面向創新思維能力培養的“模式識別”教學改革

王晗，施佺

[摘 要] 為解決傳統講授式“模式識別”課堂教學方法在學生的創新思維能力訓練與培養方面效果欠佳的問題，利用翻轉課堂轉換課程學習中教師與學生的角色，通過項目教學結合小組協作學習的模式構建學生成果導向的個性化、因材施教的協作式學習環境。經過一個學期的教學改革實驗，根據實施效果與學生的問卷反饋結果，嘗試提出翻轉課堂模式下基于項目教學結合小組協作學習的教學活動設計、相關考核方法及跟進式成果培養的幾點體會與建議。

[關鍵詞] 創新思維能力;翻轉課堂;項目教學;小組協作學習

[基金項目] 2020年度南通大學教育教學研究項目“創新思維培養導向的研究性課程教學改革研究——‘模式識別為例”（2020B62）

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

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

一、引言

2019年國務院發布《交通強國建設綱要》明確提出：從2021年到本世紀中葉，分兩個階段推進交通強國建設。并制定了強化前沿關鍵科技研發、大力發展智慧交通、完善科技創新機制的創新科技智慧引領落實方式。人工智能是智慧交通領域的智腦，面向智慧交通領域的“模式識別”作為人工智能技術在交通領域的交叉應用課程，以人工智能的原理和方法認識、分析和解決實際交通問題，著重培養學生了解和掌握人工智能的基本理論、基本方法和創新思維，利用深度學習等方法對交通運輸系統中的實際問題進行建模、優化、控制及解決方案設計，使學生基本具備以機器學習方法處理交通領域問題的能力。

然而，“模式識別”是一門融合多學科知識的綜合性課程，不僅需要高等數學、線性代數、概率論和優化理論等數學基礎，還需要數據結構、算法設計和程序語言等計算機知識。對于交通設備控制工程專業的本科生來說，傳統的教學內容存在側重理論講解、公式推導;缺少工程案例、閉卷筆試為主的考核機制單一等問題。導致課程學習難度大，內容枯燥乏味[1]。此外，傳統集體教學存在師生單向交流的現象，教師壟斷了整體課堂的信息源，學生處于十分被動的狀態。學生的主動性、創造性未能得到充分的發揮，學生之間不能完全實現優勢互補，各盡所能，主動參與的積極性不高，與他人的合作較少，學生的創新性思維能力[2]、動手能力、團隊協作能力和表達能力等欠缺，這些缺點造成交通相關專業的本科生未來踏入社會后不能順利實現職業變動和勞動變換，難以適應千變萬化的勞動力市場需求，這些能力也正是21世紀大學生應該具備的關鍵能力。故作為核心課程的“模式識別”課程教學內容建設與教學環境改革勢在必行。

綜上所述，為培養交通設備與控制工程專業學生的關鍵能力（創新思維、動手能力、團隊協作、語言表達），本文嘗試提出翻轉課堂模式下基于項目教學結合小組協作學習的教學活動設計與相關考核方法的幾點體會與建議。

二、翻轉課堂對學生創新思維培養的意義

（一）主動學習—發現問題

傳統的教師講授式課堂教學方法，雖然能夠在有限時間內有效率地將需要講解的課程知識點按照重要程度進行有層次的重點講述。但卻忽略了受教的學生的接受效果。學生在整個的課堂學習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生。在這種教學模式中，學生對于教師直接拋給的問題難以產生濃厚興趣。

翻轉課堂教學模式下，學生是課堂的主體[3]，學生講授，教師修正、評價和總結。學生在講解相關知識之前，必須主動學習，理解、消化相關的知識點。而在主動的學習過程中，必然會發現那些自己不理解或者是理解不完全的問題。這種發現問題的過程對于學生的創新思維、學習興趣的培養非常重要。不同的學生學習過程中發現和遇到的問題不同，針對這些問題教師可以和學生進行有目標的交流。表1為傳統講授式課堂與翻轉課堂在培養學生“發現問題能力”上的差異。

（二）主動思考—分析問題

傳統的教師講授式課堂中，教師根據多年的授課經驗和自己的理解，將需要講授的知識點和問題的分析過程提前整理好，按照這個過程逐層、遞進地向學生講解該知識點或者問題的分析過程。這樣學生可以跟著教師的思路由淺入深地對問題的分析過程進行理解和記憶。然而，很多的題目和知識點客觀存在不同的理解方式和分析思路。如果學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。

翻轉課堂中，學生針對知識點和問題主動思考，在查閱大量的資料的基礎上，選擇和建立容易理解和接受的問題分析過程，從而實現因材施教。這樣，可以避免出現對教師解題思路不理解的情況下，死記硬背的現象。同時主動思考、培養符合個人思考方式的問題分析能力。表2為傳統講授式課堂與翻轉課堂在培養學生“分析問題能力”上的差異。

（三）主動實踐—解決問題

傳統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，傳達的信息量也較大，但無法做到因材施教。所有學生被動、統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生在主動解決問題時所產生的創新思維的訓練機會。

翻轉課堂中，學生根據自己對問題的理解，主動查閱資料尋求解決問題的方案。每個學生的性格、思維方式、查閱文獻的結果不同，這樣相同的問題會產生出不同的解決方案，學生解決問題的過程就是自主創新活動的體現，客觀上實現了因材施教。而在尋求問題答案過程中遇到的困難、失敗也會培養學生的耐性、韌性和對科學的尊重與敬仰。如果認真設計的解決方案有了較好的實驗結果，那么這種喜悅、興奮與內心的滿足感又會激勵學生繼續挑戰更難的問題，產生對科研的興趣。表3為傳統講授式課堂與翻轉課堂在培養學生“解決問題能力”上的差異。

綜上所述。傳統的講授式課堂教學活動主體是教師，教師通過認真備課和合理的課堂教學活動設計可以在有限的時間內給予學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，在有限的時間內對于每個學生傳授的知識與信息均是相同的。因此，難以針對每個學生的特點與接受能力，培養發現問題、分析問題和解決問題的能力。

翻轉課堂的主體是學生，通過學生主動課前預習和課堂講授的過程，實現符合學生自身的性格、思維方式等特點的發現問題、分析問題、解決問題能力的培養，體現每個學生能力的差異與培養過程的多樣性。

三、翻轉課堂模式下創新思維課程教學改革策略

（一）項目教學結合小組協作學習的教學活動設計

創新小組學習是目前世界上許多國家普遍采用的一種富有創意的教學理論與方略。由于其實效顯著，被人們譽為近十幾年最重要和最成功的教學改革。各國的小組合作學習在具體形式和名稱上不甚一致。如歐美國家稱之為“合作學習”，蘇聯稱之為“合作教育引”。綜合來看，小組合作學習是在班級授課制背景上的一種教學方式，即在承認課堂教學為基本教學組織形式的前提下，教師以學生學習小組為重要的教學組織手段，通過指導小組成員展開合作，發揮群體的積極功能，提高個體的學習動力和能力，達到完成特定的教學任務的目的。小組合作學習方式使得學生的主動性、創造性得以充分的發揮，學習者一方面可以學會怎樣尊重他人、尊重不同意見，另一方面在他人的激勵下，能學會怎樣克服困難，學會如何與人相處。可以培養學生的領導意識、社會技能和民主價值觀。因此，小組合作學習是培養本科生關鍵能力的一種有效方式。

“模式識別”是一門與工業生產、社會實際問題緊密結合的課程。因此，將社會實際問題作為小組課內研究項目的題目，既讓理論知識和客觀實際問題有了相互連接的接口，又讓學生在利用理論知識解決實踐問題的過程中，增強了分析問題、解決問題的創新能力。同時，在項目的驅動下，小組成員可以根據自身的特點自然分工、各司其職。在此過程中，學生的溝通能力、團隊協作能力、語言表達能力均得到了鍛煉。因此，比起課本章節后的簡答、計算、公式推導等課后習題，面向學習小組的課內項目實踐訓練的形式更加符合當前社會所需的人才能力培養需求。

（二）課程考核方法設計

課程考核采用平時成績+期末考核的方式能夠比較客觀地反映學生在整個學期的學習態度、學習能力和學習狀態。平時成績（30%）可以由課堂簽到、翻轉課堂的發表情況及其作業完成情況確定。而期末成績（70%）可以根據期末項目組的答辯和項目結題報告內容確定。表4為期末成績（70%）評定標準

相較于傳統的閉卷筆試期末考試，基于期末項目組的答辯和項目結題報告的期末成績可以較為全面地反映學生在建立問題、分析問題、解決問題過程中資料查詢能力、邏輯推理能力、動手實踐能力、創新思維能力的表現程度。同時，學生的成績也會根據上述能力的表現程度不同自然的區分等級，使得教師評分變得容易。避免了傳統閉卷考試由學生記憶力決定課程評價的弊端，真正從學生的各方面能力培養效果客觀地對其學習效果進行評價。

（三）成果跟進式輔導

一個學期課程的結束，并不代表著學生能力培養的結束。教師可以在期末項目匯報答辯和項目結題報告中挑選出那些有價值的、能夠培育出成果的題目。在此基礎上利用寒暑假期進行跟進式個別輔導，對其創新點進行優化和升級。通過課外跟進式的輔導，對那些創新思維活躍、動手能力較強、學習態度端正的學生進行因材施教，培育出系列的學術論文、國家發明專利、軟件著作權和學科競賽成績。這樣，對于很多學生是一種從表層被動學習到深度主動學習的轉變。對于學生的創新能力、科研精神的培養具有積極的作用。

四、結語

在“模式識別”課程的教學中教師根據教材內容和學生的實際情況選擇合適的內容實施創新小組合作學習方式，選擇有一定思考價值的問題，如條件、問題、思路、答案具有探索性和開放性，靠近學生思維的最近發展區，要求每位學生都必須完成一系列與學習目標相關的內部知識加工任務，如理解、解釋、建立知識點之間的聯系、賦予含義、組織數據和評價所學知識的相關性，不僅可以使學生容易接受和掌握課堂知識，還可以引導他們將所學知識運用于生活實踐，更重要的是，在合作過程中，利用翻轉課堂的方式，讓創新小組的創新內容在課堂上得以展示和表達。鍛煉了學生的溝通能力、表達能力、團隊協作能力及創新能力等關鍵能力。因此，將創新小組結合翻轉課堂方式應用于“模式識別”課程教學改革是行之有效的。

參考文獻

[1]高貴，周石琳，孫即祥，等.“模式識別”課程教學改革探索[J].電氣電子教學學報，2014，36（6）：35-36+55.

[2]藍鑫，任民，褚玥瑩，等.基于翻轉課堂的創新思維課程教學模式改革與實踐[J].教育觀察，2019，8（36）：46-47.

[3]劉彬.翻轉課堂模式下大學英語寫作創新思維能力培養研究[J].課程教育研究，2019（21）：105-106.

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