線上線下啟發式學習實踐教學探析
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摘要：針對深度學習這門實踐實訓課程傳統教學模式中存在的問題，提出以項目為驅動、線上線下相結合的啟發式深度學習實踐教學方案，闡述方案的必要性及實施細節，介紹教學過程，最后通過各項評價指標說明教學效果。
關鍵詞：線上線下；項目驅動；啟發式實踐實訓；深度學習
0引言
深度學習實踐是面向高等院校本科生開設的一門實踐實訓課程，旨在通過課程實踐的方式幫助信息專業學生深入理解人工智能、深度學習基本算法，提高學生自主學習以及解決實際問題的能力。傳統的實踐課程授課模式下，實踐與理論存在脫節現象。對于難度較大的實踐課，學生缺乏感性認識，怕實踐，實踐效果不盡如人意，因此，探索出一種能提高學生實踐能力的教學模式成為亟待解決的問題。
1項目驅動的線上線下模式必要性
1.1傳統理論教學模式局限性
傳統教學模式下，教師是知識傳授者，關注的是講授什么內容及如何講授。教師花費大量的精力和時間確定教學內容和教學方式，監督學生學習，并依據學習結果對學生的學業做出評價。這是一種被動式的“以師為主”的教學方式，是教師單方面的灌輸。對于難度較大的課程，這種教學方式使得學生缺乏感性認識，理解起來很吃力，導致學習積極性不高，只為考試而學習，喪失了學習主動性。
1.2理論與實踐時空分離現狀
目前，絕大部分院校的計算機類課程存在重理論、輕實踐的現狀[1]。與理論課程相配套的實驗課時遠遠少于理論課時，并且理論部分與實踐部分存在時間上的脫節和空間上的分離[2]。理論部分的教學仍停留在教師主導、無反饋的單方面輸出，與之對應的實踐部分嚴重滯后，且在空間上也是和理論部分隔離的[3]。因此，在理論部分理解不透徹、時間又嚴重滯后的情況下，很多學生“怕”實踐，應付實踐。
1.3學生實踐時間嚴重不足
高年級與低年級之間的實踐課程設置存在割裂現象，缺乏經驗傳承，沒有將低年級的實踐課程進一步深入，變成高年級的實踐課程，再加上實踐課程的學時遠少于理論課程，造成了每門實踐課程相對獨立且學時少。實踐環節僅依賴課內時間，沒有將這一環節延伸到課外。時間上的不足導致學生缺乏項目式的鍛煉。
2項目驅動的線上線下啟發式實訓模式
整體方案及具體實施項目驅動的線上線下啟發式教學方案能夠解決目前實踐課程教學中存在的理論與實踐時空分離、學生實踐時間嚴重不足等問題，是充分發揮學生積極性、主動性，極大提高學生實踐能力的教學方案，實現“以師為主”到“以生為主”教學模式的轉變。首先，引入項目式教學，以學生為中心，使學生通過積極探索現實生活中的挑戰，解決實際存在的問題來獲取知識[4]，同時采用啟發式的教學、互動式的課堂、案例驅動式的實踐，做到“以生為主”；其次，將實踐能力的培養從課內延伸到課外，建立課前準備—課堂學習—課后訓練這一跨越時間和空間的實踐能力培養方案，將理論學習與案例實踐融為一體；最后，將傳統的被動式教學轉化為主動式學習，充分激發學生的學習興趣和信心，使學生在充分理解理論的前提下，將理論轉化為實際項目結果，真正提高實踐能力。深度學習入門實踐這門課程共設置了48學時，其中理論18學時，實踐30學時，共12次課。每次課用1學時講授基礎理論并進行互動式討論，2.5學時上機實踐，0.5學時總結，這樣講授與實踐、課內與課外有機融合，能夠極大地提高實踐能力?；陧椖框寗拥木€上線下啟發式深度學習實踐教學總體方案如圖1所示。
2.1課前自主學習
得益于百度人工智能學習與實訓社區AIStudio平臺的便利性，提前一周在平臺課件、數據集等資源供學生預習并布置本節相關資料的查詢任務。通過這種方式將課程延伸到課前，要求學生課前自主認真預習課件，結合課件，查閱資料，了解實踐內容，明白課前需要完成的預習任務，在課前提交預習報告。課前預習報告可以保證學生的學習狀態和學習效率，避免深度學習實踐課程的學習及實踐流于形式，學生跟不上老師的進度而開小差。前期的預習和資料查閱能引導學生自主開展思考，從而保證后期學生能夠在基礎理論知識和實踐基礎上有自己的新思想、新見解，逐漸提高高階思維能力以及實踐能力[5]。
2.2課堂互動學習
經過課前預習和資料查詢，學生已經對實踐內容的理論部分有了一定的了解并形成自己的見解。帶著獨有見解和疑惑到課堂，可大大提高課堂參與度，為互動式教學創造條件，激發學生學習的主動性，營造出輕松活潑的課堂氛圍，使學生學有所獲。理論教學課堂改變了以往理論課老師全程講授，學生被動接受的局面；設計了互動式教學，提出案例，和學生共同探討實現該案例所需的基本理論。教師概括基本原理后，再對案例進行分析，然后互動探討學生在預習和查閱資料中形成的見解和疑問。在互動中解決難點問題，鞏固基礎知識，將啟發式的提問及重點分析相結合，引導學生深入思考，培養學生思維能力及解決實際問題能力。最后就學生存在的普遍問題，提出對本堂課程理論的改進與優化思路。布置課后作業，要求學生先實現基本算法，并在此基礎上改進、優化案例算法。整個課堂學習實時錄播，形成資料，便于課后回放，再現課堂情境。
2.3課堂實踐學習
在開課前，我們考察了國內外大多數深度學習框架，有的框架需要編寫大量的代碼，有的框架不支持多GPU和水平擴展，有的框架不夠靈活，有的框架文檔貧乏，有的框架安裝時需要解決大量依賴包，還有的框架編程語言于學生而言不熟悉。綜合這些因素，我們選擇了中國首個開源開放、技術領先、功能完備的百度飛槳這一深度學習平臺，以滿足不同能力層次學生的需求。學生經過課前預習、資料查閱、課堂1學時互動式學習后，利用
2.4學時在百度飛槳平臺實現本節實踐課程要求的案例，在已有框架基礎上，完成代碼編寫、調試、結果分析任務。教師現場解答學生實現案例過程中遇到的問題。飛槳平臺的簡潔高效性和教師實時答疑解惑，保證了絕大部分學生能完成任務。再利用0.5學時，展示本次實踐課優秀預習報告和上周優秀實驗報告，學生通過對比，反思自身不足，激發出積極向上、自覺主動的學習精神。
2.5課后鞏固學習
課后及時將錄課、優秀預習報告及上周實驗報告分享到在線平臺，幫助學生課后回顧本節內容，查漏補缺，反復再現線下課堂全貌，進一步理解深度學習的理論，達到理論部分融會貫通的目的，體現“學有所得”的理念。在百度AIStudio平臺課程討論區指導學生查閱資料，對基本案例算法進行改進和優化，在案例的實現與改進過程中循序漸進地提高學生理論學習和項目實踐的能力；引導學生課后在討論區展開討論，優秀的學生積極參與線上線下指導，分享心得體會，營造出互教互學的良好氛圍。最后學生提交實驗報告，包括具體算法、代碼實現、結果截圖及心得體會。
3教學效果分析
項目驅動的線上線下啟發式深度學習實踐教學將傳統教學方式和網絡教學有機結合，既發揮了教師的主導作用，又發揮了學生的主體作用。這一教學模式將傳統課堂上教師的引導、啟發作用發揮得淋漓盡致，使得學生在課前準備—課堂學習—課后鞏固這一跨越時間和空間過程中極大地提高了資料查閱能力、問題分析能力、文字及語言表述能力和解決實際問題能力。在這種實踐模式下，學生不僅對深奧的理論有了自己獨到的見解，而且將其應用到實際的案例中，通過優化獲得良好的實踐成果，充分調動了學習的積極性和主動性；同時，這種教學模式對教師也是一種促進與提高。教師的課堂互動引導能力、實踐現場指導能力、線上討論組織能力都得到了極大的提高，實現了師生共贏。校內“智慧教務”簽到系統統計顯示，學生到課率100%，預習報告及實驗報告提交率100%。QQ群記錄顯示師生在線討論記錄達8623條，參與過討論的學生人數占98.7%。學期末對全體134名學生開展了網上問卷調查[6]，調查情況如圖2所示，各項指標顯示，教學效果良好。
4結語
項目驅動的線上線下啟發式深度學習實踐教學將“以學生為中心”這一理念落實到具體的教學環節中，雖然實踐內容難度大，但是課前—課中—課后營造出的氛圍極大地提高了學生學習興趣及主動性，學生在理論和實踐能力提高的同時，也收獲了極大的成就感。課前課后資料查閱、課堂互動式的討論以及課后在線平臺的交流為師生之間、學生之間提供了更多的交流空間與時間。思維的碰撞激發了學生的主動性，培養了學生的自主學習、實踐能力，取得了令人滿意的效果。在當前工程認證背景下，還需要依據教學效果持續改進和完善教學模式。
作者:高巖1 林穎 吳德文 計湘婷 單位:廈門大學信息學院 百度在線網絡技術（北京）有限公司