大学生创新创业训练项目指导...记分类方法研究及应用》为例_谈超.pdf

交叉与综合Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第18期(2023年6月）第19卷第18期(2023年6月）本栏目责任编辑：李雅琪大学生创新创业训练项目指导的探索与实践以 基于车载视频的多标记分类方法研究及应用 为例谈 超（南京师范大学计算机与电子信息学院/人工智能学院，江苏 南京210023)摘要：为进一步促进人才培养模式和教学方法的创新，南京师范大学通过开展大学生创新创业训练项目活动，让学生参与到项目研发、技术创新和思维创新中，从而激发创新潜能，提高创新实践能力。为此，文章结合指导大学生实践创新训练项目 基于车载视频的多标记分类方法研究及应用 的工作经历，进行了方法探讨及经验总结。关键词：创新训练项目；探索与实践；人才培养改革中图分类号：TP393 文献标识码：A文章编号：1009-3044(2023)18-0103-03开放科学（资源服务）标识码(OSID)：0 引言大学生创新创业训练计划项目，是教育部实施的国家级大学生创新创业训练计划。教育部决定通过实施国家级大学生创新创业训练计划，促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新创业能力训练，增强高校学生的创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。为此，全国各地院校每年积极响应教育部号召，认真落实，纷纷启动省级、国家级大学生创新创业训练计划。从二级学院到学校层面、再到省、国家层面进行层层选拔和培育，其目的就是为了进一步培养大学生的创新创业意识、提高创新创业能力、推进创新创业实践的有效开展，鼓励和支持学生积极参与科学研究、技术开发和社会实践等创新创业活动，将创新创业教育融入人才培养全过程。近年来，为促进人才培养模式的改革，南京师范大学通过大学生创新创业实践训练活动，让学生参与到项目研发、技术创新和思维创新中。大学教师在所承担的课程教学上必须有自己的思考和贡献。与中小学教师的课程教学不同的是，大学教师不仅要把课程内容讲清楚，让学生在课堂上理解、熟记、触类旁通，还需要讲授该门课程的前沿知识，需要分析不同观点，包括介绍自己的科研工作、科研进展和体会贡献等。因此，大学教师要带领学生去研究最新科技，让学生了解前沿、跟上前沿、钻研前沿。优秀的大学教师，能把自己研究的最新理论、最新技术、最新方法，新的应用领域带给学生；能结合自己所做的研究工作，鲜活地呈现给学生，成为教科书上的知识、观点、理论方法佐证的完美案例；能把自己的贡献纳入课程内容，让自己的教学实现现身说法，这样就方便把学生的学习带高到更高层次的学习行为上，例如：分析知识、评估知识、创新知识等。本文作者指导了计算机专业学生的创新创业实践训练项目，在训练学生创新思维的同时，教师自身的教学能力也得到了提升。本文是对指导创新训练项目工作的探索和实践，更是提高大学课堂教学的有力支持。1 精心选题、事半功倍好的开头是成功的一半，如何能选取一个好课题，做到事半功倍，是创新项目能否顺利开展及完成的关键。在创新训练项目的选题上，我们有以下几点做法。1.1 紧跟热点，寻找有社会需求的课题对于初次接触创新创业训练计划的学生而言，选题也并不是一项轻松的任务。如果选择的题目过大或者过难，往往会大大地打击到学生的积极性，导致项目的失败；反之，选题过于简单，又不能有效地锻炼学生的科研创新能力，达不到创新的主要目的。因此，教师要与学生一起确定一个难易适度的题目，既要保证项目的顺利完成，又要起到培养学生的效果。为此，在大学生创新训练项目的选题上，我们认为可以从社会需求出发，聚焦热点、关注一些国计民生的话题作为选题的要素。大数据带来的信息风暴正在变革我们的生活、工作和思维，大数据开启了一次重大的时代转型1。在此背景下，大数据处理和机器学习技术得到了蓬勃发展和应用。而与此同时，智能手机的普及使用和驾驶员的嗜睡被认为是导致众多交通事故的原因之一，这引起了学术界和工业界对自动驾驶安全问题的高度关注。对于这一复杂场景，如何从车辆视频中的海量特征中进行全面的信息挖掘是一个重要挑战2。由此，结合大数据和机器学习技术的发展和自动驾驶的安全问题，我们就确定了一个比较有意义的课题 基于车载视频的多标记分类方法研究及应用。1.2 群策群力，选择指导教师熟悉的领域大二学生第一次参加实践创新训练项目，没有经验、无所适从。没有老师的指导是无法完成的。从指导教师的角度考虑而言，选择老师熟悉的理论和应用领域，对于顺利完成项目至关重要3。作为该项目的收稿日期：2023-3-10基金项目：“互联网+”背景下大学课程教学模式的改革与实践（南京师范大学教学改革项目，项目编号：18122000091654)作者简介：谈超(1983)，女，安徽人，通信作者，博士，副教授，主要研究方向为机器学习、模式识别。E-mail：http：/Tel：+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.19,No.18,June 2023103DOI:10.14004/ki.ckt.2023.0902交叉与综合Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第18期(2023年6月）第19卷第18期(2023年6月）本栏目责任编辑：李雅琪指导教师，本人主要研究方向为机器学习，一直从事流形学习、非线性降维、半监督学习等方面的研究。在相关问题，如增量降维、样本外点学习、子空间学习、噪声流形学习、基于角度保持的增量学习等方面已取得一定的研究成果；在教学岗位上，担任过数据结构、数据挖掘与数据仓库等课程的主讲教师，对该领域比较熟悉，指导起来得心应手。与此同时，课题组还有一批具有丰富教学、科研经验的老师，可以群策群力，共同提供有意义的指导和帮助。1.3 确定课题，制定项目训练目标和研究内容综上，经过多次研讨，本项目组选择“基于车载视频的多标记分类方法研究及应用”作为课题。此选题既紧跟当前热点，具有实际意义；又是指导老师熟悉的领域，具有一定难度，起到对学生的锻炼效果。确定完选题后，项目组一起制定了项目的训练目标和研究内容如图1。图1 基于车载视频的多标记分类方法研究及应用项目对汽车上通过视觉传感器获得的高维流式数据，即车载视频，采用大数据和机器学习的方法对其进行分析，得到周围环境信息。通过数据采集、图像预处理技术、降维算法、聚类算法、多标记分类算法对数据进行处理，并利用一些数据源进行实验与测试，达到训练目标。通过试验，选择适合高维流式数据集的降维算法，对提取到的高维数据进行降维。利用聚类算法将训练数据集分为若干个聚类中心、引入最近邻距离权重来对算法进行改进。通过将特征提取、降维算法、聚类算法和改进的多标记近邻算法进行结合，达到算法时间复杂度降低和算法性能提升的双重目的。2 团队协作、成功保障大学生实践创新训练项目的开展，对于培养大学生的团队协作精神，是重要的途径和方式4。项目立项后，指导老师组建了由南京师范大学计算机专业一名硕士研究生与三名本科生构成的团队。该四名成员勤奋好学、具有强烈的求知欲。在学习的过程中，即使遇到困难，也不会轻易放弃，而是用心钻研、刻苦研究，相信自己可以克服一切困难。与此同时，研究生的加入，也给这个团队带来不一样的感受。研究生相较于本科生而言，知识更加丰富，可以在技术层面给予本科生指导；心智更加成熟，在遇到挫折想要放弃时可以鼓励大家重新振作起来；学习能力更强，在项目遇到瓶颈时可以更快地找到解决问题的方法。除此之外，与教师相比，研究生与本科生之间的距离感更近，平时的沟通交流会更加轻松。该团队在研究生的带领下，定期与指导教师组织讨论班，汇报进展，及时总结归纳，逐步培养完成创新创业项目的能力。2.1 成员各有所长本团队队长曾多次获得奖学金，成绩优异，动手能力强，具有一定的数据分析、处理和编程的能力。在日常工作中认真负责、踏实能干，具有良好的领导能力、管理能力、协调能力和沟通能力，很好地保证了该团队的凝聚力。其余三名成员也都成绩优秀，均获得过学院奖学金，有较好的自主学习能力与较高的求知欲。大家各有所长，有人程序设计能力出众，有人论文撰写有条理，大家都可以很好地服从队长的安排，做到为团队无私奉献。在计算机学院近两年的时间里，团队成员学习了C语言、Java、C#、数据结构、数据挖掘等课程，具有一定的数据分析与处理能力以及程序设计的能力，在本次的创新项目中，他们利用所学的知识，在老师的指导下，完成创新训练任务。2.2 团队融合协作团队各成员除了具有扎实的专业功底，在平时的学习过程中善于通过团队协作发现问题、探讨问题、寻找解决问题的方法，并且定期对学习的内容进行总结，不断地提升自我和团队合作经验。经过近两年的专业学习和合作，具备了完成创新项目的知识储备。同时，根据每位成员各自的优势，进行配合协作、思想碰撞，因而具有强烈的创新激情和创新意识。团队成员除了学习专业的知识外，还通过期刊、网络了解新的技术和思想，并且有自己的思考，在不断的积累中具备了自我创新的能力。3 授之以渔、收益长远本次创新训练项目有一定的难度，学生们开始有畏难情绪，希望老师做。该项目与指导教师研究的领域一致，做出这个项目，对教师不是难事，但这就失去了大学生实践创新训练项目的意义了。是授之以鱼，还是授之以渔，这也是项目训练的目的所在。教师在项目指导过程中，坚持要求学生自己做，当学生遇到困难时，给予更多的指导，及时解决问题。具体做法有：3.1 持之以恒、毫不松懈项目组坚持每周一次召开讨论例会，汇报项目进展情况，讨论重点难点。遇到困难，教师帮助解决。3.2 学生为主体、教师为主导要提高大学生的综合素质和创新实践能力，激发创新思维和创新潜能，培养他们的团队协作精神5。大学生实践创新训练项目是主要的手段和载体。训练中，活动的主体是学生，老师起到辅助指导作用。在创新项目进行过程中，教师可以分以下阶段进行指导：1)头脑风暴：项目开展前期是探求项目创新点，采用讨论会头脑风暴的方式，每个人发言，相互启发，找到创新点。2)调研学习：刚开始，学生的英文阅读水平不高，有畏难情绪，希望只阅读中文参考资料。这种情况下，教师对学生说明英文资料的重要性，坚持要求学生阅读英文资料。项目开始前期，要求每周每人阅读一篇，讨论会上相互交流。很快学生尝到了甜头，英104交叉与综合Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第18期(2023年6月）第19卷第18期(2023年6月）本栏目责任编辑：李雅琪文阅读水平也大大提高。3)建模设计：这一阶段是项目的重点和难点，此时教师的指导尤为重要了。教师结合自己的科研课题给学生列举案例，引导学生思考，自主想出解决办法。4)代码编写：这一阶段鼓励学生多动手尝试，努力提高学生动手能力和实验技能。4 合理安排时间、学习科研两不误大三计算机软件工程专业的学生，正是专业课较多的时期，课业较重，学生每周要上大量课程。为了不耽误学生的学业，实践创新活动制定出项目进度表和人员分工表，做项目的大部分时间是利用课外、周末和假期，讨论例会则放在每周四晚上。指导教师住在校内，随时可以和学生见面指导。随着项目的深入进行，大大提高了学生的自学能力，锻炼了其查找和阅读英文资料的能力、数学建模和算法设计的能力，以及编写调试程序的能力，这些能力也极大地帮助了他们课业的学习，提高了成绩，使得学习和项目两不误。经过一年时间师生的共同努力，该项目历经立项、文献阅读、调查研究到数学建模、算法设计、程序编制及测试等一系列环节，完成了中期检查以及项目结题报告。项目取得如下的成果：1)对车载视频进行预处理，并对图像状态设置标签，得到特征数据集；2)在保持原始数据有效信息不丢失的前提下，对特征数据集进行降维，尽可能降低冗余；3)采用聚类算法对训练集数据进行聚类，把训练集分成若干类，每个类的数据最大程度地相似；4)在前期研究成果的基础上，针对流式数据的特点，对A Lazy Learning Approac