基于OBE理念的自然語言處理課程改革研究

魏小梅 胡濱 李芳芳

摘要：人工智能技術(shù)的發(fā)展對新工科人才培養(yǎng)提出了新要求，推動著相關(guān)專業(yè)教學(xué)模式的變革。文章針對人工智能方向的重要課程自然語言處理，提出基于OBE理念的課程建設(shè)方案。該方案明確課程建設(shè)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、實施方式和考核方式。探討實現(xiàn)以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向的新型教學(xué)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣和能力。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向;自然語言處理;課程建設(shè);項目實踐

“成果導(dǎo)向”的教育理念（Outcome Based Education，簡稱OBE，亦稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育）由Spady等人提出。其核心為教學(xué)實施和教學(xué)設(shè)計目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后所達(dá)到的學(xué)習(xí)成果，重視學(xué)生學(xué)習(xí)過程結(jié)束后所獲得的真正能力，是學(xué)生在順利完成某階段學(xué)習(xí)過程后應(yīng)該理解和掌握的方面。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式相比，成果導(dǎo)向教育理念課堂教學(xué)模式對教師的課堂教學(xué)設(shè)計與開展，對學(xué)生的學(xué)習(xí)動機、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方式以及課堂教學(xué)效果評定等方面都有較大的創(chuàng)新。

2018年教育部印發(fā)的《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》指出，作為新工科涵蓋的新興專業(yè)，人工智能技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟發(fā)展新引擎、社會發(fā)展加速器，正在引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。面對新一代人工智能發(fā)展的機遇，高校要進(jìn)一步強化基礎(chǔ)研究、學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢，不斷推動人工智能與教育深度融合，為教育變革提供新方式。自然語言處理課程是人工智能方向的重要課程，有較強的綜合性、實用性和創(chuàng)新性。該課程一般在本科高年級開設(shè)，此時學(xué)生已完成有關(guān)先修專業(yè)基礎(chǔ)課程，具備較高專業(yè)技能，能夠掌握課程專業(yè)知識的同時，完成一定容量的綜合實踐項目。傳統(tǒng)的以教師為核心的課堂教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足其教學(xué)要求，不能滿足學(xué)科發(fā)展需要;因此，將OBE教育理念應(yīng)用于課程教學(xué)，將更好地明確教學(xué)目標(biāo)，科學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。綜合參照國內(nèi)關(guān)于該課程的改革方案的一些新的思路，本項目將以“自然語言處理與知識發(fā)現(xiàn)”課程為實現(xiàn)載體，探索基于OBE理念的教學(xué)模式在人工智能類課程中的應(yīng)用。

一、推進(jìn)基于OBE理念的自然語言處理課程建設(shè)

作為人工智能學(xué)科的一門重要基礎(chǔ)課程，自然語言處理課程具有如下特點。

（一）課程內(nèi)容知識點多

自然語言處理是一門新興交叉學(xué)科，它涵蓋了語言學(xué)、計算機科學(xué)、概率統(tǒng)計和機器學(xué)習(xí)學(xué)科知識內(nèi)容。因此其學(xué)科內(nèi)容覆蓋的知識比較廣，對學(xué)生的要求除了計算機基本的編程和算法技能外，還需要具備基礎(chǔ)的語言學(xué)的詞法、句法和語義學(xué)等知識，同時高等數(shù)學(xué)和概率論知識對課程中統(tǒng)計模型的理解也很重要。涉及到自然語言處理課程的學(xué)科基礎(chǔ)如此之多，課程容量相對也比較大，因此在有限的課堂學(xué)時中科學(xué)安排課程內(nèi)容，使之能夠激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生課下的進(jìn)一步探究和學(xué)習(xí)非常重要。

（二）學(xué)科應(yīng)用性強

自然語言處理與行業(yè)應(yīng)用密切相關(guān)。常見的應(yīng)用有信息檢索、垃圾郵件分類、商品評論、語音識別、自動問答和聊天機器人等。在課程設(shè)計中，需要將自然語言處理的基礎(chǔ)技術(shù)如詞法、句法、語義分析等與統(tǒng)計機器學(xué)習(xí)模型結(jié)合，形成完整的課程項目。學(xué)生通過課堂知識的理解，依照課程項目的要求，查閱文獻(xiàn)和工具，分析項目實現(xiàn)流程，運用自己的算法和代碼能力，通過基于理論和模型之上的實踐項目來鞏固課程內(nèi)容，拓展課程知識，培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力。

（三）開設(shè)時間短

國外開設(shè)本課程相對較早，有比較成熟的課程體系，他們在本科階段就有自然語言處理的獨立專業(yè)。國內(nèi)引入自然語言處理的時間相對較短，目前為止還沒有自然語言處理的本科專業(yè)，僅有一些高校將其作為本科專業(yè)選修課程。因此本課程的課程內(nèi)容、授課方式和實踐方式都還不完善。

基于以上課程特點，適逢教育部關(guān)于《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的提出，研究和設(shè)計合理的自然語言課程建設(shè)方案，是恰逢其時的任務(wù)?；诖?，我們提出基于OBE理念的課程建設(shè)方案。建設(shè)方案如下：

1.基于成果需求建立課程實踐項目。根據(jù)課程要求，找準(zhǔn)行業(yè)需求，調(diào)研國內(nèi)外成熟的課程體系，結(jié)合行業(yè)的最新應(yīng)用和發(fā)展，構(gòu)建科學(xué)的教學(xué)案例和課程實踐項目是改革方案的基礎(chǔ)。

2.建立契合課程項目的課程體系。課程體系是培養(yǎng)方案的重要架構(gòu)，是課程實踐項目實現(xiàn)的基礎(chǔ)。所有的項目應(yīng)用一定是基于學(xué)科的基礎(chǔ)知識的，因此找準(zhǔn)與實踐項目相關(guān)的知識點，科學(xué)地構(gòu)建課程知識點與課程項目的關(guān)聯(lián)，將課程知識點循序漸進(jìn)地融合到項目中。

3.研究教學(xué)實施方式和考核方式。教學(xué)環(huán)節(jié)是實施改革方案實現(xiàn)過程。改革的指導(dǎo)思想是從“以教為主”向“以學(xué)為主”的方式轉(zhuǎn)變，包括授課方式、作業(yè)方式和反饋方式等。考核方式將會以最終成績?yōu)橹鬓D(zhuǎn)變?yōu)樽⒅爻晒统晒膶崿F(xiàn)過程為主。

以上課程研究內(nèi)容其實就是要回答OBE理念的核心問題：這門課程需要讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？怎樣設(shè)計課程才能幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？如何評估學(xué)生取得學(xué)習(xí)成果？作為一種先進(jìn)的教育模式，OBE理念其核心是以學(xué)生為主體，以成果為驅(qū)動，所有的課程教學(xué)活動都圍繞該理念設(shè)計。

二、思路和方法

課程建設(shè)項目的研究流程：根據(jù)調(diào)研課程的要求和行業(yè)應(yīng)用的需要，提出該課程應(yīng)該達(dá)到的目標(biāo)和獲得的學(xué)習(xí)成果;圍繞成果需求的目標(biāo)整合教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生完成對應(yīng)的課程項目;基于OBE理念開展教學(xué)的實施過程，并設(shè)計合理的考核方式。

（一）基于OBE的成果理念構(gòu)建課程項目

調(diào)研國內(nèi)外高校開設(shè)相關(guān)課程，結(jié)合本校的教學(xué)實際和學(xué)生所掌握的知識體系，放眼行業(yè)應(yīng)用需求和前沿技術(shù)，撰寫符合專業(yè)培養(yǎng)方案的課程大綱，明確課程應(yīng)該達(dá)到的成果要求。根據(jù)目前已有的授課經(jīng)驗和教學(xué)方案的要求，本課程中學(xué)生需要獲得的部分課程成果要求如圖1左邊所示的6個任務(wù)：基本的文本處理和統(tǒng)計能力、基于HMM模型的分詞和詞性標(biāo)注模型實現(xiàn)、餐廳電話語音識別、文本拼寫檢查器的實現(xiàn)、垃圾郵件識別和Twitter產(chǎn)品評論極性的判別。初期課程成果項目由課題組教師完成項目收集和創(chuàng)建，并每年根據(jù)行業(yè)發(fā)展補充更新。在課程實施過程中，發(fā)現(xiàn)和鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，提出和完成有創(chuàng)新性的課程項目案例。這種從學(xué)生中來到學(xué)生中去，以學(xué)生為本的思想，正是OBE理念的體現(xiàn)，學(xué)生從中獲得的成就感會進(jìn)一步刺激他們的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而形成一種教和學(xué)的良性互動。

（二）根據(jù)成果要求整合教學(xué)內(nèi)容

圖1右邊所示的是與教學(xué)成果關(guān)聯(lián)的教學(xué)內(nèi)容。包括基本的文本處理能力和文本統(tǒng)計技術(shù)、分詞和詞性標(biāo)注的知識和相關(guān)的統(tǒng)計模型HMM、語言模型及其應(yīng)用、文本分類技術(shù)和應(yīng)用?，F(xiàn)在需要根據(jù)課程項目，在課程大綱的指導(dǎo)下整合它們與課程知識點的對應(yīng)關(guān)系。整合課程知識點過程中，我們參考了幾個資源：首先，目前有一些國內(nèi)外高校開設(shè)此類課程，例如斯坦福大學(xué)的cs124課程，中國科學(xué)院宗成慶老師的“統(tǒng)計自然語言處理”等，他們有相對完善的課程體系和資源，借鑒這些優(yōu)質(zhì)的課程體系可以繼承優(yōu)點，少走彎路。其次，該課程內(nèi)容與前沿技術(shù)和行業(yè)需求緊密結(jié)合，屬于研究型的應(yīng)用課程。因此到相關(guān)企業(yè)調(diào)研，對接產(chǎn)業(yè)需求，培養(yǎng)符合市場需要的創(chuàng)新型人才，也是《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的要求;另外在授課過程中，通過小組討論的方式，在課堂互動過程中發(fā)現(xiàn)問題，補充知識點。目前，課程部分成果目標(biāo)和對應(yīng)的知識點組織如表1所示。

（三）教學(xué)實施方式改革

基于OBE的教學(xué)改革重要理念是教學(xué)驅(qū)動方式的變革，從以教師教授為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)和實踐為主。因此，教學(xué)實施方式除了課堂講授，加大了學(xué)生參與課堂的力度，學(xué)生參與課堂的方式包括小組討論、課程項目的分組和實現(xiàn)、成果答辯等過程。實施過程按照如下方式進(jìn)行：

1.學(xué)生分組，項目分發(fā)。教師在教授每個版塊知識前，先將基于成果目標(biāo)的課程項目分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生通過調(diào)研和撰寫綜述的方式了解課程項目，熟悉版塊的知識體系;隨著項目成果一起分發(fā)的，有相關(guān)的閱讀材料和指導(dǎo)文獻(xiàn)，以及線上課程，上課之前學(xué)生需要先帶著問題去完成一定量的線上課程。

2.課程面授，小組討論。在線上課程中不能解決的問題，在課程授課中一般會得到解決;仍然對項目和課程內(nèi)容有疑問，可以通過小組討論的方式提出問題、分析問題和解決問題。

3.課程項目實施和答辯。學(xué)生小組在教師的指導(dǎo)下完成課程項目，提交代碼和課程報告。小組學(xué)生需要做課堂展示并進(jìn)行項目答辯，小組成員需要明確自己在項目中的貢獻(xiàn)，答辯得分和項目完成質(zhì)量將納入最終的考核成績。

（四）課程考核

考核內(nèi)容包括項目課程知識點的掌握、課程項目完成情況、項目答辯的得分和課程報告的得分。因此最終的成績構(gòu)成包括課程理論考試成績50%，項目得分50%。項目得分中包含了項目完成度、項目答辯成績、課程報告和個人在小組中的貢獻(xiàn)等。

三、課程改革的反饋和修正機制

好的評價機制和反饋機制能對課程改革的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行修正，最終得到較為完善的教學(xué)方案。其中來自學(xué)生和用人單位的反饋對改革的促進(jìn)作用最為重要。

（一）學(xué)生反饋

最終的考試成績和項目完成度考核是最直接的課程效果反饋，學(xué)生對課程項目設(shè)置的評價是另外一種完善課程方案的途徑。評價包括學(xué)生對項目強度、項目的針對性和對知識點的涵蓋面等。為了獲得最真實的學(xué)生反饋，我們會針對性發(fā)起線上調(diào)查問卷。

（二）行業(yè)反饋

根據(jù)課程方案培養(yǎng)出的學(xué)生是否滿足行業(yè)應(yīng)用需求，需要來自用人單位的評價和反饋?？梢酝ㄟ^對用人單位的走訪和已畢業(yè)學(xué)生的信息來獲取。

（三）教師培養(yǎng)

根據(jù)課程反饋結(jié)果，修正課程方案中的課程設(shè)計，補充符合行業(yè)發(fā)展變化的內(nèi)容，更新陳舊的知識點。同時要根據(jù)課程目標(biāo)提升課程組教師的指導(dǎo)能力，積極促進(jìn)教師參加各種前沿技術(shù)培訓(xùn)。積極開展課程組教師的教學(xué)研討，交流經(jīng)驗，提升其業(yè)務(wù)教學(xué)能力。

四、結(jié)語

作為人工智能的五大核心方向的自然語言處理技術(shù)，已經(jīng)得到越來越多的重視。自然語言處理課程已經(jīng)被越來越多的高校納入本科生教學(xué)計劃，成為本科高年級階段的專業(yè)課。如何上好這門課，必須認(rèn)清該課程的特點以及行業(yè)對人才的創(chuàng)新性和實踐能力的要求。本項目針對自然語言處理課程，提出了基于OBE理念的以學(xué)生為主體、以課程成果驅(qū)動的教學(xué)改革方案。該方案明確課程建設(shè)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、實施方式和考核方式。探討實現(xiàn)以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向的新型教學(xué)關(guān)系，主張以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣和能力為本課程的重要目標(biāo)。提高學(xué)生在課程中的參與度，從課程成果項目的設(shè)置、小組項目討論、項目的實現(xiàn)和課程反饋機制都體現(xiàn)了以學(xué)生為本、以行業(yè)應(yīng)用為導(dǎo)向的新工科思維。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握自然語言處理任務(wù)實現(xiàn)流程、模型原理和實現(xiàn)方法，能完成自然語言處理中各種基礎(chǔ)任務(wù)從設(shè)計到實現(xiàn)的過程，能有效提高高校學(xué)生在人工智能方面的知識儲備和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)新時代企業(yè)需要的人才。

參考文獻(xiàn)：

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編輯∕宋宇