以能力為導向的基于模塊化案例分析的發現式教學模式探索

胡良梅+張寶+高雋+李平+高榆

摘要：圍繞合肥工業大學“以能力導向的一體化教學體系”建設，面向電子信息類研究生的專業基礎、特點、訴求，改革教學內容、教學方法和評估方法，開展基于模塊化范例分析的發現式教學模式研究，并在《多源信號融合》、《智能信息處理》、《模式識別》、《圖像理解》等研究生課程中推廣實施，培養學生的系統觀念、科技進步觀念和跨界創新能力。

關鍵詞：能力導向；融合；創新

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）10-0122-02

一、引言

培養和造就創新型人才，特別是創新型工程科技人才，是建設創新型國家、實施科教興國戰略和人才強國戰略的關鍵之所在，意義重大。隨著新工業革命的到來，跨界創新大量出現，跨學科、跨行業、跨地域培養人才的現象將變得越來越普遍。

信息融合技術研究如何加工、協同利用多源信息，并使不同形式的信息相互補充，以獲得對同一事物或目標的更客觀、更本質的認識的信息綜合處理技術。信息融合技術涉及信息科學的多個領域，其理論與方法已成為智能信息處理的一個重要研究領域，是新一代智能信息技術的核心基礎之一，在軍事和民用高科技領域得到了廣泛地應用[1，2]。由于學科內容的交叉性、新穎性和復雜性，清華大學、上海交通大學、上海理工大學、武漢理工大學、國防科學技術大學等紛紛開設了相關的研究生專業課程，并成為很多研究生的首選課程。

然而《信息融合》的抽象性、復雜性和交叉性使得傳統教學存在著理論深度難以把握、應用領域過于單一、研究生學習積極性不高等問題，嚴重制約了授課質量的提高[3]。研討式教學方法是研究生課程教學中的一種重要方法[4]。然而如何解決信息融合課程的抽象性、復雜性和交叉性對于研討式教學過程帶來的困難，激發學生的興趣、培養科技創新意識和能力，還在積極的探索之中。

面向合肥工業大學“以能力為導向的一體化教學體系”建設，以課程目標為出發點，從評估方式、教學方式和方法、教學內容、改進機制等方面進行創新性的整體設計，開展面向《信息融合》課程的基于模塊化案例分析的發現式教學模式探索。基于信息融合課程在教學內容、教學方法、考核方式等方面面臨的挑戰，針對其貼近前沿、發展迅速、算法眾多、應用廣泛的課程特點，明確教學方針，基于學術界的最新研究進展和課程組的科研成果，通過多學科交叉的模塊化案例分析（Case study），探索以能力為導向的發現式教學模式，培養學生的系統觀念、科技進步觀念和跨界創新意識。

二、以能力為導向的基于模塊化案例分析的發現式教學模式探索

1.圍繞能力導向的一體化教學體系建設，面向電子信息類研究生的專業基礎、特點、訴求，改革教學內容、教學方法和評估方法，開展基于模塊化范例分析的發現式教學模式研究。

信息融合作為一門新興的交叉學科，涉及信息科學的多個領域，集成了包括數學、計算機、信息處理、自動化等學科的內容，其理論與方法已成為智能信息處理的一個重要研究領域，是新一代智能信息技術的核心基礎之一。針對其理論發展快、應用范圍廣的特點，面向電子信息類研究生的專業基礎、特點、訴求，從教學方針、教學方法、教學內容等方面開展基于模塊化范例分析的發現式教學模式研究，并在《多源信號融合》、《智能信息處理》、《模式識別》、《圖像理解》等研究生課程以及信號與信息處理、電子與通信工程專業研究生培養中研究實踐推廣該教學模式。

發現式教學方法的指導思想是以學生為主體，在教師的啟發下，使學生自覺地、主動地探索科學知識和解決問題的方法及步驟，從中找出規律，形成自己的概念[5，6]。結合課程組在科研方面的成果和經驗，圍繞“發現問題”的宗旨，合理篩選和組織課堂教學內容，有的放矢地實施發現式的教學方法。對于緒論部分，闡明課程特點，明確信息融合的本質，激發學生的學習興趣；對于抽象的理論部分，“去粗取精”，強調基礎性；對于具體的應用部分，結合范例分析（case study），啟發學生從“發現問題”到“解決問題”，做到“授人以漁”。

2.研究并實踐創新創業教育與研究生專業教育的融合，優化教學內容和課程體系。圍繞信息融合的原理與本質，明確課程目標，培養學生的系統觀念、科技進步觀念和跨界創新精神、創業意識和創新創業能力。課程教學是培養創新型工程科技人才的最基本途徑，課程組研究并實踐如何把創新創業教育融入和貫穿到研究生專業教育的教學內容和課程體系之中，并重視學科間的交叉與融合。

基于信息融合對于人腦綜合處理復雜問題的功能模擬和多學科交叉的內容，通過多模態生物特征認證、多分類器融合目標識別、彩色三維重建等信息融合系統的設計和實現，分析系統中融合層次的選擇，培養學生的系統觀念；通過多學科交叉的教學內容，培養學生形成“著眼于基礎，放眼于未來”的科技進步觀念；圍繞多源信息融合的本質，培養學生的創新精神、創業意識和創新創業能力。

三、模塊化課程內容的設計

圍繞課程組的科研成果，從教學內容設計方面，通過多學科交叉的模塊化范例分析，促進研究生通識能力、專業能力、拓展能力培養的有機融合。

從教學內容設計方面引導學生的學習模式由本科階段的理解型、記憶型向研究生階段的研究型、創新型轉變。針對學生本科階段專業不同、基礎不同的特點，對于復雜、抽象的理論基礎，提煉精華，進行概括介紹，進行通識能力培養。在范例分析（case study）中設計難度適中的“最近發展區”，并結合科研過程，完整展現從創設發現問題的情境、建立解決問題的假說、對假說進行驗證、做出符合科學的結論，到轉化為能力的發現式教學。通過設計難度不同的模塊，進行專業能力、拓展能力的培養。

相比于抽象、展示度不高的一維信號，選取直觀的二維圖像為融合處理對象，面向圖像處理與分析、多模態生物特征認證、目標識別、三維重建等信息融合在非軍事領域的熱點應用，結合課程特點及電子信息類研究生的專業基礎，選取學生有一定理論基礎的小波變換、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證據理論、神經網絡、立體配準等方法，設計難度不同的模塊，并基于各個模塊的范例分析引導學生從發現問題、解決問題到總結規律，實施發現式教學方法。部分模塊涵蓋的應用、理論基礎、學科領域、融合層次、難度如表1所示。

四、結語

信息融合作為一門新興的交叉學科，其理論與方法已成為智能信息處理的一個重要研究領域，是新一代智能信息技術的核心基礎之一。針對其理論發展快、應用范圍廣的特點，面向電子信息類研究生的專業基礎、特點、訴求，圍繞合肥工業大學“以能力為導向的一體化教學體系”建設，從課程目標、教學方法、教學內容等方面開展基于模塊化范例分析的發現式教學模式研究，并在《多源信號融合》、《智能信息處理》、《模式識別》、《圖像理解》等研究生課程中研究實踐推廣該教學模式，培養學生的系統觀念、科技進步觀念和跨界創新能力。

參考文獻：

[1]何友,王國宏,關欣.信息融合理論及應用[M].電子工業出版社,2010.

[2]潘泉,程詠梅,梁彥,楊峰,王小旭.多源信息融合理論及應用[M].北京:清華大學出版社,2013.

[3]胡建旺,吉兵.“信息融合技術”課題研究式教學探索[J].中國電力教育,2013,(29):70-71.

[4]梁偉,王建華,胡建旺.研討式教學法在信息融合技術課程教學中的應用[J].中國電力教育,2011,(27):194,201.

[5]劉柏軒.布魯納認知理論中的認識論及方法論[D].太原:山西大學碩士學位論文,2012.

[6]張愛卿.放射智慧之光布魯納的認知與教育心理學[M].武漢:湖北教育出版社,2000.

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