“新工科”背景下計(jì)算機(jī)實(shí)踐類競賽案例設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)教育第6期2021年6月10日ComputerEducation32實(shí)踐論壇文章編號(hào)：1672-5913(2021)06-0032-04中圖分類號(hào)：G642“新工科”背景下計(jì)算機(jī)實(shí)踐類競賽案例設(shè)計(jì)李華瑋，張滬寅，彭紅梅，黃建忠，王?毅，關(guān)?鋼（武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北武漢430072）摘?要：根據(jù)“新工科”建設(shè)理念，結(jié)合計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，把學(xué)科競賽納入到教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建教學(xué)、實(shí)踐、競賽一體化教學(xué)體系，通過兩個(gè)具體競賽案例詳細(xì)闡述計(jì)算機(jī)實(shí)踐類競賽案例的設(shè)計(jì)過程，最后總結(jié)實(shí)施效果，對“新工科”背景下計(jì)算機(jī)類專業(yè)競賽案例設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：新工科；實(shí)踐教學(xué)；學(xué)科競賽；大數(shù)據(jù)；人工智能言在人才培養(yǎng)過程中，將學(xué)科競賽融入學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)體系，以多學(xué)科開放創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)室為支撐平當(dāng)前，在新一輪科技革命引發(fā)產(chǎn)業(yè)變革的新臺(tái)，強(qiáng)化學(xué)科競賽對學(xué)生專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新能力的提趨勢、立德樹人新要求下，深化我國高等工程教升。把學(xué)科競賽內(nèi)容合理融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中，豐育改革，加快“新工科”建設(shè)與發(fā)展具有重大意富了教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)有效地激發(fā)學(xué)生義[1-3]。與傳統(tǒng)工科相比，“新工科”更強(qiáng)調(diào)學(xué)科對專業(yè)課程的興趣。將競賽體系納入到教學(xué)體的實(shí)用性、系，形成教學(xué)、體化教學(xué)體系（如交叉性與融合性，要求培養(yǎng)跨學(xué)科、實(shí)踐、競賽一跨專業(yè)的創(chuàng)新型、復(fù)合型人才，對計(jì)算機(jī)類專業(yè)圖1所示）。學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提出了針對性的新要求。教學(xué)以工科學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)公通專專共識(shí)業(yè)業(yè)基教必選礎(chǔ)育修修課課課課程程程程能力培養(yǎng)為核心的教育改革，受到高校和教育工作者的普遍重視[4-6]。從而使作為學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)重要抓手的大學(xué)生學(xué)科競賽在”背景下得到前所未有的迅猛發(fā)展[7-9。]“新工科一體化教學(xué)體系構(gòu)建教學(xué)、實(shí)踐、競賽一體化教學(xué)體系競賽實(shí)踐物計(jì)學(xué)科競賽是在學(xué)生掌握了一定的專業(yè)基綜創(chuàng)企礎(chǔ)合新業(yè)實(shí)實(shí)實(shí)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)訓(xùn)訓(xùn)互聯(lián)算聯(lián)網(wǎng)機(jī)網(wǎng)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)大大賽賽...知識(shí)基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生用學(xué)過的知識(shí)或技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問題的創(chuàng)新性活動(dòng)，是大+學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力提升的重要抓手。[9-10]圖1?教學(xué)、實(shí)踐、競賽一體化教學(xué)體系1教學(xué)、實(shí)踐、競賽一體化教學(xué)體系基金項(xiàng)目：教育部2019年第二批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（201902262018，201902262068）；計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（2019-AFCEC-183）；武漢大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)項(xiàng)目（WHU-2019-SYJS-01）。第一作者簡介：李華瑋，女，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)視覺，lhw@。實(shí)踐論壇第6期33（1）在教學(xué)環(huán)節(jié)：計(jì)算機(jī)類教學(xué)體系中涉循科學(xué)性、系統(tǒng)性、規(guī)范性、主體性、發(fā)展性原則。實(shí)踐類競賽案例設(shè)計(jì)要符合計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展規(guī)律，兼顧系統(tǒng)性、多學(xué)科交叉的有效融合，結(jié)合計(jì)算機(jī)類新技術(shù)的發(fā)展和前沿應(yīng)用，緊扣社及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)[8-9]，其中任意一項(xiàng)新技術(shù)都包含很多內(nèi)容，均可以開設(shè)一門甚至幾門課程。在一體化教學(xué)體系中，這些課程的講授不能再像以往專業(yè)課講授模式那樣，從理論到實(shí)踐詳細(xì)列出，而是應(yīng)該結(jié)合學(xué)科競賽、市場前沿應(yīng)用，提煉該技術(shù)中最核心的概念、理論和算法，重點(diǎn)向?qū)W生展示各種應(yīng)用場景和技術(shù)變革引發(fā)的種種可能性，使學(xué)生深會(huì)需求，以學(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考、大膽創(chuàng)新，設(shè)計(jì)實(shí)踐過程應(yīng)規(guī)范，保證學(xué)生競賽實(shí)踐過程數(shù)據(jù)、結(jié)果展示與評價(jià)合理規(guī)范，痕跡可追溯。計(jì)算機(jī)實(shí)踐類競賽案例設(shè)計(jì)刻了解當(dāng)前這些新技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)合的應(yīng)用現(xiàn)狀，引發(fā)學(xué)生思考更場景和新技術(shù)對人類的生活、社會(huì)帶來的變革，業(yè)融合、跨界融多可能的應(yīng)用計(jì)算機(jī)實(shí)踐類競賽大多涉及大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)領(lǐng)域[11-12]，因此實(shí)踐類競解決實(shí)際問題賽案例設(shè)計(jì)也將圍繞這幾大類，著重培養(yǎng)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域的新工科人才。下面用大數(shù)據(jù)和人工智能兩類案例來闡述。3.1?大數(shù)據(jù)案例設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和用智慧思維的能力。（2）在實(shí)踐環(huán)節(jié)：可分為基礎(chǔ)訓(xùn)、創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，主要是隨堂實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)成模塊化的實(shí)驗(yàn)實(shí)例，加深學(xué)生對專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的記憶和鞏固理論知識(shí)；綜合實(shí)訓(xùn)，是動(dòng)態(tài)，通過對比采用大數(shù)據(jù)前的，適應(yīng)先進(jìn)技術(shù)發(fā)展方向的綜合實(shí)驗(yàn)案例，可實(shí)驗(yàn)的模塊化實(shí)驗(yàn)案例，以應(yīng)用為導(dǎo)后人們解決某些問題實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)案例設(shè)計(jì)從啟發(fā)式教學(xué)開始，精選大數(shù)據(jù)在不同行業(yè)中的應(yīng)用案例的方法和效果的不同，說明析和解決問題的方式。與學(xué)生互動(dòng)交流和探究式討論，大數(shù)據(jù)不僅僅是一以借助基礎(chǔ)能力；創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)，大數(shù)據(jù)正在改變?nèi)藗兎窒?，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐動(dòng)手把前沿技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合，轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)案例作為創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)創(chuàng)新和綜合能力。種數(shù)據(jù)、技術(shù)，更是一種思維方式，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到大數(shù)據(jù)使人們從關(guān)注數(shù)據(jù)中的因果關(guān)系轉(zhuǎn)（3）在競賽環(huán)節(jié)：計(jì)算機(jī)類競賽，通常以實(shí)向關(guān)注數(shù)據(jù)中的相關(guān)關(guān)系。用性、創(chuàng)新性問題或者學(xué)生興趣合行業(yè)應(yīng)用最前沿的新技術(shù)、新方法，引導(dǎo)學(xué)生用組合、優(yōu)化創(chuàng)新等方式自主設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)參賽作品。部分涉及沒有學(xué)過的知識(shí)，需要教學(xué)團(tuán)隊(duì)指問題。引導(dǎo)學(xué)生思考如何將這些信息以直接、醒點(diǎn)為切入點(diǎn)，結(jié)教師可以啟發(fā)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題，以新聞信息為例，每天人們都能獲取各種信息，龐大的信息會(huì)存在信息冗余、分類不清、表達(dá)不直觀等導(dǎo)或者學(xué)生自學(xué)。以賽促學(xué)，以賽促教，在競賽目的方式呈現(xiàn)，如何分析信息中的價(jià)值和相關(guān)關(guān)中全面提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力。建系。通過教學(xué)啟發(fā)式講授，與學(xué)生互動(dòng)交流，引立完善學(xué)科競賽體系。導(dǎo)學(xué)生挖掘、探究現(xiàn)實(shí)生活中的“痛點(diǎn)”，形成，互為支撐，相互融探究式討論，漸進(jìn)式引導(dǎo)學(xué)生用大數(shù)據(jù)思維來決這些痛點(diǎn)。指導(dǎo)學(xué)生把自己的關(guān)注點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)的，經(jīng)過討論形成方案設(shè)計(jì)，并通過團(tuán)隊(duì)分最終實(shí)現(xiàn)方案。在方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過中，激發(fā)學(xué)生利用學(xué)到的知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的好奇心，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。表1為學(xué)生討論后挖掘出的新聞信息中的用戶痛點(diǎn)及解決思路。教學(xué)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)用戶痛點(diǎn)和解決思路進(jìn)行方案的概要設(shè)計(jì)和詳這3個(gè)環(huán)節(jié)相互依賴合。教學(xué)和實(shí)踐為競賽打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的拔高和提升。在競賽中獲得突的案例也可以轉(zhuǎn)化成知識(shí)點(diǎn)、模塊化的功能問題解，競賽是教出工成績協(xié)作程實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充到教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)實(shí)踐類競賽案例設(shè)計(jì)原則以“新工科”背景下社會(huì)對才的需求為導(dǎo)向，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。實(shí)踐類競賽案例設(shè)計(jì)應(yīng)前沿化、系統(tǒng)化，遵計(jì)算機(jī)類專業(yè)人計(jì)算機(jī)教育34ComputerEducation2021細(xì)設(shè)計(jì)，包括擬采用的技術(shù)路線，以及進(jìn)一步完對新聞中的命名實(shí)體文本進(jìn)行識(shí)別保存，這些信善的具體方案。教學(xué)團(tuán)隊(duì)對項(xiàng)目的可行性進(jìn)行評息為后續(xù)新聞的關(guān)聯(lián)分析、聚集分析、情感分估并指正，直到學(xué)生設(shè)計(jì)出新穎且實(shí)用的競賽作析、輿情導(dǎo)向分析服務(wù)。品。在方案實(shí)現(xiàn)過程中，督促學(xué)生團(tuán)隊(duì)自主完成（2）地理編碼解析。在獲取到地點(diǎn)名稱之后，就需要對地名進(jìn)行地理編碼，從而獲得新聞發(fā)生地的經(jīng)緯度信息。國內(nèi)兩家知名地圖服務(wù)商——項(xiàng)目的開發(fā)、測試等。表1??用戶痛點(diǎn)及解決思路百度和高德提供的地圖開解決思路此案例中，結(jié)合百度、索對新聞的地理編碼服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對地名最大精度的地理解放平臺(tái)上都可以查詢到用戶痛點(diǎn)地理編碼。在高德所提供以地圖為向?qū)А⒌乩砦恢脼榫€新聞表達(dá)不直觀，用事件進(jìn)行分類展示，并提供可視化交互戶難以進(jìn)行高效信息服務(wù)；滿足用戶新聞直觀呈現(xiàn)、篩選并快速理解新聞析。在解析過程中，預(yù)先設(shè)置精確度與理解度閾個(gè)性化值，對低于閾值的結(jié)果進(jìn)行舍棄，從而保證地理新聞地圖等需求編碼結(jié)果的精確性、準(zhǔn)確性。建立新聞關(guān)鍵信息抽取系統(tǒng)，對收集的新聞文本進(jìn)行多維度深入分析，并提供多樣化的分析成果展示（3）輿情情感趨勢預(yù)測模型。通過對新聞評新聞信息之間缺少關(guān)聯(lián)性論的句式分析，句的情感值來構(gòu)建情感于相關(guān)向量機(jī)的輿情情感趨勢預(yù)測模型，對利用信息短語模式計(jì)算單句和復(fù)值時(shí)間序列，從而建立基該新和預(yù)測。案例的核心功能：新聞可視化。主要用到了前端開發(fā)工具中的多個(gè)熱門的可視化組件，將上述3個(gè)核心技術(shù)所得到的數(shù)據(jù)、信息以該團(tuán)隊(duì)參賽作品“圖訊NewsMap”：以地聞的網(wǎng)絡(luò)輿情評論情感趨勢進(jìn)行分析理維度為基礎(chǔ)、時(shí)間維度為變量對新聞信息進(jìn)行聚合，制作出一款以地理維度為基礎(chǔ)的新聞時(shí)空地圖交互產(chǎn)品。通過多樣化的統(tǒng)計(jì)圖表對不同時(shí)段的新聞進(jìn)行可視化展示，并基于已有數(shù)據(jù)進(jìn)行晰、簡潔的方式呈現(xiàn)給用戶。主要采用ECharts、清多維度深入分析，實(shí)現(xiàn)了地點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)文本的關(guān)MapBox、AMapLoac實(shí)現(xiàn)包括柱狀圖、折線圖、聯(lián)分析、聚集分析、情感分析、輿情導(dǎo)向分析等詞云、路化展示。以當(dāng)時(shí)湖北省內(nèi)新聞為徑圖、區(qū)塊圖、3D熱力圖的數(shù)據(jù)可視多種功能。該案例采用的核心技術(shù)有以下幾點(diǎn)。（1）地名識(shí)別算法。要獲取新聞的地理坐標(biāo)，首要的任務(wù)是識(shí)別出新聞中的地名，此案篩選，可以查看新聞關(guān)聯(lián)性、新聞地例。通過各種條件域分布、例中利用自然語言處理中的BERT（Bidirectional關(guān)鍵詞及詞頻變化和區(qū)域情感分析等（如圖2EncoderRepresentationfromTransformers)算法，所示）。10.50）極積為1，分立得中時(shí)間/天感為情0，極消為-0.5-11-（2019-11-152019-11-302019-12-152019-12-302020-1-142020-1-292020-2-132020-2-282020-3-142020-3-29圖2?輿情總體情感與時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖2輿情總體情感與時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖實(shí)踐論壇第6期353.2?人工智能案例設(shè)計(jì)人工智能類的案例設(shè)計(jì)，則是從人工智能技術(shù)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散性思考，除了教學(xué)、實(shí)踐中所了解的應(yīng)用案例外，還可能有哪些應(yīng)用領(lǐng)域。就深度學(xué)習(xí)算法來說，引導(dǎo)學(xué)生討論，并形成初步的方案：口罩佩戴檢測系統(tǒng)、考勤與人臉分析系統(tǒng)、安全帽佩戴檢測系統(tǒng)等。在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，完成方案設(shè)計(jì)。下面以安全帽佩戴檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)作詳細(xì)闡述。3多路攝像頭安全帽檢測系統(tǒng)圖3?多路攝像頭安全帽檢測系統(tǒng)安全帽是各行各業(yè)工作實(shí)施與效果者必不可少的安全用具，它能有效減少事故對人生命安全的損害。然而，在上下班高峰期，人工目測檢查工人佩戴安全帽情況難免有疏漏。工將學(xué)科競賽納入到教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)，構(gòu)建賽課結(jié)合的教學(xué)實(shí)踐模式，形成教學(xué)、實(shí)踐、競賽一體化教學(xué)體系。在這一體系下設(shè)計(jì)的實(shí)踐類競賽案例能實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、實(shí)踐、創(chuàng)新、應(yīng)用的統(tǒng)一。啟發(fā)式教學(xué)、互動(dòng)討論以及漸進(jìn)式引導(dǎo)最大程度調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效提高了學(xué)生為了提高檢測效率，開發(fā)一套安全帽佩戴檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)要求要有良好的用戶界面設(shè)計(jì)，支持多路實(shí)時(shí)攝像頭，并將沒有佩戴安全帽的人員圖像傳送至監(jiān)管人員，檢測實(shí)時(shí)幀率大于15FPS。的學(xué)習(xí)效率用實(shí)踐能力。從競賽作品的設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)，都有教學(xué)實(shí)踐團(tuán)隊(duì)的引導(dǎo)，在實(shí)驗(yàn)接近尾聲時(shí)，組織學(xué)生集中答與指導(dǎo)，系統(tǒng)地能力，為國賽答辯做好準(zhǔn)備，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和應(yīng)案例設(shè)計(jì)、開發(fā)過程中，引導(dǎo)學(xué)生用最適合本案例的深度學(xué)習(xí)算法，培養(yǎng)學(xué)生編程實(shí)踐能力的同時(shí)培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴仞B(yǎng)。學(xué)生經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和對比最終采用了YOLOv3算法，與SSD和辯，并邀請專家對項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)RetinaNet相比，YOLOv3算法在擁有與兩者相訓(xùn)練學(xué)生的答辯。近準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，擁有更快的速度，因此更能競賽作品圖訊NewsMap、口罩佩戴檢測系滿足本案例實(shí)時(shí)檢測的需求。經(jīng)過訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的統(tǒng)、考勤與人臉分析系統(tǒng)分別獲得2020年計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽國賽一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)，安全訓(xùn)練得到初始模型，接著學(xué)生佩戴或手持安全帽出現(xiàn)在檢測攝像頭下，使用初始模型進(jìn)行檢測，帽佩戴檢測系統(tǒng)榮獲包創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國賽二等獎(jiǎng)。其他學(xué)科競賽中獲得國賽獎(jiǎng)項(xiàng)第十一屆中國大學(xué)生服務(wù)外將獲得的誤分類樣本加入訓(xùn)練集中進(jìn)行下一階段，得到下一版本的模