袁和金 牛為華

（華北電力大學(xué)計算機系 河北保定 071000）

一、機器學(xué)習(xí)課程思政教學(xué)體系

機器學(xué)習(xí)課程思政的核心設(shè)計是通過精心的教學(xué)設(shè)計，在每個章節(jié)通過課程知識的相關(guān)內(nèi)容自然引入思政元素，將學(xué)生的人格、價值觀塑造與課程的知識點巧妙、有機結(jié)合，在教會學(xué)生掌握機器學(xué)習(xí)相關(guān)理論、模型和方法的同時，逐步培養(yǎng)學(xué)生積極進取、主動作為的奮斗精神，嚴謹踏實、精益求精的工匠精神，尋根究底、慎思明辨的批判思維，堅持不懈、不輕言放棄的意志品質(zhì)。為了實現(xiàn)上述思政教育的目標，課程組經(jīng)過反復(fù)的研討和多年的教學(xué)實踐，構(gòu)建了如圖1所示的《機器學(xué)習(xí)》課程思政教學(xué)體系。

圖1 機器學(xué)習(xí)課程思政教學(xué)體系

首先，通過講解科技強國戰(zhàn)略中人工智能及機器學(xué)習(xí)相關(guān)部分的知識，以及機器學(xué)習(xí)技術(shù)在機器人研發(fā)、智能電網(wǎng)建設(shè)、智慧醫(yī)療、全球抗擊新冠肺炎疫情、中美貿(mào)易戰(zhàn)等方面發(fā)揮的作用，培養(yǎng)學(xué)生的科技自信和學(xué)習(xí)動力，通過我國北斗導(dǎo)航、空間站建設(shè)等成就增強學(xué)生的民族自尊心和自豪感。

然后，以男女婚姻搭配問題為例，引入二部圖最優(yōu)穩(wěn)定匹配的概念，并引導(dǎo)學(xué)生掌握 X-最優(yōu)穩(wěn)定匹配算法。通過該案例對學(xué)生進行 “奮斗的年齡千萬不要選擇安逸”“天道酬勤”“奮斗的青春最美麗”等思政教育，引導(dǎo)學(xué)生樹立積極進取、主動作為的人生態(tài)度和奮斗精神。

以基于奧卡姆剃刀和五免費午餐定理的模型選擇和評價、基于樸素貝葉斯的疫情防控模型、明斯基批判感知器網(wǎng)絡(luò)的歷史典故、北斗衛(wèi)星的高壓輸電線路弧垂測量科研案例等與機器學(xué)習(xí)課程內(nèi)容密切相關(guān)的思政教學(xué)案例為依托，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)理論和知識的同時，生動、深刻地理解“是堅持才有希望、而不是有希望才堅持”“讀萬卷書不如行萬里路”“知行合一”“真理有時確實掌握在少數(shù)人手中”等做人做事的基本道理。

以課程思政案例為依托，通過課堂提問、討論等方式逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，并通過前輩科學(xué)家們的事跡勉勵同學(xué)們養(yǎng)成深入思考、探究式的思維習(xí)慣、嚴謹踏實、精益求精的工匠精神和堅持不懈、持之以恒的人格品質(zhì)。

最后，通過 “車牌識別”“人臉識別”“房價預(yù)測”“動漫圖像生成”“顏值打分”“邊緣計算”等實戰(zhàn)課題對學(xué)生進行分組項目訓(xùn)練和考核，使學(xué)生不僅深入理解了機器學(xué)習(xí)算法的原理，同時也通過算法調(diào)試、調(diào)參、系統(tǒng)開發(fā)等實踐環(huán)節(jié)切實體會到了知行合一、學(xué)以致用的樂趣，讓學(xué)生在項目中理解團隊成員的溝通、協(xié)作，并實現(xiàn)表達、研究、創(chuàng)新等能力的逐步成長。

二、機器學(xué)習(xí)課程思政過程

課程組在《機器學(xué)習(xí)》課程思政教育中，采用了如下的方式進行了有計劃、有步驟地實施：

（1）課前，任課教師通過科研項目訓(xùn)練、學(xué)習(xí)強國平臺學(xué)習(xí)等多種方式不斷提升自己在專業(yè)知識、思想意識、愛國情懷等方面的素養(yǎng)和能力?！吧斫獭笔钦n程思政最重要的形式和內(nèi)容，專業(yè)課教學(xué)發(fā)揮“思政”作用非常重要的一個方面就是教師的榜樣力量。因此，任課教師首先要做到“政治強、情懷深、思維新、視野廣[1]。”

（2）備課的過程中，深挖思政元素并將其合理融入課程。課堂上，以春風(fēng)化雨的方式，將科技強國和家國情懷等思政元素融入知識講解，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。

例如，明斯基對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究思政案例如下：

機器學(xué)習(xí)的發(fā)展史上涌現(xiàn)了很多著名的科學(xué)家和杰出人物，他們的成長經(jīng)歷、思維方法為我們培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、創(chuàng)新思維提供了豐富的教學(xué)素材。本課程中，以明斯基對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究和批判等為例，開展思政教育，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)前輩科學(xué)家敏銳的思維視角、嚴肅的科學(xué)精神和持之以恒的人格品質(zhì)。

馬文·明斯基（Marvin Minsky），被譽為人工智能之父、世界上首個人工智能實驗室——麻省理工學(xué)院人工智能實驗室的聯(lián)合創(chuàng)始人、計算機領(lǐng)域頂級獎項圖靈獎的獲得者、虛擬現(xiàn)實先驅(qū)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域先驅(qū)。他在哈佛大學(xué)讀本科期間，開發(fā)了早期的電子學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。在普林斯頓大學(xué)念研究生時，又建造了第一臺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)機SNARC。1956年，明斯基與“人工智能”的提出者約翰·麥卡錫（John Mcarthy）以及信息論之父克勞德·香農(nóng)（Claude Shannon）等人一同發(fā)起了“達特茅斯會議”，促成了人工智能革命的到來。然而1969年，明斯基與西蒙·派珀特（Simon Papert）合著的著作《感知機》卻被業(yè)內(nèi)普遍認為極大地阻礙了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。明斯基在這本書中著重闡述了“感知機”存在的限制。他指出，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被認為充滿潛力，但實際上無法實現(xiàn)人們期望的功能。在他看來，處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算機存在兩點關(guān)鍵問題。首先，單層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無法處理“異或”電路；其次，當(dāng)時的計算機缺乏足夠的計算能力，滿足大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)長時間運行的需求。由于被明斯基這樣的權(quán)威人士看衰，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的研究迅速陷入了低谷，70年代則成了“人工智能的寒冬”，相關(guān)研究直到1978年才開始逐漸復(fù)蘇。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究發(fā)展史中的跌宕起伏讓同學(xué)們理解科學(xué)研究的道路不是一番風(fēng)順的，有高潮、有低谷、有高潮、有曲折，不變的是鍥而不舍的堅守和永無止境的努力[2]。

（3）課后，通過項目作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，并通過分工協(xié)作提升學(xué)生的團隊合作能力和溝通能力，讓學(xué)生不斷積累社會責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)意識。

三、課程思政教學(xué)實踐情況

1.通過研究二部圖的最優(yōu)穩(wěn)定匹配算法，幫助學(xué)生樹立積極進取、主動作為的奮斗精神。

我們在課程教學(xué)之前首先以男女婚姻搭配問題為例，引入二部圖最優(yōu)穩(wěn)定匹配的概念，并引導(dǎo)學(xué)生掌握X-最優(yōu)穩(wěn)定匹配算法。通過該案例對學(xué)生進行 “奮斗的年齡千萬不要選擇安逸”“天道酬勤”“奮斗的青春最美麗”等思政教育，通過找對象的實例演示讓學(xué)生心悅誠服地接受“積極進取、主動作為遠比被動等待的結(jié)果要好”“輸贏未必在起跑線上，關(guān)鍵還是要看自身的努力和堅持”等奮斗理念。

2.通過精心的教學(xué)設(shè)計，形成緊密結(jié)合課程知識的思政案例，達到春風(fēng)化雨、潤物無聲的教育效果

研究生已經(jīng)是成人了，他們的世界觀、價值觀已基本成形，不能通過簡單的說教來開展思政教育，更不能生硬地灌輸國家政策方針或心靈雞湯，這樣只會引起學(xué)生的不滿或反感。為此，我們通過精心的教學(xué)設(shè)計，在每個章節(jié)通過課程知識的相關(guān)內(nèi)容自然引入思政元素，盡量達到春風(fēng)化雨、潤物無聲的育人效果。例如，通過分析貝葉斯方法在解決多特征分類問題時存在的困難，勉勵同學(xué)們養(yǎng)成深入思考、探究式的思維習(xí)慣；通過K近鄰算法中kd樹的構(gòu)造，教會學(xué)生養(yǎng)成嚴謹踏實、精益求精的工匠精神；通過分析三峽工程和載人航天工程決策過程，讓同學(xué)們深刻理解K近鄰算法中分類決策規(guī)則的重要意義，同時通過我國北斗導(dǎo)航、空間站建設(shè)等成就增強學(xué)生的民族自尊心和自豪感。

3.通過和學(xué)生一起分析、討論機器學(xué)習(xí)算法的優(yōu)缺點及改進的方法、策略，逐步培養(yǎng)學(xué)生尋根究底、慎思明辨的批判思維和科學(xué)精神。

傳統(tǒng)的授課方法是教師盡量將知識梳理成容易接受的信息序列傳輸給學(xué)生，學(xué)生只是被動地聽，這種單向的灌輸很容易使學(xué)生失去探究新知識的樂趣。為此，除了講授機器學(xué)習(xí)常用方法的原理和應(yīng)用之外，更要注重訓(xùn)練學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的意識和分析、解決問題的能力。課程教學(xué)中，我們以明斯基對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究和批判為例，開展思政教育，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)前輩科學(xué)家敏銳的思維視角、嚴肅的科學(xué)精神和持之以恒的人格品質(zhì)[3]。

4.通過指導(dǎo)學(xué)生工程實踐，教育學(xué)生努力做到知行合一、學(xué)以致用

“機器學(xué)習(xí)”是理論和應(yīng)用并重的學(xué)科。在機器學(xué)習(xí)的課程教學(xué)中，我們指導(dǎo)學(xué)生積極參加工程訓(xùn)練，讓學(xué)生在實踐中進行創(chuàng)新和發(fā)展。通過 “車牌識別”“人臉識別”“房價預(yù)測”“動漫圖像生成”“顏值打分”“邊緣計算”等實戰(zhàn)課題，學(xué)生不僅深入理解了機器學(xué)習(xí)算法的原理，同時也通過算法調(diào)試、調(diào)參、系統(tǒng)開發(fā)等實踐環(huán)節(jié)切實體會到了知行合一、學(xué)以致用的樂趣。另外，我們還通過志愿軍“鐵原阻擊戰(zhàn)”等紅色經(jīng)典史實，鼓勵學(xué)生在實戰(zhàn)中鍛煉、在工程項目中成長。

5.不斷提高自身科研創(chuàng)新能力，努力實現(xiàn)言傳與身教的統(tǒng)一

專業(yè)課教學(xué)發(fā)揮“思政”作用，非常重要的一個方面就是教師的榜樣力量?！吧斫獭笔钦n程思政最重要的形式和內(nèi)容，教師首先要做到“政治要強、情懷要深、思維要新、視野要廣、自律要嚴、人格要正”。老師兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度、卓有成效的工作業(yè)績、精湛的教學(xué)能力、精益求精的鉆研精神能夠深深地感染和打動學(xué)生，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和信心，為學(xué)生在做人、做事、求學(xué)等各個方面樹立標桿和榜樣。只有這樣，學(xué)生才能親其師、信其道、尊其師、奉其教、敬其師、效其行[4]。

四、課程評價與成效

機器學(xué)習(xí)課程通過開展課程思政教學(xué)，取得了學(xué)生的一致好評，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性極大激發(fā)

通過思政教學(xué)的引導(dǎo)，部分學(xué)生以項目實踐的形式提供了很多非常新穎的案例，這些案例很好地反映了他們的關(guān)注特點，更能激發(fā)學(xué)生的共情性。同時，學(xué)生在建設(shè)自己的實踐案例過程中能夠體會到所學(xué)會的知識是自己“發(fā)現(xiàn)”的，自己“創(chuàng)造”出來的，從而使其體會到自己的成功和進步，更有成就感，在學(xué)習(xí)中會更加努力、更加主動。

2.學(xué)生實踐能力、問題解決能力及表述能力顯著提升

通過思政教學(xué)的基因式融入、立體化滲透、浸潤式演繹，結(jié)合課程考試的要求，學(xué)生通過分組合作和自主選題完成了20多個實踐項目，撰寫了項目的結(jié)題報告和匯報PPT，并在課堂上進行了宣講。這些項目大都是學(xué)生結(jié)合課程所學(xué)內(nèi)容，并通過查閱資料，親自動手編程和調(diào)試完成的，對于同學(xué)們之間的互相學(xué)習(xí)、借鑒和下屆同學(xué)的參考等都有重要意義。這些項目涉及的許多內(nèi)容在課堂教學(xué)中并沒有講到，但他們較好地理解并實現(xiàn)了這些領(lǐng)域的一些經(jīng)典算法，表現(xiàn)出了很強的自學(xué)能力。

3.學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有效加強

通過不同實驗、數(shù)據(jù)和代碼的共享，拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)的知識面，能更多地從代碼層次深入學(xué)習(xí)機器學(xué)習(xí)的相關(guān)原理，并用具體的應(yīng)用和數(shù)據(jù)進行驗證和測試，提高他們的體驗感，加深學(xué)習(xí)的印象，起到了事半功倍的效果，通過機器學(xué)習(xí)課程的學(xué)習(xí)和實驗，讓學(xué)生進一步理解和熟悉之前學(xué)過的數(shù)學(xué)、編程語言等知識。

結(jié)語

機器學(xué)習(xí)課程思政體系中建設(shè)了多個思政教學(xué)案例，將課程思政元素充分巧妙地融入了課堂講授、實驗實踐、過程評價等課程教學(xué)環(huán)節(jié)中，結(jié)合啟發(fā)式、研究式、案例式教學(xué)方法，利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，實現(xiàn)了課程講授內(nèi)容與思政元素的有機融合。通過機器學(xué)習(xí)課程的思政教學(xué)體系實踐應(yīng)用，使學(xué)生的學(xué)習(xí)變被動接受為主動研究，培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)觀和科學(xué)觀，提升了學(xué)生學(xué)術(shù)探究能力和復(fù)雜問題解決能力，以潤物無聲的方式實現(xiàn)了課程思政教學(xué)目標。