以能力為導(dǎo)向的基于模塊化案例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式探索

胡良梅+張寶+高雋+李平+高榆

摘要：圍繞合肥工業(yè)大學(xué)“以能力導(dǎo)向的一體化教學(xué)體系”建設(shè)，面向電子信息類研究生的專業(yè)基礎(chǔ)、特點(diǎn)、訴求，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評(píng)估方法，開(kāi)展基于模塊化范例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式研究，并在《多源信號(hào)融合》、《智能信息處理》、《模式識(shí)別》、《圖像理解》等研究生課程中推廣實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念、科技進(jìn)步觀念和跨界創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：能力導(dǎo)向；融合；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）10-0122-02

一、引言

培養(yǎng)和造就創(chuàng)新型人才，特別是創(chuàng)新型工程科技人才，是建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的關(guān)鍵之所在，意義重大。隨著新工業(yè)革命的到來(lái)，跨界創(chuàng)新大量出現(xiàn)，跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨地域培養(yǎng)人才的現(xiàn)象將變得越來(lái)越普遍。

信息融合技術(shù)研究如何加工、協(xié)同利用多源信息，并使不同形式的信息相互補(bǔ)充，以獲得對(duì)同一事物或目標(biāo)的更客觀、更本質(zhì)的認(rèn)識(shí)的信息綜合處理技術(shù)。信息融合技術(shù)涉及信息科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域，其理論與方法已成為智能信息處理的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，是新一代智能信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)之一，在軍事和民用高科技領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用[1，2]。由于學(xué)科內(nèi)容的交叉性、新穎性和復(fù)雜性，清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、上海理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)等紛紛開(kāi)設(shè)了相關(guān)的研究生專業(yè)課程，并成為很多研究生的首選課程。

然而《信息融合》的抽象性、復(fù)雜性和交叉性使得傳統(tǒng)教學(xué)存在著理論深度難以把握、應(yīng)用領(lǐng)域過(guò)于單一、研究生學(xué)習(xí)積極性不高等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了授課質(zhì)量的提高[3]。研討式教學(xué)方法是研究生課程教學(xué)中的一種重要方法[4]。然而如何解決信息融合課程的抽象性、復(fù)雜性和交叉性對(duì)于研討式教學(xué)過(guò)程帶來(lái)的困難，激發(fā)學(xué)生的興趣、培養(yǎng)科技創(chuàng)新意識(shí)和能力，還在積極的探索之中。

面向合肥工業(yè)大學(xué)“以能力為導(dǎo)向的一體化教學(xué)體系”建設(shè)，以課程目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，從評(píng)估方式、教學(xué)方式和方法、教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)機(jī)制等方面進(jìn)行創(chuàng)新性的整體設(shè)計(jì)，開(kāi)展面向《信息融合》課程的基于模塊化案例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式探索?；谛畔⑷诤险n程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面面臨的挑戰(zhàn)，針對(duì)其貼近前沿、發(fā)展迅速、算法眾多、應(yīng)用廣泛的課程特點(diǎn)，明確教學(xué)方針，基于學(xué)術(shù)界的最新研究進(jìn)展和課程組的科研成果，通過(guò)多學(xué)科交叉的模塊化案例分析（Case study），探索以能力為導(dǎo)向的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念、科技進(jìn)步觀念和跨界創(chuàng)新意識(shí)。

二、以能力為導(dǎo)向的基于模塊化案例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式探索

1.圍繞能力導(dǎo)向的一體化教學(xué)體系建設(shè)，面向電子信息類研究生的專業(yè)基礎(chǔ)、特點(diǎn)、訴求，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評(píng)估方法，開(kāi)展基于模塊化范例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式研究。

信息融合作為一門新興的交叉學(xué)科，涉及信息科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域，集成了包括數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)化等學(xué)科的內(nèi)容，其理論與方法已成為智能信息處理的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，是新一代智能信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)之一。針對(duì)其理論發(fā)展快、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，面向電子信息類研究生的專業(yè)基礎(chǔ)、特點(diǎn)、訴求，從教學(xué)方針、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等方面開(kāi)展基于模塊化范例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式研究，并在《多源信號(hào)融合》、《智能信息處理》、《模式識(shí)別》、《圖像理解》等研究生課程以及信號(hào)與信息處理、電子與通信工程專業(yè)研究生培養(yǎng)中研究實(shí)踐推廣該教學(xué)模式。

發(fā)現(xiàn)式教學(xué)方法的指導(dǎo)思想是以學(xué)生為主體，在教師的啟發(fā)下，使學(xué)生自覺(jué)地、主動(dòng)地探索科學(xué)知識(shí)和解決問(wèn)題的方法及步驟，從中找出規(guī)律，形成自己的概念[5，6]。結(jié)合課程組在科研方面的成果和經(jīng)驗(yàn)，圍繞“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”的宗旨，合理篩選和組織課堂教學(xué)內(nèi)容，有的放矢地實(shí)施發(fā)現(xiàn)式的教學(xué)方法。對(duì)于緒論部分，闡明課程特點(diǎn)，明確信息融合的本質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；對(duì)于抽象的理論部分，“去粗取精”，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性；對(duì)于具體的應(yīng)用部分，結(jié)合范例分析（case study），啟發(fā)學(xué)生從“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”到“解決問(wèn)題”，做到“授人以漁”。

2.研究并實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與研究生專業(yè)教育的融合，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和課程體系。圍繞信息融合的原理與本質(zhì)，明確課程目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念、科技進(jìn)步觀念和跨界創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。課程教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型工程科技人才的最基本途徑，課程組研究并實(shí)踐如何把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入和貫穿到研究生專業(yè)教育的教學(xué)內(nèi)容和課程體系之中，并重視學(xué)科間的交叉與融合。

基于信息融合對(duì)于人腦綜合處理復(fù)雜問(wèn)題的功能模擬和多學(xué)科交叉的內(nèi)容，通過(guò)多模態(tài)生物特征認(rèn)證、多分類器融合目標(biāo)識(shí)別、彩色三維重建等信息融合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，分析系統(tǒng)中融合層次的選擇，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念；通過(guò)多學(xué)科交叉的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生形成“著眼于基礎(chǔ)，放眼于未來(lái)”的科技進(jìn)步觀念；圍繞多源信息融合的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

三、模塊化課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)

圍繞課程組的科研成果，從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，通過(guò)多學(xué)科交叉的模塊化范例分析，促進(jìn)研究生通識(shí)能力、專業(yè)能力、拓展能力培養(yǎng)的有機(jī)融合。

從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方面引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)模式由本科階段的理解型、記憶型向研究生階段的研究型、創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變。針對(duì)學(xué)生本科階段專業(yè)不同、基礎(chǔ)不同的特點(diǎn)，對(duì)于復(fù)雜、抽象的理論基礎(chǔ)，提煉精華，進(jìn)行概括介紹，進(jìn)行通識(shí)能力培養(yǎng)。在范例分析（case study）中設(shè)計(jì)難度適中的“最近發(fā)展區(qū)”，并結(jié)合科研過(guò)程，完整展現(xiàn)從創(chuàng)設(shè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的情境、建立解決問(wèn)題的假說(shuō)、對(duì)假說(shuō)進(jìn)行驗(yàn)證、做出符合科學(xué)的結(jié)論，到轉(zhuǎn)化為能力的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)。通過(guò)設(shè)計(jì)難度不同的模塊，進(jìn)行專業(yè)能力、拓展能力的培養(yǎng)。

相比于抽象、展示度不高的一維信號(hào)，選取直觀的二維圖像為融合處理對(duì)象，面向圖像處理與分析、多模態(tài)生物特征認(rèn)證、目標(biāo)識(shí)別、三維重建等信息融合在非軍事領(lǐng)域的熱點(diǎn)應(yīng)用，結(jié)合課程特點(diǎn)及電子信息類研究生的專業(yè)基礎(chǔ)，選取學(xué)生有一定理論基礎(chǔ)的小波變換、聚類、決策模板等方法以及信息融合中比較有代表性的D-S證據(jù)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、立體配準(zhǔn)等方法，設(shè)計(jì)難度不同的模塊，并基于各個(gè)模塊的范例分析引導(dǎo)學(xué)生從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題到總結(jié)規(guī)律，實(shí)施發(fā)現(xiàn)式教學(xué)方法。部分模塊涵蓋的應(yīng)用、理論基礎(chǔ)、學(xué)科領(lǐng)域、融合層次、難度如表1所示。

四、結(jié)語(yǔ)

信息融合作為一門新興的交叉學(xué)科，其理論與方法已成為智能信息處理的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，是新一代智能信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)之一。針對(duì)其理論發(fā)展快、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，面向電子信息類研究生的專業(yè)基礎(chǔ)、特點(diǎn)、訴求，圍繞合肥工業(yè)大學(xué)“以能力為導(dǎo)向的一體化教學(xué)體系”建設(shè)，從課程目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等方面開(kāi)展基于模塊化范例分析的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)模式研究，并在《多源信號(hào)融合》、《智能信息處理》、《模式識(shí)別》、《圖像理解》等研究生課程中研究實(shí)踐推廣該教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念、科技進(jìn)步觀念和跨界創(chuàng)新能力。

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Research on the Discovery Teaching Mode Based on Ability-Oriented Modularization Case Study

HU Liang-mei,ZHANG Bao,GAO Jun,LI Ping,GAO Yu

(Hefei University of Technology,Hefei,Anhui 230009,China)

Abstract:Revolving around the construction of ability-oriented integration teaching system,this paper,which is facing with the Electronic Information graduate students' professional basis,characteristics and demands,is to reform the teaching content,the teaching method and the assessment approach,to carry out the research on discovery teaching mode based on modularization case analysis,to promote and implement the method in graduate courses such as Multiple Signal Fusion,Intelligent Signal Processing,Pattern Recognition and Image Understanding,and to develop the students' system concept,scientific and technological advancement concept and cross-border innovation ability.

Key words:ability-oriented;fusion;innovation