產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目申報(bào)書模板-Python 語言程序設(shè)計(jì)混合式教學(xué)改革

沒有一個(gè)冬天不可逾越，沒有一個(gè)春天不會(huì)來臨?！戏街苣┰改阋簧?，一生被愛。想要的都擁有，得不到的都釋懷?！嗽麻L安填表說明(1)全日制本科高校在職教師或在校學(xué)生；(2)原則上不接受之前已獲得過同類項(xiàng)目資助的重復(fù)2.有關(guān)項(xiàng)目內(nèi)容、具體要求和說明請(qǐng)參考項(xiàng)目申報(bào)指3.項(xiàng)目負(fù)責(zé)人填寫的內(nèi)容由所在單位負(fù)責(zé)審核，所填內(nèi)容必須真實(shí)、可靠。4.申請(qǐng)書由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人填寫并手寫簽名，報(bào)送所在高校主管部門審查、簽署意見并蓋章后，將掃描文件上傳到項(xiàng)目平臺(tái)()。項(xiàng)目概況(單選)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人(主要教學(xué)及科研工作)獲得藍(lán)橋杯軟件設(shè)計(jì)大賽省賽二等獎(jiǎng)2020.10操作系統(tǒng)慕課設(shè)計(jì)和制作的探究2024.6疫情下教師在線教學(xué)能力提升的探究項(xiàng)目主要成員(不含項(xiàng)目負(fù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析挖掘作為人工智能領(lǐng)域的重要課程之一，是一個(gè)典型的交叉研究領(lǐng)域，涉及統(tǒng)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、信息論、物理學(xué)、信號(hào)分析等不同領(lǐng)域的理論和方法，又涉及經(jīng)濟(jì)金融、交通、醫(yī)療健康、工程系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域的專有知識(shí)，因此，在教學(xué)過程中如何提高教學(xué)效率、激發(fā)不同專業(yè)學(xué)生的積極性、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力就成為教學(xué)重點(diǎn)，也是當(dāng)前教學(xué)過程中亟須解決的問題。案例教學(xué)是以學(xué)生為中心，以案例為基礎(chǔ)，通過呈現(xiàn)案例情境，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點(diǎn)、提高能力的一種教學(xué)方式《教育部關(guān)于加強(qiáng)專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》（教研[2015]1號(hào)）文件[1]

中明確支持各專業(yè)學(xué)位研究生教育指導(dǎo)委員會(huì)推動(dòng)案例庫建設(shè)與師資培訓(xùn)，并要求培養(yǎng)單位加強(qiáng)案例教學(xué)、模擬訓(xùn)練等教學(xué)方法的運(yùn)用。1課程目前存在的挑戰(zhàn)目前，時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析挖掘課程的教學(xué)與實(shí)踐面臨著諸多挑戰(zhàn)

[2]，面向?qū)W生科研與就業(yè)的需求，一方面須升級(jí)課程內(nèi)容,緊跟國內(nèi)外研究前沿；另一方面須增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“知”與“行”合一。以往課程重點(diǎn)放在基礎(chǔ)理論及方法的介紹，忽略了學(xué)生的實(shí)踐能力，因此，本課程改革應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如何設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升學(xué)生對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的分析處理能力，同時(shí)在實(shí)踐過程中不斷深入對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)知行合一、相互促進(jìn)。與此同時(shí)，用案例的形式講授可以縮小理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的差距，更有助于學(xué)生理解問題、明確需求。須擴(kuò)展課程涉及的領(lǐng)域知識(shí)，激發(fā)多專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。該課程的授課對(duì)象已不僅是計(jì)算機(jī)學(xué)院學(xué)生，而是理工科及經(jīng)管類研究生。通過實(shí)際應(yīng)用需求牽引，可以激發(fā)學(xué)生的興趣和熱情。實(shí)際應(yīng)用問題很復(fù)雜，在教學(xué)過程中應(yīng)針對(duì)不同學(xué)科領(lǐng)域的時(shí)序數(shù)據(jù)特點(diǎn)，設(shè)置多學(xué)科領(lǐng)域的案例教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以提升學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。2基于遞進(jìn)式教學(xué)案例設(shè)計(jì)的教學(xué)創(chuàng)新2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路時(shí)間序列分析方法多種多樣，為促使學(xué)生深入理解傳統(tǒng)時(shí)間序列分析算法以及深度學(xué)習(xí)算法模型，從簡單易懂的傳統(tǒng)方法原理介紹開始，依次學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)的特征工程和數(shù)據(jù)生成方法，然后學(xué)習(xí)基于大數(shù)據(jù)自動(dòng)學(xué)習(xí)特征的深度學(xué)習(xí)模型，使得不同基礎(chǔ)的學(xué)生都可以逐步了解時(shí)間序列分析方法的發(fā)展歷程和基本原理。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合智慧交通領(lǐng)域的具體問題，圍繞城市公共交通核心數(shù)據(jù)分析需求，設(shè)計(jì)與理論知識(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)遞進(jìn)式智能分析案例，實(shí)驗(yàn)方案總體設(shè)計(jì)見表1。2.2形成與課程內(nèi)容和課程實(shí)驗(yàn)配套的課程資源①在教學(xué)資源建設(shè)方面，綜合時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析與挖掘的經(jīng)典理論、前沿技術(shù)和經(jīng)典教材[3-4]，課程組整理并制作了相關(guān)課程資料，在此過程中充分結(jié)合北京交通大學(xué)（以下簡稱我校）智慧交通學(xué)科優(yōu)勢，建設(shè)了具有我校特色的“時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析挖掘”課程內(nèi)容體系，完成8個(gè)章節(jié)30余個(gè)知識(shí)單元資源的籌備，形成包括教案、課件、講義、習(xí)題及其答案等內(nèi)容的課程資源庫。②在實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)方面，建設(shè)面向軌道交通、公交、航空等城市公共交通領(lǐng)域的時(shí)序預(yù)測與異常檢測兩大類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建分層次的6個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)資源，匹配計(jì)算機(jī)、交通運(yùn)輸、電氣工程、機(jī)械與電子控制、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)等不同專業(yè)學(xué)生需求。2.3教學(xué)方法為了保障本課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)的順利實(shí)施，采用“課內(nèi)—課外持續(xù)學(xué)習(xí)模式”的教學(xué)策略：課堂內(nèi)，實(shí)施“followme”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；課堂外，教師與助教團(tuán)隊(duì)跟蹤式指導(dǎo)。有效提高學(xué)生的課堂投入程度和課外執(zhí)行效率。教學(xué)過程中采用了BOOPPS教學(xué)模式，從案例背景切入引發(fā)學(xué)生思考傳統(tǒng)時(shí)序分析或深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用落腳點(diǎn)，隨后通過前測評(píng)估學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的了解程度，然后詳細(xì)介紹各章節(jié)的核心知識(shí)，并通過后測練習(xí)評(píng)估其掌握程度，最后結(jié)合案例實(shí)踐強(qiáng)化其對(duì)理論的掌握以及解決問題的能力。由于選課學(xué)生來自不同專業(yè)、專業(yè)背景、技術(shù)水平等各不相同。通過收集不同學(xué)科時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析的實(shí)際問題和場景構(gòu)建資源庫，并設(shè)計(jì)跨專業(yè)團(tuán)隊(duì)合作方式，使每位學(xué)生聽得懂、學(xué)得會(huì)、提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。2.4建立多元化課程考核與教學(xué)反饋由于該課程同時(shí)面向計(jì)算機(jī)專業(yè)和其他專業(yè)的學(xué)生，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的分級(jí)制可以滿足具有不同計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的學(xué)生挑戰(zhàn)。然后，采用隨堂提問、實(shí)驗(yàn)操作考核、課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告、前沿文獻(xiàn)匯報(bào)與復(fù)現(xiàn)等多元形式把握各專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)程度，讓學(xué)生形成“學(xué)—練—展”（Study–Practice–Presentation）的學(xué)習(xí)模式，在課前—課中—課后不同環(huán)節(jié)都對(duì)課程設(shè)置的案例/實(shí)驗(yàn)有清晰的認(rèn)知，如圖1所示。本次項(xiàng)目的實(shí)施為后續(xù)企業(yè)與高校的合作搭建了平臺(tái)，具有橋梁的作用，項(xiàng)目實(shí)施的意義較大。2.項(xiàng)目培訓(xùn)方式：本項(xiàng)目培訓(xùn)的方式更加多元化，采用線上線下、理論+實(shí)踐相結(jié)合的培訓(xùn)方式。大數(shù)據(jù)分析相關(guān)師資培訓(xùn)研議報(bào)告及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相關(guān)學(xué)習(xí)資料等，。在進(jìn)行線下培訓(xùn)時(shí)，采用理論+實(shí)踐的培訓(xùn)方式，不僅要注重理論知識(shí)，還要注重實(shí)戰(zhàn)鍛煉，在實(shí)學(xué)習(xí)成效。為了提高教師的學(xué)習(xí)效率，以及更好地掌握教師培訓(xùn)情況，本項(xiàng)目采用以任務(wù)為導(dǎo)向，將培訓(xùn)內(nèi)容分解成每天的學(xué)習(xí)任務(wù)，最后以學(xué)習(xí)日志和課程設(shè)計(jì)的形式提交。除進(jìn)行線下培訓(xùn)外，還可以帶領(lǐng)高校教師參觀企業(yè)，組織專任教師去企業(yè)頂中去。項(xiàng)目實(shí)施的途徑和方式更加多元化，更具有趣味性，可以訓(xùn)。3.項(xiàng)目培訓(xùn)內(nèi)容：本項(xiàng)目實(shí)施目的是提高教師專業(yè)技能、教學(xué)能力和課程建設(shè)水平。本項(xiàng)目對(duì)教師專業(yè)技能的培訓(xùn)更注重教師實(shí)踐能力的提升，培訓(xùn)內(nèi)容不拘泥于課本理論，側(cè)重于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在企業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。通過實(shí)際項(xiàng)目演練，加深教師對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，使得教師通過培訓(xùn)達(dá)到大數(shù)據(jù)專業(yè)的能力要求。3教學(xué)案例實(shí)施與成效3.1基于傳統(tǒng)時(shí)間序列分析方法的預(yù)測實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)時(shí)間序列預(yù)測模型，通常指用于時(shí)間序列分析/預(yù)測的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，常用的有自回歸模型（AR）、滑動(dòng)平均模型（MA）、自回歸滑動(dòng)平均模型（ARMA）、整合移動(dòng)平均自回歸模型（ARIMA）、季節(jié)性差分自回歸滑動(dòng)平均模型（SARIMA）等。基于傳統(tǒng)時(shí)間序列分析方法，通過對(duì)不同領(lǐng)域的具體研究場景搭建，讓學(xué)生嘗試應(yīng)用所搭建的模型解決具體問題，進(jìn)一步評(píng)估傳統(tǒng)時(shí)序預(yù)測模型的性能表現(xiàn)，同時(shí)分析討論模型的性能和可解釋性?；趥鹘y(tǒng)時(shí)間序列分析方法的預(yù)測實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見表2。3.2基于深度學(xué)習(xí)算法的預(yù)測實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

作為當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域最為熱門的研究方向之一，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型尤其是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在諸多不同的研究領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)W習(xí)復(fù)雜的數(shù)據(jù)表示，從而減輕了對(duì)手動(dòng)特征工程和模型設(shè)計(jì)的需求。鑒于各個(gè)領(lǐng)域時(shí)間序列問題的多樣性，在時(shí)間序列問題上出現(xiàn)了許多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)選擇，學(xué)術(shù)界已經(jīng)有作為當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域最為熱門的研究很多深度學(xué)習(xí)模型來適應(yīng)不同領(lǐng)域的時(shí)間序列數(shù)方向之一，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型尤其是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模據(jù)集的多樣性?；谏疃葘W(xué)習(xí)算法的預(yù)測實(shí)驗(yàn)旨型在諸多不同的研究領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，在對(duì)于智慧交通研究領(lǐng)域的具體研究場景搭建合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)W習(xí)復(fù)雜的數(shù)據(jù)表示，從而減適的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并評(píng)估其在交通研究領(lǐng)輕了對(duì)手動(dòng)特征工程和模型設(shè)計(jì)的需求。鑒于各域中氣象數(shù)據(jù)集上的性能表現(xiàn)，進(jìn)一步分析討論個(gè)領(lǐng)域時(shí)間序列問題的多樣性，在時(shí)間序列問題模型的性能和存在的問題，該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見表3。3.3案例實(shí)施過程遞進(jìn)式案例的設(shè)計(jì)思路主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)有明確的步驟流程，實(shí)驗(yàn)間有明確的難度提升。表2和表3展示了兩個(gè)案例的內(nèi)容細(xì)節(jié)，案例講解圍繞每一步內(nèi)容及其要求、標(biāo)準(zhǔn)和分值的對(duì)應(yīng)關(guān)系展開，同時(shí)這也是考核學(xué)生復(fù)現(xiàn)與改進(jìn)任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)。（1）每個(gè)案例實(shí)施課前，通過課程平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)課件、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等資料，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生預(yù)習(xí)狀態(tài)。（2）案例實(shí)施課中，圍繞案例內(nèi)容大綱進(jìn)展展開介紹，重點(diǎn)突出師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，體現(xiàn)教學(xué)過程中的過程性和綜合性。（3）案例實(shí)施課后，由學(xué)生提問—助教反饋的方式在課程微信群進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，鞏固課堂知識(shí)的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。整個(gè)案例實(shí)施過程不是一成不變，會(huì)及時(shí)根據(jù)學(xué)生的課堂實(shí)時(shí)反饋進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。既達(dá)到和教學(xué)設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的要求，又能滿足以學(xué)生為中心的理念。3.4遞進(jìn)式案例教學(xué)模式的實(shí)施成效時(shí)間序列數(shù)據(jù)分析挖掘課程組于2021年1月正式成立，由3位教師形成了一個(gè)中青年骨干團(tuán)隊(duì)。課程組于2021春季學(xué)期開設(shè)了2~3個(gè)課堂，選課學(xué)生分別來自計(jì)算機(jī)學(xué)院、運(yùn)輸學(xué)院、機(jī)電學(xué)院、電氣學(xué)院、理學(xué)院、經(jīng)管學(xué)院和土建學(xué)院7個(gè)學(xué)院，選課人數(shù)為170~200人/學(xué)期，課程建設(shè)、規(guī)模、影響力、教學(xué)均取得了階段性成果。為了精準(zhǔn)評(píng)估學(xué)生知識(shí)掌握情況，課程組設(shè)置了課前/課后問卷調(diào)查，隨訪學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度及建議。發(fā)現(xiàn)在上課前，只有不到15%的學(xué)生有過一點(diǎn)編程序基礎(chǔ)，了解過時(shí)間序列分析，但仍不清楚分析方法原理和前沿模型。學(xué)習(xí)完課程后，大約60%~70%的學(xué)生已掌握模型的理論知識(shí)、算法和實(shí)踐技能，仍有約5%的學(xué)生認(rèn)為該課程內(nèi)容難度較大。此外，72.4%的學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容設(shè)置很滿意，19.5%的學(xué)生自評(píng)任務(wù)達(dá)成度為滿分10分。最后，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生自評(píng)的算法掌握情況與每次實(shí)驗(yàn)成績、期末考核成績之間顯著相關(guān)。此外，部分學(xué)生反饋的建議主要集中在課后實(shí)踐作業(yè)量偏多且難度偏大，希望實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)增加演示、互動(dòng)、反饋等。課程組于2023年3月專門針對(duì)這些反饋意見召開了教學(xué)研討會(huì)開展討論，為后續(xù)的課程優(yōu)化提供了思路和方向。4結(jié)語高校“時(shí)間序列分析挖掘”課程建設(shè)與探索是新時(shí)代產(chǎn)學(xué)研融合背景下人工智能系列課程發(fā)展的重要內(nèi)容。課程建設(shè)中結(jié)合傳統(tǒng)分析方法和前沿深度模型，形成遞進(jìn)式的、以智慧交通為核心的教學(xué)案例設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生深入理解人工智能內(nèi)涵，了解機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)，發(fā)揮我校智慧交通特色。通過學(xué)—練—展的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生快速提升碩士科研實(shí)踐能力，培養(yǎng)了創(chuàng)新性思考能力，充分激發(fā)了從被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。此外，通過多元的教學(xué)手段和教學(xué)反饋方式，形成了一套與時(shí)俱進(jìn)的課程建設(shè)方案，能夠讓教師精準(zhǔn)把握學(xué)生的學(xué)情和問題，可以為下一步課程優(yōu)化提供思路和方向，實(shí)現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)、與生共進(jìn)的目標(biāo)。通過本課題的研究，力求達(dá)到以下預(yù)期目標(biāo)：（1）對(duì)區(qū)域代表性企業(yè)進(jìn)行調(diào)查走訪，通過調(diào)查結(jié)果分析得到圍繞軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求及畢業(yè)要求的解決復(fù)雜工程問題的創(chuàng)新能力需求報(bào)告；（2）校企雙方教師嘗試在嵌入式核心課程的實(shí)踐教學(xué)中將OBE教學(xué)模式進(jìn)行應(yīng)用，包括共同進(jìn)行項(xiàng)目選擇、案例設(shè)計(jì)、場景設(shè)計(jì)及實(shí)施過程；（3）校企雙方教師在課程設(shè)計(jì)中加入師生協(xié)同創(chuàng)新，制定過程化考核機(jī)制，完善軟件工程專業(yè)課程體系；（4）形成帶有實(shí)踐效果的應(yīng)用研究報(bào)告；（5）發(fā)表教學(xué)改革論文1-2篇。2023年8月-2023年1月：開展性工科產(chǎn)教融合、校企合作模式相關(guān)外政策及文獻(xiàn)的整理，并對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)和法規(guī)進(jìn)行研究探索，深入理解國家對(duì)新工科專業(yè)人才需求的具體標(biāo)準(zhǔn)和方向，并以此為基礎(chǔ)對(duì)國內(nèi)知名高校新工科專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，收集整理相關(guān)信息資料，通過學(xué)術(shù)交流等方式與領(lǐng)頭高校專業(yè)負(fù)責(zé)人和領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行溝通探討，找到新工科專業(yè)與優(yōu)質(zhì)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)教融合、校企合作的型模式，新標(biāo)準(zhǔn)。2024年2月-2024年7月：對(duì)現(xiàn)有“新工科”專業(yè)校企聯(lián)合培養(yǎng)模式進(jìn)行深入分析，進(jìn)一步明確校企合作下的“新工科”專業(yè)辦學(xué)定位，調(diào)整課程體系架構(gòu)、學(xué)分設(shè)置、課程設(shè)置，實(shí)踐實(shí)習(xí)課程內(nèi)容，制定出一套更加符合國家對(duì)“新工科”專業(yè)人才在交叉學(xué)科領(lǐng)域中實(shí)際工作能力勝任要求的實(shí)用型課程體系。2024年8月-2025年1月：與企業(yè)協(xié)商簽訂“雙師型”教師培養(yǎng)計(jì)劃，并將雙師型教學(xué)引入專業(yè)課程教學(xué)體系，在學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)、政治理論學(xué)習(xí)、思想建設(shè)和實(shí)踐學(xué)習(xí)中發(fā)揮重要作用。2025年2月-2025年4月：完善校企合作育人模式下的實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系，一方面，利用學(xué)校和企業(yè)資源，幫助學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐完成實(shí)習(xí)實(shí)踐學(xué)習(xí)計(jì)劃；另一方面，同時(shí)開展大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃、大學(xué)生科研活動(dòng)、大學(xué)生專業(yè)學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)知培訓(xùn)和大賽、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段更新