朱弘飛，單子鵬，王 文

(上海大學(xué)計(jì)算中心，上海，200444)

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等標(biāo)志性技術(shù)的出現(xiàn)、應(yīng)用和普及，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命正如火如荼，方興未艾。從海量的信息和數(shù)據(jù)中分析數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律、聯(lián)系和發(fā)展趨勢，并在社會(huì)各行業(yè)和各領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用，已經(jīng)給社會(huì)發(fā)展帶來了非常多的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)和社會(huì)實(shí)用價(jià)值。因此，整個(gè)社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)分析類人才尤其是和人工智能結(jié)合的數(shù)據(jù)分析類人才需求呈爆炸式增長，現(xiàn)有的人才缺口非常大，可以預(yù)見在現(xiàn)階段及未來，數(shù)據(jù)分析和人工智能將是就業(yè)前景良好、薪資優(yōu)越、發(fā)展空間巨大的方向之一，尤其是有專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的專業(yè)人才將更加短缺和急需。而且，除了大數(shù)據(jù)時(shí)代社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)分析人才的需求外，還有學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析相關(guān)知識(shí)和技能的需求和各學(xué)科專業(yè)發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)分析課程教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)需求[1]。

上海市教委在2019年進(jìn)一步深化高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育改革中提出了“以提升信息素養(yǎng)、強(qiáng)化計(jì)算思維、深化融合應(yīng)用為主線，構(gòu)建多層次、多模塊、自構(gòu)建課程教學(xué)改革框架”的指導(dǎo)思想。為此，上海大學(xué)計(jì)算中心制定了一套整體的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程體系框架和改革方案。其中，“數(shù)據(jù)分析與人工智能”課程是理工類專業(yè)本科生計(jì)算機(jī)的核心課程之一。

1 存在的問題：影響“數(shù)據(jù)分析與人工智能”課程教學(xué)效果的不利因素

1.1 教師方面涉及的因素

(1)課程體系和教學(xué)內(nèi)容需要不斷更新。

“數(shù)據(jù)分析與人工智能”是一門跨領(lǐng)域的綜合性學(xué)科，包括統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)以及其他學(xué)科，內(nèi)容廣泛、理論知識(shí)深；另外，在包含基礎(chǔ)理論的同時(shí)，課程體系和教學(xué)內(nèi)容還應(yīng)該體現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和人工智能領(lǐng)域中的新發(fā)展和新動(dòng)態(tài)，要不斷進(jìn)行更新[2]。

(2)教師的業(yè)務(wù)水平和綜合素質(zhì)有待提高。

“數(shù)據(jù)分析與人工智能”學(xué)科是一門新興的正在蓬勃發(fā)展的學(xué)科，教師資源相對(duì)欠缺，水平也參差不齊，而且課程難度和需要不斷更新的要求提升了對(duì)教學(xué)資源和對(duì)教師素質(zhì)的要求。

(3)重課堂教學(xué)，輕實(shí)踐教學(xué)。

有的學(xué)生基礎(chǔ)較差，教師就盡量完整講授整個(gè)知識(shí)點(diǎn)，而忽略了計(jì)算機(jī)課程實(shí)踐的重要性；而且傳統(tǒng)的上機(jī)輔導(dǎo)方式要耗費(fèi)教師大量的精力與時(shí)間，導(dǎo)致學(xué)生無法得到及時(shí)的指導(dǎo)。

1.2 學(xué)生方面涉及的因素

(1)學(xué)習(xí)目的不明，動(dòng)力不足。

有的同學(xué)在高中或者大學(xué)階段的信息技術(shù)課程已經(jīng)接觸了人工智能的概念和初步知識(shí)，但認(rèn)為這些技術(shù)比較前沿，是頂尖的科學(xué)家才研究的領(lǐng)域，作為本科生沒有必要再深入下去，尤其是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，認(rèn)為這門課程跟自己所學(xué)專業(yè)無關(guān)，更不愿多花時(shí)間去學(xué)習(xí)該門課程。

(2)主動(dòng)解決問題能力較弱，想象空間較窄。

這門課程要求較強(qiáng)的問題解決能力，而有的同學(xué)思想較懶惰，不愿意主動(dòng)探究問題。

(3)初學(xué)者易產(chǎn)生畏難情緒。

初學(xué)者涉及課程中較難理解的數(shù)據(jù)建模、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等算法和實(shí)現(xiàn)內(nèi)容時(shí)，容易產(chǎn)生畏難情緒。

(4)重理論輕實(shí)踐。

由于習(xí)慣于傳統(tǒng)的教學(xué)型教學(xué)，學(xué)生容易產(chǎn)生依賴心理，不愿自己多動(dòng)手實(shí)踐，殊不知，用計(jì)算機(jī)解決問題的能力與投入的上機(jī)時(shí)間是成正比的。

(5)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣發(fā)生變化。

目前本課的教學(xué)對(duì)象主要是“00后”本科生，他們是在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代成長起來的，身上具有時(shí)代特點(diǎn)。他們注意力時(shí)間更短、見識(shí)廣、興趣多，更熱衷于在線學(xué)習(xí)[3]。

2 “數(shù)據(jù)分析與人工智能”課程教學(xué)模式研究：研究型教學(xué)

所謂研究型教學(xué)，也稱研討式教學(xué)，是指教師以課程內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)識(shí)積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識(shí)、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的新型教學(xué)模式[4]。

3 “數(shù)據(jù)分析與人工智能”課程教學(xué)實(shí)踐

3.1 編制詳細(xì)的研究型教學(xué)設(shè)計(jì)方案

“數(shù)據(jù)科學(xué)與人工智能”課程研究型教學(xué)設(shè)計(jì)方案相當(dāng)于一場演出的節(jié)目單，教師是導(dǎo)演和主持人，是場景的設(shè)計(jì)者和組織者，學(xué)生是演員和主角，它的主要內(nèi)容包括：教學(xué)日期、教學(xué)時(shí)數(shù)、教學(xué)內(nèi)容、討論主題、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、作業(yè)布置、教學(xué)方法和教學(xué)手段。

3.2 制定培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和高級(jí)思維的教學(xué)目標(biāo)

本課程的目標(biāo)不僅僅是教授基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本技能，而且包括思維能力的培養(yǎng)，而其中又以思維訓(xùn)練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心。因此，本課程從視野培養(yǎng)目標(biāo)、知識(shí)培養(yǎng)目標(biāo)、能力培養(yǎng)目標(biāo)、思維培養(yǎng)目標(biāo)4個(gè)維度制定了教學(xué)目標(biāo)。

3.3 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)方式為線上線下混合式教學(xué)模式

教學(xué)方式從傳統(tǒng)的“填鴨式”學(xué)習(xí)向研究型的“討論式”學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，具體做法是：

依托與教學(xué)信息化平臺(tái)的深度融合來輔助教學(xué)，教師在教學(xué)化信息平臺(tái)上提供豐富的講義、教學(xué)視頻、實(shí)踐題目、思考問題、拓展材料等豐富的教學(xué)資源，安排學(xué)生在課前完成線上自主預(yù)習(xí)，與線下面授有機(jī)結(jié)合，開展翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生課堂內(nèi)外、線上線下學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)，加強(qiáng)對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)，提升課程學(xué)習(xí)的深度。

教師在課堂上總結(jié)知識(shí)點(diǎn)的精華、難點(diǎn)，有助于學(xué)生綜合素養(yǎng)提高的內(nèi)容；一般描述性內(nèi)容由學(xué)生自學(xué)，以訓(xùn)練學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力。

“教”法——強(qiáng)調(diào)啟發(fā)和總結(jié)：

(1)采用歸納法總結(jié)難點(diǎn)和精華；

(2)開展教學(xué)討論、互動(dòng)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思考；

(3)開展課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)。

“學(xué)”法——強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐

(1)在教師的指導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)基本概念、基本理論、基本方法；

(2)通過教師布置的多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐來提高技能、培養(yǎng)思維；

(3)在團(tuán)隊(duì)合作完成課程設(shè)計(jì)的過程中鍛煉團(tuán)隊(duì)合作能力、提高綜合素質(zhì)。

3.4 實(shí)施教學(xué)手段多樣化

現(xiàn)代教育技術(shù)手段和豐富的網(wǎng)絡(luò)資源的運(yùn)用，也提升了課程的品質(zhì)和內(nèi)涵。本課程構(gòu)建“AI驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)能力訓(xùn)練平臺(tái)”助力教學(xué)。

(1)設(shè)計(jì)以使用者為中心，圍繞實(shí)際需求，為老師和同學(xué)們提供方便的教學(xué)功能。

課程的建設(shè)(課程組集體討論制定教學(xué)方案)、知識(shí)體系的建設(shè)、教學(xué)資源的建設(shè)等都可以集體或者分散完成并集中分享使用。實(shí)現(xiàn)課程化管理，讓建設(shè)好的課程可以復(fù)用、分享，以便更好地讓老師們?cè)诮虒W(xué)中逐漸積累資源、分享經(jīng)驗(yàn)；該平臺(tái)除了實(shí)現(xiàn)智能推送、自動(dòng)化評(píng)閱外，還緊扣老師和同學(xué)們的實(shí)際需要，使用課程化管理模式，構(gòu)建基于課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，以班級(jí)為推送單位，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程管控。同時(shí)，在魚骨圖式知識(shí)體系的模式下讓教學(xué)和學(xué)習(xí)有序的螺旋式上升展開，讓同學(xué)們逐漸沉浸于學(xué)習(xí)、愛上學(xué)習(xí)。

(2)打造有活力的計(jì)算機(jī)技術(shù)學(xué)習(xí)平臺(tái)。

充分激活碎片時(shí)間，助力課后線上學(xué)習(xí)。計(jì)劃設(shè)計(jì)包括作業(yè)、競賽活動(dòng)等的競賽RANK機(jī)制，激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)的競爭意識(shí)、榮譽(yù)意識(shí)，逐漸提升學(xué)習(xí)動(dòng)力，從被動(dòng)做題到主動(dòng)嘗試，從而實(shí)現(xiàn)理想中的快樂學(xué)習(xí)。

(3)逐步完善平臺(tái)的智能化和個(gè)性發(fā)現(xiàn)機(jī)制。

按照教學(xué)進(jìn)度、知識(shí)點(diǎn)、難易程度、熟練程度等因子做算法推送，對(duì)于編程題目，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)判。隨著平臺(tái)用戶的逐步提升以及過程數(shù)據(jù)的快速積累，多層次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)更加完善。

4 結(jié)語

本文針對(duì)“數(shù)據(jù)分析與人工智能”課程教學(xué)過程中存在的問題，提出了該課程的研究型教學(xué)模式。在基于研究型教學(xué)模式的“數(shù)據(jù)科學(xué)與人工智能”課程的教學(xué)探索中，我們通過設(shè)計(jì)教學(xué)方案、采用線上線下混合式教學(xué)模式、“討論式”教學(xué)方式、分組學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、構(gòu)建“AI驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)能力訓(xùn)練平臺(tái)”等多種教學(xué)方法的運(yùn)用，構(gòu)建了一個(gè)有利于學(xué)生自學(xué)、有利于訓(xùn)練學(xué)生數(shù)據(jù)分析與智能處理的思維、有利于考核學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生“學(xué)”的積極性。通過此項(xiàng)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生的知識(shí)水平得到提高，實(shí)踐能力得到鍛煉，創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。