郭智威 李 余

（重慶工商大學(xué)人工智能學(xué)院 重慶 400067）

0 引言

為主動應(yīng)對新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，我國在新經(jīng)濟、新起點這樣的大背景下提出了“新工科”的概念。新工科對應(yīng)新產(chǎn)業(yè)，是對新興產(chǎn)業(yè)的加持。對高校來說，新工科既是指針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，如人工智能、智能制造、機器人、大數(shù)據(jù)等原來沒有的專業(yè)，也是對傳統(tǒng)工科專業(yè)，如機械材料、自動化、電子信息科學(xué)技術(shù)等的升級改造。我國于2017年開始，提出開展新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”[1]“天大行動”[2]和“北京指南”[3]，并發(fā)布了一系列的文件，大力推動新工科建設(shè)。

當前，世界高等工程教育正面臨著新的機遇、新的挑戰(zhàn)，而我國的高等工程教育改革發(fā)展也正處于一個新的歷史起點[4]。為此，高校要加快建設(shè)和發(fā)展新工科，在政府部門的大力支持下，工科優(yōu)勢高校要發(fā)揮好對工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的主體作用，綜合性高校要充分發(fā)揮好對新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的引領(lǐng)作用，地方高校要起到對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的支撐作用[5]。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多技術(shù)的更新迭代非常迅速，但在高校的教學(xué)中卻很少深入涉及到這部分內(nèi)容。為此本文研究在新工科背景下的課程教學(xué)改革，在現(xiàn)有課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加對前沿技術(shù)的分享講解，深入剖析技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的角度，增強學(xué)生對創(chuàng)新的理解，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣，推動技術(shù)與理論創(chuàng)新的進一步發(fā)展。

1 《深度學(xué)習(xí)》課程的知識體系

目前《深度學(xué)習(xí)》課程教授的知識體系大部分都比較基礎(chǔ)，這是由于技術(shù)進步迅速，教學(xué)內(nèi)容更新速度難以跟上導(dǎo)致的。當前的知識體系大致分為以下幾個部分：傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他知識補充。對《深度學(xué)習(xí)》課程來說，最先介紹的往往是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，如感知機、反向傳播算法、激活函數(shù)。在有了一定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識后，接著是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，先介紹卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，再對一些經(jīng)典的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行分析講解。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像分類與識別領(lǐng)域有著舉足輕重的地位，而對于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來說則更多地應(yīng)用于自然語言處理中，特別是文本序列，在對循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行擴展時一般會對其變體如長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等進行分析。除去這些知識外，在教學(xué)過程中一般還會適當?shù)匮a充一些生成對抗網(wǎng)絡(luò)、深度強化學(xué)習(xí)之類的知識。

2 《深度學(xué)習(xí)》課程教學(xué)的現(xiàn)狀

2.1 存在的問題

《深度學(xué)習(xí)》是人工智能、大數(shù)據(jù)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生必不可少的一門課程。深度學(xué)習(xí)旨在通過學(xué)習(xí)、挖掘樣本數(shù)據(jù)潛在信息，幫助機器學(xué)習(xí)使其能夠像人類一樣擁有分析、識別等的能力，一些新近的科學(xué)技術(shù)如機器翻譯、推薦和個性化技術(shù)等都離不開深度學(xué)習(xí)。而當前《深度學(xué)習(xí)》課程教學(xué)也面臨著一些問題，其中最為突出的就是教學(xué)內(nèi)容總體上相對陳舊，大部分的教學(xué)內(nèi)容是20世紀80-90年代就已經(jīng)提出掌握的理論方法，只是在2012年以后才被廣泛應(yīng)用，這與新工科的培養(yǎng)教育理念存在著一些差距。以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，其提出可以追溯到1987年，而在深度學(xué)習(xí)理論于2006年被提出后，一系列以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新型復(fù)雜卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又一度成為研究熱點。由于新技術(shù)的發(fā)展日新月異，教學(xué)課本的更新速度難以跟上技術(shù)的迭代，同時該部分新發(fā)展新技術(shù)鮮少出現(xiàn)在高校的課程教學(xué)當中，即使出現(xiàn)了也少有對這些新興技術(shù)進行深入講解、創(chuàng)新點剖析的教學(xué)。

2.2 改革對策

新工科既是對過往工科的繼承也是進一步的創(chuàng)新，在教學(xué)內(nèi)容相對老舊問題上，可以采取相同的方法進行處理。首先，在教學(xué)課本的選擇上，不僅要考慮到基礎(chǔ)內(nèi)容是否扎實的同時也要有對新興技術(shù)介紹，確保學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)知識之外能夠?qū)^新技術(shù)的了解與掌握。其次，要加強教師對專業(yè)新技術(shù)的掌控，加強教師之間對新技術(shù)的交流。在將專業(yè)新知識新技術(shù)教授學(xué)生以前，要先確保教師對這些技術(shù)知識的深入理解掌握。最后，在課程教學(xué)時，除去課程基礎(chǔ)知識的講解，要增加對專業(yè)新知識、新技術(shù)的部分。剖析新技術(shù)是如何在原先的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，創(chuàng)新點在哪，哪些部分進行了調(diào)整。加強教師與學(xué)生之間的交流，和學(xué)生一起探討技術(shù)理論還能從哪些方面進行創(chuàng)新，多鼓勵學(xué)生進行創(chuàng)新。

3 《深度學(xué)習(xí)》課程教學(xué)改革研究——以重慶工商大學(xué)為例

3.1 突出聚焦前沿，優(yōu)化教學(xué)知識體系

對深度學(xué)習(xí)課程的教學(xué)來說，除了講授基礎(chǔ)知識以外，更為重要的是要增加對前沿技術(shù)知識的講解。在技術(shù)更新速度不斷加快的時代，基礎(chǔ)知識已經(jīng)不能滿足學(xué)生們未來所需要滿足的需求，為此需要對教學(xué)的知識體系進行進一步的優(yōu)化，突出并聚焦深度學(xué)習(xí)的前沿技術(shù)。筆者在2021年春季學(xué)期的課堂教學(xué)中，首次對深度學(xué)習(xí)的教學(xué)知識體系進行了變革和更新，直接面向?qū)嶋H的應(yīng)用和行業(yè)需求，對知識體系進行分類整合，將整個體系分成四個部分：深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、計算機視覺、自然語言處理、深度學(xué)習(xí)進階。除去深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識以外，對計算機視覺和自然語言處理兩大深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的熱門場景進行詳細講解。其中計算機視覺部分包括圖像識別、目標檢測、圖像分割、圖像遷移等內(nèi)容，自然語言處理包括文本生成、機器閱讀、機器翻譯和語義判別等內(nèi)容，深度學(xué)習(xí)進階則包括強化學(xué)習(xí)、生成對抗網(wǎng)絡(luò)、自主學(xué)習(xí)等最前沿的技術(shù)。

3.2 深化校企合作，建立企業(yè)級案例庫

技術(shù)的發(fā)展不能只停留在理論上，要經(jīng)過實踐的檢驗才能更好地被人們所接受。深度學(xué)習(xí)作為一門技術(shù)性極強的課程，更加需要通過大量的實際動手練習(xí)來強化對知識的掌握，通過實際的操作可以幫助深入理解新技術(shù)，也能夠在一定程度上促進創(chuàng)新。為此，可以加強學(xué)校和企業(yè)之間的合作，建立企業(yè)級的開源案例庫。目前，以百度、阿里為代表的互聯(lián)網(wǎng)公司與不少的企業(yè)之間開展了一些以解決實際問題為目的的項目，這些項目大都使用了最近流行的新興技術(shù)。筆者在2021年春季學(xué)期的課堂教學(xué)中，從百度飛槳平臺的項目庫中引入了大量的企業(yè)級深度學(xué)習(xí)項目，項目大多來源于百度的工程師以及興趣開發(fā)者自己編寫的深度學(xué)習(xí)案例代碼，并根據(jù)項目的內(nèi)容分配到四個部分中，在每一節(jié)理論課的學(xué)習(xí)完成之后，學(xué)生都可以從企業(yè)級案例中獲得針對性的強化練習(xí)。通過引入大量的企業(yè)級深度學(xué)習(xí)案例，可以更好地幫助學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識解決實際問題，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和知識水平都得到了有效的提升。

3.3 融入科研思維，鼓勵理論知識創(chuàng)新

在教學(xué)的過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。引導(dǎo)學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)身邊一些新興技術(shù)的應(yīng)用，如人臉識別、語音識別等，分析這些應(yīng)用所涉及到的技術(shù)并進一步探討能否再有改進的地方。在講解一些技術(shù)的發(fā)展歷程中，從基礎(chǔ)出發(fā)，對各個發(fā)展階段的變化創(chuàng)新點進行分析講解。因為深度學(xué)習(xí)不僅是一門較強的技術(shù)性課程，同時又是一門理論深度較深的課程，并且發(fā)展速度很快，每一年都能夠取得諸多的技術(shù)進展和技術(shù)突破。近年來深度學(xué)習(xí)的技術(shù)進步離不開一大批技術(shù)研究者自基礎(chǔ)理論到技術(shù)應(yīng)用的不斷創(chuàng)新，這也是該門課程教學(xué)過程中應(yīng)當注意的環(huán)節(jié)。筆者在2021年春季學(xué)期的課程教學(xué)中，除了基礎(chǔ)知識的講解之外，每兩周都要和學(xué)生分享一些前沿技術(shù)的論文，對前沿技術(shù)進行分析，將科研思維融入到教學(xué)和生活當中，激發(fā)學(xué)生對科研的熱情，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。