面向創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的“模式識別”教學(xué)改革

王晗，施佺

[摘 要] 為解決傳統(tǒng)講授式“模式識別”課堂教學(xué)方法在學(xué)生的創(chuàng)新思維能力訓(xùn)練與培養(yǎng)方面效果欠佳的問題，利用翻轉(zhuǎn)課堂轉(zhuǎn)換課程學(xué)習(xí)中教師與學(xué)生的角色，通過項(xiàng)目教學(xué)結(jié)合小組協(xié)作學(xué)習(xí)的模式構(gòu)建學(xué)生成果導(dǎo)向的個性化、因材施教的協(xié)作式學(xué)習(xí)環(huán)境。經(jīng)過一個學(xué)期的教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)施效果與學(xué)生的問卷反饋結(jié)果，嘗試提出翻轉(zhuǎn)課堂模式下基于項(xiàng)目教學(xué)結(jié)合小組協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)活動設(shè)計(jì)、相關(guān)考核方法及跟進(jìn)式成果培養(yǎng)的幾點(diǎn)體會與建議。

[關(guān)鍵詞] 創(chuàng)新思維能力;翻轉(zhuǎn)課堂;項(xiàng)目教學(xué);小組協(xié)作學(xué)習(xí)

[基金項(xiàng)目] 2020年度南通大學(xué)教育教學(xué)研究項(xiàng)目“創(chuàng)新思維培養(yǎng)導(dǎo)向的研究性課程教學(xué)改革研究——‘模式識別為例”（2020B62）

[作者簡介] 王 晗（1979—），男，遼寧丹東人，博士，南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院副教授，主要從事面向智能交通領(lǐng)域的圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、模式識別研究;施 佺（1973—），男，江蘇南通人，博士，南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院教授，主要從事面向智能交通領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)分析、交通流預(yù)測研究。

[中圖分類號] G642? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）46-0077-04? ? [收稿日期] 2021-06-04

一、引言

2019年國務(wù)院發(fā)布《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》明確提出：從2021年到本世紀(jì)中葉，分兩個階段推進(jìn)交通強(qiáng)國建設(shè)。并制定了強(qiáng)化前沿關(guān)鍵科技研發(fā)、大力發(fā)展智慧交通、完善科技創(chuàng)新機(jī)制的創(chuàng)新科技智慧引領(lǐng)落實(shí)方式。人工智能是智慧交通領(lǐng)域的智腦，面向智慧交通領(lǐng)域的“模式識別”作為人工智能技術(shù)在交通領(lǐng)域的交叉應(yīng)用課程，以人工智能的原理和方法認(rèn)識、分析和解決實(shí)際交通問題，著重培養(yǎng)學(xué)生了解和掌握人工智能的基本理論、基本方法和創(chuàng)新思維，利用深度學(xué)習(xí)等方法對交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的實(shí)際問題進(jìn)行建模、優(yōu)化、控制及解決方案設(shè)計(jì)，使學(xué)生基本具備以機(jī)器學(xué)習(xí)方法處理交通領(lǐng)域問題的能力。

然而，“模式識別”是一門融合多學(xué)科知識的綜合性課程，不僅需要高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論和優(yōu)化理論等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，還需要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)和程序語言等計(jì)算機(jī)知識。對于交通設(shè)備控制工程專業(yè)的本科生來說，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容存在側(cè)重理論講解、公式推導(dǎo);缺少工程案例、閉卷筆試為主的考核機(jī)制單一等問題。導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)難度大，內(nèi)容枯燥乏味[1]。此外，傳統(tǒng)集體教學(xué)存在師生單向交流的現(xiàn)象，教師壟斷了整體課堂的信息源，學(xué)生處于十分被動的狀態(tài)。學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性未能得到充分的發(fā)揮，學(xué)生之間不能完全實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，各盡所能，主動參與的積極性不高，與他人的合作較少，學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力[2]、動手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和表達(dá)能力等欠缺，這些缺點(diǎn)造成交通相關(guān)專業(yè)的本科生未來踏入社會后不能順利實(shí)現(xiàn)職業(yè)變動和勞動變換，難以適應(yīng)千變?nèi)f化的勞動力市場需求，這些能力也正是21世紀(jì)大學(xué)生應(yīng)該具備的關(guān)鍵能力。故作為核心課程的“模式識別”課程教學(xué)內(nèi)容建設(shè)與教學(xué)環(huán)境改革勢在必行。

綜上所述，為培養(yǎng)交通設(shè)備與控制工程專業(yè)學(xué)生的關(guān)鍵能力（創(chuàng)新思維、動手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、語言表達(dá)），本文嘗試提出翻轉(zhuǎn)課堂模式下基于項(xiàng)目教學(xué)結(jié)合小組協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)活動設(shè)計(jì)與相關(guān)考核方法的幾點(diǎn)體會與建議。

二、翻轉(zhuǎn)課堂對學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的意義

（一）主動學(xué)習(xí)—發(fā)現(xiàn)問題

傳統(tǒng)的教師講授式課堂教學(xué)方法，雖然能夠在有限時(shí)間內(nèi)有效率地將需要講解的課程知識點(diǎn)按照重要程度進(jìn)行有層次的重點(diǎn)講述。但卻忽略了受教的學(xué)生的接受效果。學(xué)生在整個的課堂學(xué)習(xí)中都處于被動的接受中。教師直接把問題及答案按照順序灌輸給學(xué)生。在這種教學(xué)模式中，學(xué)生對于教師直接拋給的問題難以產(chǎn)生濃厚興趣。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，學(xué)生是課堂的主體[3]，學(xué)生講授，教師修正、評價(jià)和總結(jié)。學(xué)生在講解相關(guān)知識之前，必須主動學(xué)習(xí)，理解、消化相關(guān)的知識點(diǎn)。而在主動的學(xué)習(xí)過程中，必然會發(fā)現(xiàn)那些自己不理解或者是理解不完全的問題。這種發(fā)現(xiàn)問題的過程對于學(xué)生的創(chuàng)新思維、學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)非常重要。不同的學(xué)生學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)和遇到的問題不同，針對這些問題教師可以和學(xué)生進(jìn)行有目標(biāo)的交流。表1為傳統(tǒng)講授式課堂與翻轉(zhuǎn)課堂在培養(yǎng)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題能力”上的差異。

（二）主動思考—分析問題

傳統(tǒng)的教師講授式課堂中，教師根據(jù)多年的授課經(jīng)驗(yàn)和自己的理解，將需要講授的知識點(diǎn)和問題的分析過程提前整理好，按照這個過程逐層、遞進(jìn)地向?qū)W生講解該知識點(diǎn)或者問題的分析過程。這樣學(xué)生可以跟著教師的思路由淺入深地對問題的分析過程進(jìn)行理解和記憶。然而，很多的題目和知識點(diǎn)客觀存在不同的理解方式和分析思路。如果學(xué)生課堂中僅僅依靠教師的講授很容易束縛自己的思維方式，無法根據(jù)自己的理解和容易接受的方式去選擇不同的問題分析思路和方法。

翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生針對知識點(diǎn)和問題主動思考，在查閱大量的資料的基礎(chǔ)上，選擇和建立容易理解和接受的問題分析過程，從而實(shí)現(xiàn)因材施教。這樣，可以避免出現(xiàn)對教師解題思路不理解的情況下，死記硬背的現(xiàn)象。同時(shí)主動思考、培養(yǎng)符合個人思考方式的問題分析能力。表2為傳統(tǒng)講授式課堂與翻轉(zhuǎn)課堂在培養(yǎng)學(xué)生“分析問題能力”上的差異。

（三）主動實(shí)踐—解決問題

傳統(tǒng)的教師講授式課堂中，教師在提出問題、分析問題后，會直接給出針對該問題的答案或者解決方案。這樣的授課過程雖然簡單有效，傳達(dá)的信息量也較大，但無法做到因材施教。所有學(xué)生被動、統(tǒng)一地接受教師給出的答案或者解決方案。在某種程度上減少了學(xué)生在主動解決問題時(shí)所產(chǎn)生的創(chuàng)新思維的訓(xùn)練機(jī)會。

翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生根據(jù)自己對問題的理解，主動查閱資料尋求解決問題的方案。每個學(xué)生的性格、思維方式、查閱文獻(xiàn)的結(jié)果不同，這樣相同的問題會產(chǎn)生出不同的解決方案，學(xué)生解決問題的過程就是自主創(chuàng)新活動的體現(xiàn)，客觀上實(shí)現(xiàn)了因材施教。而在尋求問題答案過程中遇到的困難、失敗也會培養(yǎng)學(xué)生的耐性、韌性和對科學(xué)的尊重與敬仰。如果認(rèn)真設(shè)計(jì)的解決方案有了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，那么這種喜悅、興奮與內(nèi)心的滿足感又會激勵學(xué)生繼續(xù)挑戰(zhàn)更難的問題，產(chǎn)生對科研的興趣。表3為傳統(tǒng)講授式課堂與翻轉(zhuǎn)課堂在培養(yǎng)學(xué)生“解決問題能力”上的差異。

綜上所述。傳統(tǒng)的講授式課堂教學(xué)活動主體是教師，教師通過認(rèn)真?zhèn)湔n和合理的課堂教學(xué)活動設(shè)計(jì)可以在有限的時(shí)間內(nèi)給予學(xué)生最大的知識量傳授。然而，該方法的不足之處在于難以做到因材施教，在有限的時(shí)間內(nèi)對于每個學(xué)生傳授的知識與信息均是相同的。因此，難以針對每個學(xué)生的特點(diǎn)與接受能力，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

翻轉(zhuǎn)課堂的主體是學(xué)生，通過學(xué)生主動課前預(yù)習(xí)和課堂講授的過程，實(shí)現(xiàn)符合學(xué)生自身的性格、思維方式等特點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)每個學(xué)生能力的差異與培養(yǎng)過程的多樣性。

三、翻轉(zhuǎn)課堂模式下創(chuàng)新思維課程教學(xué)改革策略

（一）項(xiàng)目教學(xué)結(jié)合小組協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)活動設(shè)計(jì)

創(chuàng)新小組學(xué)習(xí)是目前世界上許多國家普遍采用的一種富有創(chuàng)意的教學(xué)理論與方略。由于其實(shí)效顯著，被人們譽(yù)為近十幾年最重要和最成功的教學(xué)改革。各國的小組合作學(xué)習(xí)在具體形式和名稱上不甚一致。如歐美國家稱之為“合作學(xué)習(xí)”，蘇聯(lián)稱之為“合作教育引”。綜合來看，小組合作學(xué)習(xí)是在班級授課制背景上的一種教學(xué)方式，即在承認(rèn)課堂教學(xué)為基本教學(xué)組織形式的前提下，教師以學(xué)生學(xué)習(xí)小組為重要的教學(xué)組織手段，通過指導(dǎo)小組成員展開合作，發(fā)揮群體的積極功能，提高個體的學(xué)習(xí)動力和能力，達(dá)到完成特定的教學(xué)任務(wù)的目的。小組合作學(xué)習(xí)方式使得學(xué)生的主動性、創(chuàng)造性得以充分的發(fā)揮，學(xué)習(xí)者一方面可以學(xué)會怎樣尊重他人、尊重不同意見，另一方面在他人的激勵下，能學(xué)會怎樣克服困難，學(xué)會如何與人相處?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)生的領(lǐng)導(dǎo)意識、社會技能和民主價(jià)值觀。因此，小組合作學(xué)習(xí)是培養(yǎng)本科生關(guān)鍵能力的一種有效方式。

“模式識別”是一門與工業(yè)生產(chǎn)、社會實(shí)際問題緊密結(jié)合的課程。因此，將社會實(shí)際問題作為小組課內(nèi)研究項(xiàng)目的題目，既讓理論知識和客觀實(shí)際問題有了相互連接的接口，又讓學(xué)生在利用理論知識解決實(shí)踐問題的過程中，增強(qiáng)了分析問題、解決問題的創(chuàng)新能力。同時(shí)，在項(xiàng)目的驅(qū)動下，小組成員可以根據(jù)自身的特點(diǎn)自然分工、各司其職。在此過程中，學(xué)生的溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、語言表達(dá)能力均得到了鍛煉。因此，比起課本章節(jié)后的簡答、計(jì)算、公式推導(dǎo)等課后習(xí)題，面向?qū)W習(xí)小組的課內(nèi)項(xiàng)目實(shí)踐訓(xùn)練的形式更加符合當(dāng)前社會所需的人才能力培養(yǎng)需求。

（二）課程考核方法設(shè)計(jì)

課程考核采用平時(shí)成績+期末考核的方式能夠比較客觀地反映學(xué)生在整個學(xué)期的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)狀態(tài)。平時(shí)成績（30%）可以由課堂簽到、翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)表情況及其作業(yè)完成情況確定。而期末成績（70%）可以根據(jù)期末項(xiàng)目組的答辯和項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告內(nèi)容確定。表4為期末成績（70%）評定標(biāo)準(zhǔn)

相較于傳統(tǒng)的閉卷筆試期末考試，基于期末項(xiàng)目組的答辯和項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告的期末成績可以較為全面地反映學(xué)生在建立問題、分析問題、解決問題過程中資料查詢能力、邏輯推理能力、動手實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力的表現(xiàn)程度。同時(shí)，學(xué)生的成績也會根據(jù)上述能力的表現(xiàn)程度不同自然的區(qū)分等級，使得教師評分變得容易。避免了傳統(tǒng)閉卷考試由學(xué)生記憶力決定課程評價(jià)的弊端，真正從學(xué)生的各方面能力培養(yǎng)效果客觀地對其學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價(jià)。

（三）成果跟進(jìn)式輔導(dǎo)

一個學(xué)期課程的結(jié)束，并不代表著學(xué)生能力培養(yǎng)的結(jié)束。教師可以在期末項(xiàng)目匯報(bào)答辯和項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告中挑選出那些有價(jià)值的、能夠培育出成果的題目。在此基礎(chǔ)上利用寒暑假期進(jìn)行跟進(jìn)式個別輔導(dǎo)，對其創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化和升級。通過課外跟進(jìn)式的輔導(dǎo)，對那些創(chuàng)新思維活躍、動手能力較強(qiáng)、學(xué)習(xí)態(tài)度端正的學(xué)生進(jìn)行因材施教，培育出系列的學(xué)術(shù)論文、國家發(fā)明專利、軟件著作權(quán)和學(xué)科競賽成績。這樣，對于很多學(xué)生是一種從表層被動學(xué)習(xí)到深度主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。對于學(xué)生的創(chuàng)新能力、科研精神的培養(yǎng)具有積極的作用。

四、結(jié)語

在“模式識別”課程的教學(xué)中教師根據(jù)教材內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況選擇合適的內(nèi)容實(shí)施創(chuàng)新小組合作學(xué)習(xí)方式，選擇有一定思考價(jià)值的問題，如條件、問題、思路、答案具有探索性和開放性，靠近學(xué)生思維的最近發(fā)展區(qū)，要求每位學(xué)生都必須完成一系列與學(xué)習(xí)目標(biāo)相關(guān)的內(nèi)部知識加工任務(wù)，如理解、解釋、建立知識點(diǎn)之間的聯(lián)系、賦予含義、組織數(shù)據(jù)和評價(jià)所學(xué)知識的相關(guān)性，不僅可以使學(xué)生容易接受和掌握課堂知識，還可以引導(dǎo)他們將所學(xué)知識運(yùn)用于生活實(shí)踐，更重要的是，在合作過程中，利用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，讓創(chuàng)新小組的創(chuàng)新內(nèi)容在課堂上得以展示和表達(dá)。鍛煉了學(xué)生的溝通能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及創(chuàng)新能力等關(guān)鍵能力。因此，將創(chuàng)新小組結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂方式應(yīng)用于“模式識別”課程教學(xué)改革是行之有效的。

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Reform of Pattern Recognition Course for Training Innovative Thinking Ability

WANG Han， SHI Quan

（School of Transportation and Civil Engineering， Nantong University， Nantong，

Jiangsu 226019， China）

Abstract： In order to improve the poor effect of the traditional teaching model of the course of Pattern Recognition in training students innovative thinking ability， this paper tries to build the student achievement-oriented， personalized， and collaborative learning environment by using flipped classroom to change the roles of teachers and students and through project-based teaching combined with the group collaborative learning model. After a semester of teaching reform experiment， and according to the implementation effect and the students questionnaire survey feedback， we put forward some experience and suggestions on the design of teaching activities， some assessment methods and the follow-up achievement cultivation based on project-based teaching combined with group collaborative learning in flipped classroom model.

Key words： innovative thinking ability; flipped classroom; project-based teaching; group collaborative learning