郭清華 曾禮麗

摘 要：首先對(duì)深度學(xué)習(xí)及深度學(xué)習(xí)路線進(jìn)行了闡述，以EL圖像識(shí)別為切入點(diǎn)，介紹了將深度學(xué)習(xí)方法引入“光伏組件制備工藝”課程教學(xué)的具體實(shí)施過程。在課程教學(xué)中，引入深度學(xué)習(xí)模式能更好地達(dá)到教學(xué)目的，突出學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)路線;自主學(xué)習(xí)能力;創(chuàng)新能力

“光伏組件制備工藝”課程是光伏類專業(yè)的核心課程，一般都安排大二學(xué)生學(xué)習(xí)。在此之前，學(xué)生學(xué)習(xí)了“光伏理化基礎(chǔ)”“光伏電池制備工藝”等課程。“光伏理化基礎(chǔ)”中的“太陽(yáng)電池發(fā)電原理”以及“光伏電池制備工藝”中電池片的缺陷類型，都為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)“光伏組件制備工藝”這門課程儲(chǔ)備了知識(shí)。

深度學(xué)習(xí)[1]最早應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的人工智能方面，其核心是讓計(jì)算機(jī)模擬人腦進(jìn)行深層學(xué)習(xí)。AlphaGo圍棋大勝證明了深度學(xué)習(xí)具有解決抽象問題的能力，因此，深度學(xué)習(xí)技術(shù)掀起了新一輪人工智能的熱潮。隨著人工智能的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都渴望應(yīng)用人工智能，深度學(xué)習(xí)在教育領(lǐng)域也不斷得到了應(yīng)用和推廣。在課程教學(xué)中，如何根據(jù)不同的場(chǎng)景落實(shí)智能技術(shù)的應(yīng)用，是教師目前面臨的難題。

1?傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

“光伏組件制備工藝”的教學(xué)內(nèi)容主要是依據(jù)光伏組件生產(chǎn)加工過程來選取的。在平時(shí)的教學(xué)過程中，采用的教學(xué)方法主要是基于工作過程的項(xiàng)目化教學(xué)，通過教師教授知識(shí)點(diǎn)、演示操作，學(xué)生再自己操作，這種教學(xué)方式有利于學(xué)生學(xué)習(xí)基本的操作技能和知識(shí)。由于學(xué)生缺乏獨(dú)立探索與研究的機(jī)會(huì)，很容易讓學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)覺，以為這門課程涉及的內(nèi)容技術(shù)含量不高，進(jìn)而失去興趣，喪失學(xué)習(xí)動(dòng)力。究其原因，其實(shí)是教師在教學(xué)方面沒有進(jìn)行深度教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)方面沒有進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

2?教學(xué)中應(yīng)用深度學(xué)習(xí)模型

美國(guó)兩位學(xué)者提出了深度學(xué)習(xí)路線[2]（Deeper Learning Cycle，DELC），指導(dǎo)教師在課程中實(shí)施深度教學(xué)。深度學(xué)習(xí)路線包括5個(gè)環(huán)節(jié)：預(yù)評(píng)估、確定教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容;營(yíng)造積極的學(xué)習(xí)文化;激發(fā)先前的知識(shí)、獲取新知識(shí);深度加工知識(shí);評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)。根據(jù)DELC學(xué)習(xí)路線，構(gòu)建了深度學(xué)習(xí)路線與師生作用的關(guān)系，如圖1所示。

圖1充分體現(xiàn)了“教師主導(dǎo)作用與學(xué)生主體作用”的教學(xué)理念，教師營(yíng)造學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，構(gòu)建知識(shí)之間的聯(lián)系與遷移，讓學(xué)生通過查閱資料、自主探索、小組討論等方式，制定解決問題的方案。學(xué)生參與這一系列學(xué)習(xí)活動(dòng)之后，能更深入地理解、掌握與運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

3 探究以深度學(xué)習(xí)為目的的教學(xué)案例

3.1? 預(yù)評(píng)估、確定教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容

根據(jù)DELC學(xué)習(xí)路線，首先是對(duì)“光伏組件制備工藝”這門課程的內(nèi)容進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)EL圖像檢測(cè)在光伏組件生產(chǎn)過程中非常重要，層壓前有一次半成品的EL圖像檢測(cè)，后面還有一次成品的EL圖像檢測(cè)。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在光伏組件生產(chǎn)線上，得到EL圖像之后，還需要大量的人工來識(shí)別這些圖像，并作出判斷。如果在此引入人工智能進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，就能大大提高工作效率，從內(nèi)容上來說，這是引入深度學(xué)習(xí)很好的切入點(diǎn)。接下來再評(píng)估學(xué)生，在“光伏組件制備工藝”中，學(xué)生學(xué)習(xí)過單個(gè)電池片的EL檢測(cè)圖像，知道EL檢測(cè)的目的，認(rèn)識(shí)各種缺陷類型的EL圖像，使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)有一定的積累。通過預(yù)評(píng)估，可以將EL圖像檢測(cè)作為引入深度學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)目標(biāo)主要有兩個(gè)：一是讓學(xué)生能夠根據(jù)EL圖像識(shí)別缺陷組件;二是通過深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

3.2? 營(yíng)造積極的學(xué)習(xí)氛圍

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，收集大量相關(guān)的素材，比如大家熟悉的人臉識(shí)別支付、自動(dòng)駕駛汽車、醫(yī)院和家庭服務(wù)的智能機(jī)器人等。這些內(nèi)容與學(xué)生的生活息息相關(guān)，能最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性。教師提問：人臉識(shí)別支付是如何實(shí)現(xiàn)的呢？EL圖像檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別嗎？

3.3? 激發(fā)先前的知識(shí)、獲取新知識(shí)

引導(dǎo)學(xué)生回顧“光伏電池制備”課程，學(xué)習(xí)電池片EL測(cè)試，讓學(xué)生陸續(xù)回答單個(gè)電池片的缺陷類型：隱裂（裂紋）、碎片、黑心、云片、皮帶印、斷柵、邊緣過刻、漏電、虛印、短路黑片、明暗片、局部斷路片、臟污、劃傷等。這些缺陷類型在電池片制作成組件后都有可能存在，同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生新的缺陷類型，比如脫焊、虛焊等。缺陷類型眾多，每一個(gè)缺陷的EL圖像特征都不一樣，所以，要找到一種方法完全自動(dòng)識(shí)別這些缺陷非常困難。教師提問：有沒有這樣一種方法，可以像人的大腦一樣學(xué)習(xí)各種缺陷類型的圖像特征并記錄下來，然后再自動(dòng)叛別這些缺陷呢（見圖2）？

圖2先對(duì)有缺陷的圖片進(jìn)行標(biāo)記，再將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的EL圖像，用這些圖像訓(xùn)練一個(gè)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò);訓(xùn)練好后，用該網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)其他需要識(shí)別的EL圖像，由此引入深度學(xué)習(xí)方法。首先，學(xué)生需要學(xué)習(xí)組件EL圖像的特征，再學(xué)習(xí)圖像分割，關(guān)鍵是尋找或構(gòu)建深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。在圖像分割與構(gòu)建深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的過程中，需要運(yùn)用一些專業(yè)軟件，這個(gè)需要學(xué)生自己去學(xué)習(xí)。

3.4? 深度加工知識(shí)

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師給學(xué)生提供相關(guān)資料，并根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的強(qiáng)弱進(jìn)行配對(duì)和分組，引導(dǎo)他們深入思考、自主探索，小組內(nèi)部和小組之間都可以相互討論。在這些任務(wù)的開展過程中，需要用Photoshop或其他軟件標(biāo)識(shí)各類缺陷類型，學(xué)生自己動(dòng)手完成標(biāo)識(shí)，能夠很好地學(xué)習(xí)光伏組件EL圖像的特征，也就能識(shí)別缺陷組件，達(dá)到第一個(gè)教學(xué)目標(biāo)。在尋找深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的過程中，學(xué)生需要自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)在其他圖像識(shí)別上的應(yīng)用，然后將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)遷移到這里。在此過程中，既能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)合作的精神，達(dá)到第二個(gè)教學(xué)目標(biāo)。

3.5? 評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)

教師先指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，在此過程中，學(xué)生會(huì)體會(huì)到成就感，找到差距，然后教師做總結(jié)性的評(píng)價(jià)，對(duì)做得好的學(xué)生提出表?yè)P(yáng)，反之給予鼓勵(lì)。

4?在“光伏組件制備工藝”課程教學(xué)中引入深度學(xué)習(xí)方法的意義

在以往的教學(xué)中，教師會(huì)向?qū)W生展示各種缺陷類型的EL圖像，并分析每一種圖像的特征，不會(huì)讓學(xué)生自己動(dòng)手標(biāo)識(shí)，也沒有進(jìn)一步的教學(xué)。引入深度學(xué)習(xí)方法之后，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。學(xué)生通過自己標(biāo)識(shí)EL缺陷圖像，加深了對(duì)這些缺陷圖像特征的理解，在尋找深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的過程中，提高了自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。在“光伏組件制備工藝”課程中引入深度學(xué)習(xí)方法并實(shí)施教學(xué)，有利于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，能更好地突出學(xué)生的主導(dǎo)地位。

5 結(jié)語(yǔ)

在課程教學(xué)過程中，不同的內(nèi)容適合選取不同的教學(xué)方法，需要每個(gè)教師去甄別并組織實(shí)施，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。在“光伏組件制備工藝”中引入深度學(xué)習(xí)方法還處于探索階段，同時(shí)也存在一些問題，比如有個(gè)別同學(xué)由于自學(xué)能力不強(qiáng)導(dǎo)致參與度不高。深度學(xué)習(xí)模式的教學(xué)效益需要經(jīng)過一段時(shí)間才能體現(xiàn)，因此，不要局限于某一門課程。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]吳秀娟.基于反思的深度學(xué)習(xí)研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2013.