機(jī)器學(xué)習(xí)課程思政教學(xué)改革探析

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摘要:課程思政是高等教育的理念創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和實(shí)踐創(chuàng)新，“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程是人工智能時(shí)代新工科的核心課程之一，時(shí)代性和應(yīng)用性強(qiáng)，課程思政從科技強(qiáng)國(guó)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(rùn)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(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)：“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道,思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng),提升思想政治教育親和力和針對(duì)性,滿足學(xué)生成長(zhǎng)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(jiǎn)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(diǎn)，圍繞政治認(rèn)同、家國(guó)情懷、文化素養(yǎng)、憲法法治意識(shí)、道德修養(yǎng)等重點(diǎn)，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(shí)和能力”[2]，對(duì)推進(jìn)高校課程思政建設(shè)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)和全面指導(dǎo)。北京聯(lián)合大學(xué)把課程思政作為落實(shí)立德樹人的基礎(chǔ)性和全面性工作，在實(shí)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(jià)值引領(lǐng)、知識(shí)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(zhǎng)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(dòng)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(duì)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(jì)

1.1課程建設(shè)目標(biāo)與內(nèi)容

按照學(xué)校對(duì)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(jì)建設(shè)，課程目標(biāo)分為知識(shí)、應(yīng)用、整合、情感、價(jià)值、學(xué)習(xí)6個(gè)維度。其中，知識(shí)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(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)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(duì)獲得的有效結(jié)論能進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。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(shí)到應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決社會(huì)實(shí)際問題的重要性和意義，能針對(duì)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(yùn)用知識(shí)提出解決方案；價(jià)值維度是讓學(xué)生正確認(rèn)識(shí)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(jià)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(shí)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(gè)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(shí)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(jì)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)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(píng)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(jì)

“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程思政的核心設(shè)計(jì)是要將“做人做事的基本道理、社會(huì)主義核心價(jià)值觀的根本要求、實(shí)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(shí)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(rùn)式演繹，做到潤(rùn)物無聲、如鹽入味，這需要教學(xué)團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)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(gè)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(huì)民生、國(guó)防安全、國(guó)家戰(zhàn)略等方面，該課程的思政融入設(shè)計(jì)以此為突破點(diǎn)，包括以下三個(gè)層次：1.2.1科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略——培養(yǎng)學(xué)生的科技自信和學(xué)習(xí)動(dòng)力。作為新工科類專業(yè)課程，所面對(duì)的學(xué)生將是國(guó)家的科技生力軍。因此，學(xué)生不僅要埋頭苦學(xué)科技知識(shí)，更要具有放眼國(guó)家和世界發(fā)展的胸襟，要了解世界科技發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略需求，厚植愛國(guó)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(huì)進(jìn)入了人工智能的新時(shí)代，科技強(qiáng)國(guó)更是成為每個(gè)國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略。2016年5月30日，總書記在全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第九次全國(guó)代表大會(huì)上發(fā)表重要講話，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)，必須堅(jiān)持走中國(guó)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(chǎng)、面向國(guó)家重大需求，加快各領(lǐng)域科技創(chuàng)新，掌握全球科技競(jìng)爭(zhēng)先機(jī)?？倳浀闹匾v話吹響了建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的號(hào)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(guó)戰(zhàn)略中人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)部分的知識(shí)，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(bào)、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(duì)自然語言進(jìn)行分析處理和識(shí)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(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感。科學(xué)沒有國(guó)界，但科學(xué)家是有祖國(guó)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(guó)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(huì)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(duì)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(cè)新的公共衛(wèi)生事件的警報(bào)，并使用開源的傳染病智能（EIOS）平臺(tái)，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(huì)價(jià)值和科技價(jià)值。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注更多社會(huì)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(shì)識(shí)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(shí)解決問題，并就小規(guī)模模擬場(chǎng)景提出技術(shù)路線。讓技術(shù)在解決民生問題時(shí)產(chǎn)生溫度，進(jìn)而成為溫暖社會(huì)的力量，讓學(xué)生體會(huì)到自我價(jià)值與社會(huì)價(jià)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(shí)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(gè)分支，融合了概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、近似理論、復(fù)雜算法、模式識(shí)別等多學(xué)科交叉的知識(shí)，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(duì)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(chǎng)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(shí)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(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練、不斷調(diào)整。在這個(gè)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(diǎn)，要在挫折中不斷尋找成功的方向。學(xué)生在實(shí)踐中逐步培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、耐心、專注的品質(zhì)。這三個(gè)層次逐級(jí)深入，從宏觀到微觀，從思想到實(shí)踐，從家國(guó)情懷到工匠精神，將“做人做事的基本道理、社會(huì)主義核心價(jià)值觀的要求、實(shí)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(shí)施步驟

課程思政的實(shí)施是有計(jì)劃、有步驟的，要做到潤(rùn)物無聲、如鹽入味，更要在思政的設(shè)計(jì)和實(shí)踐中下足力氣，落實(shí)、落細(xì)、落小?！皺C(jī)器學(xué)習(xí)”課程思政的實(shí)施可分為三個(gè)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(shí)、思想意識(shí)、愛國(guó)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(dòng)實(shí)踐。對(duì)于新工科類課程，教師不斷適應(yīng)時(shí)展需求，不斷學(xué)習(xí)、鉆研科技前沿技術(shù)與問題，對(duì)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(shí)學(xué)識(shí)、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(guó)和家國(guó)情懷等思政元素融入知識(shí)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(gè)渾然天成的過程。（3）在課后，通過布置體會(huì)社會(huì)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(huì)、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，同時(shí)提升其團(tuán)隊(duì)合作能力和自學(xué)能力，讓學(xué)生不斷積累社會(huì)責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)意識(shí)，并感受技術(shù)的溫度。

3總結(jié)

2018年7月，總書記在全國(guó)組織工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)：“實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興，堅(jiān)持和發(fā)展中國(guó)特色社會(huì)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?！盵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(shí)代的核心技術(shù)，融合了多學(xué)科的知識(shí)，在社會(huì)發(fā)展和國(guó)家戰(zhàn)略上都發(fā)揮著重要作用。因此，用好、用對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞男聲r(shí)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).

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[6]韓憲洲.以課程思政推動(dòng)立德樹人的實(shí)踐創(chuàng)新[J].中國(guó)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