一、学院（部）概况

深圳大学计算机与软件学院是培养高尖端计算机软件人才的摇篮。1983年，深圳大学计算机专业由清华大学援建。2008年12月，深圳大学计算机与软件学院正式成立，经过10多年建设，现有大数据系统计算技术国家工程实验室、国家首批现代产业学院——腾讯云人工智能学院。学院在学科建设、人才培养等方面不断取得新的突破，据2023中国校友会网排名，深圳大学计算机科学与技术学科被评为世界知名高水平、中国顶尖专业，全国并列第7。

二、案例简介及主要解决的教学问题

流形学习在《机器学习》课程中具有承前启后、继往开来的作用，是学生理解AI相关知识结构、感知数据的重要组成部分，在发展智力、培养能力和科学素质方面具有极为重要作用。本课程坚持传授知识、发展智力与培养能力相统一的教学原则，注重学生思维能力、分析问题、解决问题能力的培养，注重将国家需求与课程学习相结合，用课程思政内容激励学生学习，践行“热爱祖国、为国家的强大而努力学习”的崇高理念。

本课程案例设计以思政育人目标和数据感知为核心，通过一系列的理论与算法介绍、丰富绚丽的可视化展示、应用案例介绍等，共实现四个思政目标，把算法及其应用与思政适时有机结合，相互穿插，其相互关系如图1所示。

图1 基于流形学习的数据感知课程内容与思政育人目标相互关系

流形，英文manifold，即manifold=many+fold,意为很多曲面的无缝光滑叠加，如图2左一所示，可以简单理解为通过把许多平直的片折弯并粘连而成。流形是局部具有欧几里得空间性质的空间，在数学中用于描述几何形体。一些经典的简单流形如图2、图3所示：

图2 曲面的无缝光滑叠加（左一）及简单流形（右边四个）

图3 人脸流形分布（左一）、三维流形（中）及其采样（右）

三、案例解决教学问题的方法

1.教学以几何、物理意义与建模为主，以优化算法设计为辅，提升数据的感知能力与模型优化能力。在授课中，不断引导学生构建以“问题-思想-几何-建模-求解-反思”的模式完成整个过程，训练学生提出问题、解决问题的能力，并强化数学优化与公式推导等机器学习核心能力，课程实况如图4所示。

图4 课程理论教学实况，课程注重几何与建模及其优化

2.实验课以学生演讲演示的翻转课堂为主，教师提示补充为辅，提升独立自主学习与合作学习能力。除在教师授课时重点系统介绍专题领域基础知识外，该课程一大特色是实验课以学生论文汇报、讲解演示为主的翻转课堂，并设立学生评委席，对演讲的同学进行排序打分，充分调动学习的主动性。图5为实验课的翻转课堂实况。

图5 翻转课程教学实况（由上课学生提供），每节课内容都非常深刻有挑战

3.课业充分强调理论与创新，以人脸识别为主线贯穿全过程，全面提升创新思维能力。该课程的实验报告与项目均进行了精心设计，由易到难层层递进，实验以人脸识别为任务主线（如图6左、中），贯穿所有实验的全过程，充分注重培养学生对数据的理解与表达，低维可视化与识别率之间的联系（如图6右）。

图6 实验报告与项目中涉及的人脸低维表示、高维数据可视化案例

4.以人工智能养鹅项目为后续工作，理论联系实际，全方位提升学生综合工程能力。《机器学习》是人工智能养鹅项目的前置基础性课程，是腾讯为人工智能特色班打造的特色工程实践项目，为全方位提升学生工程能力提供了绝佳的应用场景。图7为腾班学生讨论如何用机器学习方法来识别呆头鹅、发烧鹅的情景。

图7 左图为腾班学生讨论如何用机器学习方法来识别呆头鹅、发烧鹅的情景；

右图为学生设计的智能识别系统界面

四、案例的创新点

课程以基础理论+论文专题学习为主，提升理论理解与算法设计能力；以几何物理意义+建模为主，以优化算法设计为辅，提升数据的感知能力与模型优化能力（如图8所示）；实验课以翻转课堂为主，教师提示补充为辅提升实践能力，极大提升学生学习的内驱力；课程不断引入经典的专题进行拓展学习，丰富见识、开阔眼界（如图8、图9、图10）；全课程以AI+课程思政内容相互交融为主线，形成勇于突破自我的奋斗意识。

图8 LLE算法在人脸表情数据感知、口形理解与感知的可视化结果

图9 流形学习方法拓展应用（左为嫌犯查找，右为天眼系统），强化思政育人目标

图10 流形学习方法潜在的拓展应用，强化实现思政育人目标

五、改革成效及案例的推广应用效果

广东珠江台也以《深圳大学“腾班”：校企深度联姻让“技术攻关”更“接地气”》为主题，到《机器学习》课程授课现场来拍摄录像，以现场记录的形式向社会展示了我们的课堂教学实况，视频截图如图11所示。

图11 广东珠江台报道了《机器学习》课程“流形学习”专题实况并给予高度评价

多位同学在课程涉及的主题方向上发表了高水平SCI论文，包括IEEE Transactions。界面新闻以“罕见的成绩”来形容学生取得的科研成果，充分肯定了该系列教学的成效，是我院集教、学、研于一体教学改革的代表性案例。