一種新式教學方法的研究與實踐

摘" 要：該文首次提出復式教學方法——一種支持個性化和智能化教學及線上線下混合教學模式的教學方法。考慮教學知識點在實際產品系統環節上的應用和不同教學場景下如線上線下的教學主體的動態切換，提出以不同教學主體平面實現課程教學。“教師平面”“學生平面”和“智能知識系統平面”從不同知識講授切入點以不同知識點講授邏輯線進行課程教學，實現混合教學模式。利用人工智能提高教學資源的個性化和精品化，支持個性化智能教學。

關鍵詞：復式教學法;個性化;人工智能;線上線下混合教學;智能知識系統

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）04-0120-05

Abstract： In this paper， a new teaching methodology called compound teaching， is proposed. This real product-based teaching method supports personalized and intelligent knowledge imparting and allows blended modes of online and offline instructing. Based on a real industrial product， considering the knowledge application in the product modules and dynamically changed teaching scenes with different class guides， \"teacher plane\"， \"student plane\"， and \"intelligent knowledge system plane\" are proposed to build a blended teaching model which allows a different \"one\"， teacher， student or knowledge system， to guild the course teaching in different threads from different aspects. Artificial intelligence is employed to implement the course resource optimization and personalization， and the personalized and intelligent knowledge imparting is substantiated.

Keywords： compound teaching; personalization; artificial intelligence; blended online and offline teaching; intelligent knowledge system

大學中一些工科專業課程理論性較強，概念比較抽象，公式推導多。盡管目前大多數課程都有相應的實驗課，但實驗內容基本上與實際應用系統存在一定的脫節，且多為驗證性實驗。因此，通過一個具體產品應用系統來講解一門課程的所有重要知識點，將會加深學生對知識的理解程度并掌握其在實際產品系統中的具體應用。對于一些專業的本科教學，國內外很多大學都采用從大學一年級就開始讓學生參與具體實際項目的教學方法，該項目將貫穿大學四年的教學。參與實際項目產品研發，比如機械專業的簡易車輛制造，可以讓學生從一年級開始就將學到的知識應用到實際產品中，同時實際應用也將促進學生對知識的理解和掌握，并調動學生的學習積極性，拓展學生思維，理解知識本質，繼而思考變化，提出創新，這種融實際產品應用系統和教學于一體的教學方式是培養學生工程能力的重要手段。

因此，結合實際產品運轉過程進行一門課程的知識點講授，將能使學生深刻理解知識點的來龍去脈和本質，并能掌握其在實際中的應用，且會根據知識點解決實際問題的本質，做到舉一反三，達到真正學以致用的目的，實現學會、用會、能擴展、能升華。

一" 相關工作

利用OBE（Outcome-based education）[1-3]成果導向教育和目標導向教育的理念，在課程教學中利用實際產品所需要的理論知識與所學課程知識的關聯，強調知識在實際應用中的需求及所學知識可以實現的目標，并展示在實際產品中相關知識的應用所取得的成果及會讓學生具備解決具體問題的能力，則將激發學生學習熱情和動機，將知識由被動記憶轉化為主動理解與學習。教師以產品系統環節說明需要實現的功能，明確學習成果，即事先讓學生了解學習本部分內容的成果和收獲，調動學生學習的主動性和積極性，然后由學生自行主動學習相關知識點，并進行相應知識點的關聯學習，這將提高學生對知識的理解深度和運用知識解決實際問題的能力。

人類對知識的學習模式和過程非常復雜，雖然目前大腦的學習機制并未完全被破解，但通過知識和實踐相結合，可以讓大腦豐富知識的記憶維度。多維度記憶相比于單維度記憶，能形成更大和更穩定的神經回路，不容易被遺忘[4]。此外，在學習過程中如果沒有“好的”結果，就沒有積極動機，而實踐應用可以產生“好的”結果，能夠形成積極反饋，促使大腦再次主動獲取信息[5]。這樣，將知識與實踐應用相結合將可以給大腦提供一個正向動機，從而可形成良好的學習閉環。因此，當前有很多面向應用或以經驗科學為知識主體的課程提倡以“項目和任務驅動”來實施教學，采用實踐項目引導式教學方法培養學生的知識應用能力，以項目為引導進行教學內容的設置，將具體知識點與實踐項目進行整合[6]。基于項目引導（Project based learning，PBL）則可以把理論內容與實際應用相關聯，加深學生對理論內容的理解[7-8]。基于項目引導的課程教學將會明顯提高學生成績和滿意度[9]。

項目教學法是一種以項目為中心、學生為主體和教師為主導的教學方法，結合項目計劃，以任務驅動使學生完成知識學習，即構成“項目引導、任務驅動”一體化教學[10]。一些計算機類課程在實際教學中以企業真實工程項目為基礎，進行項目化教學，即讓學生以個體或小組參與項目模塊設計和開發，利用所學知識完成設計和開發工作，將會明顯提高教學效果[11-12]。此外，在課程教學中，也可以不采用一個主項目，而是通過多個微項目指導教學，微項目將課程知識點應用到小型項目開發實踐中[13]。對于一些實用性較強的工程類課程，可以將涵蓋所有教學內容的項目情境引入課程教學，以項目為主線，教師為主導，學生為主體，將課程理論知識融入到項目開展中，運用課程理論知識和操作技能解決實際生產問題[14]。

近年來，隨著慕課、金課和微課的課程建設，教學資源得到極大豐富，但相應的有建設性的教學方法并沒有得到較大發展或應用。實際上高等教育仍是以教師課堂講授為主，增加了少量簡單的課堂互動活動，仍以課程考試作為恒量學生學習成果的主要手段。雖然線上教學限制了教師的課堂活動而增加了學生的自主學習，但其主要教學手段仍是讓學生被動學習課程，并不是真正意義上的翻轉課堂，而翻轉課堂也未必適用于所有學生，因為每個人的學習方式和知識汲取能力及觸點未必相同。

因此，開發新型教學方法以充分利用并優化課程資源，以產品引導學習，教師和學生可自由靈活作為教學主體，允許個性化智能教學和多元教學方式并適合疫情情況下線上線下的交替反復教學模式將成為教學發展的關鍵。

論文首先提出以實際產品系統為導向的復式課程教學方法，支持混合式個性化教學，實現從不同維度以不同教學主體平面實現課程教學，“教師平面”“學生平面”和“智能知識系統平面”從不同知識講授切入點以不同知識點講授邏輯線進行課程教學。以實際產品運轉過程貫穿整個教學過程，課程每個知識點將被應用到相應產品運轉具體環節，以知識點講解和產品運轉兩條線融合推進課程講授。課程教學引入人工智能和學生反饋處理機制以支持個性化教學，基于智能系統自動進行知識點教學資源檢索、積累、更新、優化、關聯和推送，根據個體學習方式、學習經歷及成果和反饋，指導學生學習包括提示應學知識點、應補修知識內容、應執行的知識測驗及給出評估結果等，并可根據學生的思維習慣和學習行為及關注點，自動推送相關教學資源。課程系統平臺支撐任何時間、任何地點、任何教學主體的教學實施，支持線上線下教學模式無縫切換，減少學生學習狀態波動。

二" 以產品引導的復式教學法

針對混合式教學，本文基于OBE理念，提出以“產品引導”的多維復式教學方法，將涉及知識點層化與應用關聯及三維平面“教師平面”“學生平面”和“智能知識系統平面”的構建（圖1）。課程資源建設和課程講授通過三個平面關聯，以智能知識系統平臺支撐，實現多維復式教學以提高教學效果，同時也將解決當前線上線下教學模式交替反復、課程講授主體動態轉換和課程資源按需優化等問題。

基于一個實際產品系統引導課程教學，首先需提煉課程所有的重要知識點，結合實際產品系統運轉流程，將課程知識點與實際產品運轉過程中相應環節進行關聯，以多元化形式呈現，并在課程平臺中實現;實現所有知識點通過一個實際產品應用貫穿起來的教學框架。基于該框架，結合產品運轉環節講解知識點，使學生了解課程中的每個知識點可應用在哪個產品環節、在該環節應用此知識點的必要性及應用知識點的方法和效果等，利用實際產品運轉前后環節對知識點相互關聯性進行講解，使學生深刻理解知識點的本質，拓廣思維并能掌握其在實際系統中的靈活應用。

鑒于“教師中心”和“學生中心”并不是完全獨立和對立，而是具有共性部分，提出以不同教學主體平面實現課程教學，“教師平面”“學生平面”和“智能知識系統平面”從不同知識講授切入點以不同知識點講授邏輯線進行課程教學，實現混合式教學模式。考慮在學生思維上知識印象形成的過程不同及知識本身和獲取方式對其將來的實際應用和被遺忘率的影響不同，基于智能知識系統平臺，實現個性化教學和多元化教學方式。

一般知識接受遵循“盲點—認知點—疑問點—反饋點—融合點—認知點”的認知循環，因此將實現學生反饋處理機制以提高個性化教學資源推薦的精準性。通過知識系統的智能化，允許教學資源的自動更新和優化，并可根據學生學習方式和學習經歷及已有學習效果選擇最優資源推送給學生，以成果和應用激發學生學習動機。此外，智能知識系統平臺將能應對疫情導致的線上線下交替授課情況，允許采用多種教學方式，教師主導、學生主導和知識系統本身主導的教學將不受限于線上線下教學模式，實現教學方式無縫切換，減少學生學習狀態波動。知識系統引導的教學方式將根據學生已學知識點，利用系統提供的測驗結果推薦學生下一步學習內容，并關聯相應優化的教學資源，基于知識環節掌握程度，向學生建議補修、重修或擴展學習內容。

復式教學法需要建設智能知識系統平臺以融合優化各類教學資源，支持個性化教學和不同教學方式的靈活采用，并提供三個平面的管理接口。

（一）" 復式教學方法定義

“教學主體”將由三個平面表征（圖1），包括“教師平面”“學生平面”和“智能知識系統平面”，分別代表以“教師”“學生”和“智能知識系統”為引導主體的教學方式，并可衍生出相應的“混合式”，其中“智能知識系統平臺”可自動進行教學資源檢索、積累、更新、優化、關聯和推送，根據個體學習方式和學習經歷及歷史測驗評估結果和反饋指導學生學習包括提示應學知識點、應補修知識內容、應執行的知識測驗及給出評估結果等，并根據學生的思維習慣和學習行為及關注點，進行教學資源優化和個性化教學資源推送。利用三個平面，可以從不同角度以不同教學主體實現課程教學，“教師平面”“學生平面”和“智能知識系統平面”從不同知識講授切入點以不同知識點講授邏輯線進行課程教學，可根據教學場景和教學需求動態選擇，允許個性化教學和多元教學方式的靈活采用。教師主導、學生主導和知識系統本身主導的教學將不受限于線上線下教學模式，可應對疫情導致的線上線下交替授課情況。此外，課程知識點將形成層式結構，同時與實際產品運轉環節對應關聯。這樣，形成教學主體不單一、知識點銜接不單一、教學方式不單一的復式教學方法，進而可開展多維多角度教學工作，支持線上線下教學模式的無縫切換，減少學生學習狀態波動，提高教學效果。

（二）" 平面建設

復式教學法首先要實現課程知識點與實際應用產品運轉環節的關聯，然后對每個知識點的講授分別從三個平面維度進行教學方案建設。

1" 教師平面

對于教師平面，教師作為教學主體引導教學。首先講解產品系統輸入、相關處理及實現功能和最終運轉目標，以知識應用成果激發學生學習動機（圖2）。然后確定課程各知識點與實際產品運轉環節之間的關聯及各知識點與其他預修課程的關聯，確定各知識點在實際產品運轉環節中的應用及擴展，并驗證和優化知識點相關教學資源，確定各資源調用節點。在課程講授中，教師根據教學環境利用PPT、視頻或板書等方式講解知識點，并將實際產品每一運轉環節需求融入到知識點講解中。先給出實際產品系統運轉目標，然后提出產品系統運轉環節需要解決的問題，探討相應知識點為何可以解決該問題及如何利用該知識點解決，并通過實際產品運行結果展示知識點的應用成果及關鍵參數的影響。教師可通過實際產品系統條件限制和功能升級等引導學生思考知識點擴展和理論延伸，可進一步通過課堂討論和課后實習作業等提高學生知識領會程度。

2" 學生平面

對于學生平面，教師首先向學生介紹一個或幾個常見應用設備或系統，包括系統輸入、中間處理及要實現的功能和目標，啟發學生思考如何開發實現相應設備和系統（圖3）。引導學生討論，根據產品運轉需求，需要解決什么問題？哪些問題可利用課程知識解決？需要掌握課程的哪些知識點？提示學生與產品系統運轉環節相關的知識點，然后由學生主動進行相關知識點的學習。學生利用知識系統平臺自主檢索相應課程知識點，根據個人學習方式確定相應教學資源并進行學習。學生可通過PPT、教學視頻和在線板書等教學資源學習相關知識點，同時系統將智能推薦相關學習資源，包括基礎知識點和其他可了解知識點的應用案例等，再結合實際產品應用，學生可了解知識點的物理本質。學生也可利用教師資源進行疑點解答。最后，系統推薦相應測驗題，學生可根據學習成果評估結果決定是否繼續學習，系統將根據評估結果推薦進一步學習的資源或可采取的提升學習效果的方法。教師將進一步分配學生實現產品環節的任務，針對某一產品運轉環節，學生利用所學知識點自主確定解決方案，并利用實際系統輸入給出處理結果。這樣，通過教師引導、學生自學、教師干預和系統測驗等實現學生對知識點的深入理解并掌握相應知識點在產品中的應用。

3" 智能知識系統平面

智能知識系統主要由教學資源檢索和優化子系統、教學資源推薦子系統、教學反饋處理子系統和教學資源數據庫等組成。首先系統將課程知識點進行提煉和分類，并將每一知識點與實際產品運轉環節相對應，知識點互相關聯形成一條知識線，而產品運轉環節基于實際信號運轉過程形成產品線，兩條線節點對應并行推進知識講授（部分產品環節可能對應多個知識點且有交叉）。同時，知識系統將自動為每個知識點關聯其他教學資源，并進行優化（圖4）。相對于“教師平面”和“學生平面”分別以教師和學生為教學主體，“智能知識系統平面”以智能系統為教學主體，可看成“知識講授機器人”。不同于“教師平面”和“學生平面”的課程教學分別是由教師的知識傳授和學生的知識汲取動作觸發，“智能知識系統平面”的課程教學由事件觸發，根據個體的學習方式和習慣、歷史學習數據和學習行為、學習效果評估結果及當前學習進度等，自動推送最相關的預備知識、核心知識教學資源、知識應用資源和知識檢驗手段資源等。

在知識系統中，每個知識點是相關教學資源的集合，將形成一個知識點模塊，附有知識點相關關鍵詞以便于檢索。同時每個知識點將建立與其他相關知識點的關聯并在教學實施中推薦給學生。自動搜索引擎利用知識點關鍵詞周期搜索相關教學資源，過濾優化后推送給教師進行驗證，然后與知識點關聯，通過學生關注度和學習效果等對教學資源進行分類分級。知識點關聯的教學資源基于學生關注度動態優化并自動更新推薦優先級，根據學生需求自動進行教學資源檢索，并針對每個學生學習方式、學習行為和學習成果等特性關聯不同教學資源，包括知識講解、知識應用和知識測驗等以支持課程教學個性化，為每個學生定制個性化教學資源推薦。每個知識點將周期性自動更新其關聯的預修知識點（根據學生關注度）、延伸知識點和深入理解知識點，并可與更多產品運轉環節資源關聯（在更多產品實例加入平臺后）。

學生利用推薦教學資源如PPT、教學視頻、在線板書、互動問答和案例等進行知識點學習，并利用產品系統運轉環節了解知識點在產品系統運轉中的定位和作用及不同參數對產品的影響。系統將推送知識點測驗，對學生測驗結果進行分析后推送給教師進行判斷以決定是否“干預”。最后系統推送課后作業包括利用實際輸入實現產品環節的任務，以讓學生進一步理解知識點并掌握應用。

三" 復式教學法實施

在實施復式教學法過程中，首先需對課程所有知識點進行總結提煉，同時對這些知識點的關聯性進行研究分析，然后對實際產品運轉環節進行分析，將每個節點與前后節點的關系及與整個產品功能的關系進行分析總結，最后將課程的知識點與實際產品運轉環節進行一一關聯。在講授這些知識點時，同時講解知識點關聯的產品運轉環節。

對每一學時內容進行“教師平面”“學生平面”和“智能知識系統平面”建設，而每一課時教學環節具體時間安排可以根據切入授課平面不同而不同。對于線下授課，由教師根據知識點內容確定采取哪個平面主導教學，一般情況下，以“教師平面”和“學生平面”為主，即教師作為教學主體引導課程教學或教師講解實際產品運轉需求，引導學生學習;對于線上授課，可將“學生平面”和“知識系統平面”作為主要教學模式，即教師講解實際產品運轉需求，引導學生學習，教師進行相應輔導;或由知識系統引導學生學習，根據個體學習方式和學習經歷及學習效果評估結果等，自動向學生推送相關預備知識資源、核心知識教學資源、知識應用資源和知識檢驗手段等資源進行學習。為支撐復式教學法，需要建設課程系統平臺，平臺需要實現智能引擎、個性化推薦引擎、教學資源關聯和優化、教學資源分類，提供每一知識點從不同平面切入的教學方案，提供每一學時從不同平面切入的具體教學實施方案等。

四" 結束語

以實際產品為導向的復式教學法利用課程知識點與產品系統運轉環節的關聯，以知識點講解和產品運轉兩條線融合推進課程講授。基于知識點線和產品運轉線，實現“教師平面”“學生平面”和“智能知識系統平面”的課程教學方案建設從不同知識講授切入點以不同知識點講授邏輯線進行課程教學，引入人工智能技術進行教學資源優化和個體學習行為分析，允許個性化教學的同時，增加了教學方式的靈活性，將適合線上線下的交替反復教學，減少學生學習狀態波動，提高學生學習效率并改善教學效果。

參考文獻：

[1] DEBOER G E. Student-Centered Teaching in a Standards-Based World： Finding a SensibleBalance[J].Science amp; Education， 2002（11）：405-417.

[2] SPADY， WILLIAM G. Outcome-Based Education： Critical Issues and Answers[J]. American Association of School Administrators， Arlington， VA， 1994.

[3] DONNELLY， KEVIN. Australia's Adoption of Outcomes Based Education： A Critique[J].Issues in Educational Research， 2007，17（2）：183-206.

[4] 陳宜張.神經回路研究[J].科學，2014，66（3）：21-25，4.

[5] 霍鵬飛，吳瑋.大腦的學習機制及其對教育的啟示[J].集美大學學報（教育科學版），2011，12（2）：50-53.

[6] 皮大偉.基于OBE的智能網聯汽車技術課程項目引導式教學設計[J].高教學刊，2021，7（29）：70-73，79.

[7] SANCHEZ-ROMERO J L， JIMENO-MORENILLA A， PERTEGAL-FELICES M L， et al. Design and Application of Project-Based Learning Methodologies for Small Groups Within Computer Fundamentals Subjects[J]. IEEE Access， 2019（7）：12456-12466.

[8] GAPRARO M M， JONES M. Interdisciplinary STEM project-basedlearning[M]//Capraro， R. M.， Capraro， M. M. and Morgan， J. R. STEM Project-Based Learning. Rotterdam， The Netherlands：Sense Publishers， 2013：51-58.

[9] CALVOI， CABANESI， QUESADAI， et al. A multidisciplinary PBL approach for teaching industrial informatics and robotics in engineering[J].IEEE Trans. Educ.， 2018，61（1）：21-28.

[10] 沈志君.“項目引導、任務驅動”一體化教學在中職自動化專業教學中的實踐探討——以變頻與伺服控制技術課程為例[J].科技視界，2021（28）：111-112.

[11] 徐超，葛紅美.“產品引導、三層遞進”模式的項目化教學[J].計算機教育，2012（17）：71-75.

[12] 謝生龍，李竹林，許淳.以項目引導的軟件設計與體系結構課程教學改革研究[J].考試周刊，2017（85）：35-36.

[13] 王藝瑋，劉繼紅，鄭聯語，等.微項目引導的工業智能方法與應用課程教學實踐——研究型大學智能制造工程專業人才培養模式探索[J].高教學刊，2021，7（36）：153-158.

[14] 魏希濤.“項目引導，任務驅動”法在“公路工程測量”課程教學中的應用[J].江蘇科技信息，2020，37（26）：56-58.

基金項目：教育部國家本科教學工程項目“《數字信號處理》教學資源和智能教學平臺建設”（ZL2022120）

作者簡介：李秀魁（1975-），男，漢族，遼寧大連人，電子工程博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為通信與定位。