基于分组学习的研究生前沿课程教学模式探讨与实践——以“人工智能安全与实践”教学为例

袁开国，徐天岭，李小勇

（北京邮电大学 a.网络空间安全学院；b.研究生院，北京 100876）

研究生课程学习是研究生教育的重要组成部分，在研究生培养过程有着重要的作用。教育部2014年印发的《关于改进和加强研究生课程建设的意见》明确提出：“课程学习是我国学位和研究生教育制度的重要特征，是保障研究生培养质量的必备环节，在研究生成长成才中具有全面、综合和基础性作用。”［1］

课程学习是研究生培养过程的必备环节，课程教学模式直接影响研究生培养质量。教育部、国家发展改革委、财政部于2020年印发的《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》明确提出：“加强课程教材建设，提升研究生课程教学质量。培养单位要紧密结合经济社会发展需要，完善课程设置、教学内容的审批机制，优化课程体系，加强教材建设，创新教学方式，突出创新能力培养，加强体育美育和劳动实践教育。”［2］因此，完善研究生课程设置及创新课程教学方式，是提升研究生教学质量的重要途径。研究生课程设置应面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，培养拔尖创新人才。人工智能是世界科技前沿的重要领域，本文以“人工智能安全与实践”课程为例，阐述了传统教学模式的问题，设计了一套能够激发研究生学习探索的主动性、锻炼其批判性思维、培养其创新能力的教学方式，以期提升研究生的培养质量，推动研究生教育对国家战略发展的支持服务作用。

一、研究生课程教学的现状

（一）教学框架既定，教学内容陈旧

当今世界正处于百年未有之大变局，正在经历一场更大范围、更深层次的科技革命和产业变革。“大数据、人工智能等前沿技术不断取得突破，新业态、新产业层出不穷”［3］。所以，研究生课程教学内容应紧跟时代的发展，不断地变化和更新。原有的教学大纲、教授方式，更多的是单纯考虑学科特点，注重课程知识的输出传递，教学模式既定，教学内容陈旧，而且与本科课程教学区分度不够。总体来说，作为研究生专业课教师，如果教学内容陈旧，教学内容与社会发展需求相脱节，就是对国家战略发展需要的认识不足、站位不高。

（二）缺乏对研究生创新能力培养

大部分研究生课程的教学模式与本科生课程教学模式相似，仍主要是知识点的灌输，教师是知识传输的主体，研究生是被动接收信息的客体，缺乏师生互动。在教学过程中，以灌输和接收的方式进行教学，容易让研究生误认为教师传递的知识就是学习的天花板，缺乏自主学习以及批判思维。“研究生在无条件地接受教师灌输的过程中，容易产生逆反心理，与教师产生情感对立”［4］。另外，共同上课的研究生之间缺乏互动。传统的上课教室大多是并排的座椅，授课模式主要是教师讲、学生听，学生之间的交流机会很少，缺乏团队协作、共同探讨的环境。

（三）学习效果考核单一，学习效果反馈周期长

学习效果考核不仅是检验研究生学习成效的手段，也是激励研究生学习主动性的有效方式。原有的教学考核成绩大多仅通过期末考试或期末作业一次决定，教师作为唯一评判主体确定成绩，研究生没有参与到学习效果评价之中，缺乏研究生之间学术研讨的氛围。另外，学习效果考核是激励研究生学习主动性的方式，且最能激发研究生产生学习内部动力的是在学习过程中不断获得成功的愉悦体验［5］，但是通过期末考试或期末作业来反馈研究生的学习效果，反馈周期太长，研究生不能及时看到自己的研究成效，对自己研究上取得的进步和付出没有获得明确的反馈，无法很好地起到激励作用。

研究生教育作为国民教育的顶端，是培养拔尖创新人才的主要渠道，在新时代背景下，社会对研究生教育提出了新要求。传统教学模式下的人才培养方式，不利于培养国家需要的拔尖创新人才。目前，国内有不少关于研究生教学模式改革案例的研究，其中文献［4］提出，基于问题的教学模式（PBL），从教师的“教”转变为学生的“学”，但是仍存在一定的局限性，比如对学生“学”的内生动力激励。研究生教学是研究生培养的必备环节，改革研究生教学模式和创新研究生教学方式是新时代研究生任课教师义不容辞的责任。

二、创新教学模式研究

针对传统教学过程存在的问题，本文从师生关系、生生关系、即时反馈、创新训练和内容增长等方面开展研究。

（一）注重研究生自主学习，激发研究生学习探索主动性

研究生的学习状态可分为主动学习状态和被动学习状态。从心理学的角度来说，主动学习状态能起到事半功倍的效果，同时是挖掘自身潜能的主要途径。“从本质上讲，自主学习是一种深度学习，能够激发学生的创新”［6］。本文提出的分组学习课堂组织方式，从以下几个方面激发了研究生自主学习的动力：一是从注重教师的“教”转变为注重研究生的“学”，让研究生深度参与课堂，真正成为课堂的“主人”。作为一门前沿实践课程，“人工智能安全与实践”课程鼓励研究生选择其感兴趣研读和验证的前沿论文，尊重研究生的学习兴趣，由教师引导，师生之间展开充分的讨论，教学相长，大大增加研究生的学习自主性。二是组成学习小组增加研究生之间的交流以及团队合作意识，增加学习的互动性和协作性。组内成员之间要相互帮助，一起探索解决问题，不仅可以增加学习兴趣，同时能够增加刻苦钻研的内部动力。三是每一次分组学习都要进行学习成果评价，不能仅到期末考试才获得课程学习效果评价，及时的评价反馈能持续增加研究生继续保持自主学习探索的动力。

（二）加强团队合作，培养研究生创新能力

创新能力实际上就是一种创造力，“创造力的认知心理学研究取向认为，创造是每个人能经历的基本的认知加工过程，它关注个体在创造性认知过程中的心理机制”［6］。分组学习+自由选择研读文献，再进行文献验证研讨的方式，给研究生创造了宽松的探索学习环境，不仅有利于研究生了解、记住知识点，而且可以一步步引导研究生探索，从文献研读（理解）到文献验证（应用），再到找出缺陷（发现不足）、提出解决方案（创新），帮助研究生养成良好的探索学习习惯，不断锻炼研究生的批判性思维，为培养研究生的创新能力提供重要的心理准备。同时，通过组建学习小组的方式合作完成论文的研读、验证，提出更优解决方案，充分调动小组成员的学习探索积极性，因为成员的学习效果直接影响着小组的成绩。“在合作创造中会产生责任动机或联合动机，责任动机能督促合作者之间自觉地承担自己的责任，提高了合作者的内部动机”［7］。另外，学习小组成员可能性别不同、导师不同、专业不同、省份不同，能激发不同视角、不同学科之间的探讨，开阔研究生的创新视野并拓展思维。

（三）精心设计课堂组织流程，确保学习效果

国内关于研究生教学方法的研究不少，主要包括案例式教学、研讨式教学、基于问题提出的教学等，都是对传统授课教学方法的改进，让研究生更多地参与课堂中，发挥研究生自主学习的动力。课堂组织有序，研究生自主学习，不是教师放任不管，而是教师更注重课堂的组织和引导，避免教学组织形式流于表面。“人工智能安全与实践”课程制定了完善的课程组织程序，包括考勤管理、文献阅读抢注、文献验证抢注、小组流动红旗等；加强了成绩规则的设计、前沿课程的教学，学习考核注重平时课堂的学习情况，期末考核成绩占比较小。在平时成绩打分时，作为评议组的学习小组，按评议维度评议文献阅读组和文献验证组，根据评议维度分值打分；教师作为各学习小组的协调者，需要监督评议组，根据打分规则给评议组打分。通过精心设计课堂组织程序及成绩规则，激励小组成员在课前自主探索学习，发现文献中的深层次问题，课堂专心投入，确保每一堂课的学习效果。

三、基于分组学习的研究生前沿课程教学模式实践——以“人工智能安全与实践”课程为例

人工智能作为第四次工业革命的重要组成部分，对人类的进步与发展有着举足轻重的作用，大力发展人工智能技术已然是全球共识。然而，人工智能的安全问题给人工智能技术的发展带来了巨大的挑战，研究人工智能安全对保障技术发展的意义不言而喻。

（一）内容规划

人工智能安全有三种不同的解释：一是人工智能自身存在的安全风险；二人工智能造成的安全风险；三是人工智能用于解决网络安全问题。“人工智能安全与实践”课程聚焦于人工智能自身存在的安全问题，围绕人工智能在模型训练、数据采集、数据预处理、模型应用和结果输出等各个阶段面临的安全风险和解决方案开展教学。

由于人工智能安全在全球范围内还处于理论研究阶段，在生产实践中的应用较少，尚未形成完备的理论体系和实践框架，因此，还没有较为权威的教材和参考书供教学使用。“人工智能安全与实践”课程在教学大纲的框架下，由教师和学生共同挑选前沿论文作为教学素材。

（二）组织框架

整个课程分为两个阶段：前4次课为讲解阶段，以教师PPT讲解为主；后12次课为分组讨论课，以学生分组讨论为主。

在前4次课中，教师首先介绍在第四次工业革命处于领先地位对于国家和民族的重要意义，以及在这样的历史背景下开展人工智能安全研究的价值所在。之后介绍网络安全行业的主要法律法规、标准规范、典型产品，以及人工智能平台在现有条件下的防护方法，以及有待进一步研究的问题。

在后12次课中，每堂课开始，教师首先介绍一下本次课相关内容的研究现状和最新成果，然后开展论文验证讲解、验证评议以及教师分析，接着进行论文阅读讲解、验证评议以及教师分析，之后组织全班集体讨论本次课程中可能存在的创新，最后教师总结课堂内容，给出课堂相关内容的创新方向和具体要点，供学生继续研究或论文编写。

（三）教学开展

为了让教学过程充分激发学生的活力，组织学生在多元化原则下自行分组：一是每组学生4～5人；二是同寝室的学生不能同组；三是同省份的学生不能同组；四是同组必有不同性别；五是同组必须有博士研究生和硕士研究生。

为了让同一小组内的学生之间充分合作，每次课程结束前，教师从自己选择和学生建议的论文中，挑选2篇论文作为下次课大家共享阅读和研讨的对象，并给出每篇论文的阅读难度系数；在教师公布论文名称之后，由最先抢到报名资格的两个小组承担论文阅读、讲解任务。与此同时，每个小组设立一名组长，小组获得的成绩为组长成绩，组员成绩由组长根据组员的贡献全权自主决定（不高于小组成绩）。

为了提高学生的动手能力和认识深度，在每篇论文阅读讲解结束后，教师给出该论文的验证难度系数，由抢到报名资格的一个小组对论文进行验证和改进，并在下次课上向大家展示验证的效果，讲解验证过程，提出改进建议，并将论文验证的代码免费开源。

为了让教学过程充满竞争性，可以采取以下措施：一是在每篇论文的验证讲解和阅读讲解结束后，最先抢到报名资格的两个小组可以对论文验证讲解和阅读讲解进行同行评议和打分，该打分即为论文阅读小组的最终成绩；二是为了保证论文评议小组客观、理性地打分，评议结束后，教师要分析评议的合理性，并给评议小组打分，作为评议小组的最终成绩；三是在每次课堂结束后，给当堂课得分最高的小组颁发流动红旗，并给予成绩奖励。

四、教学效果及后续改进

基于分组学习的研究生前沿课程教学模式，在课堂组织程序、成绩规则设计、课堂管理方式等一系列措施之下，以团队合作开展分组学习，有助于提高研究生的自主学习能力，在这种课堂模式下，教师的作用主要是引导，不断激励研究生深度探索，锻炼研究生的批判性思维，训练研究生的创新能力，养成研究生的创新思维习惯，为研究生成为拔尖创新人才做好前期准备。

分组学习教学模式在前沿课程“人工智能安全与实践”中已经试运行一学期，选课博士研究生和硕士研究生共36人。对课程的满意度问卷调查结果显示，超过90%的研究生对该课程的教师模式和课堂组织方式非常满意，并反馈这门课对科研素养的训练很有效，对提高学术水平与创新能力有很大的帮助和启发。在今后的教学实践中，“人工智能安全与实践”课程组教师将不断优化课堂组织，充分考虑选课研究生的培养层次以及专业背景，将已参加过这门课程学习的高年级研究生加入同行评议，激励研究生自主学习，锻炼其批评性思维，同时要加强多学科交叉学习，发挥来自不同学科的团队力量，提升研究生的创新能力，营造学术科研创新的氛围。