王晶晶 高曉雅

摘要：《自然語言處理》課程是計算機(jī)及人工智能專業(yè)的一門重要課程，其研究內(nèi)容是計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域與人工智能領(lǐng)域中的一個重要方向。針對《自然語言處理》課程理論性較強(qiáng)、知識體系龐大的特點，該文基于現(xiàn)有的實踐教學(xué)方法提出了新的教學(xué)思路，即“認(rèn)知驅(qū)動+編程鞏固”教學(xué)方法。具體而言，該文首先介紹了《自然語言處理》課程的教學(xué)內(nèi)容，其次分析了當(dāng)前實踐教學(xué)體系中存在的問題，最后詳細(xì)闡述了新的“認(rèn)知驅(qū)動+編程鞏固”教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：自然語言處理;實踐教學(xué);認(rèn)知驅(qū)動;編程鞏固;人工智能

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）18-0160-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Analysis and Practice of “Natural Language Processing” Course Teaching

WANG Jing-jing， GAO Xiao-ya

（School of Computer Science and Technology， Soochow University， Suzhou 215006， China）

Abstract："Natural Language Processing" is an important course for computer and artificial intelligence majors， and its research is an important direction in the field of computer science and artificial intelligence. Considering that the course is highly theoretical and has huge knowledge system， this paper proposes a new teaching method based on the existing practical teaching method， namely the "cognitive drive + programming consolidation" teaching method. Firstly， this paper introduces the teaching content of the "Natural Language Processing" course. Secondly， this paper analyzes the existing problems in the current practical teaching field. Thirdly and lastly， this paper elaborates on the new "cognitive drive + programming consolidation" teaching method.

Key words： natural language processing; practical teaching; cognitive drive; programming consolidation; artificial intelligence

1 引言

《自然語言處理》課程屬于人工智能專業(yè)選修課，是一門融語言學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)于一體的科學(xué)，它研究能實現(xiàn)人與計算機(jī)之間用自然語言進(jìn)行有效通信的各種理論和方法，是計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域與人工智能領(lǐng)域中的一個重要方向[1-2]?！蹲匀徽Z言處理》課程理論性較強(qiáng)、知識體系龐大，其主要教學(xué)內(nèi)容包括：詞法分析、句法分析、語義分析、文本分類、對話系統(tǒng)，統(tǒng)計機(jī)器翻譯等，傳統(tǒng)的教學(xué)方法只能使學(xué)生了解自然語言處理的理論知識，難以理論聯(lián)系實際并靈活運用，此外，固有的理論教學(xué)模式降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，也無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。針對上述傳統(tǒng)教學(xué)體系存在的問題，本文在先前的改革實踐教學(xué)研究[3-7]的基礎(chǔ)上提出了新的“認(rèn)知驅(qū)動+編程鞏固”教學(xué)方法，達(dá)到了現(xiàn)代教育對教師與時俱進(jìn)、因材施教的要求。

2 《自然語言處理》課程概述

本節(jié)著重介紹《自然語言處理》課程的教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)目標(biāo)。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

本課程向高年級本科生介紹自然語言處理的基本概念以及自然語言處理涉及的多個子領(lǐng)域[8]，包括：1）自然語言處理概述：主要介紹自然語言處理研究的內(nèi)容、發(fā)展歷史以及研究現(xiàn)狀;2）語言模型：主要涉及n元語法、數(shù)據(jù)平滑和語言模型中的熵知識;3）概率圖模型：主要講解貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、馬爾可夫模型、隱馬爾可夫模型、最大熵模型和條件隨機(jī)場;4）詞法分析：主要講解漢語自動分詞的基本問題、漢語自動分詞方法、命名實體識別任務(wù)和詞性標(biāo)注任務(wù);5）句法分析：主要講解句法分析的流程、英文的上下文無關(guān)語法、基于PCFG的基本分析方法、詞匯化的短語結(jié)構(gòu)分析方法和依存句法分析;6）語義分析：主要介紹詞義消歧任務(wù)和語義角色標(biāo)注任務(wù);7）篇章分析：主要涉及篇章分析的基本理論、篇章的銜接性分析和篇章的連貫性分析;8）文本分類：主要講解文本分類、情感分類、文本特征的表示方法、文本特征的選擇方法和分類器的選擇;9）自動文摘：主要介紹單文檔自動摘要和多文檔自動摘要;10）信息檢索與問答系統(tǒng)：主要介紹信息檢索技術(shù)、問答系統(tǒng)、閑聊型對話系統(tǒng)以及任務(wù)型對話系統(tǒng);11）統(tǒng)計機(jī)器翻譯：主要講解機(jī)器翻譯研究內(nèi)容、基于噪聲信道模型的統(tǒng)計機(jī)器翻譯原理、IBM翻譯模型、基于短語的翻譯模型和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的翻譯模型。

2.2 教學(xué)目標(biāo)

本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生了解自然語言處理以及機(jī)器學(xué)習(xí)中的一些基本算法，以及對于文本處理的解決思路有一個初步的認(rèn)識。本課程的具體教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）基本概念：學(xué)生能夠掌握自然語言處理的基本概念、自然語言處理各個子領(lǐng)域的區(qū)別、機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)算法以及自然語言處理目前的最新研究進(jìn)展。

（2）文本分類：首先，學(xué)生能夠使用Python編程語言以及PyTorch深度學(xué)習(xí)開源框架實現(xiàn)基于SVM/LSTM/BERT的文本分類方法。其次，學(xué)生能夠分析自己實現(xiàn)的方法中存在的問題，以及能夠給出可行的解決方案。

（3）拓展運用：學(xué)生能夠結(jié)合自然語言處理與機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)解決新出現(xiàn)的自然語言處理問題。

3? 實踐教學(xué)體系中存在的問題

由于《自然語言處理》課程是一門理論性強(qiáng)、知識體系龐大的新興學(xué)科，在采取傳統(tǒng)實踐教學(xué)中存在多種問題，具體而言如下：

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低、積極性不高。本課程內(nèi)容雖然涉及當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的前沿?zé)衢T研究，但是照本宣科講解理論知識打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，慢慢做出遲到、早退、無故曠課等錯誤行為，甚至發(fā)生在課堂上睡覺、聊天、發(fā)呆、玩手機(jī)等惡劣現(xiàn)象。

（2）教學(xué)難度提升。本課程涉及詞法分析、句法分析、語義分析、文本分類、對話系統(tǒng)，統(tǒng)計機(jī)器翻譯等多個模塊內(nèi)容，是知識體系龐大復(fù)雜的綜合性學(xué)科，傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師口述書本知識為主，輔以幻燈片投屏播放重點內(nèi)容，此方法雖然講解精細(xì)全面，然而在課時固定的情況下，教師無法將教學(xué)內(nèi)容按時教授完畢，這無疑增大了教學(xué)的難度。

（3）教學(xué)質(zhì)量降低。本課程是計算機(jī)專業(yè)和人工智能專業(yè)的重要課程，對教師教學(xué)質(zhì)量的要求十分嚴(yán)格。固有的理論教學(xué)模式導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容乏味枯燥，課堂氛圍沉悶，學(xué)生與教師課上及課后的互動性下降，最終導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量降低，教學(xué)目標(biāo)難以實現(xiàn)。

因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式不適用于本課程。

4 “認(rèn)知驅(qū)動+編程鞏固”教學(xué)方法

本節(jié)詳細(xì)介紹了新提出的“認(rèn)知驅(qū)動+編程鞏固”教學(xué)方法。

4.1 “認(rèn)知驅(qū)動”教學(xué)

“認(rèn)知驅(qū)動”教學(xué)法，即基于學(xué)生認(rèn)知的教學(xué)方法。不同于傳統(tǒng)教學(xué)方法以教師的角度去執(zhí)行，該方法從學(xué)生的角度去執(zhí)行，以學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平為起點并規(guī)劃學(xué)習(xí)的內(nèi)容，讓學(xué)生根據(jù)自己對自然語言處理的現(xiàn)有認(rèn)知去探索研究某一子領(lǐng)域內(nèi)容，教師在此過程中扮演了觀察者以及評估者的角色?！闭J(rèn)知驅(qū)動“教學(xué)法一方面可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的獨立思考能力和創(chuàng)新思維，另一方面可以幫助教師掌握每一位學(xué)生的知識基礎(chǔ)，基于因材施教的理念為學(xué)生設(shè)計不同的教學(xué)策略。

例如，在講解“文本處理”方法時讓每一位學(xué)生根據(jù)自己的現(xiàn)有認(rèn)知表述什么是文本處理，如何對文本進(jìn)行處理。有些同學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較強(qiáng)，可以將文本處理的過程用數(shù)學(xué)公式形式化描述，還有些同學(xué)編程能力較強(qiáng)，用偽代碼算法框架描述了文本處理的流程。

4.2 “編程鞏固”教學(xué)

“編程鞏固”教學(xué)法，即基于編程實踐的教學(xué)方法。不同于傳統(tǒng)教學(xué)方法致力于教授理論知識，該方法致力于理論聯(lián)系實踐，教學(xué)目標(biāo)以編程實踐能力為重點，教學(xué)內(nèi)容以編程實踐作為載體。通過階段性地布置編程實踐作業(yè)，讓學(xué)生在實踐中鞏固理論知識。“編程鞏固”教學(xué)法一方面可以提高學(xué)生的動手能力和合作能力，另一方面可以幫助教師掌握學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)情況以及及時對教學(xué)安排做出調(diào)整。

例如，在完成“文本分類”實踐作業(yè)時，教師不限制學(xué)生的實現(xiàn)方法，引導(dǎo)學(xué)生自由地討論后讓其各自獨立的設(shè)計解決方案并編程實現(xiàn)，最后安排結(jié)果分析探討環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生之間互相找尋對方方法的不足之處以及提出改進(jìn)方案。

5 結(jié)束語

《自然語言處理》是當(dāng)前高校計算機(jī)及人工智能專業(yè)的一門新興課程，其內(nèi)容涉及語言學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)等知識。本文分析了當(dāng)前教學(xué)實踐過程中存在的問題并就此提出了新的教學(xué)規(guī)劃及內(nèi)容改革，即，“認(rèn)知驅(qū)動+編程鞏固”教學(xué)方法。該教學(xué)方法主要包含兩個方面：一方面采用認(rèn)知驅(qū)動的方法讓學(xué)生根據(jù)自己對自然語言處理課程的認(rèn)知運用現(xiàn)有的知識給出文本處理的解決方案，這調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性，另一方面采用編程鞏固的方法讓學(xué)生將解決方案通過代碼實現(xiàn)出來，這鍛煉了學(xué)生的動手能力。在實際教學(xué)過程中，本文提出的“認(rèn)知驅(qū)動+編程鞏固”教學(xué)方法成功提高了教學(xué)質(zhì)量，這對其他新興課程及知識體系龐大的綜合課程具有重要的示范作用。教學(xué)方法的改進(jìn)與創(chuàng)新是一項長期的工作，在未來的工作中，還需時時發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)問題，以及和同行前輩交流問題。

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【通聯(lián)編輯：王力】