一名組長，小組獲得的成績?yōu)榻M長成績，組員成績由組長根據(jù)組員的貢獻全權(quán)自主決定（不高于小組成績）。

為了提高學(xué)生的動手能力和認識深度，在每篇論文閱讀講解結(jié)束后，教師給出該論文的驗證難度系數(shù)，由搶到報名資格的一個小組對論文進行驗證和改進，并在下次課上向大家展示驗證的效果，講解驗證過程，提出改進建議，并將論文驗證的代碼免費開源。

為了讓教學(xué)過程充滿競爭性，可以采取以下措施：一是在每篇論文的驗證講解和閱讀講解結(jié)束后，最先搶到報名資格的兩個小組可以對論文驗證講解和閱讀講解進行同行評議和打分，該打分即為論文閱讀小組的最終成績；二是為了保證論文評議小組客觀、理性地打分，評議結(jié)束后，教師要分析評議的合理性，并給評議小組打分，作為評議小組的最終成績；三是在每次課堂結(jié)束后，給當堂課得分最高的小組頒發(fā)流動紅旗，并給予成績獎勵。

四、教學(xué)效果及后續(xù)改進

基于分組學(xué)習(xí)的研究生前沿課程教學(xué)模式，在課堂組織程序、成績規(guī)則設(shè)計、課堂管理方式等一系列措施之下，以團隊合作開展分組學(xué)習(xí)，有助于提高研究生的自主學(xué)習(xí)能力，在這種課堂模式下，教師的作用主要是引導(dǎo)，不斷激勵研究生深度探索，鍛煉研究生的批判性思維，訓(xùn)練研究生的創(chuàng)新能力，養(yǎng)成研究生的創(chuàng)新思維習(xí)慣，為研究生成為拔尖創(chuàng)新人才做好前期準備。

分組學(xué)習(xí)教學(xué)模式在前沿課程“人工智能安全與實踐”中已經(jīng)試運行一學(xué)期，選課博士研究生和碩士研究生共36人。對課程的滿意度問卷調(diào)查結(jié)果顯示，超過90%的研究生對該課程的教師模式和課堂組織方式非常滿意，并反饋這門課對科研素養(yǎng)的訓(xùn)練很有效，對提高學(xué)術(shù)水平與創(chuàng)新能力有很大的幫助和啟發(fā)。在今后的教學(xué)實踐中，“人工智能安全與實踐”課程組教師將不斷優(yōu)化課堂組織，充分考慮選課研究生的培養(yǎng)層次以及專業(yè)背景，將已參加過這門課程學(xué)習(xí)的高年級研究生加入同行評議，激勵研究生自主學(xué)習(xí)，鍛煉其批評性思維，同時要加強多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)，發(fā)揮來自不同學(xué)科的團隊力量，提升研究生的創(chuàng)新能力，營造學(xué)術(shù)科研創(chuàng)新的氛圍。