朋輩教育在“模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程中的實(shí)踐

蔡倩華

摘要：目前，朋輩教育已經(jīng)廣泛應(yīng)用于思政、體育等多個(gè)方面，并取得了不錯(cuò)的效果。本文以朋輩教育為理念，以“模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程的朋輩教育實(shí)踐為例，探討了朋輩教育模式在工科專業(yè)課程中的應(yīng)用。朋輩教育作為一種補(bǔ)充教育模式，可以通過(guò)助學(xué)團(tuán)為專業(yè)課程學(xué)習(xí)上有困難的學(xué)生提供個(gè)性化指導(dǎo)；通過(guò)以賽促練，讓助學(xué)團(tuán)成員和有自主學(xué)習(xí)意識(shí)的學(xué)生互相學(xué)習(xí)，相互促進(jìn)，共同提升工程實(shí)踐能力和科研能力。

關(guān)鍵詞：朋輩教育；自主學(xué)習(xí)；助學(xué)團(tuán)

引言

“模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”是人工智能方向的專業(yè)核心課程之一。當(dāng)前，我國(guó)政府正積極推動(dòng)以人工智能為核心的科技領(lǐng)域發(fā)展，并將其視為國(guó)家發(fā)展的關(guān)鍵方向之一。2017年的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》已經(jīng)明確了人工智能在我國(guó)未來(lái)發(fā)展中的重要地位和作用[1]。機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能的重要分支和人工智能發(fā)展浪潮的關(guān)鍵技術(shù)，其思想和算法已經(jīng)滲透到信息處理的各個(gè)方面。在此背景下，希望畢業(yè)后成為新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展合格人才的大學(xué)生有必要系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握機(jī)器學(xué)習(xí)的理論和方法。

1. 朋輩教育提出的背景

1.1 朋輩教育的起源及發(fā)展

朋輩教育也稱同伴教育、朋輩指導(dǎo)等，一般是指具有相同背景或經(jīng)歷、年齡相似的伙伴或群體，共同分享知識(shí)、觀念或技能的教育形式[2]。

在大學(xué)教育模式下，不同專業(yè)的本科生和研究生長(zhǎng)期學(xué)習(xí)和生活在同一個(gè)時(shí)空，互相影響、互相促進(jìn)，是展開(kāi)朋輩教育的絕佳時(shí)機(jī)。朋輩教育已經(jīng)在不少學(xué)校的思政、體育等方面展開(kāi)，取得了不錯(cuò)的效果。調(diào)查結(jié)果表明，當(dāng)面臨生活中的困擾、學(xué)習(xí)壓力或職業(yè)規(guī)劃等挑戰(zhàn)時(shí)，超過(guò)七成的學(xué)生傾向于首先尋求同齡人的建議，其次是咨詢老師或者父母，最后才可能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)尋找答案[3]?？梢?jiàn)，朋輩是學(xué)生心中比家長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)等更值得信賴的群體。

1.2 “模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程開(kāi)展朋輩教育的背景

通過(guò)高考進(jìn)入大學(xué)校園的大學(xué)生，起點(diǎn)和素質(zhì)接近，但是進(jìn)入大學(xué)生活后，逐漸開(kāi)始分化。有學(xué)習(xí)規(guī)劃和目標(biāo)明確，持續(xù)拼搏的；也有渾渾噩噩，不思進(jìn)取的。而傳統(tǒng)的大學(xué)課堂只能兼顧大多數(shù)學(xué)生，無(wú)法做到個(gè)性化教育。朋輩教育作為正式教育外的一種重要補(bǔ)充，為個(gè)性化教育和自主學(xué)習(xí)提供了機(jī)會(huì)。

“模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程專業(yè)性很強(qiáng)，是人工智能承上啟下的重要課程。在本課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，將運(yùn)用到高級(jí)數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)等相關(guān)預(yù)備學(xué)科的基礎(chǔ)概念，以支撐各種算法的分析。而針對(duì)人工智能驅(qū)動(dòng)的集成電路設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)的構(gòu)建、智能化機(jī)器人的關(guān)鍵組件、特定的傳感設(shè)備、硬體連接規(guī)范、車輛網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用、顯示器的研發(fā)等方面，都需要本課程的相關(guān)理論作為基礎(chǔ)。朋輩教育在本專業(yè)課程中實(shí)施，有利于擴(kuò)大朋輩間良性互動(dòng)的影響力，形成積極向?qū)W的校園氛圍，特別是在帶動(dòng)缺乏毅力和行動(dòng)力、不擅長(zhǎng)學(xué)習(xí)規(guī)劃的同學(xué)重獲學(xué)習(xí)動(dòng)力和信心方面能夠取得很好的效果。

2. “模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程教學(xué)痛點(diǎn)

2.1 課堂教學(xué)難以有效實(shí)施

如何把本課程中的基礎(chǔ)理論、重難點(diǎn)知識(shí)系統(tǒng)地傳授給學(xué)生是困擾教師團(tuán)隊(duì)的難題。本課程涉及算法多、數(shù)理推導(dǎo)多，大部分學(xué)生反映基礎(chǔ)理論部分枯燥難懂，缺乏毅力和行動(dòng)力的本科生容易產(chǎn)生畏難情緒，課堂理論教學(xué)難以有效實(shí)施。

為與企業(yè)需求掛鉤，本課程設(shè)置的多個(gè)基礎(chǔ)算法實(shí)驗(yàn)和案例學(xué)習(xí)，使用目前流行的Python語(yǔ)言進(jìn)行編程，學(xué)生需要快速學(xué)習(xí)這門新的編程語(yǔ)言然后運(yùn)用，部分編程能力弱的本科生在這個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)始頻頻求助。因此，Python編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)也需要朋輩教育的幫扶。

2.2 教學(xué)手段比較單一

目前的“模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程教學(xué)手段主要包括課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練及課程大作業(yè)。其中，課堂教學(xué)占據(jù)主體地位，課內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)室算法訓(xùn)練和實(shí)訓(xùn)是輔助，課程大作業(yè)由學(xué)生單獨(dú)或建立小組課后完成。這種教學(xué)手段過(guò)度依賴于傳統(tǒng)的教師面授，沒(méi)有充分利用優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)資源和方便的網(wǎng)絡(luò)手段，已難以適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)的快速發(fā)展。如何有效融入優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和教學(xué)手段成為問(wèn)題。

2.3 與前沿科學(xué)研究脫節(jié)

機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能學(xué)科和行業(yè)創(chuàng)新的研究熱點(diǎn)，涉及的教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)應(yīng)用、學(xué)術(shù)前沿都有比較密切的聯(lián)系。而傳統(tǒng)講授的理論知識(shí)大部分為基礎(chǔ)知識(shí)和經(jīng)典方法，學(xué)生的課程實(shí)踐也主要針對(duì)基礎(chǔ)典型算法的模式進(jìn)行，并不適應(yīng)科研現(xiàn)狀，需要改革現(xiàn)有的課程體系，增加前沿科學(xué)熱點(diǎn)理論知識(shí)，如對(duì)各種深度學(xué)習(xí)模型的學(xué)習(xí)。

2.4 產(chǎn)學(xué)研缺乏深度融合

隨著新一代人工智能的高速發(fā)展，人工智能技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景中。自然語(yǔ)言處理工具ChatGPT就是由人工智能技術(shù)所驅(qū)動(dòng)。這將使得一些職位不斷與人工智能技術(shù)相結(jié)合，從而形成了新經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的新職位。企業(yè)對(duì)人工智能應(yīng)用型專業(yè)人才的需求也呈指數(shù)級(jí)增加。然而，根據(jù)公司的反饋，在新的工科環(huán)境中，由于學(xué)校和企業(yè)之間的有效協(xié)作不足，以及產(chǎn)學(xué)研之間的深度融合不足，對(duì)于新一代人工智能人才的培養(yǎng)達(dá)不到要求[4]。

3. “模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程朋輩學(xué)習(xí)的實(shí)施路徑

3.1 電信學(xué)院助學(xué)團(tuán)的成立

為了培養(yǎng)具備深厚數(shù)學(xué)及專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)、擅長(zhǎng)實(shí)際操作并能融會(huì)貫通的新一代人工智能領(lǐng)域?qū)ｉT人才，華南師范大學(xué)電信學(xué)院致力于構(gòu)建全面的教育支援系統(tǒng)，秉持朋輩教育的理念，創(chuàng)建了電信學(xué)院助學(xué)團(tuán)，旨在對(duì)有學(xué)習(xí)困擾的同學(xué)給予個(gè)性化輔導(dǎo)，同時(shí)也為優(yōu)秀同學(xué)提供一個(gè)提高自身能力的舞臺(tái)。

3.2 助學(xué)能力培訓(xùn)提升機(jī)制

在助學(xué)團(tuán)隊(duì)中，本課程教師團(tuán)隊(duì)作為指導(dǎo)老師，在研究生和本科生中選拔助學(xué)隊(duì)員，形成助學(xué)網(wǎng)絡(luò)。為了提升學(xué)生助學(xué)的幫扶能力，召開(kāi)了多場(chǎng)線上或線下研討會(huì)，對(duì)課程重點(diǎn)、難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行梳理。利用朋輩學(xué)習(xí)的理論，助學(xué)團(tuán)整合線上線下的學(xué)習(xí)資源，學(xué)習(xí)Python編程知識(shí)和各種實(shí)訓(xùn)案例，總結(jié)幫扶過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。教師團(tuán)隊(duì)也積極參與助學(xué)，并對(duì)助學(xué)隊(duì)員進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、指導(dǎo)和評(píng)分。

3.3 針對(duì)不同需求的能力提升機(jī)制

助學(xué)團(tuán)隊(duì)希望讓不同階段、不同需要的同學(xué)們都獲得有效幫扶，提出了通過(guò)一對(duì)一輔導(dǎo)、討論組、大課堂以及定期座談交流等多種形式，實(shí)現(xiàn)教育幫助與技能提高，這些形式的幫扶滿足了學(xué)習(xí)者的不同學(xué)習(xí)需要。缺乏毅力和行動(dòng)力的學(xué)習(xí)者，本身能力不差，差的是自信心和職業(yè)規(guī)劃，少的是學(xué)習(xí)主動(dòng)性。通過(guò)朋輩教育的幫扶和領(lǐng)航，本科生通過(guò)完善補(bǔ)充基礎(chǔ)知識(shí)短板－算法編程實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)－實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)能力和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)培養(yǎng)的螺旋式學(xué)習(xí)，逐一實(shí)現(xiàn)既定的學(xué)習(xí)目標(biāo)，獲得了學(xué)習(xí)動(dòng)力與信心。

在助學(xué)過(guò)程中提供海量線上線下的視頻授課資源，讓愿意自主學(xué)習(xí)的本科生實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。而助教團(tuán)隊(duì)也將統(tǒng)籌保存、整合各種學(xué)業(yè)資源：學(xué)生筆記、講義、助學(xué)過(guò)程同學(xué)們出現(xiàn)的各種疑問(wèn)和解答的完整記錄、線上教學(xué)資源和實(shí)訓(xùn)模塊資源、助學(xué)團(tuán)隊(duì)和教師團(tuán)隊(duì)對(duì)重難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)的講解錄像和教學(xué)交流會(huì)等，并保存在云盤，方便同學(xué)們查詢和學(xué)習(xí)。這些資源也是留給以后的學(xué)弟學(xué)妹們“傳幫帶”的重要資源。

3.4 以賽促練的能力提升機(jī)制

朋輩的互相學(xué)習(xí)和互相支持，讓本科生不僅夯實(shí)了數(shù)理和專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)，而且通過(guò)基于Python編程的案例學(xué)習(xí)提升了能力，助學(xué)團(tuán)的隊(duì)員們也在幫扶和交流過(guò)程中提升了自身的理論和科研水平。為了讓本科生將所學(xué)理論知識(shí)和相關(guān)實(shí)際項(xiàng)目關(guān)聯(lián)起來(lái)、學(xué)以致用，本課程以賽促練，通過(guò)朋輩教育的幫扶，引導(dǎo)助學(xué)團(tuán)的隊(duì)員和大量本科生組隊(duì)參加全國(guó)數(shù)模競(jìng)賽組委會(huì)“泰迪杯”數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽。

在比賽過(guò)程中，利用現(xiàn)有教學(xué)平臺(tái)和相關(guān)的線上線下多個(gè)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)資源的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室，密集地開(kāi)展競(jìng)賽培訓(xùn)和實(shí)訓(xùn)案例的線上線下交流會(huì)，幫助本科生掌握工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)他們的科研、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)精神。通過(guò)以賽促練，本科生增強(qiáng)了自信，感受到逐一實(shí)現(xiàn)原本遙不可及的目標(biāo)的快感，激發(fā)出強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)熱情。不少本科生在課程結(jié)束后主動(dòng)跟隨導(dǎo)師一直進(jìn)行新一代人工智能相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際前沿研究，畢業(yè)后在相關(guān)企業(yè)工作或者繼續(xù)深造。

4. “模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程引入朋輩學(xué)習(xí)的主要成效

根據(jù)本課程的經(jīng)驗(yàn)，使用朋輩教育進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)有以下優(yōu)點(diǎn)：

4.1 完善課程教學(xué)模式，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

朋輩教育將傳統(tǒng)講授式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)模式，從知識(shí)傳授轉(zhuǎn)為引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、解惑、評(píng)價(jià)，使學(xué)生成為課堂主角，自主投入課堂教學(xué)活動(dòng)中。借助自主學(xué)習(xí)與小組交流的方式，學(xué)生的個(gè)人及團(tuán)隊(duì)潛力得以充分展現(xiàn)，獨(dú)立學(xué)習(xí)的技能也得到了實(shí)踐的機(jī)會(huì)。而對(duì)那些經(jīng)過(guò)自學(xué)和討論仍無(wú)法解答的問(wèn)題則可以進(jìn)行深入講解，讓學(xué)生更有效地掌握解決問(wèn)題的方法，同時(shí)完善了課程教學(xué)模式。采用朋輩教育進(jìn)行助學(xué)后，提高了課程幫扶輸出效率，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，取得了可喜成果，2021年和2022年本課程的及格率比2020年分別提高了13.4%、15.6%。

4.2 營(yíng)造平等、高效、互助、共享的學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)共同進(jìn)步

朋輩之間年齡相差不大，經(jīng)歷有一定相似性，時(shí)間、空間經(jīng)常重疊，溝通更多，心理距離更近。良好的情感交流可以營(yíng)造出舒適的學(xué)習(xí)氛圍和學(xué)習(xí)環(huán)境，增加學(xué)習(xí)的興趣和積極性?！?0后”本科生不迷信權(quán)威，喜歡討論而不是傳統(tǒng)的老師教、學(xué)生學(xué)模式，更喜歡朋輩學(xué)習(xí)這種以達(dá)者為師、互相學(xué)習(xí)、互相影響的模式。本課程教學(xué)過(guò)程中，經(jīng)常是老師或者同學(xué)就某個(gè)知識(shí)點(diǎn)拋出問(wèn)題，大家紛紛發(fā)言，給出多種解題思路，碰撞出思想的火花，高效地解決了問(wèn)題。一些缺乏毅力和行動(dòng)力的或者是沒(méi)有學(xué)習(xí)目標(biāo)的本科生更容易被帶動(dòng)起來(lái)，達(dá)到共同進(jìn)步。

4.3 打造新型校企合作模式，提升學(xué)生的科研能力

本課程在朋輩學(xué)習(xí)過(guò)程中，打造新型校企合作模式，積極鼓勵(lì)學(xué)生以團(tuán)隊(duì)為單位參加各種競(jìng)賽，引入高新企業(yè)的各種獎(jiǎng)勵(lì)任務(wù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，取得可喜成果。2022年，本專業(yè)組隊(duì)參加廣東省第九屆“泰迪杯”數(shù)據(jù)挖掘挑戰(zhàn)賽獲得了很好的成績(jī)。

通過(guò)以賽促學(xué)，幫助本科生快速提升工程實(shí)踐能力、科研能力以及團(tuán)隊(duì)精神，也讓新一代人工智能企業(yè)清楚地看到本科生的實(shí)力。很多獲獎(jiǎng)本科生獲得了進(jìn)入知名人工智能企業(yè)實(shí)習(xí)或工作的機(jī)會(huì)，不少優(yōu)秀本科生持續(xù)地進(jìn)行人工智能相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際前沿研究。2022～2023年，學(xué)生完成本課程學(xué)習(xí)后，發(fā)表了多篇相關(guān)領(lǐng)域SCI級(jí)別論文。接受了朋輩教育的優(yōu)秀本科生參與的項(xiàng)目“非接觸式心率呼吸檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”獲得2022年度廣東省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

結(jié)語(yǔ)

朋輩教育作為新的正式教育外一種重要的補(bǔ)充教育模式，越來(lái)越引起大家的關(guān)注。以“模式識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)”課程為例，朋輩教育應(yīng)用到專業(yè)課程中，能夠讓經(jīng)歷、興趣相近的群體聚合一起，互相幫助、互相影響，互相激勵(lì)，進(jìn)行交流與共享，形成一個(gè)平等、高效、互助、共享的學(xué)習(xí)環(huán)境。但是朋輩教育發(fā)展還處于初步階段，需要繼續(xù)完善。特別是如何選拔和考核朋輩助學(xué)團(tuán)成員，如何減少負(fù)面朋輩影響等方面，還需要做進(jìn)一步的努力。

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作者簡(jiǎn)介：蔡倩華，碩士研究生，研究方向：新一代人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、文字情感分析。