基于OBE理念的“機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索

摘 要 隨著學(xué)科交叉趨勢的發(fā)展，越來越多的本科專業(yè)開設(shè)了機(jī)器學(xué)習(xí)課程。文章梳理了“機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)”課程在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、思政元素等方面存在的問題，在此基礎(chǔ)上結(jié)合OBE理念，從調(diào)整教學(xué)目標(biāo)、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、挖掘思政元素、豐富教學(xué)方法、多元教學(xué)評價(jià)、加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等角度，提出了“機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革路徑，旨在提升專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 OBE理念；機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)；教學(xué)改革；探索

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.3.029

Exploration of Teaching Reform for \"Foundation of Machine Learning\"

Course Based on OBE Concept

CHU Xiaolin， WANG Jiangpan， DING Xue

（School of Financial Technology， Shanghai Lixin University of Accounting and Finance， Shanghai 201209）

Abstract With the development of interdisciplinary trends， more and more undergraduate majors offer machine learning courses. This paper reviews the challenges faced by the course \"Fundamentals of Machine Learning\" in terms of teaching content， experimental projects， ideological and political elements. On this basis， combined with the concept of OBE， this paper proposes to explore the teaching reform of \"Foundation of Machine Learning\" from the perspectives of adjusting teaching objectives， reconstructing teaching content， developing experimental projects， exploring ideological and political elements， enriching teaching methods， diversified teaching evaluation， strengthening team building， etc.， in order to improve the quality of professional talent training.

Keywords OBE concept; fundamentals of machine learning; teaching reform; exploration

近年來，人工智能的快速發(fā)展加劇了全球范圍內(nèi)科技人才的競爭。新文科、新工科建設(shè)背景下，各高校相繼開設(shè)機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等人工智能相關(guān)課程[1]。機(jī)器學(xué)習(xí)涉及概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、微積分、最優(yōu)化等多門學(xué)科交叉[2]，要求學(xué)生掌握機(jī)器學(xué)習(xí)經(jīng)典算法，注重其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，設(shè)計(jì)好機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)，對于培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的復(fù)合型人才十分關(guān)鍵。

成果導(dǎo)向教育（Outcome-based education，OBE）理念是一種強(qiáng)調(diào)以成果為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)組織、以問題為導(dǎo)向、任務(wù)為驅(qū)動，持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)模式[3]。該理論由Spady于1994年提出，隨后在教育領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，它在學(xué)生取得何種學(xué)習(xí)效果、為何要取得這樣的學(xué)習(xí)效果，以及如何有效幫助學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)效果等問題中發(fā)揮了重要作用。

本文從教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐項(xiàng)目、思政元素等方面，梳理了“機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中現(xiàn)存的問題。基于OBE理念，設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、挖掘思政元素、豐富教學(xué)方法、多元教學(xué)評價(jià)、加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，探究基于OBE理念的課程教學(xué)改革。

1" 課程教學(xué)現(xiàn)存的問題

機(jī)器學(xué)習(xí)課程具有綜合交叉的特點(diǎn)，課程教學(xué)內(nèi)容主要涵蓋線性回歸、邏輯回歸、決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、貝葉斯分類器、集成學(xué)習(xí)、聚類等有監(jiān)督、無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)算法理論，以及基于Python語言采用sk―learn庫編程實(shí)現(xiàn)解決醫(yī)療診斷、情感分析、客戶分析、金融風(fēng)險(xiǎn)管控、推薦系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域的典型問題[4]。

1.1" 教學(xué)內(nèi)容架構(gòu)有待調(diào)整

課程理論知識繁多，不同機(jī)器學(xué)習(xí)算法之間相對獨(dú)立，系統(tǒng)性不強(qiáng)。針對不同機(jī)器學(xué)習(xí)算法章節(jié)匯編的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，往往是數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過處理，并適合采用當(dāng)前的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來解決。然而，實(shí)際工程是以實(shí)際項(xiàng)目需求為出發(fā)點(diǎn)，涉及基礎(chǔ)問題確定、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、模型構(gòu)建、模型評價(jià)、模型優(yōu)化等多個環(huán)節(jié)，打破了章節(jié)界限，要求學(xué)生能夠靈活應(yīng)用所學(xué)知識，探索出最適合的解決方法[5]。

1.2" 實(shí)踐項(xiàng)目開發(fā)有待提高

當(dāng)前，課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要來源于教材配套、參考教材匯編、網(wǎng)絡(luò)資源整理、財(cái)經(jīng)類項(xiàng)目開發(fā)等。然而，高校教師對于實(shí)際項(xiàng)目接觸較少，難以開發(fā)出符合企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目側(cè)重于學(xué)生練習(xí)所學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，缺乏對知識遷移的深度思考，未能在有限的上課時(shí)間里領(lǐng)悟?qū)嶋H項(xiàng)目開展的復(fù)雜性，不利于激發(fā)學(xué)生主動思考的興趣。

1.3" 思政元素挖掘不夠

教師挖掘思政元素往往從時(shí)事政治、熱門新聞、法律法規(guī)等角度出發(fā)，存在部分課程教學(xué)內(nèi)容與思政素材關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的問題。因此，教師應(yīng)結(jié)合學(xué)校定位、經(jīng)濟(jì)學(xué)學(xué)科特色、編程類課程特點(diǎn)，深度挖掘思政元素，結(jié)合不同的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，設(shè)計(jì)巧妙、自然融合思政元素的路徑，以有機(jī)融合知識教育與思政教育，實(shí)現(xiàn)“春風(fēng)化雨、潤物無聲”。

2" 基于OBE理念的課程教學(xué)改革

2.1" 調(diào)整教學(xué)目標(biāo)

在專業(yè)人才培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上，基于OBE理念，結(jié)合學(xué)情教情分析，確定課程教學(xué)目標(biāo)。知識維度：學(xué)生能描述掌握常見機(jī)器學(xué)習(xí)算法的主要思想和步驟；掌握如何高效、便利地組織和管理大規(guī)模數(shù)據(jù)。能力維度：學(xué)生能理論聯(lián)系實(shí)際，采用不同的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，解決實(shí)際問題的實(shí)驗(yàn)技能和動手能力，并能夠自主分析問題。素養(yǎng)維度：學(xué)生能正確使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法的信息素養(yǎng)；樹立終身學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的觀念；培養(yǎng)誠實(shí)守信、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度；具有愛校榮校、熱愛祖國的意識。

2.2" 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

授課前，教師發(fā)放問卷，了解學(xué)生前期課程修讀情況。根據(jù)學(xué)生是否已完成“Python數(shù)據(jù)分析”“網(wǎng)絡(luò)爬蟲數(shù)據(jù)采集實(shí)踐”等課程，對本課程的基本內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)充[6]。此外，通過企業(yè)調(diào)研、專家訪談等方式，了解企業(yè)對于機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)崗位人才的訴求。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增設(shè)多層次的綜合實(shí)驗(yàn)，引入企業(yè)專家開發(fā)案例、教師部分科研成果，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的應(yīng)用性以及財(cái)經(jīng)類院校的特色。

2.3" 開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

聚焦行業(yè)需求，開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研合作意識，邀請企業(yè)、行業(yè)實(shí)務(wù)專家參與項(xiàng)目組集體研討，了解上市公司財(cái)務(wù)舞弊、期貨量化擇時(shí)策略等實(shí)際項(xiàng)目需求，開發(fā)項(xiàng)目需求分析、方案論證、方案設(shè)計(jì)、模型構(gòu)建、模型優(yōu)化等完整的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。盡力找到最優(yōu)機(jī)器學(xué)習(xí)模型后，引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，增強(qiáng)學(xué)生的探索精神。

2.4" 挖掘思政元素

結(jié)合學(xué)校、學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)，深度挖掘思政元素。例如學(xué)校秉承“立信”校訓(xùn)、弘揚(yáng)“立誠明德，經(jīng)世致用”的大學(xué)精神，教師在課程教學(xué)中可重點(diǎn)融入培養(yǎng)誠信職業(yè)道德、不忘立信初心，牢記歷史使命的思政元素。本課程為經(jīng)濟(jì)學(xué)本科生專業(yè)課程，專業(yè)主要為金融科技企業(yè)、第三方金融服務(wù)機(jī)構(gòu)及相關(guān)企事業(yè)單位、政府部門培養(yǎng)人才，分析得出學(xué)生應(yīng)具有團(tuán)隊(duì)合作、吃苦耐勞、工匠精神等職業(yè)素養(yǎng)。機(jī)器學(xué)習(xí)具有快速更新迭代的特點(diǎn)，需要相關(guān)從業(yè)者不斷更新知識儲備。通過對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及思政元素的改革，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的理念，增強(qiáng)對國家安全的意識。課程教學(xué)設(shè)計(jì)舉例如表1（p90）。

2.5" 豐富教學(xué)方法

采用線上線下混合式教學(xué)模式，遵循教育教學(xué)和學(xué)生成長的規(guī)律，落實(shí)OBE教學(xué)理念。首先，課前借助超星學(xué)習(xí)通，將知識點(diǎn)、課程相關(guān)案例設(shè)置為任務(wù)點(diǎn)，發(fā)布“討論”話題，引導(dǎo)學(xué)生自主探索獲取或回顧補(bǔ)充知識。其次，課中基于課前學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析，充分運(yùn)用案例教學(xué)法、探究教學(xué)法等以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生利用課程理論知識解決實(shí)際問題。最后，課后通過發(fā)布進(jìn)階作業(yè)及開展答疑解惑，引導(dǎo)學(xué)生深度思考，完成知識鞏固和遷移學(xué)習(xí)。

2.6" 多元教學(xué)評價(jià)

本課程兼顧平時(shí)和期末考核。平時(shí)考核包括課堂考勤、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、線上學(xué)習(xí)、綜合實(shí)驗(yàn)等部分，依托線上超星記載以及線下記錄，側(cè)重于考查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、思辨能力以及動手實(shí)踐能力。此外綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)采用學(xué)生自評、生生互評、教師點(diǎn)評的方式進(jìn)行，最大程度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。期末考核采用試卷方式進(jìn)行，側(cè)重反映學(xué)生對于課程知識點(diǎn)的掌握程度、邏輯能力以及思考能力。

2.7" 加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員以線上或線下集體備課演示的方式進(jìn)行教學(xué)經(jīng)驗(yàn)分享交流。尤其是組織青年教師通過分享在本課程以及Python數(shù)據(jù)分析等相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)過程中遇到的教學(xué)改革困難，積極討論尋找解決共性問題的方式。深入開展教學(xué)反思，力爭做到取長補(bǔ)短，在教學(xué)中貫徹OBE教學(xué)理念。此外，鼓勵團(tuán)隊(duì)成員積極參與各類教師培訓(xùn)及各類教學(xué)競賽，全方位提升教學(xué)水平。

3" 結(jié)語

機(jī)器學(xué)習(xí)是一門多領(lǐng)域交叉的學(xué)科，課程授課過程中，在教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐項(xiàng)目、思政元素等方面面臨一些挑戰(zhàn)。本文基于OBE教學(xué)理念對“機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革進(jìn)行研究。從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、思政元素、教學(xué)方法、教學(xué)評價(jià)、團(tuán)隊(duì)建設(shè)等多個角度提出課程教學(xué)改革思路，從而提高學(xué)生對于課程的深度理解，更好地培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

*通訊作者：楚曉琳

基金項(xiàng)目：2023年上海立信會計(jì)金融學(xué)院高地大創(chuàng)新人才培養(yǎng)類項(xiàng)目競爭性項(xiàng)目“基于OBE理念的《機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革”；2022年上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃“《機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)》課程思想政治教育元素梳理、《機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)》課程在線教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施”（ZZ202220029）；2021年上海立信會計(jì)金融學(xué)院校級金課建設(shè)項(xiàng)目“《機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)》校級混合式教學(xué)金課”。

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