高校機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究

夏茂森 江玲玲

(1.安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院；2.安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)會(huì)計(jì)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

一、引言

隨著大數(shù)據(jù)理論研究與領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入發(fā)展，在統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)以及人工智能等諸多學(xué)科專業(yè)，一門新興的專業(yè)核心課程——機(jī)器學(xué)習(xí)，逐漸成為了備受人們矚目的焦點(diǎn)。簡言之，機(jī)器學(xué)習(xí)是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模擬人類思維進(jìn)行學(xué)習(xí)并獲取新信息，以及重新組織已有知識(shí)結(jié)構(gòu)使其不斷完善的技術(shù)方法，是未來人工智能發(fā)展的關(guān)鍵基石，也是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域。[1]

從課程角度而言，機(jī)器學(xué)習(xí)是一門具有高度綜合性特質(zhì)的專業(yè)課程，該課程涉及到多個(gè)領(lǐng)域的交叉學(xué)科，包括概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)，以及矩陣?yán)碚摵退惴ɡ碚摰?。在課程講授過程中，課程理論性講解、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用的要求都很高。[2]因此，在課程教學(xué)中往往存在著諸多問題，現(xiàn)有文獻(xiàn)研究也多有指出，如課程教學(xué)存在理念落后、理論教學(xué)枯燥冗長、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)開展流于形式，以及課后學(xué)習(xí)管控失位等問題。[3,4]因此，如何激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，扎實(shí)掌握該門課程的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐應(yīng)用能力，是當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)需要考慮的首要任務(wù)。[5]

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展的今天，微課程(簡稱“微課”)教學(xué)作為一種新型教學(xué)形式，日益引起了人們廣泛地關(guān)注。微課主要借助網(wǎng)絡(luò)和視頻為主要載體，突出圍繞某些重要的學(xué)科重難點(diǎn)內(nèi)容展開簡練且相對(duì)完整的知識(shí)點(diǎn)傳授。微課程通常表現(xiàn)為問題聚焦，主題突出，較為適合激發(fā)學(xué)生興趣和集中精力進(jìn)行針對(duì)性學(xué)習(xí)。在微課程中一個(gè)課程往往就是一個(gè)主題，課程時(shí)長通?？刂圃?-10分鐘，短時(shí)間的主題教學(xué)，既有課程教學(xué)的新鮮感，集中學(xué)習(xí)注意力，又避免了學(xué)生因課程講授冗長而產(chǎn)生的疲倦感。另外，微課程還具有成果簡化集中，傳播形式多樣的特點(diǎn)。由于授課內(nèi)容相對(duì)較為簡練且時(shí)間短，課程容量也相對(duì)較小，微課程可以方便地通過網(wǎng)絡(luò)視頻、手機(jī)視頻或微博論壇視頻等形式進(jìn)行微課堂教學(xué)，形式靈活多樣，可以集中學(xué)習(xí)，也可以充分利用學(xué)生的休息、休閑等零散時(shí)間來進(jìn)行碎片化反復(fù)學(xué)習(xí)。此外，在網(wǎng)絡(luò)課堂或網(wǎng)絡(luò)視頻中還可以較為容易的實(shí)現(xiàn)教學(xué)反饋，只需要在網(wǎng)絡(luò)視頻下方設(shè)置反饋輸出設(shè)計(jì)即可，如在網(wǎng)頁上增加反饋意見的文本框等，供觀看視頻者進(jìn)行及時(shí)地意見反饋，便于課程教學(xué)改進(jìn)和教學(xué)成效的提升。

簡言之，隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代和人工智能的不斷發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)日益重要。[6]然而，由于課程自身多學(xué)科交叉，以及知識(shí)范疇和實(shí)踐應(yīng)用等方面的要求相對(duì)較高和課程教學(xué)方式手段相對(duì)落后等多方面原因，使得現(xiàn)實(shí)中機(jī)器學(xué)習(xí)課程難以取得令人滿意的教學(xué)成效，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和興趣難以激發(fā)等，課程教學(xué)問題頻頻。[7]對(duì)此，機(jī)器學(xué)習(xí)的微課程設(shè)計(jì)為解決這些現(xiàn)實(shí)教學(xué)問題提供了一個(gè)重要的途徑和優(yōu)秀方案。憑借微課程在主題聚焦、興趣激發(fā)、傳播靈活和碎片化學(xué)習(xí)等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以較好地解決當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中冗長枯燥、興趣激發(fā)不足和教學(xué)方式手段落后陳舊等現(xiàn)實(shí)問題，有助于推進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革和良好教學(xué)成效的取得。

二、機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”內(nèi)容設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)

機(jī)器學(xué)習(xí)是一門綜合性較強(qiáng)的專業(yè)課程，專業(yè)課程的學(xué)習(xí)離不開學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的激發(fā)。著名教育心理學(xué)家加涅提出，有效的學(xué)習(xí)必須要有充分的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。[8]通過對(duì)課程資源廣泛收集整理和創(chuàng)新拓展，進(jìn)一步凝練出主題突出、內(nèi)容簡練、啟發(fā)性較強(qiáng)、傳播和學(xué)習(xí)方式也較為靈活的微課程，進(jìn)而系統(tǒng)構(gòu)建和實(shí)踐探索機(jī)器學(xué)習(xí)的“微課程”教學(xué)模式，可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)該門課程的強(qiáng)烈學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使其自動(dòng)投入更多的時(shí)間，以更大的努力來學(xué)習(xí)這門課程。因此，在進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重高屋建瓴、總體把握的設(shè)計(jì)思路，其中，需要注意的關(guān)鍵要點(diǎn)主要包括以下三個(gè)方面：

1.前期課程關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的微課程設(shè)計(jì)。通常在機(jī)器學(xué)習(xí)課程開設(shè)之前，需要學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)過一些重要的前期基礎(chǔ)課程，如概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、算法設(shè)計(jì)等。為了防止學(xué)生在前期課程知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)方面存在遺忘或沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過等情況出現(xiàn)，有必要在課程講授之前對(duì)相關(guān)前期知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行簡要而凝練地講授，如在概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方面突出講授條件概率、貝努利方程、正態(tài)分布、二元分布、聯(lián)合分布、一元(多元)線性回歸等等這些關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，言簡意賅地突出知識(shí)點(diǎn)的基本概念、理論公式和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，為學(xué)生知識(shí)點(diǎn)回顧和系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)的課程學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”的主體內(nèi)容設(shè)計(jì)。這是機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要條理清晰、逐層推進(jìn)地將課程理論與實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)展現(xiàn)和講授。對(duì)此，需要注意以下三個(gè)要點(diǎn)：

一是微課程內(nèi)容設(shè)計(jì)需要做到“點(diǎn)”“面”結(jié)合。由于微課程自身在教學(xué)內(nèi)容方面要求短小精煉，因此容易導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)松散而不系統(tǒng)，易形成學(xué)習(xí)者聚焦于一個(gè)個(gè)小的“知識(shí)點(diǎn)”而忽略了各個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)結(jié)后的“面”，這也是微課程設(shè)計(jì)過程中一個(gè)需要突破解決的關(guān)鍵問題。對(duì)此，需要通過課程內(nèi)容的頂層設(shè)計(jì)來解決，微課程設(shè)計(jì)通常是在課程教學(xué)大綱和教學(xué)方案以及其他相關(guān)教學(xué)準(zhǔn)備(如數(shù)據(jù)資料等)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。那么，以網(wǎng)頁視頻來說，可以將整個(gè)課程按照內(nèi)容的章、節(jié)和目來劃分，在最后的每個(gè)目下包括相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。在網(wǎng)頁表現(xiàn)形式上可以通過樹狀圖來實(shí)現(xiàn)。學(xué)習(xí)者點(diǎn)擊章節(jié)目和相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)來進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，在兼顧“知識(shí)點(diǎn)”聚焦學(xué)習(xí)的同時(shí)也讓學(xué)習(xí)者清晰的了解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的隸屬范圍和知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)結(jié)關(guān)系，充分意識(shí)到學(xué)習(xí)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)所隸屬的“面”，系統(tǒng)形成課程知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)結(jié)圖譜。另外，每個(gè)目中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)還可通過視頻等形式在教學(xué)時(shí)串聯(lián)講解，詳細(xì)或強(qiáng)調(diào)說明各“點(diǎn)”間的聯(lián)系。如此一來可以兼顧“點(diǎn)”“面”，使得課程教學(xué)更為緊湊而不松散，在網(wǎng)頁設(shè)計(jì)的可行性方面也是十分容易實(shí)現(xiàn)的。

二是課程知識(shí)點(diǎn)的拆解。機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”是由一個(gè)個(gè)相對(duì)較為獨(dú)立的主題課程系統(tǒng)構(gòu)成的整體，而傳統(tǒng)與課程相對(duì)應(yīng)的教材或教學(xué)大綱、教學(xué)方案等也沒有將該課程分解成一個(gè)個(gè)既具獨(dú)立性又有相對(duì)完整性的知識(shí)點(diǎn)。對(duì)此，就需要課程講授者根據(jù)自身對(duì)課程內(nèi)容的熟練掌握來進(jìn)行恰當(dāng)?shù)胤纸夂驮O(shè)計(jì)了。以課程分類預(yù)測(cè)的一個(gè)模型——決策樹教學(xué)為例來說，該模型分解后的知識(shí)點(diǎn)主要涉及到?jīng)Q策樹基本概念(樹的概念和幾何理解等)、決策樹分類、決策樹算法概述1——決策樹的生長、決策樹的算法概述2——決策樹的剪枝、C5.0的算法介紹1——信息熵和信息增益、C5.0的算法介紹2——生長算法(實(shí)例講解)、C5.0的算法介紹3——剪枝算法(實(shí)例講解)、C5.0決策樹的應(yīng)用舉例1——結(jié)果解讀(推理規(guī)則集)、C5.0決策樹的應(yīng)用舉例2——損失矩陣、C5.0決策樹的應(yīng)用舉例2——N折交叉驗(yàn)證、C5.0決策樹的應(yīng)用舉例3——其他(如Bagging技術(shù)、Boosting技術(shù)等)。逐步的由淺入深，將決策樹模型的算法理論、公式表達(dá)、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置以及應(yīng)用實(shí)踐等進(jìn)行系統(tǒng)分解和講授。與此同理，課程其他章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)拆解也是如此，既要控制內(nèi)容設(shè)計(jì)有亮點(diǎn)、有主題，也要控制內(nèi)容不宜太多，避免講解時(shí)間過長或講授不透徹的問題出現(xiàn)。

三是課程內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)注重啟發(fā)性。在前述課程“點(diǎn)”“面”結(jié)合的連貫性和知識(shí)點(diǎn)拆解的可行性、科學(xué)性設(shè)計(jì)同時(shí)，還應(yīng)該注意課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的啟發(fā)性。如果說課程體系設(shè)計(jì)與知識(shí)點(diǎn)拆解是微課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)或初級(jí)階段。那么，課程內(nèi)容的啟發(fā)性設(shè)計(jì)則是微課程設(shè)計(jì)的高級(jí)階段。課程的啟發(fā)性設(shè)計(jì)可以通過經(jīng)典案例、知識(shí)點(diǎn)遷移和誘導(dǎo)性思考等方式來實(shí)現(xiàn)。以決策樹模型中損失矩陣的經(jīng)典案例來說，通常有病毒檢測(cè)的成本矩陣設(shè)置、信用卡欺詐分析的成本矩陣設(shè)置等這些經(jīng)典案例，既有故事性又直擊主題，可以幫助學(xué)習(xí)者清晰的理解某分類對(duì)應(yīng)的成本設(shè)置情況。另外，知識(shí)點(diǎn)遷移在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中亦多有所用，“微課程”教學(xué)中可以直接采用“拿來主義”，將課堂知識(shí)點(diǎn)遷移教學(xué)內(nèi)容、方法或技巧等直接融入“微課程”教學(xué)中。對(duì)此，不僅能讓學(xué)習(xí)者提升學(xué)習(xí)系統(tǒng)性，也能讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生啟發(fā)式聯(lián)想。對(duì)于課程教學(xué)中的誘導(dǎo)性思考設(shè)計(jì)，可以通過教學(xué)過程中的講授語言、圖片、聲音等多種設(shè)計(jì)形式來誘導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)習(xí)者進(jìn)行相應(yīng)的思考，引導(dǎo)他們加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用能力。

3.課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的更新機(jī)制。機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)的興起時(shí)間相對(duì)不長，理論體系和課程內(nèi)容也還沒有形成完全地統(tǒng)一，課程內(nèi)容講授往往受前沿理論研究的影響較大，其“微課程”內(nèi)容設(shè)計(jì)也往往需要根據(jù)前沿理論研究來不斷推陳出新。這雖然給課程建設(shè)帶來不小的壓力，但也為推進(jìn)該課程建設(shè)提供了關(guān)鍵動(dòng)力。對(duì)此，一方面需要課程設(shè)計(jì)者不斷把握機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域研究的前沿動(dòng)向，并及時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的內(nèi)容分解和設(shè)計(jì)。另一方面要求“微課程”載體——網(wǎng)站或視頻APP等形式的不斷更新。從形式上而言，可能網(wǎng)站視頻的更新形式更容易實(shí)現(xiàn)，通過增減或修改原先內(nèi)容設(shè)計(jì)體系或原視頻即可。

三、機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”的教學(xué)實(shí)踐設(shè)計(jì)

在機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”內(nèi)容設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對(duì)“微課程”進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。在教學(xué)實(shí)踐中，基本形式可能主要包括以下幾個(gè)方面：

第一，教學(xué)實(shí)踐的基本“組件”。“微課程”通常不是完全孤立存在的，往往和學(xué)習(xí)討論以及課后練習(xí)等緊密聯(lián)系，亦即在教學(xué)模塊“組件”構(gòu)成上表現(xiàn)出“微課程講授+課下討論+課后任務(wù)練習(xí)”等相結(jié)合的形式。

第二，教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容。最常見的形式是“概念講解+理論剖析+案例演示”。教學(xué)所涵蓋的內(nèi)容與課堂教學(xué)和課程教材等相一致。具體內(nèi)容設(shè)計(jì)基于課程講授人的知識(shí)點(diǎn)分解和整體設(shè)計(jì)。

第三，在課程實(shí)踐載體上，基于多媒體或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以方便實(shí)現(xiàn)。如通過網(wǎng)絡(luò)視頻、手機(jī)網(wǎng)頁瀏覽或APP等載體實(shí)現(xiàn)。

第四，課程時(shí)間控制。通常一個(gè)知識(shí)點(diǎn)或主題的講解時(shí)長為5-10分鐘，要求該知識(shí)點(diǎn)講解簡練、相對(duì)完整且富有啟發(fā)性。在每個(gè)“微課程”教學(xué)結(jié)束后，可組織進(jìn)行簡短的交流討論(一般5-10分鐘)。通過交流討論(包括誘導(dǎo)性問題提出)，一是可以快速加深學(xué)習(xí)者對(duì)剛剛學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和拓展性思考。二是及時(shí)收集課程教學(xué)的反饋意見。三是為學(xué)習(xí)者進(jìn)入下一個(gè)主題學(xué)習(xí)構(gòu)建緩沖期。

第五，講授演示形式。形式上有多種多樣，完全可以依據(jù)講授者的聰明才智進(jìn)行理性發(fā)揮，如借助PPT、短小視屏、圖片等形式，通過聲音、文字、圖形或色彩等表現(xiàn)手法來進(jìn)行多種方式的課程內(nèi)容講授演示。

第六，教學(xué)軟件。機(jī)器學(xué)習(xí)課程常常涉及到算法演示或案例分析等內(nèi)容教學(xué)。對(duì)此，可以借助辦公軟件、機(jī)器學(xué)習(xí)或數(shù)據(jù)挖掘軟件，以及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。例如可借助Python、R等編程軟件來開展課程算法演示或程序?qū)崿F(xiàn)，也可借助IBM SPSS Modeler和Rapidminer等可視化軟件來進(jìn)行快速有效的實(shí)踐案例演示、數(shù)據(jù)分析流程與結(jié)果解讀等。其中，IBM SPSS Modeler軟件的應(yīng)用相對(duì)較為簡便且基礎(chǔ)模型也較為齊全，十分合適于本科生機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)演示和應(yīng)用案例分析。另外，該軟件可以與R語言等軟件實(shí)現(xiàn)程序嵌入，以實(shí)現(xiàn)模型的程序拓展，滿足教學(xué)需求。

第七，教學(xué)考核與教學(xué)改革。通過機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)該課程的績效考核和教學(xué)改革方面，在形式和成效上都有較大裨益。一是對(duì)學(xué)習(xí)者而言，可以十分方便地實(shí)施在線學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、交流、學(xué)習(xí)后的作業(yè)安排、作業(yè)提交、課程考核和課程反饋等。另外，對(duì)課程講授人或負(fù)責(zé)人而言，可以通過網(wǎng)站點(diǎn)擊率或APP下載率、內(nèi)容更新情況以及反饋意見等來考察機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”的教學(xué)情況，從而便于該課程的教學(xué)考核和教學(xué)改革。

四、機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)實(shí)踐結(jié)果分析

在機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”內(nèi)容安排和實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，作者于2019-2020學(xué)年第二學(xué)期在安徽××大學(xué)開展了相應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)實(shí)踐。教學(xué)實(shí)踐主要由網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)、在線知識(shí)點(diǎn)任務(wù)布置與提交、小組討論、實(shí)際案例數(shù)據(jù)分析(在數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行)和教學(xué)反饋這五個(gè)部分組成。參與機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”學(xué)習(xí)的是42名大三本科生。課程教學(xué)每周集中授課4次，每次6個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)課程結(jié)束后5分鐘左右進(jìn)行總結(jié)交流，總體時(shí)間與之前該課程的課堂教學(xué)時(shí)間相當(dāng)。課程考核是理論考試+上機(jī)實(shí)驗(yàn)案例分析，分值各占50%，總分100分。

與機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”講授形成對(duì)照組的是2018-2019學(xué)年第二學(xué)期的該門課程教學(xué)實(shí)踐(當(dāng)時(shí)尚未完成“微課程”建設(shè))，授課人數(shù)為46名大三本科生，課程講授方式是課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、作業(yè)任務(wù)、小組討論和教學(xué)反饋這五個(gè)方面。課程考核也是理論考試+上機(jī)實(shí)驗(yàn)案例分析，分值各占50%，總分100分。

通過兩個(gè)學(xué)期機(jī)器學(xué)習(xí)課程的教學(xué)實(shí)踐，由學(xué)院組織的課程教學(xué)反饋結(jié)果獲知，2019-2020學(xué)年第二學(xué)期“微課程”教學(xué)的學(xué)生滿意率95.27%。2018-2019學(xué)年第二學(xué)期的課程教學(xué)學(xué)生滿意率為91.14%。相對(duì)而言，學(xué)生可能更喜歡形式略為分散的“微課程”教學(xué)。

從學(xué)生提交的作業(yè)情況來看，2019-2020學(xué)年第二學(xué)期“微課程”教學(xué)的周平均作業(yè)完成率為97.22%(部分學(xué)生推遲或漏交)。2018-2019學(xué)年第二學(xué)期的課程教學(xué)作業(yè)周平均完成率為95.15%。“微課程”教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)作業(yè)提交(理論課作業(yè)以手寫后拍成圖片或word編輯的文檔形式上傳)，相對(duì)于之前課堂教學(xué)安排在實(shí)驗(yàn)室上機(jī)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告和理論課作業(yè)提交完成率更高。

從學(xué)生期末考試總成績來看，2018-2019學(xué)年第二學(xué)期(課堂教學(xué))和2019-2020學(xué)年第二學(xué)期(“微課程”教學(xué))的學(xué)生期末考試成績見下圖1所示。兩學(xué)期學(xué)生期末考試成績的描述統(tǒng)計(jì)分析見下表1。圖1和表1可以看出，2019-2020學(xué)年第二學(xué)期機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)的學(xué)生期末考試平均成績?yōu)?4.9643，高于2018-2019學(xué)年第二學(xué)期課堂教學(xué)的期末考試成績平均分80.3732。

圖1 機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)與課堂教學(xué)期末考試成績

表1 傳統(tǒng)課堂教學(xué)與“微課程”教學(xué)模式下學(xué)生期末考試成績的描述統(tǒng)計(jì)

續(xù)表1

進(jìn)一步考察兩種教學(xué)方式期末考試成績的數(shù)據(jù)離散情況和平均成績的代表性。其中，2018-2019學(xué)年第二學(xué)期課堂教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)：=12.7561/80.3732=0.1587，2019-2020學(xué)年第二學(xué)期機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)：=8.8589/84.9643=0.1043，因此，機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)相對(duì)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)的學(xué)生期末平均成績而言，其“微課程”平均成績的代表性更好，亦即在一定程度上我們有理由認(rèn)為“微課程”教學(xué)成效優(yōu)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)。

從期末考試不及格率上來看，2018-2019學(xué)年第二學(xué)期(課堂教學(xué))學(xué)生期末考試不及格率為4/46*100%=8.6957%，而2019-2020學(xué)年第二學(xué)期(“微課程”教學(xué))學(xué)生期末考試不及格率為1/42*100%=2.381%，“微課程”教學(xué)不及格率低于傳統(tǒng)課堂教學(xué)。

從成績分布來看，2018-2019學(xué)年第二學(xué)期(課堂教學(xué))學(xué)生期末考試90分及以上的人數(shù)有13人，占比28.26%；80-90分人數(shù)也是13人，占比28.26%。2019-2020學(xué)年第二學(xué)期(“微課程”教學(xué))學(xué)生期末考試90分及以上的人數(shù)有12人，占比28.57%；80-90分人數(shù)是22人，占比52.38%。綜合而言，“微課程”教學(xué)80分及以上34人，占比80.95%，比例高于課堂教學(xué)80分及以上的56.52%(26人)。

進(jìn)一步借助曼-惠特尼U檢驗(yàn)(Mann-Whitney U test)來檢驗(yàn)命題：傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的學(xué)生期末考試成績均值是否小于“微課程”教學(xué)模式的期末考試成績均值？

U檢驗(yàn)假設(shè)為：H0：μ1|μ，H1：μ1<μ2。

其中，μ1表示傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的學(xué)生期末考試成績均值，μ2表示“微課程”教學(xué)模式的學(xué)生期末考試成績均值。

檢驗(yàn)結(jié)果為：計(jì)算出傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的學(xué)生期末考試成績樣本數(shù)據(jù)等級(jí)和W1=1799.5，“微課程”教學(xué)模式的學(xué)生期末考試成績等級(jí)和為W2=2116.5，進(jìn)一步計(jì)算出曼-惠特尼U檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量U1=46*42+46*(98+1)/2-1799.5=2409.5，U2=46*42+42*(42+1) /2-2116.5=718.5，選擇U1和U2中最小者與臨界值比較，在顯著性水平α=5%的情況下，U2的伴隨概率為0.038，小于顯著性水平，拒絕原假設(shè)H0，亦即傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的學(xué)生期末考試成績均值小于“微課程”教學(xué)模式的學(xué)生期末考試成績均值。

由上述數(shù)據(jù)分析可以看出，相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)，“微課程”教學(xué)模式的學(xué)生滿意度較高，期末平均成績也更好(考試成績對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)離散程度更小)，不及格率較低(及格率更高)。此外，通過曼-惠特尼U檢驗(yàn)來看，傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下學(xué)生期末考試成績均值小于“微課程”教學(xué)模式的學(xué)生期末考試成績均值?？偠灾?，從兩個(gè)學(xué)期機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)結(jié)果的數(shù)據(jù)對(duì)比分析來看，“微課程”教學(xué)模式相對(duì)教學(xué)成效更高。

五、結(jié)語

機(jī)器學(xué)習(xí)作為當(dāng)前人工智能、大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，其系統(tǒng)的課程教學(xué)為該課程技術(shù)方法的傳播和實(shí)踐應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。[9]課程教學(xué)取得良好成效的關(guān)鍵在于明確的課程教學(xué)定位和構(gòu)建相應(yīng)科學(xué)合理的教學(xué)模式。通過機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)，應(yīng)能夠使學(xué)生依據(jù)所學(xué)機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理和模型方法來分析、解決實(shí)際應(yīng)用問題，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生自主探索新方法、新技術(shù)的學(xué)習(xí)能力，亦即培養(yǎng)學(xué)生具備一定理論問題研究和探索的潛質(zhì)。[4]

在明確機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)定位和課程特點(diǎn)分析基礎(chǔ)上，本文嘗試從當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)中存在的現(xiàn)實(shí)問題出發(fā)，借助“微課程”在興趣引導(dǎo)、教學(xué)方式多樣和傳播反饋靈活等方面的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步從內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施和實(shí)踐教學(xué)結(jié)果分析等方面，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)模式和教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。研究結(jié)果表明，通過兩學(xué)期教學(xué)實(shí)踐比較，機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)模式在學(xué)生課程學(xué)習(xí)滿意度和教學(xué)成效等方面都有更為突出的表現(xiàn)。當(dāng)然，我們也不可否認(rèn)，單純一兩個(gè)學(xué)期的成績可能存在很大的偶然性因素影響，且“微課程”教學(xué)模式與傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式對(duì)最終成績以及與人才培養(yǎng)質(zhì)量等方面的影響機(jī)理還需要進(jìn)一步深入探討，以及機(jī)器學(xué)習(xí)“微課程”教學(xué)的普適性也均有待于進(jìn)一步的分析研究。