项目驱动的线上线下启发式深度学习实践教学探索

　　深度学习实践是面向高等院校本科生开设的一门实践实训课程，旨在通过课程实践的方式帮助信息专业学生深入理解人工智能、深度学习基本算法，提高学生自主学习以及解决实际问题的能力。传统的实践课程授课模式下，实践与理论存在脱节现象。对于难度较大的实践课，学生缺乏感性认识，怕实践，实践效果不尽如人意，因此，探索出一种能提高学生实践能力的教学模式成为亟待解决的问题。

　　1项目驱动的线上线下模式必要性

　　1.1传统理论教学模式局限性

　　传统教学模式下，教师是知识传授者，关注的是讲授什么内容及如何讲授。教师花费大量的精力和时间确定教学内容和教学方式，监督学生学习，并依据学习结果对学生的学业做出评价。这是一种被动式的“以师为主”的教学方式，是教师单方面的灌输。对于难度较大的课程，这种教学方式使得学生缺乏感性认识，理解起来很吃力，导致学习积极性不高，只为考试而学习，丧失了学习主动性。

　　1.2理论与实践时空分离现状

　　目前，绝大部分院校的计算机类课程存在重理论、轻实践的现状[1]。与理论课程相配套的实验课时远远少于理论课时，并且理论部分与实践部分存在时间上的脱节和空间上的分离[2]。理论部分的教学仍停留在教师主导、无反馈的单方面输出，与之对应的实践部分严重滞后，且在空间上也是和理论部分隔离的[3]。因此，在理论部分理解不透彻、时间又严重滞后的情况下，很多学生“怕”实践，应付实践。

　　1.3学生实践时间严重不足

　　高年级与低年级之间的实践课程设置存在割裂现象，缺乏经验传承，没有将低年级的实践课程进一步深入，变成高年级的实践课程，再加上实践课程的学时远少于理论课程，造成了每门实践课程相对独立且学时少。实践环节仅依赖课内时间，没有将这一环节延伸到课外。时间上的不足导致学生缺乏项目式的锻炼。

　　2项目驱动的线上线下启发式实训模式

　　整体方案及具体实施项目驱动的线上线下启发式教学方案能够解决目前实践课程教学中存在的理论与实践时空分离、学生实践时间严重不足等问题，是充分发挥学生积极性、主动性，极大提高学生实践能力的教学方案，实现“以师为主”到“以生为主”教学模式的转变。首先，引入项目式教学，以学生为中心，使学生通过积极探索现实生活中的挑战，解决实际存在的问题来获取知识[4]，同时采用启发式的教学、互动式的课堂、案例驱动式的实践，做到“以生为主”;其次，将实践能力的培养从课内延伸到课外，建立课前准备—课堂学习—课后训练这一跨越时间和空间的实践能力培养方案，将理论学习与案例实践融为一体;最后，将传统的被动式教学转化为主动式学习，充分激发学生的学习兴趣和信心，使学生在充分理解理论的前提下，将理论转化为实际项目结果，真正提高实践能力。深度学习入门实践这门课程共设置了48学时，其中理论18学时，实践30学时，共12次课。每次课用1学时讲授基础理论并进行互动式讨论，2.5学时上机实践，0.5学时总结，这样讲授与实践、课内与课外有机融合，能够极大地提高实践能力。基于项目驱动的线上线下启发式深度学习实践教学总体方案如图1所示。

　　2.1课前自主学习

　　得益于百度人工智能学习与实训社区AIStudio平台的便利性，提前一周在平台发布课件、数据集等资源供学生预习并布置本节相关资料的查询任务。通过这种方式将课程延伸到课前，要求学生课前自主认真预习课件，结合课件，查阅资料，了解实践内容，明白课前需要完成的预习任务，在课前提交预习报告。课前预习报告可以保证学生的学习状态和学习效率，避免深度学习实践课程的学习及实践流于形式，学生跟不上老师的进度而开小差。前期的预习和资料查阅能引导学生自主开展思考，从而保证后期学生能够在基础理论知识和实践基础上有自己的新思想、新见解，逐渐提高高阶思维能力以及实践能力[5]。

　　2.2课堂互动学习

　　经过课前预习和资料查询，学生已经对实践内容的理论部分有了一定的了解并形成自己的见解。带着独有见解和疑惑到课堂，可大大提高课堂参与度，为互动式教学创造条件，激发学生学习的主动性，营造出轻松活泼的课堂氛围，使学生学有所获。理论教学课堂改变了以往理论课老师全程讲授，学生被动接受的局面;设计了互动式教学，提出案例，和学生共同探讨实现该案例所需的基本理论。教师概括基本原理后，再对案例进行分析，然后互动探讨学生在预习和查阅资料中形成的见解和疑问。在互动中解决难点问题，巩固基础知识，将启发式的提问及重点分析相结合，引导学生深入思考，培养学生思维能力及解决实际问题能力。最后就学生存在的普遍问题，提出对本堂课程理论的改进与优化思路。布置课后作业，要求学生先实现基本算法，并在此基础上改进、优化案例算法。整个课堂学习实时录播，形成资料，便于课后回放，再现课堂情境。

　　2.3课堂实践学习

　　在开课前，我们考察了国内外大多数深度学习框架，有的框架需要编写大量的代码，有的框架不支持多GPU和水平扩展，有的框架不够灵活，有的框架文档贫乏，有的框架安装时需要解决大量依赖包，还有的框架编程语言于学生而言不熟悉。综合这些因素，我们选择了中国首个开源开放、技术领先、功能完备的百度飞桨这一深度学习平台，以满足不同能力层次学生的需求。学生经过课前预习、资料查阅、课堂1学时互动式学习后，利用

　　2.4学时在百度飞桨平台实现本节实践课程要求的案例，在已有框架基础上，完成代码编写、调试、结果分析任务。教师现场解答学生实现案例过程中遇到的问题。飞桨平台的简洁高效性和教师实时答疑解惑，保证了绝大部分学生能完成任务。再利用0.5学时，展示本次实践课优秀预习报告和上周优秀实验报告，学生通过对比，反思自身不足，激发出积极向上、自觉主动的学习精神。

　　2.5课后巩固学习

　　课后及时将录课、优秀预习报告及上周实验报告分享到在线平台，帮助学生课后回顾本节内容，查漏补缺，反复再现线下课堂全貌，进一步理解深度学习的理论，达到理论部分融会贯通的目的，体现“学有所得”的理念。在百度AIStudio平台课程讨论区指导学生查阅资料，对基本案例算法进行改进和优化，在案例的实现与改进过程中循序渐进地提高学生理论学习和项目实践的能力;引导学生课后在讨论区展开讨论，优秀的学生积极参与线上线下指导，分享心得体会，营造出互教互学的良好氛围。最后学生提交实验报告，包括具体算法、代码实现、结果截图及心得体会。

　　3教学效果分析

　　项目驱动的线上线下启发式深度学习实践教学将传统教学方式和网络教学有机结合，既发挥了教师的主导作用，又发挥了学生的主体作用。这一教学模式将传统课堂上教师的引导、启发作用发挥得淋漓尽致，使得学生在课前准备—课堂学习—课后巩固这一跨越时间和空间过程中极大地提高了资料查阅能力、问题分析能力、文字及语言表述能力和解决实际问题能力。在这种实践模式下，学生不仅对深奥的理论有了自己独到的见解，而且将其应用到实际的案例中，通过优化获得良好的实践成果，充分调动了学习的积极性和主动性;同时，这种教学模式对教师也是一种促进与提高。教师的课堂互动引导能力、实践现场指导能力、线上讨论组织能力都得到了极大的提高，实现了师生共赢。校内“智慧教务”签到系统统计显示，学生到课率100%，预习报告及实验报告提交率100%。QQ群记录显示师生在线讨论记录达8623条，参与过讨论的学生人数占98.7%。学期末对全体134名学生开展了网上问卷调查[6]，调查情况如图2所示，各项指标显示，教学效果良好。

　　4结语

　　项目驱动的线上线下启发式深度学习实践教学将“以学生为中心”这一理念落实到具体的教学环节中，虽然实践内容难度大，但是课前—课中—课后营造出的氛围极大地提高了学生学习兴趣及主动性，学生在理论和实践能力提高的同时，也收获了极大的成就感。课前课后资料查阅、课堂互动式的讨论以及课后在线平台的交流为师生之间、学生之间提供了更多的交流空间与时间。思维的碰撞激发了学生的主动性，培养了学生的自主学习、实践能力，取得了令人满意的效果。在当前工程认证背景下，还需要依据教学效果持续改进和完善教学模式。

　　《项目驱动的线上线下启发式深度学习实践教学探索》来源：《计算机教育》，作者:高岩; 林颖; 吴德文; 计湘婷