網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與處理課程教學(xué)模式改革

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集；三階遞進(jìn)式；課程改革；百度AIStudio平臺(tái)；頭歌平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）28-0146-03

0 引言

大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)引領(lǐng)數(shù)智時(shí)代的發(fā)展，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，進(jìn)而對(duì)我國研究生教育培養(yǎng)和創(chuàng)新素質(zhì)提出了新的要求[1-2]。圖書情報(bào)專業(yè)涵蓋多學(xué)科前沿知識(shí)，具有典型的跨學(xué)科、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，如何在數(shù)智時(shí)代新環(huán)境下拓展專業(yè)內(nèi)涵，構(gòu)建適應(yīng)新時(shí)代圖書情報(bào)專業(yè)研究生培養(yǎng)的課程體系，是當(dāng)前必須面對(duì)的問題[3]。

傳統(tǒng)的圖書情報(bào)專業(yè)教育模式已無法滿足數(shù)智時(shí)代對(duì)人才的需求，課程改革勢在必行。同時(shí)，我校圖書情報(bào)研究課題大多與數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)模型相關(guān)，因此網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與處理課程在我校圖書情報(bào)碩士人才培養(yǎng)中占有重要地位。孫文龍等[4-6]利用問卷調(diào)查、網(wǎng)絡(luò)分析的方式分別對(duì)國內(nèi)情報(bào)學(xué)、圖書館學(xué)研究生課程進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)研，結(jié)果表明關(guān)于大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等課程設(shè)置不足，且未形成系統(tǒng)化。歐美高校通過建設(shè)“圖情+”項(xiàng)目，引入企業(yè)背景師資，采用綜合實(shí)踐等創(chuàng)新教育模式，系統(tǒng)提升了學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)[7-8]。與歐美高校相比，國內(nèi)高校在該領(lǐng)域的課程建設(shè)仍處于起步階段，存在以下問題：開設(shè)時(shí)間較短、缺乏完善的體系化規(guī)劃、實(shí)踐平臺(tái)薄弱、理論與實(shí)踐的結(jié)合程度低以及教學(xué)內(nèi)容與業(yè)界需求之間的聯(lián)系不夠緊密[9]。

在新工科背景下，圖書情報(bào)專業(yè)的數(shù)據(jù)分析和人工智能人才培養(yǎng)更加重視實(shí)際應(yīng)用。這意味著需要圖書情報(bào)專業(yè)能夠滿足社會(huì)和企業(yè)對(duì)應(yīng)用的迫切需求。課程建設(shè)是人才培養(yǎng)的基石和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與處理課程的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行改革，提高實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的參與度，提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

1 課程特點(diǎn)分析

目前，由于圖情行業(yè)對(duì)人才的多樣化需求、師資力量薄弱和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件高要求的特殊挑戰(zhàn)和困難，該課程面臨一些迫切需要解決的問題。

1.1 實(shí)驗(yàn)軟硬件環(huán)境滯后

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與處理課程的深度學(xué)習(xí)模型部分，需要圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU） 計(jì)算資源和復(fù)雜的環(huán)境配置，當(dāng)前學(xué)校機(jī)房軟硬件環(huán)境滯后，導(dǎo)致學(xué)生無法進(jìn)行深度學(xué)習(xí)模型的實(shí)驗(yàn)，限制了他們實(shí)踐能力的提升。

1.2 行業(yè)案例和項(xiàng)目選題缺乏創(chuàng)新性

由于傳統(tǒng)教學(xué)模式與行業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生難以理解知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，無法解決現(xiàn)實(shí)中的復(fù)雜問題[10]。

1.3 課程實(shí)踐性強(qiáng)，跨專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)薄弱

該課程的教學(xué)效果高度依賴?yán)碚撆c實(shí)踐的結(jié)合，實(shí)踐至關(guān)重要。本課程需要學(xué)生掌握Python，尤其要熟悉使用其中的各種包，也包括Pytorch、PaddlePaddle 等不同的深度學(xué)習(xí)框架。同時(shí)，不同院校的圖書情報(bào)碩士跨專業(yè)生源存在顯著差異，武漢大學(xué)等校生源大多具備相關(guān)專業(yè)背景[10]。對(duì)于非圖書情報(bào)背景的學(xué)生來說，有些學(xué)生可能自學(xué)了Python，但缺乏足夠的編程訓(xùn)練。因此，如何根據(jù)學(xué)生的具體情況合理安排學(xué)時(shí)、線下、線上和課外學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣和熱情，是課程教學(xué)設(shè)計(jì)須認(rèn)真考慮的關(guān)鍵問題。

2 三階遞進(jìn)式教學(xué)模式設(shè)計(jì)與探索

課程采用課堂、實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目的三階遞進(jìn)式教學(xué)模式，以需求為導(dǎo)向凝練知識(shí)點(diǎn)，幫助學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)解決實(shí)際問題的興趣，從而滿足企業(yè)和社會(huì)對(duì)人才的要求。

第一階段：課堂教學(xué)。在這一基礎(chǔ)階段，教師通過授課向?qū)W生傳授相關(guān)理論和編程方法。這個(gè)階段強(qiáng)調(diào)調(diào)試代碼能力的訓(xùn)練，也為后續(xù)的實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

第二階段：實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。在這一階段，學(xué)生親自動(dòng)手完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生將在這個(gè)過程中消化課堂所學(xué)的理論知識(shí)，運(yùn)用理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐，將學(xué)習(xí)到的實(shí)踐方法轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作技能。

第三階段：面向企業(yè)需求的項(xiàng)目實(shí)踐。學(xué)生以小組方式學(xué)習(xí)企業(yè)實(shí)踐案例。這一階段旨在提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)他們應(yīng)對(duì)實(shí)際工作挑戰(zhàn)的能力。

基于以上三階遞進(jìn)式教學(xué)模式設(shè)計(jì)思路，本課程采用頭歌實(shí)訓(xùn)平臺(tái)和百度AI Studio平臺(tái)對(duì)課程的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。在課程教學(xué)中，首要確定運(yùn)行Python的編程環(huán)境，Python實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選擇頭歌在線實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。該平臺(tái)采用游戲化闖關(guān)的形式，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

同時(shí)，深度學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)對(duì)GPU算力有較高要求，本校實(shí)驗(yàn)環(huán)境難以支撐此類實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)。而且，在以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師需要安裝和配置相對(duì)復(fù)雜的軟件環(huán)境。受認(rèn)知水平的影響和自主學(xué)習(xí)能力的差異，部分學(xué)生在自行安裝實(shí)驗(yàn)環(huán)境時(shí)也面臨重重困難，加之學(xué)生的溝通和協(xié)作意識(shí)不強(qiáng)，阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。為解決以上問題，課程經(jīng)綜合考慮選擇了百度AIStudio平臺(tái)。與其他深度學(xué)習(xí)平臺(tái)相比，百度同時(shí)為每位開課老師和選課學(xué)生提供免費(fèi)GPU算力，免費(fèi)的算力和在線的開放平臺(tái)能夠?yàn)槔蠋熢谄脚_(tái)上建課和授課提供極大的便利性。平臺(tái)還提供了豐富的樣例工程和各領(lǐng)域數(shù)據(jù)集，以及云端的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，可以快速搭建以行業(yè)應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

2.1 課堂教學(xué)過程

課堂教學(xué)配套的資源豐富多樣，方便學(xué)生根據(jù)需要學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)。為了應(yīng)對(duì)內(nèi)容繁雜、知識(shí)點(diǎn)眾多的課程，教師可以將各種類型的資源上傳到頭歌平臺(tái)，包括PPT、視頻、音頻等，以便學(xué)生有針對(duì)性地選擇學(xué)習(xí)。在授課過程中，教師可針對(duì)性講解內(nèi)容，其中數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)是授課的重點(diǎn)。

課程內(nèi)容傳授過程分為課前和課中兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)教學(xué)效果。課前，學(xué)生在課外完成基本的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)，通過自學(xué)和在線資源掌握基礎(chǔ)理論。課中，教師在課堂內(nèi)通過輔助教學(xué)，幫助學(xué)生鞏固和提高所學(xué)知識(shí)。這種設(shè)計(jì)不僅提升了課程的授課效果，還增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過課前自主學(xué)習(xí)和課中互動(dòng)教學(xué)的結(jié)合，學(xué)生能夠更好地理解和應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)更高效的學(xué)習(xí)成果。

2.1.1 課前環(huán)節(jié)

課前環(huán)節(jié)包括學(xué)期開課前準(zhǔn)備素材、定時(shí)發(fā)布教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生按要求完成預(yù)習(xí)任務(wù)。具體步驟如下：1） 教師準(zhǔn)備課程素材；2） 平臺(tái)發(fā)布內(nèi)容；3） 學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和自測；4） 測試題與統(tǒng)計(jì)。通過這樣的課前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠在上課前建立起對(duì)課程內(nèi)容的初步理解，為課堂上深入學(xué)習(xí)和互動(dòng)討論打下良好的基礎(chǔ)。

2.1.2 課中環(huán)節(jié)

課中教學(xué)部分以問題或者項(xiàng)目為導(dǎo)向歸納核心知識(shí)點(diǎn)，將原來課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)重新分解再造，劃分成10～20分鐘為單位的授課階段，每個(gè)階段后輔以投票、測驗(yàn)、問答討論等教學(xué)環(huán)節(jié)，完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。授課過程中采用理論結(jié)合實(shí)踐的方法，先講解理論原理，再結(jié)合1～2個(gè)實(shí)踐案例進(jìn)行講解。

實(shí)踐證明，學(xué)生能夠迅速理解飛槳框架相關(guān)的深度學(xué)習(xí)代碼，這不僅加強(qiáng)對(duì)深度學(xué)習(xí)理論的理解，還使得課堂教學(xué)更加流暢。此外，通過實(shí)際應(yīng)用飛槳框架，學(xué)生逐漸增加了對(duì)國產(chǎn)深度學(xué)習(xí)框架的信心和熱情，達(dá)到課程思政的教學(xué)目標(biāo)。

2.2 基于頭歌開展線上基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容遵循以下原則：

1） 實(shí)驗(yàn)題目具有新穎的特點(diǎn)，能引起學(xué)生的興趣；2） 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論授課內(nèi)容相匹配，能夠加深對(duì)理論內(nèi)容的理解；3） 實(shí)驗(yàn)可進(jìn)行自動(dòng)評(píng)測，降低教師評(píng)價(jià)工作量。

基于以上三原則，課程在頭歌平臺(tái)創(chuàng)建了在線基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。

在實(shí)驗(yàn)課之前，要求學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)資源。實(shí)驗(yàn)過程中，教師講解實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，學(xué)生通過自己動(dòng)手實(shí)踐。若遇到問題，學(xué)生可以在討論區(qū)與教師和同學(xué)討論，但不得張貼答案。完成實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生將獲得闖關(guān)成功的提示。整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖1所示，共包含41個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。

2.3 基于AI Studio開展項(xiàng)目教學(xué)

本課程在項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)主要來自AI Studio中的“飛槳產(chǎn)業(yè)實(shí)踐范例庫”，其項(xiàng)目背景和需求與企業(yè)密切相關(guān)。同時(shí)，百度AI Studio平臺(tái)提供了豐富的資源，包括社區(qū)、算力、課程、比賽等。課程在充分借鑒平臺(tái)優(yōu)秀案例的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了二次開發(fā)，以完善課程線上實(shí)驗(yàn)資源。這種方式不僅結(jié)合了平臺(tái)的優(yōu)質(zhì)資源，還根據(jù)學(xué)生的具體需求進(jìn)行了調(diào)整，確保教學(xué)內(nèi)容更具有針對(duì)性和實(shí)用性。

我校生源來自多個(gè)不同專業(yè)，為降低與任務(wù)相關(guān)背景知識(shí)的學(xué)習(xí)難度，課程以情感分析單一任務(wù)講解三大深度學(xué)習(xí)模型，不再介紹圖像分類、信息抽取、問答系統(tǒng)等多個(gè)自然語言處理任務(wù)，而是將這種多樣化需求體現(xiàn)在學(xué)生自選項(xiàng)目上。圖2所示是在AI Studio 平臺(tái)上搭建的課程網(wǎng)站。

2.3.1 項(xiàng)目題目篩選

項(xiàng)目選題符合實(shí)際應(yīng)用場景。選題從行業(yè)應(yīng)用出發(fā)，使學(xué)生從了解行業(yè)需求，逐步提高能夠解決復(fù)雜工程問題的能力。選題不應(yīng)僅僅是為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)模型，而是要與實(shí)際工程應(yīng)用所面臨的問題相關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生在解決項(xiàng)目中的挑戰(zhàn)時(shí)能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能。表1展示了2023年秋學(xué)期課程選擇的6個(gè)“飛槳產(chǎn)業(yè)實(shí)踐范例庫”中的題目。

2.3.2 項(xiàng)目的實(shí)施過程

項(xiàng)目實(shí)施采用課內(nèi)和課外相結(jié)合的方式。課內(nèi)學(xué)時(shí)為學(xué)生與指導(dǎo)教師提供了交流和討論的機(jī)會(huì)。學(xué)生被要求在百度AI Studio開源項(xiàng)目中進(jìn)行工作，并在項(xiàng)目討論區(qū)發(fā)布項(xiàng)目進(jìn)展，以便教師和同學(xué)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和互評(píng)。這種開源項(xiàng)目的方式進(jìn)一步提高了學(xué)生的參與度。項(xiàng)目的評(píng)估通過期末答辯和項(xiàng)目報(bào)告進(jìn)行綜合衡量。

2.3.3 項(xiàng)目的總結(jié)延伸

為了進(jìn)一步推動(dòng)學(xué)生參與大數(shù)據(jù)和人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)踐，課程采取以下措施：1） 表彰和獎(jiǎng)勵(lì)；2） 組建興趣小組。通過這些舉措的實(shí)施，可以看到越來越多的學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)和人工智能充滿熱情，并積極參與學(xué)習(xí)和實(shí)踐，取得了令人矚目的成就。這種積極性的提升對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力至關(guān)重要，不僅能夠促進(jìn)個(gè)人的成長，還能夠?yàn)檎麄€(gè)行業(yè)的發(fā)展注入新的活力和創(chuàng)新力。在2023年9月舉辦的“泰迪杯”數(shù)據(jù)分析技能賽中，課程所在班同學(xué)均報(bào)名參賽，獲得國賽二等獎(jiǎng)2項(xiàng)和三等獎(jiǎng)5項(xiàng)的優(yōu)異成績。

3 結(jié)論

針對(duì)企業(yè)對(duì)圖書情報(bào)專業(yè)學(xué)生的需求，本課程對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與處理課程進(jìn)行了有針對(duì)性的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，更加注重?cái)?shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用。為了解決課程實(shí)驗(yàn)中的難題，本課程從基礎(chǔ)到綜合逐步搭建了集成教學(xué)環(huán)境，并進(jìn)行了多輪教學(xué)實(shí)踐。通過這些措施，成功解決了軟硬件環(huán)境搭建困難、行業(yè)數(shù)據(jù)集獲取缺乏和教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏針對(duì)性等問題。集成教學(xué)環(huán)境的建立不僅簡化了教學(xué)過程，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和實(shí)踐能力，還進(jìn)一步為其綜合素質(zhì)和職業(yè)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來，將探索將大型語言模型（如ChatGPT） 應(yīng)用于課程教學(xué)，以進(jìn)一步提升學(xué)生的代碼編寫能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。